JPS60220935A - 平行平板形ドライエツチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野〕 本発明は半導体基板をドライエツチングする装置に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

半導体素子の製造工程において、半導体基板をドライエ
ツチングする反応性イオンエツチング装置として広く用
いられているものに、対向する二つの電極、陽極と陰極
を備え、陰極面上に被エツチングウェハを固定し、両電
極間に高周波電圧を印加して両電極間に供給される反応
ガス中にプラズマを発生させ、加速された反応性イオン
の物理的スパッタおよび化学的エツチングの両件用によ
ってウェハをエツチングする方式の平行平板形ドライエ
ツチング装置がある。

第６図にこの平行平板形ドライエツチング装置の構成概
念図を示す。第６図においてエツチングチャンバ１の中
に二つの電極、陽極２と陰′ｌ！ｉ３が対向して設けら
れ、反応ガスはチャンバ１の側面の導入孔４からチャン
バ１内に供給され、排気孔５から排出される。矢印はガ
スの流通方向を表わすものである。この装置では高周波
電源６により金属性の陽極２と陰極３の両電極間に高周
波電圧を印加し、反応ガスプラズマ７を発生させ、陰極
３の上に固定された被エツチングウェハ８のドライエツ
チングが行われる。

次にこの反応性イオンエツチングにおけるエツチング過
剰を第２図を参照して述べる。第７図は第６図の平行平
板形ドライエツチング装置における被エツチングウェハ
の周辺を部分的に示した模式図であり、第６図と共通部
分は同一符号で表わしである。第７図では陰極３の上に
固定された半劉体基板８ａに設けられたポリシリコン膜
８ｂとさらにその上に一部被着されたマスク９とからな
るウェハのポリシリコンｉ８ｂの露出面をエツチングす
る場合を示し、被エツチング領域１０が除去される。

反応カスには例えばＣＦ４やＣａＦｓなどが用いられ、
第６図で説明したように電極間にプラズマを発生させる
とプラズマ中には榎々の活性化イオン例えばＣＦｔ４オ
ンなどが生ずる。陰極３の表面に８ａ＋８ｂからなるシ
リコンウェハを置いて電極間に高周波電力を供給すると
電極表面にはイオンシース領域Ａができているために空
間的に電位勾配を生じシリコンウェハ表面に静電場が形
成さね、例えばプラズマ中に存在するＣＦｓ＋イオンは
イオンシース領域Ａの大きな電位勾配によって加速され
シリコンウェハの被エツチング膜８ｂがエツチングされ
るが、この電位は自己バイアス電位として作用し、数十
ないし数百ボルトの値となる。この自己バイアス値は当
然のことながら反応ガスの圧力、高周波電力、電極材料
電極間隔などのプラズマ発生条件によって変化する。

一方エソチング速度は主として活性化イオンの濃度と自
己バイアス値によって決足されるものであり、一般にガ
ス圧力が小さい方が自己バイアス値は大きくなることが
知られているが、活性化イオン法度との絡みでガス圧力
に対するエツチング速度の値は単純には決めることがで
きない。例えば第８図はガス圧力に対するエツチング運
厩の変化をそれぞれ異る被エツチング膜について示した
線図であり、第８図中曲線イはポリシリコン膜１曲線口
はシリコン酸化膜（３１０２）　＋曲線ハはフォトレジ
スト（商品名ＡＺ１４７０　）の場合である。第８図か
らカス圧力に対するエツチング速度はポリシリコン膜と
Ｓ　ｉｏｚ膜とでは全く逆の傾向を示すことがわかるが
エツチング速度の被エツチング面における分布状態を別
途実験により調べた結果、エツチング速度の分布はウェ
ハの中心から径方向に対して対称となっていることもわ
かった。すなわぢ、例えばＳ　ｉｏ２膜はウェハの中央
部でエツチング速度が大きく中央から径方向に遠ざかる
にしたがってエツチング速度は小さくなる。才だ他の被
エツチングＩＩＩでは逆に周辺部が大きく、中央部が小
さいエツチング速度となるものもある。

