JPH08148471A

JPH08148471A - プラズマエッチング装置

Info

Publication number: JPH08148471A
Application number: JP29135094A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nakamura; 敏幸中村; Shigeki Honda; 茂樹本多; Nariya Odajima; 成也小田島; Tetsuji Kurokawa; 哲治黒川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【構成】高周波発振器３２を備え、反応容器２０内に
試料台兼用の下部電極２３とガス導入用のプラズマガス
導入路２６を有する可動式上部電極１２とが対向して配
設され、上部電極１２にクランプ板１３を備えた樹脂製
シールド１４が周設されたプラズマエッチング装置にお
いて、プラズマが照射される部材の少なくとも表面がポ
リイミド樹脂により形成されているプラズマエッチング
装置。【効果】使用されているポリイミド樹脂のトータルの
金属含有量は非常に小さいので、試料の金属等による汚
染を防止することができ、樹脂内に酸素を含有するた
め、付着した炭素含有有機物が酸化してガス化し、パー
ティクルの発生を防止することができる。また、ポリイ
ミド樹脂はＦを含まないため、電極等がエッチングされ
にくく、プラズマガスのエッチング選択比を変化させな
い。さらに、ポリイミド樹脂は耐久性に優れ、装置の長
寿命化を図ることができる。

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、より詳細にはＬＳＩ製造用等の半導体ウエハの
表面に形成されたシリコン酸化膜にエッチング処理を施
すためのプラズマエッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模集積回路の製造においては、半導
体ウエハ上に微細なパターンを形成する必要があり、こ
のためにプラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置
等のプラズマ処理装置が盛んに用いられている。

【０００３】特に、集積度の高いＬＳＩの製造過程では
微細パタ−ンを再現性良く形成することのできるエッチ
ング装置として平行平板型のプラズマ処理装置が多用さ
れている。

【０００４】図２は従来のこの種プラズマエッチング装
置を模式的に示した断面図であり、図中２０は真空容器
を示している。真空容器２０内の処理室２１上方には上
部電極２２がアルミナ製のセラミックシールド３０に支
持されており、この上部電極２２はシリコンにより形成
されている。また、上部電極２２の上部にはシ−ルプレ
−ト２５が配設され、このシ−ルプレ−ト２５の中央部
にはプロセスガス導入路２６が形成されており、プロセ
スガス導入路２６はガス供給源（図示せず）に接続され
ている。また、シ−ルプレ−ト２５と上部電極２２との
間にはバッフル板３１が介装されており、このバッフル
板３１に形成された開口部３１ａ及び上部電極２２に形
成された開口部２２ａから処理室２１にプロセスガスが
拡散されて供給されるようになっている。さらに、セラ
ミックシールド３０にはウエハ２４を下部電極２３に固
定するためのアルマイト処理が施されたアルミニウム製
又はセラミックス製のクランプ板２９が取り付けられて
いる。

【０００５】一方、上部電極２２に対向して処理室２１
の下部には所定の距離を保って下部電極２３が配設され
ており、下部電極２３もシリコンを用いて形成されてい
る。下部電極２３の内部には冷却水を循環させるための
冷媒循環路２８が形成されており、下部電極２３の上面
にはウエハ２４が載置されるようになっている。下部電
極２３の周囲のフォーカスリング３３は下部電極２３以
外に電気的グランドがのぞかないようにテフロンで覆わ
れており、下部電極２３の外周下方には排気路２７が形
成されている。また、上部電極２２及び下部電極２３に
は高周波電源３２が接続されており、上部電極２２をア
ースし、下部電極２３に高周波電力を印加する場合はＲ
ＩＥモードとなり、下部電極２３をアースし、上部電極
２２に高周波電力を印加する場合はプラズマモードとな
る。

【０００６】また処理室２１とプロセスガス導入路２６
との接続部にはＯリング（図示せず）等が取り付けられ
ており、プラズマ処理中の真空容器２０内が外気から遮
断されるようになっている。

