JPH0729894A

JPH0729894A - 多孔式ガス導入機構

Info

Publication number: JPH0729894A
Application number: JP5198003A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Fujita; 穣太藤田; Yoshitaka Sasamura; 義孝笹村; Norihiko Tamaoki; 徳彦玉置; Mitsuhiro Okuni; 充弘大國; Ichiro Nakayama; 一郎中山; Masabumi Kubota; 正文久保田; Noboru Nomura; 登野村
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】チャンバ内に回転対称の位置に３枚以上のＬ
ＥＰ電極を設け位相の異なる高周波を印加してエッチン
グガスをプラズマにし、これによって半導体ウエハをエ
ッチングするドライエッチング装置において、エッチン
グガスの利用効率を高め、エッチングガスの消費量を節
減すること。【構成】チャンバの上方からエッチングガスを導入す
る。チャンバの上方に多孔板を設けてここにエッチング
ガスのガス溜り部を作る。エッチングガスガス溜り部で
一旦滞留して多孔板の穴から出てゆく。全てのエッチン
グガスがＬＥＰ電極の側方を通過してプラズマになる。
無駄になるガスが少ないのでガスの利用効率が高まる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転電界を利用しガ
スをプラズマにするドライエッチング装置におけるエッ
チングガスの導入機構に関する。半導体集積回路の高密
度化を一層推し進めるために、フォトリソグラフィ技
術、エッチング技術の進歩が不可欠である。

【０００２】

【従来の技術】ドライエッチングはガスをプラズマにし
てこれを加速し基板に当てて、基板上のレジストによっ
て覆われていない半導体部分を物理的化学的作用により
除去するものである。レジストによって覆われていない
部分をなるべく垂直にエッチングするのが望ましい。他
の分野で使われることのある湿式のエッチングは等方的
にエッチングが進む。これに対して、レジスト面に対し
て垂直にのみエッチングが進行するのを異方性エッチン
グという。乾式のエッチングは異方性に優れている。先
述の性質は異方性が高いということで表現できる。

【０００３】現在最も広く用いられているエッチング方
法は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）である。ガス
としてハロゲンのガスを用いて化学反応により半導体を
除去して行く。これは平行平板電極などを用いてハロゲ
ンガスなどに高周波を印加してプラズマとしこれにより
半導体部分をエッチングする。微細なレジストの穴にお
いて垂直に半導体を削るようにするためには、イオンの
入射方向が基板面に直角でなければならない。このため
にはイオンの平均自由工程を長くし散乱確率を減らせば
良い。そのために真空度を上げる必要がある。しかし真
空度を上げると高周波放電が起こり難くなる。するとエ
ッチングレ−トが低くなる。

【０００４】これを解決するために、マグネトロン反応
性イオンエッチング法や、ＥＣＲエッチング法が開発さ
れてきている。マグネトロン反応性イオンエッチング法
は、従来の平行平板電極の周囲に例えば４の電磁石を設
け、電磁石の励磁電流の位相を２π／４ずつ変化させる
ことにより、チャンバ内に回転磁場を発生させ、これに
より電子のサイクロトロン運動を起こさせ、イオン化効
率を上げようとするものである。

【０００５】ＥＣＲエッチング法は、例えばチャンバの
外部にコイルを設け直流磁場を縦方向に発生させる。
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を外部からチャンバに導入
する。直流磁場によって、電子はサイクロトロン運動す
るが、これの周期とマイクロ波の周期を同じにすると電
子がマイクロ波を共鳴吸収する。運動エネルギ−を得た
電子がガス原子、分子に衝突してこれをイオンにするの
で、やはりイオン化率が向上する。

【０００６】しかしマグネトロン反応性イオンエッチン
グ法は、回転磁場の密度が空間的に一様でない。ために
プラズマ密度が空間的に不均一になる。ＥＣＲエッチン
グ法は磁場がやはり空間的に不均一であるから、プラズ
マ密度が空間的に不均一になる。

