JPH0663107B2 - 平行平板型ドライエツチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１） 発明の属する分野の説明 本発明は、ウエーハ上に集積回路の微細パターンを形成
するための平行平板型ドライエッチング装置の改良に関
する。

（２） 従来の技術の説明 大規模集積回路の製造において半導体ウエーハ上に微細
なパターンを形成する必要があり、このためドライエッ
チング装置が用いられる。ドライエッチング装置はこれ
まで種々の形式の装置が考案されているが、大規模集積
回路の製造においては微細パターンを再現性よく形成で
きる平行平板型ドライエッチング装置が主流である。し
かしながら、この平行平板型ドライエッチング装置は従
来のウエットエッチング装置あるいは多数のウエーハを
一括して処理する円筒型プラズマエッチング装置等に比
較して、より高い処理能力を有しているとは言い難い。
このため平行平板型の優れた微細加工特性を維持しつつ
高速でエッチングができ処理能力の高いエッチング装置
の供給が重要な課題となっている。また、最近のウエー
ハの大口径化に伴って、ウエーハを一枚毎に制御性良く
処理する平行平板型枚葉処理式のドライエッチング装置
がさらに一般化されることは必至である。この枚葉処理
式の装置においては、処理能力を大きくするため複数の
ウエーハを一括処理する従来のパッチ式の装置における
よりもさらに高速エッチング技術が重要となることは明
らかである。

以上述べたように高速でエッチングする技術は今後さら
に重要となるが、エッチング速度を増大させる有力な方
法のひとつとして電界集中リングの利用がある。これは
以下に説明するように、発生したプラズマをウエーハ上
部に集中させることによりエッチング速度を増大させる
ものである。

第１図は従来の電界集中リングを用いた平行平板型ドラ
イエッチング装置の一例の断面図である。図に示すよう
に処理室１内には高周波印加電極２とウエーハ３を載置
するウエーハ載置電極が平行に対向して設置されてい
る。処理室１を真空排気系５により排気した後、反応ガ
ス供給系６より所定の流量の反応ガスを導入し、真空排
気系５の排気能力の調節により処理室１内を所定の一定
圧力に維持する。かかる状態で高周波電源７より高周波
電力を高周波印加電極２に印加すると、反応ガスがプラ
ズマ化されエッチング処理が遂行される。

このとき電界集中リング８−ａがウエーハ外周に設置さ
れていると、次のような作用でエッチング速度が増大す
る。この電界集中リングは絶縁体、半導体、絶縁体ある
いは半導体を被ふくした導電体を材料とする。このため
ウエーハ載置電極４上の電界集中リング８−ａのおかれ
た部分の電界は遮蔽されて弱められると同時にウエーハ
載置部分に集中する。このためウエーハ３上部のプラズ
マが局部的に高密度となり、その結果、エッチング速度
の増大が計られる。

第１図ではウエーハ載置電極４−ａを接地電位としたア
ノード結合式平行平板型ドライエッチング装置を例とし
て電界集中リングの使用を説明したが、ウエーハを載置
する電極に高周波を印加し対向電極を接地電位としたカ
ソード結合式の装置においても電界集中リングの作用は
同様である。

しかしながら、従来の電界集中リングでは次のような問
題が未解決であった。すなわち、従来の通常の電界集中
リングは前記のような物質を材料とした厚さ1mmないし
数mm程度の円板の中心にウエーハの直径よりやや大きな
穴を開け、第１図に示したように穴の内側にウエーハを
置くという単純なものであった。このような単純な電界
集中リングでもエッチング速度は増加するが、ウエーハ
と電界集中リングとの境界における電界の変化が急激で
あるためウエーハ外周部分のエッチング速度がウエーハ
中心部と異なるのが通常であった。これはウエーハ内の
エッチングの均一性が低下することを意味し、その結
果、従来の電界集中リングを用いた平行平板型ドライエ
ッチング装置ではウエーハの外周部分でしばしば半導体
素子の不良が発生するという重大な欠点があった。