【０００７】このように構成されたプラズマエッチング
装置をプラズマモードに設定し、レジストパターンをマ
スクとしてウエハ２４上に形成されたＳｉＯ₂ 等の被エ
ッチング膜をエッチングするには、まずウエハ２４の被
エッチング面を上面にして下部電極２３上に載置する。
次に、上部電極２２とクランプ板２９とが固定されたセ
ラミックシールド３０を降下させ、クランプ板２９によ
りウエハ２４を押圧固定する。この後、所定の真空度に
設定した処理室２１内にプロセスガス導入路２６からエ
ッチングガスを供給し、下部電極２３をアースする。そ
の後、高周波電源３２から上部電極２２に高周波電力を
印加することによりエッチングガスをプラズマ化し、ウ
エハ２４のエッチングを行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
平行平板型のプラズマエッチング装置においては、導入
したガスをプラズマ化することにより低温で効率よく、
ウエハ２４上に形成されたＳｉＯ₂ 膜等のエッチングを
行うことができるが、プラズマが照射される部材が金属
等により形成されている場合には、プラズマにより前記
部材が侵食される虞れがある。

【０００９】そこで、前記プラズマにより装置部材が侵
食され、ウエハ２４が汚染されるのを防止するために、
例えばアルミナ製のセラミックスシールド３０、セラミ
ックス製又はアルマイト処理が施されたアルミニウム製
のクランプ板２９、テフロン製又はセラミックス製のフ
ォーカスリング３３等が用いられていた。

【００１０】しかしながら、このような材料が用いられ
た部材であっても、エッチングによる侵食を完全に防止
することは難しく、アルマイト処理が施された部材やア
ルミナセラミックス製部材では、Ａｌによる汚染やパー
ティクル発生の問題があり、テフロンが使用されている
部材では、金属汚染の問題は発生しないが、プラズマに
よりエッチングされ易いために寿命が短く、またテフロ
ンがエッチングされるとＦが発生し、ＳｉＯ₂ とポリＳ
ｉとのエッチング選択比が変動し、ポリＳｉ製の上部電
極２２等がエッチングされ易くなるという問題があっ
た。

【００１１】また、アルミナセラミックス製部材では、
反応生成物が付着し易く、一旦付着した反応生成物が剥
離することによるパーティクル発生の問題もあった。

【００１２】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、処理する試料の金属等やパーティクルによる
汚染を防止し、かつエッチング選択比の変動をも防止す
ることができるプラズマエッチング装置を提供すること
を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマエッチング装置は、高周波発振
器を備え、反応容器内に試料台兼用の下部電極と、ガス
導入用の貫通孔を有する可動式の上部電極とが対向して
配設され、該上部電極に試料固定用のクランプ板を備え
たシールド部材が周設されたプラズマエッチング装置に
おいて、プラズマが照射される部材の少なくとも表面が
ポリイミド樹脂により形成されていることを特徴として
いる。

【００１４】

【作用】本発明に係るプラズマエッチング装置によれ
ば、プラズマが照射される部材の少なくとも表面がポリ
イミド樹脂により形成されており、前記ポリイミド樹脂
のトータルの金属含有量は数ｐｐｍ以下と非常に小さい
ので、金属により試料が汚染される虞れがなくなる。ま
た、前記ポリイミド樹脂は、その内部に酸素を含有する
ため、プラズマの照射により発生した炭素を含有する有
機物がポリイミド樹脂の表面に付着しても、酸素を含む
ガス状物質に変換されて脱離し易く、パーティクルが発
生しにくい。また、ポリイミド樹脂はＦを含まないた
め、ポリＳｉはエッチングされにくく、プラズマガスの
エッチング選択比を変化させない。さらに、ポリイミド
樹脂は耐久性に優れるため、装置の長寿命化が図られ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係るプラズマエッチング装置
の実施例を図面に基づいて説明する。なお、従来例と同
一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこととす
る。

【００１６】図１は実施例に係るプラズマエッチング装
置を模式的に示した断面図である。前記プラズマエッチ
ング装置は、上部電極１２及びクランプ板１３がポリイ
ミド樹脂により被覆され、樹脂製シールド１４及びフォ
ーカスリング１５がポリイミド樹脂により形成されてい
る他は、図２に示した従来のプラズマエッチング装置と
その構成が同一であるので、ここでは前記部材以外の詳
しい説明は省略する。まず上部電極１２においては、処
理室１１に面し、ウエハ２４にエッチング処理を施す際
には直接プラズマと接する下面１２ｂがポリイミド樹脂
により被覆された構成となっている。この樹脂の厚さは
０．１ｍｍ程度であり、この上部電極１２に使用されて
いる前記ポリイミド樹脂は下記の化１式に示した繰り返
し構造単位を有するものである。