【０００７】このように高真空中でも放電を維持しイオ
ン化率を高くする方法があるが、いずれも磁場の空間的
不均一のためにプラズマ密度が不均一になるという難点
がある。プラズマやラジカルの作用で半導体部分を除去
するのであるから、プラズマが空間的に一様でないと、
エッチング速度も空間的に一様でないことになる。もし
も大口径のウエハをエッチングしようとすると、ウエハ
の面内でのエッチング速度が不均一になる。だからこれ
らの方法は大口径ウエハのエッチングには不向きであ
る。

【０００８】そこで、回転電界を用いたドライエッチン
グ法が本発明者らによって発明された。特開平４−２６
８７２７号、特開平４−２９０２２６号などに開示され
る。ｎ枚の電極に位相が２π／ｎだけ異なる高周波電圧
を印加して、チャンバ内に回転電界を発生しこれによっ
て電子を縦軸回りに回転させ加速しガス原子を叩いてプ
ラズマにしこのプラズマによって基板をエッチングす
る。

【０００９】これはチャンバ内に、上下の平行平板電極
と、ｎ枚のＬＥＰ電極を設けたものである。下の平行平
板電極にエッチングすべき基板を載せる。ＬＥＰ電極は
回転対称になるように互いに対向するように設けられ
る。上下の平行平板電極は上下方向に交番電界を発生す
る。側方のＬＥＰ電極は、水平方向に回転電界を発生す
る。上下の平行平板電極に掛ける高周波は、例えば５０
ＭＨｚ、水平の回転電界のための高周波は３００ＭＨｚ
である。

【００１０】先述のように反応性イオンエッチングは平
行平板電極だけを利用している。これに比較すると中間
側方に設けるＬＥＰ電極が増えている。マグネトロン反
応性イオンエッチング法は上下の平行平板電極と中間側
方の電磁石からなるから、これに比較すると、電磁石が
電極に置き換えられているということになる。

【００１１】このような回転電界を利用するエッチング
法を、本発明者はＬＥＰ法と名付けた。エッチング装置
の全体をＬＥＰ装置と呼び、側方の回転対称の電極をＬ
ＥＰ電極ということにした。一般名称になっている訳で
はない。ＬＥＰということもあるし、リサ−ジュプラズ
マエッチング装置ということもある。リサ−ジュ図形と
いうのは、互いに垂直な方向の単振動を合成した２次元
運動の軌跡のことである。フランスのLISSAJOUS が考案
した機械で描けるのでこの名前がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図１は本発明が対象に
するドライエッチングの概略構成図である。チャンバ１
は真空にひくことのできる容器である。これは上部に上
蓋２を有する。チャンバ内部の上方にはＬＥＰ電極３
（または上部電極）が設けられる。これは３以上であれ
ば良いが、ここでは４枚のＬＥＰ電極３を用いる例が示
される。

【００１３】チャンバ下方には、下部電極４が設けられ
る。この上に半導体ウエハ５が戴置される。これがエッ
チングの対象となる。レジストを塗付しフォトリソグラ
フィによってレジストの微細パタ−ンが描かれている。
チャンバ１の底面はベ−ス板６によって閉じられる。チ
ャンバ１の側方にはエッチングガスを導入するためのガ
ス入口７がある。チャンバ１の底部にはガスを排出する
ためのガス出口８がある。

【００１４】ＬＥＰ電極３には位相の異なる高周波が印
加される。このために高周波電源９が設けられる。前述
の場合これの周波数は３００ＭＨｚであったが、任意の
周波数の高周波を利用できる。移相器１０が高周波を２
π／ｎ（ｎはＬＥＰ電極の数）ずつ位相をずらせて各Ｌ
ＥＰ電極３に印加するようになっている。