（３） 発明の目的 本発明は以上の欠点を除去した電界の集中を精密に制御
し高いエッチング速度を維持しつつウエーハ内のエッチ
ング均一性が良好な平行平板型ドライエッチング装置を
提供することを目的としたものである。

（４） 発明の特徴 上記の目的を達成するため、本発明の平行平板型ドライ
エッチング装置は、ウエハが載置される中心部に対して
その周りの環状外周縁部が半径方向において傾斜してい
る主面を有する第１の電極と、前記第１の電極の主面に
対向して配置された第２の電極と、前記第１の電極と前
記第２の電極との間にプラズマを生起させるための高周
波電力を印加する高周波電源と、前記第１の電極の前記
主面の環状外周縁部上に環状に設けられ、ウエハ載置面
に垂直な方向の厚さが半径方向で前記第１の電極の傾斜
に沿って徐々に変わる電界集中リングとを具備する構成
とした。

（５） 実施例 以下、本発明の一実施例を図面とともに説明する。

第２図（ａ），（ｂ）および（ｃ）は本発明の一実施例
を説明するための図であって、第２図（ａ）は従来のウ
エハ載置電極および電界集中リングの構成を示す部分拡
大図、第２図（ｂ）および（ｃ）は本発明によるウエハ
載置電極および電界集中リングの構成を示す部分拡大図
である。本発明によるウエハ載置電極および電界集中リ
ングはたとえば第１図に示される平行平板型ドライエッ
チング装置において従来のウエハ載置電極および電界集
中リングにそれぞれ置き換わることができる。その場
合、他の各部の構成および動作は従来技術の説明の欄で
述べたものと同様になる。

第２図（ａ）に示されるように、従来においては、ウエ
ハ載置電極４−ａの上面が平坦面で、電界集中リング８
−ａは一様な厚みを有していた。これに対して、本発明
では、第２図（ｂ），（ｃ）に示されるように、ウエハ
載置電極４−b,4−ｃの上面が平坦面でなく、ウエハ３
が載置される中心部に対してその周りの環状外周縁部が
半径方向において傾斜しており、電界集中リング８−b,
8−ｃはリング半径方向において徐々に変化するような
厚みを有している。

第２図（ｂ）の構成例において、ウエハ載置電極４−ｂ
の環状外周縁部は半径方向において外側に向かうほど徐
々に高くなる（持ち上がる）ように傾斜し、電界集中リ
ング８−ｂは、その上面（第１図の高周波印加電極２と
対向する面）がウエハ載置電極４−ｂの中心部（ウエハ
載置部）とほぼ平行であり、その下面がウエハ載置電極
４−ｂの環状外周縁部に倣って半径方向において外側に
向かうほど徐々に高くなるように傾斜している。これに
より、電界集中リング８−ｂは、半径方向において外側
に向かうほど徐々に厚みが減少している。

第２図（ｃ）の構成例において、ウエハ載置電極４−ｃ
の環状外周縁部は半径方向において外側に向かうほど徐
々に低くなる（垂れ下がる）ように傾斜し、電界集中リ
ング８−ｃは、その上面がウエハ載置電極４−ｃの中心
部（ウエハ載置部）とほぼ平行であり、その下面がウエ
ハ載置電極４−ｃの環状外周縁部に倣って半径方向にお
いて外側に向かうほど徐々に低くなるように傾斜してい
る。これにより、電界集中リング８−ｃは、半径方向に
おいて外側に向かうほど徐々に厚みが増大している。

第３図は第２図に示した電界集中リングを用いた平行平
板型ドライエッチング装置により５インチシリコンウエ
ーハ上に形成された酸化シリコン膜（SiO_２膜）をエッ
チングしたときのウエーハ内のエッチング速度の分布を
示すものである。