【００１７】

【化１】

【００１８】（式中、Ｒ¹ は芳香族系の４価の化合物を
示し、Ｒ² は芳香族系の２価の化合物を示す。）前記式中のＲ¹ としては、例えば下記の化２式に示す化
合物が挙げられ、Ｒ²としては、例えば下記の化３式に
示す化合物が挙げられる。

【００１９】

【化２】

【００２０】

【化３】

【００２１】上部電極１２の場合のように、部材の表面
に前記化合物の被覆体を形成する場合には、前記化１式
に示したポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸が
ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の極性溶媒中に溶解
しているものを用い、部材の表面に前記ポリアミド酸を
含む溶液を塗布し、溶媒を揮発させた後、２００℃程度
の温度で再度熱処理を行うことによりポリアミド酸をポ
リイミドに変換して、ポリイミド樹脂の被覆体を形成す
ればよい。

【００２２】クランプ板１３の場合は、アルマイト処理
が施されたアルミニウム製の部材の全面がポリイミド樹
脂により被覆された構成となっている。

【００２３】また、樹脂製シールド１４及びフォーカス
リング１５は全体がポリイミド樹脂からなるポリイミド
樹脂の成形品となっている。

【００２４】上記構成の実施例に係るプラズマエッチン
グ装置を用い、レジストパターンをマスクとして直径６
インチのウエハ２４上に形成されたＳｉＯ₂ （厚さ：約
１．０μｍ）及びポリＳｉ（厚さ：約１．０μｍ）から
なる被エッチング膜のエッチングを行い、ＳｉＯ₂ とポ
リＳｉのエッチング選択比を測定した。まず、実施例に
係るプラズマエッチング装置をプラズマモードに設定
し、ウエハ２４の被エッチング面を上面にして下部電極
２３上に載置した。次に、上部電極１２とクランプ板１
３とが固定された樹脂製シールド１４を降下させ、クラ
ンプ板１３によりウエハ２４を押圧固定した。このとき
の上部電極１２とウエハ２４との間の距離は０．９ｃｍ
に設定した。この後下部電極２３をアースし、圧力を２
２５ｍＴｏｒｒに設定した処理室１１内にプロセスガス
導入路２６から、Ａｒガス、ＣＦ₄ガス、及びＣＨＦ₃
ガスをそれぞれ４００ｓｃｃｍ、１３ｓｃｃｍ、４２ｓ
ｃｃｍの流量で導入し、高周波電源３２から上部電極２
２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を８５０Ｗのパワー
で印加することによりエッチングガスをプラズマ化し、
ウエハ２４にエッチング処理を施した。

【００２５】その結果、エッチング選択比（ＳｉＯ₂ の
エッチング速度／ポリＳｉのエッチング速度）は２５．
０であった。なお比較例として、図２に示した従来のプ
ラズマエッチング装置を用い、同様の条件でウエハ２４
のエッチングを行ったところ、前記エッチング選択比は
２３．０であった。

【００２６】次に、処理室１１内の圧力を２５０ｍＴｏ
ｒｒに設定した他は、同様の条件で実施例及び比較例に
係るプラズマエッチング装置を作動させ、ウエハ２４に
エッチング処理を施したところ、エッチング選択比は実
施例の場合が２６．３であり、比較例の場合が２４．４
であった。さらに、処理室１１内の圧力を２７５ｍＴｏ
ｒｒに設定し、前記の場合と同様にエッチング処理を施
したところ、選択比は実施例の場合が２９．６であり、
比較例の場合が２５．１であった。

【００２７】以上の結果より明らかなように、比較例に
係るプラズマエッチング装置を用いた場合、エッチング
の際にフォーカスリング３３からＦガスが発生して、そ
のエッチング選択比が小さくなっているのに対し、実施
例に係るプラズマエッチング装置ではＦガスが発生する
ことはないため比較例の場合に比べてその選択比は大き
く、処理室１１内の圧力を大きくするにつれてエッチン
グ選択比の差が顕著に現れている。

