JPH06333878A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマエッチング装置において被加工物の
汚染の発生を少なくしエッチングの均一性を向上する。 【構成】 対向する２つの電極１，２の間に一方の当該
電極１の対向面から噴射されたガスを導入しかつ電極の
間に高周波電力を供給することによりプラズマを発生さ
せ、他方の電極２の上に設置した被加工物８を加工する
プラズマエッチング装置において、前記ガスを噴射する
電極の対向面に単結晶Ｓｉ（シリコン）または多結晶Ｓ
ｉからなるガス導入板５を付設するように構成される。
ガス導入板５には直径約０．２〜１ｍｍのガス吹出し孔
７が複数個形成されている。またガス導入板５の内側に
間隙部６を設け、この間隙部６の外周部でガス導入板５
と電極１とを電気的および熱的に接触させるように構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマエッチング装置
に関し、特に、プラズマを発生させるのに必要なガスを
導入するための電極を改良したプラズマエッチング装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、対向する２つの電極のいずれかの
電極表面からガスを当該電極間に導入する場合にはガス
が導入される電極の表面にガス導入板が設けられる。ガ
ス導入板の材質としては、アルミニウム、ステンレス
鋼、石英、アルミナ焼結体、グラファイト、ガラス状カ
ーボン、またはグラファイトの上に例えば炭化珪素、熱
分解カーボン等を被膜してなる複合材等が用いられてき
た。また上記いずれかの材質で形成されたガス導入板に
は、対向する２つの電極の間にガスを導入するための孔
が設けられるが、この孔は、前記電極間で生成されるプ
ラズマの均一性を確保するために複数にして格子状に配
置され、さらに電極とガス導入板との間にスペーサリン
グ等を設置することにより間隙を設けて、すべての孔か
ら均一にガスが噴出するような構造とすることが一般的
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の各材質で形成さ
れたガス導入板の問題点を以下に説明する。

【０００４】アルミニウム、ステンレス鋼等の材質を用
い、これに多数の孔を機械的にあけたガス導入板を用い
た場合には、当該材質を構成するアルミニウム、ニッケ
ルなどがスパッタされ被加工物が汚染されたり、被加工
物上に不揮発性の反応生成物が残ったり、電気的特性が
劣化してしまったりするという問題点があった。

【０００５】上述したような被加工物の金属および金属
化合物による汚染の問題を回避するためにガス導入板の
材質として、石英、アルミナ焼結体、グラファイト、ガ
ラス状カーボン等を用いることも行われているが、次に
述べるような問題が存在したので、いずれの材質もガス
導入板として満足すべき特性をすべて備えているとはい
い難かった。

【０００６】すなわち、石英をガス導入板として用いる
場合には、ＳｉＯ₂ 膜をエッチングする際に、当該石英
自体もエッチングされてしまうという問題点があった。
さらに石英のような誘電体をガス導入板として用いる場
合には、電極間にその厚み分だけの誘電体が挿入される
ことになるので、プラズマ発生のための供給電力に減衰
を生じさせることになり、ガス吹き出し板の厚みは通常
３ｍｍ以下にしなくてはならない。このため、３ｍｍ以
下という厚さで、直径１５０〜３００ｍｍの通常の大き
さの電極を覆う石英の円板を作り、これに機械的に多数
の孔をあけることになるので、強度的にかなり無理を生
ずる。さらに言えば、絶縁物を電極上においた場合に
は、電極の電位とその絶縁物の表面の電位が一致しない
ために、ガスを導入するための孔の中に放電が入り易
く、孔に放電が入るとスパッタ現象により、孔径が大き
くなるので、より放電が入り易くなりプラズマが著しく
不均一になって使用不可能となる。機械的に孔をあける
代わりに、多孔質焼結体を材料にして、その機構をガス
導入に利用することも行われているが、９０オングスト
ロームから大きくても３０００オングストロームの細か
い気孔径しか持たない焼結石英では、ＳｉＯ₂ 膜のエッ
チングなどを行う場合、エッチング中にガスプラズマの
反応で生じた種々の反応生成物がガス吹出し口に堆積
し、孔が塞がれたり、ガス吹出しに不均一が生じてしま
う等の問題点がある。