以下、第２図および第３図を用いて、本発明による電界
集中リングによってウエーハ内のエッチング分布が改善
された具体例を説明する。

第３図において実線９は電界集中リングを用いない場
合、すなわち第２図（ａ）において電界集中リング８−
ａを除去した装置で用いられたエッチング速度のウエー
ハ内分布の一例である。また破線10−１および11−１は
均一な厚さから成る従来の電界集中リングを用いたとき
のエッチングの結果の例であって、エッチング速度は全
体として増大するがウエーハ周辺部のエッチングの均一
性は悪化する。ウエーハ周辺部のエッチング速度がウエ
ーハ中心部のエッチング速度より低くなるが高くなるか
は高周波電力，電極間距離，反応ガスの組成，圧力，流
量などの処理条件により一様ではないが、エッチング速
度、加工精度あるいはウエーハの損傷などを最適条件と
しながらウエーハ全面にわたって均一なエッチング速度
を得ることは著しく困難である。従来の電界集中リング
８−ａにより破線10−１のような分布が得られた場合、
本発明による半径方向において外側に向かうほど厚さが
減少する電界集中リング８−ｂを用いるとウエーハ周辺
部の電界集中が好ましく制御され、エッチング速度のウ
エーハ内分布は実線10−２のように改善される。また、
従来の電界集中リング８−ａによって破線11−１のよう
にウエーハ外周部のエッチング速度が中心部より大きく
なる場合には、第２図８−ｃのような半径方向において
外側に向かうほど厚さが増大する電界集中リングを用い
るとウエーハ内エッチング分布は実線11−２のように改
善される。

以上のように本発明によれば電界集中リング本来の作用
であるエッチング速度の増大を計りながら、同時に良好
なウエーハ内エッチング分布を得ることが可能となる。

以上第２図および第３図で説明した本発明の作用はあく
までも一例であって、本発明の本質は電界集中リングの
半径方向への厚さをエッチングの不均一性が相殺される
ように変化させることによってウエーハ内エッチング速
度の分布の向上を得ることである。したがって、第１図
で例示したアノード結合式の他にカソード結合式でも有
効であることはもちろんである。

（６） 効果の説明 以上説明したように、本発明によれば高いエッチング速
度と良好なウエーハ内エッチング均一性の両者を同時に
達成できる平行平板型ドライエッチング装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電界集中リングの作用を説明するための平行平
板型ドライエッチング装置の一例の断面を示す図，第２
図（ａ）は第１図の部分拡大図、第２図（ｂ）〜（ｃ）
は各々本発明の実施例を示す図、第３図は本発明の実施
例の効果を説明するための図である。 なお図において、１……処理室、２……高周波印加電
力、３……ウエーハ、４−a,4−b,4−ｃ……ウエーハ載
置電極、５……真空排気系、６……反応ガス導入系、７
……高周波電源、８−a,8−b,8−ｃ……電界集中リン
グ、である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエハが載置される中心部に対してその周
   りの環状外周縁部が半径方向において傾斜している主面
   を有する第１の電極と、 前記第１の電極の主面に対向して配置された第２の電極
   と、 前記第１の電極と前記第２の電極との間にプラズマを生
   起させるための高周波電力を印加する高周波電源と、 前記第１の電極の前記主面の環状外周縁部上に環状に設
   けられ、ウエハ載置面に垂直な方向の厚さが半径方向で
   前記第１の電極の傾斜に沿って徐々に変わる電界集中リ
   ングと、 を具備したことを特徴とする平行平板型ドライエッチン
   グ装置。
2. 【請求項２】前記電界集中リングの前記第２の電極と対
   向する側の面は前記第１の電極の前記主面の中心部とほ
   ぼ平行であり、前記電界集中リングの前記主面の環状外
   周縁部と対向する側の面は前記環状外周縁部に倣って半
   径方向において傾斜していることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の平行平板型ドライエッチング装
   置。