【００２８】次に、前記実施例及び比較例に係るプラズ
マエッチング装置を用いて装置部材の寿命に関する実験
を行った。まず、１μｍの厚さのＳｉＯ₂ 膜が形成され
たウエハ２４を下部電極２３上に載置し、処理室１１内
の圧力を３００ｍＴｏｒｒに設定した後、Ａｒガス、Ｃ
Ｆ₄ ガス、及びＣＨＦ₃ ガスをそれぞれ３００ｓｃｃ
ｍ、２５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍの流量で導入した他
は、前記実施例の場合と同様の条件でウエハ２４にエッ
チング処理を施した。このようにして所定の時間エッチ
ング処理を施した後にウエハ２４を新しいものと交換
し、さらにエッチング処理を施す工程を繰り返し、各部
材の消耗の程度を観察したところ、比較例の場合では累
積時間が４００時間でフォーカスリング３３がプラズマ
によりエッチングされ、新しいものとを交換しなければ
ならなかったのに対し、実施例の場合は累積時間が１０
００時間を超えても交換の必要がなく、実施例に係るプ
ラズマエッチング装置は耐久性に優れていることが立証
された。

【００２９】次に、前記実施例及び比較例に係るプラズ
マエッチング装置を用い、パーティクルによる汚染の程
度を測定した。

【００３０】まず、１μｍの厚さのＳｉＯ₂ 膜が形成さ
れた直径８インチのウエハ２４を下部電極２３上に載置
し、上部電極１２とウエハ２４との距離を０．９５ｃｍ
に、処理室１１内の圧力を２５０ｍＴｏｒｒにそれぞれ
設定した。次に、プロセスガス導入路２６からＡｒガ
ス、ＣＦ₄ ガス、及びＣＨＦ₃ ガスをそれぞれ５５０ｓ
ｃｃｍ、３５ｓｃｃｍ、３５ｓｃｃｍの流量で導入し、
高周波電源３２から上部電極１２に１３．５６ＭＨｚの
高周波電力を１．５ｋＷのパワーで印加することにより
エッチングガスをプラズマ化してウエハ２４にエッチン
グ処理を施した。この後、前記実施例の場合と同様にエ
ッチング処理を繰り返し、０．２μｍ以上のパーティク
ルがウエハ２４上に５０個以上存在するようになった時
点で実験を終了した。その結果、比較例に係るプラズマ
エッチング装置では、３０時間程度でウエハ２４上のパ
ーティクルの数が５０個以上になったのに対し、実施例
に係るプラズマエッチング装置では約１１０時間でウエ
ハ２４上のパーティクルの数が５０個以上になった。以
上の結果より明らかなように、実施例に係るプラズマエ
ッチング装置では、プラズマが照射される部分の部材が
ポリイミド樹脂により被覆されているか、ポリイミド樹
脂により形成されているので、プラズマにより分解され
た有機物等が付着しにくく、比較例の場合と比べてパー
ティクルの発生が極めて少なくなっている。

【００３１】なお、前記実施例では上部電極１２、クラ
ンプ板１３がポリイミド樹脂により被覆されており、樹
脂製シールド１４及びフォーカスリング１５がポリイミ
ド樹脂により形成されているが、別の実施例では、その
他の部材がポリイミド樹脂により被覆され、又はポリイ
ミド樹脂により形成されていてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マエッチング装置にあっては、高周波発振器を備え、反
応容器内に試料台兼用の下部電極と、ガス導入用の貫通
孔を有する可動式の上部電極とが対向して配設され、該
上部電極に試料固定用のクランプ板を備えたシールド部
材が周設されたプラズマエッチング装置において、プラ
ズマが照射される部材の少なくとも表面がポリイミド樹
脂により形成されており、前記ポリイミド樹脂のトータ
ルの金属含有量は数ｐｐｍ以下と非常に小さいので、試
料が金属等により汚染されるのを防止することができ
る。また、前記ポリイミド樹脂は、その内部に酸素を含
有するため、プラズマの照射により発生した炭素を含有
する有機物がポリイミド樹脂の表面に付着しても、一酸
化炭素等酸素を含むガスに変換されて脱離し易く、パー
ティクルの発生を防止することができる。また、ポリイ
ミド樹脂はＦを含まないため、電極等に使用されている
ポリＳｉがエッチングされにくく、プラズマガスの選択
比を変化させない。さらに、ポリイミド樹脂は耐久性に
優れ、装置の長寿命化を図ることができる。

【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を模式的
に示した断面図である。

【図２】従来のプラズマエッチング装置を模式的に示し
た断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒川哲治大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波発振器を備え、反応容器内に試料
台兼用の下部電極と、ガス導入用の貫通孔を有する可動
式の上部電極とが対向して配設され、該上部電極に試料
固定用のクランプ板を備えたシールド部材が周設された
プラズマエッチング装置において、プラズマが照射され
る部材の少なくとも表面がポリイミド樹脂により形成さ
れていることを特徴とするプラズマエッチング装置。