【００１５】下部電極４にも別異の高周波電源１１があ
り、これが例えば５０ＭＨｚの高周波を下部電極に印加
する。下部電極４が過熱されるのでこれを防ぐために、
冷却機構１６があって、冷却水または冷媒を循環させて
下部電極を冷却している。

【００１６】図２は同じもののガス流を主に示す図であ
る。ガス入口はチャンバの下半部にある。ひとつの時も
あるし、二つあるいはそれ以上のこともある。ガスの出
口は底面にありこれもひとつのこともあり二つのことも
ある。

【００１７】下部電極４のウエハ５とほぼ同じ高さにパ
ンチングプレート１２が水平に設けられる。これはウエ
ハの近傍で電界をウエハにほぼ直角にするものである。
チャンバは接地電位であり底面も接地電位である。

【００１８】ところが下部電極は高周波を印加するの
で、負電圧にバイアスされる。プラズマ中の正イオンは
電界によって加速されるので、電気力線に沿って進む。
負電圧にバイアスされた下部電極はその面にほぼ直角に
電気力線が入ってゆく。そのままであると、下部電極の
上面のみならず、側面にも電気力線が入るので、正イオ
ンが下部電極の側面に当たる。これはエッチングに寄与
しないのでイオンの浪費ということになる。

【００１９】これを防ぐためにパンチングプレート１２
をほぼ下部電極の上面と同じ高さに設けるのである。チ
ャンバの側面、パンチングプレート、上蓋が全て接地電
位である。下部電極４が負電圧である。プラズマ中の正
イオンは、接地電位であるパンチングプレートよりも、
下部電極４の上面につまりウエハ面に引き寄せられる。
つまりイオンが下部電極の側面に当たらず浪費されない
のである。導体の板であれば良いがガスを通す必要があ
るのでパンチングプレートとなっている。

【００２０】エッチングガスはＣｌ₂ などの反応性ガス
である。ＬＥＰは、従来のＲＩＥのように対向電極（ア
−ス電極）が存在せず、ＥＣＲのようにチャンバを石英
製にする必要がない為、ガス吹き出し孔の設計に自由度
が高い。しかし、エッチングガスがチャンバ側面のガス
入口７から吹き込まれ、出口が下方にある場合、ガスの
一部のみが上方に向かい、ＬＥＰ電極によって発生した
高周波電界によりプラズマに励起される。パンチングプ
レート１２による抵抗があるので、ガスが直接に入口か
ら出口に抜けるということはない。しかし入口と出口が
接近しているので、利用されずに排出されるガスが多
く、ガスの利用効率が悪い。

【００２１】もう一つはプラズマ密度の不均一である。
これは二つの不均一性がある。チャンバの側方よりガス
を入れるので、プラズマに励起される前のガスがチャン
バの中央より下部に停滞し、ＬＥＰ電極の作用により、
ラジカルとイオン、電子を含む活性のプラズマになった
ものがチャンバの上方に滞留するという難点がある。こ
れは一層ガスの利用効率を低下させる。

【００２２】もう一つは水平面内でのプラズマの不均一
性である。水平面内でプラズマ密度が一様でないので、
ウエハの面内でのエッチング速度が違ってくる。そうす
ると１枚のウエハから同等の集積回路素子を多数製造す
ることが難しくなる。

【００２３】このような難点を解決し、エッチングガス
の利用効率を高め、チャンバ内のプラズマ密度の縦方
向、横方向の均一性を高揚したガス導入機構を提供する
のが本発明の目的である。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ装置は、チャンバの上部で上蓋の直ぐ下に微細な穴を
多数有する多孔板を設け、上蓋の一部にガス入口を設
け、上蓋からエッチングガスを導入する。上蓋と多孔板
とチャンバの側壁で囲まれる水平に広い空間が生ずる。
多孔板を通り抜ける場合の抵抗が大きいので、エッチン
グガスは一旦この空間で平衡状態に達する。