以上のようにエツチング速度は種々の要因に支配さねて
変化するので従来の平行平板形ドライエ設定してもウェ
ハの中心部と周辺部とのエツチング速度が異り、例えば
エツチング速度の遅い部分に終点を合わせると他の部分
はエツチング過剰となってエツチング速度の差に起因す
るパターン形状の不整を生ずるという欠点を避けること
ができない。このことはとくにシリコンウェハの大口径
化に伴い、エツチング加工精度やエツチングの均一性の
向上を指向する半導体集積回路などの微細へ パターンの形咬に対して好ましくないことである、〔発
明の目的〕 本発明の目的は上述の欠点を除去し、平行平板形ドライ
エツチング装置を用いて半導体ウェハの面内エツチング
速度の不均一性を少なくし、良好なパターンが得られる
エツチング微細加工を可能とするドライエツチング装置
を提供することにある。

〔発明の要点〕

本発明は反応ガスを流通させるために同心状に配置した
複数個の小孔を電極面に備えた中空の陽極電極を用いて
、被エツチング膜のエツチング速度分布に応じてエツチ
ング速度の大きい部分に対応する陽極電極の個所には一
部小孔を設けず、または小孔の一部を塞ぐことによって
、反応ガスの圧力を制御し、被エツチング膜の全面にわ
たってエツチング速度が均一になるようにしたものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は本発明が適用される平行平板形ドライエツチン
グ装置の構成概念図であり、第６図と共通部分は同一符
号をもって表わす。ｍ１図が第６図と異る点は中空の陽
極２ａを用い、反応ガスの導入孔４ａをチャンバー１の
側面ではなく中空陽極２ａの上部に設けてガス導入孔４
ａから流入する反応ガスが中空陽極２ａの陰極３と対向
する電極面を貫通して同心状にあけられた多数の小孔１
１から流出するようにしたことである。両電極２ａと３
の間に反応ガスプラズマ７を発生させ、陰極３に固定さ
れたウェハ８がエツチングされることは第６図の場合と
同様である。なおガスの流通方向を矢印で示しである。

このようにして、ウェハ８の上方のプラズマ７および第
１図には図示してないイオンシース領域の活性イオン濃
度と自己バイアス値を制御し、その結果例えば形状効果
などその他の要因によるエツチング速度のウェハ面内に
おける不均一性を補償することが可能となる。

実用上は例えば前述した５ｉＯｚ膜をエツチングする場
合のようにウェハ中央部の方が周辺部よりエツチング速
度が太きいものに対しては第８図の曲線口に示したよう
にカス圧力とエツチング速度との関係を考慮して中空陽
極２ａの小孔１１の配置を中央部で密にし、外周部は疎
になるようにすると効果的である。第５図はこのことを
考慮した中空陽極２ａのみを示した断面図であり、第６
図は同じく陰極との対向面の正面図であるがいずれも小
孔１１のあけられる位置関係を例示したものである。例
えば５ｉＯｚ膜をエツチングするきき、Ｓ　ｉ０２膜は
第８図曲線口に示したようにガス圧力が高いときエツチ
ング速度が小さくなる傾向をもっているので、第２図、
第３図のように小孔１１が配置された中空陽＃ｉ、２ａ
を用いることにより中央部のガス圧力が高くなり５ｉＯ
ｚ膜面内のエツチング速度を平均化することができる。

またこれとは逆に周辺部の方が中火部よりエツチング速
度の大きい性質をもっている被エツチング膜に対しては
、電極面にあけられる小孔１１の配置を中央部を疎にし
、外周部を密にしてガス圧力を制御することにより同様
にウェハ面内のエツチング速度を均一にすることが可能
となる。

このようにウェハの被エツチング膜の種類に応じて被エ
ツチング膜に対するガス圧力の分布を変化させる小孔１
１を設けた中空陽極２ａを準備しておき、必要によりこ
れらの中空陽極２ａを合目的に選択して用いることによ
り、それぞれの被エツチング膜に対して均一なエツチン
グを行うことができるか、実際の作業に当ってはその都
度陽極電極を交換するのは作業能率を損うものであるか
ら小孔をもった電極面を着脱可能にしその部分だけを交
換するようにした方がより簡便であり効率も高い。

以４図は一部に不差ハ１１どまた巾心営塾小１ｔｔｒ而
ＩｔＳｌｌ尤示したものであり、電極本体２ｂと、小孔
１１が所望の位置に配置され陰極との対向面となる部分
２ｃとをねじ止めしである。この場合は被エツチング膜
の種類に対応する陽極電極の交換は電極面の形成部分２
ｃのみをねじで着脱することにより簡単に行われる。