【０００７】また、アルミナ焼結体をガス導入板として
用いる場合には、機械的強度の面では、アルミナ焼結体
は石英に比べて優れているが、誘電体損失がより大きい
ため、電極間に当該焼結体を配置して高周波電力を印加
したのではプラズマ発生効率が低下してしまうと共に、
表面がプラズマにさらされてスパッタされたとき、アル
ミナやアルミニウムによって、被加工物が汚染された
り、被加工物上に反応生成物が残ったりするという問題
点がある。

【０００８】またグラファイトをガス導入板として用い
た場合には、電気的には問題がなく、プラズマにさらさ
れてスパッタされた場合にも、一般に用いられるエッチ
ング用のガスとグラファイトとの反応生成物は揮発性な
ので問題がない。しかし、グラファイトは成形加工時に
ピッチ成分を混合して焼成されるために、ガスプラズマ
にさらされるとこのピッチからなる部分が骨材部分より
も化学反応性が大きいために速く消耗してしまい、その
結果骨材部分を支持するものがなくなって粒子のまま脱
落するという現象が発生し、この脱落した微粒子が被加
工物上に付着することによる汚染が生じてしまうという
問題点があった。

【０００９】前述したようなグラファイトの欠点を克服
するために、炭化珪素や熱分解カーボンなどの材料から
なる被膜でグラファイトの表面を覆って粒子の脱落を防
ぐことも行われているが、成膜時の残留応力や、被膜の
材料とグラファイトとの熱膨脹係数の差により、被膜を
厚くすればする程剥離し易くなるので、これらの被膜の
膜厚は、たかだか２００μｍ以下に制限される。このた
め、その表面がプラズマにさらされ絶えず侵食されるこ
のような複合材は、被膜の厚みの変化につれて電気的お
よび熱的な性質が刻々変わることになり、ガス導入板と
しては不適当である。さらに、表面の被膜がスパッタさ
れていき、基材のグラファイトが露出すると、粒子の脱
落がグラファイト同様に発生するようになり、寿命と判
断されるが、２００μｍ程度の膜厚では非常に短期間で
部品交換が必要になるので不便である。

【００１０】またガラス状カーボンをガス導入板として
用いた場合には、グラファイトの成形材のような材質内
部のエッチング耐性のばらつきに起因するパーティクル
の発生はない。しかしながら、ガラス状カーボンは、非
常に高硬度である上にチッピングを起こし易く、ガス導
入のための孔の加工が困難である。その上、ガラス状カ
ーボンの場合には、プラズマにさらされて高温になる
と、熱衝撃により結晶化が起こって微結晶が生成され、
この生成された微結晶が被加工物上に付着することによ
る汚染が生じてしまうという問題点があった。

【００１１】さらにまた、ガス導入板はプラズマにさら
されるために何等かの手段により冷却し、その温度を一
定値以下に保つ必要があるが、石英、アルミナ焼結体、
グラファイト、ガラス状カーボン等の材料やグラファイ
トを基材とする複合材でガス導入板を形成する場合、こ
れらの材質では直接水冷を行うための水路の埋設加工が
不可能なので、電極または電極の間のスペーサとの接触
により間接的に冷却を行うことになる。このような条件
において、ガスを均一に噴出させるための間隙部をガス
導入板と電極との間に設けようとすると、ガス導入板と
電極との間の熱の伝達は間隙部の面積分だけ接触面積が
減少するので、悪化し、ガス導入板の温度が上昇し易く
なる。また電極や電極の間のスペーサに接触していない
部分では、ガス導入板の面内方向に熱伝達されることに
なるので、前記の材質、特に、先に述べたような理由で
ガス導入板の厚みが制限される石英やアルミナなどの絶
縁物、ガラス状カーボン等の材質は、電極やスペーサと
の接触部分との間の距離の差によってプラズマにさらさ
れている面内で温度ムラを生じ、特にＳｉＯ₂ のエッチ
ングなどではエッチングムラの原因となっていた。さら
に言えば、グラファイトを含めて、ガス導入板が長期間
プラズマにさらされてスパッタされることによりその厚
みが減少すると、面方向の熱伝達速度が小さくなるの
で、一層温度が上昇し易くなり、面内での温度ムラも激
しくなって、エッチグムラのみならず、エッチング特性
の経時変化の原因になるという問題点もあった。