【００２５】つまりこのガス溜り部での圧力が一定にな
る。そして均一または分布を持たせた微細な穴からガス
が下向きに出てゆき、チャンバ内に均一に吹き出され
る。多孔板の材料、穴の大きさ、穴の数は任意である
が、穴の分布はエッチング均一性に大きく影響する。穴
は上蓋全面に開口する必要がある。また、ガス出口はチ
ャンバの底面またはこの近くに設ける。

【００２６】

【作用】従来のように、ガスをチャンバの側面から導入
するのではなく、上方から入れる。出口は下方にあるの
で、すべてのエッチングガスが、ＬＥＰ電極の間を通過
する。全てのガスがプラズマに励起される。全てのガス
がエッチングに寄与するようになる。ために、ガスの利
用効率が著しく高揚する。

【００２７】多孔板の微細な穴はガスの流路抵抗を高
め、ガス溜り部での圧力を平衡させるので、穴から吹き
出るガスの速度は一定である。従ってチャンバの水平面
内で一様な密度でガスを上から下へ吹き出すことができ
る。ＬＥＰ電極に位相の異なる高周波を印加することに
よりガスをプラズマにするが、ガスの速度が水平面内で
一様であるから、プラズマの密度がＬＥＰ電極で囲まれ
る空間内で均一になる。ためにプラズマの均一性が高く
なる。従って、ウエハ面内でのエッチングの速度が均一
になり、良好なエッチングを行うことができる。

【００２８】

【実施例】図３は本発明の実施例に係るドライエッチン
グ装置の概略構成図である。チャンバ１は円筒形または
多角形の空間である。上には上蓋２、下にはベ−ス板６
があり、密封された閉空間になっている。チャンバ１の
内部上方には４枚のＬＥＰ電極３が回転対称の位置に設
けられる。チャンバの下方には、下部電極４が設けられ
る。これはウエハ５を戴置する。パンチングプレート１
２が下部電極４の周囲に水平に設けられる。これはチャ
ンバと同様に接地電位になる。ベ−ス板６にガスの出口
８がある。

【００２９】上蓋２の適当な箇所にガス入口１３があ
る。これはひとつでも複数でも良い。上蓋２の直ぐ下に
多孔板１４がある。これは、微細な多くの穴を形成した
板である。材料は金属、セラミック、プラスチックなど
任意である。穴の数や、穴の直径や、穴の分布は任意で
あるが、実質的に均一なガス流を下方に吹き出すことが
できるようになっていれば良い。穴径が大きい場合は、
ガス入口１３の直下に穴が来ないようにする。

【００３０】穴径が小さい場合はガス入口１３の直下に
穴が有っても差し支えない。多孔板の穴は微細であるの
で、上蓋２、多孔板１４、チャンバの側周で囲まれた扁
平な空間は、準閉空間となる。これをここではガス溜り
部１５と呼ぶことにする。

【００３１】ガス入口１３からガス溜り部１５に入った
エッチングガスは、ここで一旦滞留し同一の圧力とな
る。チャンバ１の下方の部分は、もっと低い圧力になっ
ているので、ガスが多孔板の微細な穴を通って下方へ吹
き出す。これがＬＥＰ電極３によりプラズマに励起され
る。プラズマの内部には、正イオン、電子、ラジカルが
あるが、これがウエハの表面に衝突しこれをエッチング
する。エッチングの異方性を高めるためにはチャンバ内
の真空度を上げる必要がある。イオン、ラジカルの平均
自由行程を長くするためである。高真空でもＬＥＰ電極
の作用でガスをプラズマにすることができる。