しかし第４図のようにしても電極面形成部２ｃは被エツ
チングウェハに対して異る各種のものを準備しておかね
ばならないという点では第２図の非分割のものと同様で
あるから、さらに簡略にするためには第５図に示すよう
に、あらかじめ小孔１１を同心状に等間隔に設けた電極
面形成部２ｄを電極本体２ｂにねじ止めして固定する前
にガス圧力を弱めたい個所に相当する小孔１１に邪魔板
１２を來せてそれらの小孔１１のみ反応ガスが流通しな
いようにすることもできる。このようにすると電極面形
成部２ｄはただ１個で済ませることができるばかりでな
く、閉塞される小孔１１に単に邪魔板１２を乗せるだけ
でガス圧力の奸才しい分布状態を任意に選択することが
できるという利点があり、また経済的にも有利である。

以上のように本発明では反応ガスを陽極電極に設けた小
孔を通して供給し、平行平板電極間に被エツチングウェ
ハに対して垂直な反応ガスの流れをつくるとともに疎お
よび密な個所をもつ小孔の配置によってガス圧力を制御
し、被エツチングウニ・・面内における工・チング速度
の不合りを著しく緩和することができるが、陽極電極内
に設けらイする小孔の形状や数量に関しては、その他の
エツチング精度を勘案した上で最も実状に適うように決
めるのが好ましい。

〔発明の効果〕

以上実施例で説明したように本発明によれば大口径の半
導体基板を平行平板形ドライエツチング装置を用いてエ
ツチングする際に、被エツチングウェハ面内におけるエ
ツチング速度のばらつきを生ずることなく均一なエツチ
ングが行われるように中空の陽極電極内に反応ガスを供
給し、陰極電極と対向する陽極電極内に配置した多数の
小孔から反応カスを流出させて被エツチングウェハに垂
直な反応ガスの流れをつくるとともに、被エツチングウ
ェハによって決まるエツチング速度の犬なる部分に対向
する陽極電極間には反応ガスの流出する小孔を一部形成
せずまたは小孔を塞ぐことができるような陽極電極構造
としであるために、被エツチングウェハに対する反応ガ
スの圧力をウェハのエツチング速度に応じ℃制御するこ
とが可能となり、被エツチングウェハの全面にわたって
エツチング速度が平均化され、高いエツチング精度を有
し正確な形状に微細加工された半導体基板が得られるよ
うになり、高密度半導体集積回路の製造に寄与する所が
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による平行平板型ドライエツチング装置
の構成概念図、第２図は同じく陽極電極の断面図、第３
図は第２図の陽極電極面の正面図、第４図、第５図はい
ずれも本発明による陽極電極の断面図、第６図は平行平
板形ドライエツチング装置の構成概念図、第７図はドラ
イエツチング機構を説明するための模式図、第８図は被
エツチング膜の反応ガス圧力とエツチング速度との関係
を表わす線図である。 ２．２ａ・陽極、３　陰極、４，４ａ・反応ガス導入孔
、７・・・プラズマ、８・・・被エツチングウェハ、８
ａ　基板、８ｂ・・・ポリシリコン膜、９・　マスク、
１０被エツチング領域、１１・・小孔、１２・・邪魔板
、Ａイオンシース領域。 ″ｊ１図 １１ 第２図 才３０ １ 寸４図 Ｊ：ｊ５図 ７６図 オフ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）陽極電極と該電極に対向する被エツチング物を載置
   した陰極電極との間に供給される反応ガスにプラズマを
   発生させて前記被エツチング物をエツチングするものに
   おいて、前記陽極電極は陰極電極に対向する面に、前記
   被エツチング物のエツチング速度に対応して密度分布を
   有する複数個の小孔を持つ中空体からなり、上記ｌト孔
   を通して反応ガスを供給することを特徴とする平行平板
   形ドライエツチング装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、小孔の
   密度分布をエツチング速度の大なる部分に対応する個所
   は密とし、エツチング速度の小なる部分に対応する個所
   は疎としたことを特徴とする平行平板形ドライエツチン
   グ装置。 ３）特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の装置に
   おいて、小孔を有する電極面が着脱可能なことを特徴と
   する平行平板形ドライエ、９壬〉〃゛肪置