【００１２】本発明の目的は、前述の問題に鑑み、被加
工物の汚染の発生を少なくしエッチングの均一性を向上
したプラズマエッチング装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマエ
ッチング装置は次のような構成を有する。

【００１４】対向する２つの電極の間に一方の当該電極
の対向面から噴射されたガスを導入しかつ電極の間に高
周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、他
方の電極の上に設置した被加工物を加工するプラズマエ
ッチング装置において、前記ガスを噴射する電極の対向
面に単結晶Ｓｉ（シリコン）または多結晶Ｓｉからなる
ガス導入板を付設するように構成される。

【００１５】前記の構成において、好ましくは、ガス導
入板には直径約０．２〜１ｍｍのガス吹出し孔が複数個
形成されていることを特徴とする。

【００１６】前記の構成において、好ましくは、ガス導
入板の内側に間隙部を設け、この間隙部の外周部でガス
導入板と電極とを電気的および熱的に接触させるように
構成される。

【００１７】前記の構成において、好ましくは、ガス導
入板を形成する単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉの体積抵抗
値が０．０１〜２０Ωの範囲に含まれる値であることを
特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明では、相対する電極の間にガスを導入す
ると共に高周波電力を供給してプラズマを発生させ被加
工物を加工する構成において、前記ガスを導入する電極
対向面に設けた単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉからなるガ
ス導入板によって金属汚染源がなくなり、弗素系ガスを
用いた場合には反応生成物もほとんど揮発性であって被
加工物の上に生成物が堆積されない。また上記ガス導入
板は熱伝達係数が高いので、電極との接触部分と間隙部
が存在する中央部分との温度差が非常に小さく、温度ム
ラが生じない。従ってエッチングムラが生じない。ガス
導入板の内側には供給されたガスを流通せしめる間隙部
が形成されるので、ガスは予め分散され多数の細孔より
吹き出されて均一な態様で被加工物に吹き付けられる。
電極とガス導入板との間の接触部によってガス導入板は
効率よく冷却され、その温度の繰り返し再現性が保持さ
れ、エッチング特性の繰り返し再現性を得ることができ
る。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００２０】図１は本発明に係るプラズマエッチング装
置の要部の原理的構成を示す縦断面図である。図１にお
いて１，２は、所定間隔を保持して対向する２つの電極
であり、その間の空間に放電によりプラズマを発生させ
るための電極である。各電極の対向面の形状は一般的に
円形である。電極１，２の間には高周波電源３によって
所要電力が供給される。本実施例の場合、上側に位置す
る電極１に、２つの電極の間にガスを導入するためのガ
スパイプ４が設けられる。さらに、電極１の対向面には
単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉで形成されたガス導入板５
が取り付けられる。ガス導入板５は、内側面に凹部を形
成することによって電極１との間のスペースに間隙部６
が形成される。この間隙部６はガスパイプ４で導入され
たガスを流通せしめるための流路（または空所）とな
る。ガス導入板５は間隙部６の周囲に形成された部分
で、電極１の対向面の周縁部に接触しかつ例えば締結手
段（図示せず）を用いて電極１に固定される。さらにガ
ス導入板５にはガスパイプ１で導入されたガスを２つの
電極の間の空間に噴出させるための孔３が多数形成され
ている。また下側に位置する電極２の上面には、イオン
エッチングが行われる被加工物８が設置される。