【００３２】上方からエッチングガスを導入し、ＬＥＰ
電極がガスの流路の途中にあるから、エッチングガスが
殆ど全てＬＥＰ電極の作用を受けてプラズマ状態にな
る。そのままチャンバから排出されるというようなこと
はない。また、ガスは上から下へ向けての一様流となる
から、ガスが上と下に分離して滞留するということもな
い。エッチングガスの利用効率が高い。また、穴は多孔
板の面内で均一に穿孔してあるので、上から下へ向かう
ガス流の密度などが一定になる。ガスの利用効率が高
く、しかもガス流の密度が均一になるので、ガスの消費
量を節約することができる。前述したように、ＬＥＰで
はその構成上ガス吹き出し孔の設計に高い自由度があ
り、ＲＩＥやＥＣＲのような制約を受けることがない
為、上記した構成により高いエッチング均一性を確保す
ることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ガスの一部がそのまま
排気されるというような不都合を防ぐことができエッチ
ングガスの利用効率が高まる。同じプラズマを形成する
ためにより少ないガス量で済むようになる。このため、
ランニングコストを下げることができる。さらにガス処
理装置をより小形にすることが可能になる。

【００３４】またプラズマ密度が空間的に一様になるの
で、ウエハ面内でのエッチング速度が一様になる。この
ために品質の一定した多くの集積回路素子を１枚のウエ
ハから製造できる。大口径のウエハに多数の集積回路素
子を製造する場合、面内でエッチング速度が同じである
ということは極めて重要なことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転電界を用いるドライエッチング装置の概略
構成図。

【図２】従来装置においてガスの出入り経路を示す図。

【図３】本発明の装置におけるガスの通過を説明する
図。

【符号の説明】

１チャンバ２上蓋３ＬＥＰ電極４下部電極５ウエハ６ベ−ス板７ガス入口８ガス出口９高周波電源１０移相器１１高周波電源１２パンチングプレート１３ガス入口１４多孔板１５ガス溜り部１６冷却機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者玉置徳彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者大國充弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者中山一郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者久保田正文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者野村登大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒型のチャンバと、チャンバの上部を閉
じる上蓋と、チャンバの下端を閉じるベ−ス板と、チャ
ンバ内部の上方に互いに対向して回転対称の位置に設け
られる３枚以上のＬＥＰ電極と、ＬＥＰ電極に位相をず
らせた高周波電圧を印加する高周波電源と、チャンバの
下方に設けられエッチングすべき半導体ウエハを戴置す
べき下部電極と、下部電極に高周波を印加する高周波電
源とを含む回転電界を利用するドライエッチング装置で
あって、チャンバ内にエッチングガスを導入するため上
蓋に設けられたガス入口と、チャンバからガスを排出す
るため、チャンバの底面またはその近傍に設けたガス出
口と、チャンバ内において上蓋の直下に多孔板を設け、
ガス入口から導入されたエッチングガスは多孔板と上蓋
の間のガス溜り部に一旦滞留してから多孔板の穴を通っ
てＬＥＰ電極の横を通過し、ここでプラズマになるよう
にしたことを特徴とする多孔式ガス導入機構。
【請求項２】筒型のチャンバと、チャンバの上部を閉
じる上蓋と、チャンバの下端を閉じるベ−ス板と、チャ
ンバ内部の上方に互いに対向して回転対称の位置に設け
られるｎ枚のＬＥＰ電極（ｎ≧３）と、ＬＥＰ電極に２
π／ｎずつ位相をずらせた高周波電圧を印加する高周波
電源と、チャンバの下方に設けられエッチングすべき半
導体ウエハを戴置すべき下部電極と、下部電極に高周波
を印加する高周波電源とを含む回転電界を利用するドラ
イエッチング装置であって、チャンバ内にＣｌ₂ よりな
るエッチングガスを導入するため上蓋に設けられたガス
入口と、チャンバからガスを排出するため、チャンバの
底面またはその近傍に設けたガス出口と、チャンバ内に
おいて上蓋の直下に多孔板を設け、ガス入口から導入さ
れたエッチングガスは多孔板と上蓋の間のガス溜り部に
一旦滞留してから多孔板の穴を通ってＬＥＰ電極の横を
通過し、ここでプラズマになるようにしたことを特徴と
する多孔式ガス導入機構。