【００２１】図１の構成において、ガスパイプ４を通し
て供給されたガスは、間隙部６の中を電極１の表面に沿
って拡散し、ガス導入板５に設けられた多数の孔７を通
して電極１，２の間の空間に導入される。次いで電極
１，２の間に高周波電源３から高周波電力を供給する
と、導入されたガスがプラズマ化され、電極２上に設置
した被加工物８をエッチングする。

【００２２】ガスパイプ４を通して流入したガスは、ガ
ス導入板５の内側に設けられた間隙部６の内部にて予め
拡散してからガス導入板５に形成された孔７を通って被
加工物８に対して均一な態様で吹き付けられる。またガ
スを電極１，２の間に導入するガス導入板５の材質とし
て単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉを用いているために、ガ
ス導入板５がたとえプラズマにさらされても、アルミニ
ウムなどの金属汚染源がなく、特に弗素系ガスを用いた
場合、反応生成物はほとんど揮発性であり、被加工物８
上に生成物が堆積されない。さらに、単結晶Ｓｉまたは
多結晶Ｓｉからなるガス導入板５は熱伝達係数がアルミ
ニウムと同じくらいに高いので、プラズマによりガス導
入板５の表面が加熱されても、電極１との接触部分に近
い部分と、間隙部６が存在する中央部分との温度差が非
常に小さく、エッチングムラの原因となるようなガス導
入板５の表面の温度ムラを生じない。

【００２３】またガス導入板５の全体が電極１との接触
部分から効率よく冷却されるので、ガス導入板５は、プ
ラズマに長時間繰り返しさらされても温度の繰り返し再
現性が保たれ、エッチング特性の良好な繰り返し再現性
が得られる。またガス導入板５を上記の材質で形成した
ことにより、ガス導入板がプラズマによりスパッタされ
て長期にわたり侵食されその厚みを減じていっても、プ
ラズマにさらされる面の材質は不変であるから、ウェハ
等を汚染するような粒子の発生がなく、熱的性質の変化
や電気的性質の変化は他の材質に比較して小さいものと
することができる。さらにまた、ガス導入板５を導電性
の単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉとしたため、電力の損失
が少なく、安定、かつ高密度のプラズマを効率よく発生
させることができる。

【００２４】上記構成において、ガス導入板５における
ガスを噴出するための孔７の直径を０．２〜１ｍｍに選
ぶことにより、当該孔部分に強放電が発生しにくくな
り、さらにガス導入板５に上記のごとき間隙部６を設
け、電極１とガス導入板５との間を予め対向面に沿った
方向にガスを拡散させた上で、適当な間隔で設けられた
多数の孔７を通過させることで均一性のよいガスを噴出
させることができる。

【００２５】また間隙部６の幅ｄは、電極の表面方向の
ガスの拡散が孔７を通してガスが電極１，２の間に導入
される速さに比較して十分に速くなるように適当な長さ
とする。またガス導入板５の厚みは６ｍｍから１０ｍｍ
程度が望ましい。この程度の厚みでは電力の損失も少な
く、しかもプラズマにさらされてスパッタされることで
厚みが減少しても電極面に平行な方向への熱伝導が十分
に生じることが可能な厚みであるので、長期にわたって
安定したエッチング特性を得ることができる。またガス
導入板５を形成する単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉの体積
抵抗値は０．０１〜２０Ωの範囲に含まれる値であるこ
とが望ましい。このような体積抵抗値を有するガス導入
板５では、電極１との電気的接触部の関連上望ましい電
位に保持され、プラズマの安定性に寄与する。

【００２６】図２は本発明の具体的な他の実施例を示
す。図２において図１で説明した要素と実質的に同一の
要素には同一の符号を付している。図２の構成では、処
理槽９の中に図１で説明した２つの電極１，２が配設さ
れる。電極１にはその対向面にガス導入板５が設けられ
る。電極１，２には各電極の温度を望ましい温度に調整
する熱媒体を流すための流路１０，１１が形成されてい
る。熱媒体の一例としては冷却水である。処理槽９には
排気装置（図示せず）が付設され、この排気装置によっ
て処理槽９の内部は予め排気され、真空状態に保持され
ている。真空の処理槽９の内部にガスパイプ４を介して
流入したガスは、電極１とガス導入板５との間に形成さ
れた間隙部６に拡散する。そして単結晶Ｓｉまたは多結
晶Ｓｉからなるガス導入板５に形成された孔７を通過し
たガスが電極２の上に載置された被加工物８に吹き付け
られる。この状態で電極１，２の間に高周波電源３によ
って発生された高周波電力を供給すると、プラズマが電
極間に発生し、被加工物８をエッチングする。電極１，
２は、本実施例では、流路１０，１１を流れる冷却水に
より冷却され、間接的にガス導入板５や被加工物８がエ
ッチング処理により高温になることを防いでいる。

【００２７】上記の際、ガス導入板５として単結晶Ｓｉ
または多結晶Ｓｉを用いるようにしたため、プラズマに
よるスパッタ作用でガス導入板５の表面が侵食され続け
ても、被加工物８に対する金属汚染や剥離粒子による汚
染を防ぐ効果がまったく変化しないという利点が得られ
る。

【００２８】なお上記実施例では、被加工物８の載置さ
れた側の電極２に高周波電源３を接続したが、高周波電
源３を、ガス導入板５が設けられた電極１に設けること
もできる。

【００２９】図３は他の実施例の部分断面図である。こ
の実施例では、ガス導電板５を平板状に形成し、かつ電
極１との間に金属リング１２を介設することによってガ
ス導電板５を電極１に取り付けている。金属リング１２
を介設することにより、ガス導電板５と電極１との間に
間隙部６を形成している。金属リング１２は可能な限り
プラズマにさらされない箇所に配置される。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、ガスが導入される電極に取り付けられるガス導入
板を単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉで形成したため、ガス
導入板がプラズマによりスパッタされて長期にわたって
侵食されその厚みを減じても、被加工物に金属や剥離粒
子などによる汚染を生じることがない。またガス導入板
と電極との間にガスを通す間隙部を形成し、導入したガ
スを間隙部で電極面に沿って拡散させてから分散的に形
成された細孔から電極間に導入するように構成したた
め、均一なプラズマを発生させることができ、良好なエ
ッチング均一性を得ることができる。また前記間隙部の
外周部でガス導入板を直接に電極に取り付け電気的およ
び熱的な接触を実現するようにしたため、エッチングの
繰り返し再現性を得ることができる。特にナローギャッ
プタイプのエッチング装置では、被加工物の載置された
電極に対向する電極の表面温度の影響を受けやすいの
で、本発明はかかる装置において効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマエッチング装置の基本実
施例を示す縦断面図である。

【図２】具体的実施例を示す縦断面図である。

【図３】他の実施例を示す要部縦断面図である。

【符号の説明】

１，２ 電極 ３ 高周波電源 ４ ガスパイプ ５ ガス導入板 ６ 間隙部 ７ 孔 ８ 被加工物 ９ 処理槽 １０，１１ 流路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する２つの電極の間に一方の前記電
   極の対向面から噴射されたガスを導入しかつ前記２つの
   電極の間に高周波電力を供給することによりプラズマを
   発生させ、他方の前記電極の上に設置した被加工物を加
   工するプラズマエッチング装置において、前記ガスを噴
   射する前記電極の対向面に単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉ
   からなるガス導入板を付設したことを特徴とするプラズ
   マエッチング装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマエッチング装置
   において、前記ガス導入板には直径約０．２〜１ｍｍの
   ガス吹出し孔が複数個形成されていることを特徴とする
   プラズマエッチング装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のプラズマエッチング装置
   において、前記ガス導入板の内側に間隙部を設け、この
   間隙部の外周部で前記ガス導入板と前記電極とを電気的
   および熱的に接触させるようにしたことを特徴とするプ
   ラズマエッチング装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項記載のプラ
   ズマエッチング装置において、前記ガス導入板を形成す
   る単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉの体積抵抗値が０．０１
   〜２０Ωの範囲に含まれる値であることを特徴とするプ
   ラズマエッチング装置。