JPS6126366Y2

JPS6126366Y2 -

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Publication number: JPS6126366Y2
Application number: JP1982048194U
Authority: JP
Priority date: 1982-04-05
Filing date: 1982-04-05
Publication date: 1986-08-07
Also published as: JPS58151666U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は、半導体集積回路などの製作におい
て、エツチング試料を均一性良くエツチングする
ことのできるプラズマ・エツチング装置に関す
る。

従来のプラズマ・エツチング装置を第１図によ
り説明する。この第１図において、アルミまたは
ステンレスなどでできたエツチングチヤンバ４の
中に適当な距離間隔をもたせて上部電極２と下部
電極１を対向して設置し、高周波電源７からの出
力をマツチング回路６を通して上部電極２または
下部電極１のどちらか片方に接続し、残りの片方
を接地する構造となつている。なお、５は絶縁物
である。

この第１図に示すプラズマ・エツチング装置
は、エツチングチヤンバ４内をある真空度まで真
空排気した後、たとえばCF₄、CCI₄などのフツ素
系および塩素系のエツチングガスを導入し、１×
10^-2〜10torrの圧力で上部電極２と下部電極１の
間に10〜2KW程度の高周波電力を印加し、プラ
ズマを発生させて下部電極１の上の試料たとえば
Si、SiO₂、Si₃N₄、クロムなどが表面に形成され
たエツチング試料３としての半導体ウエハをエツ
チングするものである。

このプラズマ・エツチング装置は平行平板型プ
ラズマ・エツチング装置とよばれ、これ以前に主
流であつた円筒型電極を持つプラズマ・エツチン
グ装置に比べエツチング試料に対し、どの位置で
も同じ強度の電界が垂直に加わるためエツチング
速度の下部電極内分布の比較的均一なエツチング
が得やすく、あわせて、アンダカツト（サイドエ
ツチング）の少ないエツチングパターンが得られ
るため、半導体集積回路のパターン製作に広く使
用されている。

しかし、上記した従来の構造では一般的にエツ
チング速度が第２図に示すようにエツチング試料
３、つまり円形の下部電極１の中心から半径距離
方向へ向かつて同心円状に遅くなるＧ、または速
くなるＨと云うように不均一なものとなつてしま
う。

このため、半導体集積回路のエツチングに使用
する場合、エツチング試料３の全面がエツチング
されるまでエツチングを行うと、速くエツチング
が終了した部分と遅く終了した部分とではエツチ
ング後得られるパターンの寸法に大きな差ができ
〓〓〓〓〓
てしまうと云う欠点があつた。

一般的に、前記の改善策としてエツチングガス
の種類および流量、エツチングガスの流れ（給気
口、排気口）の均一化、エツチング圧力、高周波
電力などを変化させて均一性のよい条件を設定す
るわけであるが、この場合、前記の項目を変化さ
せることによりエツチング特性つまりエツチング
速度、サイドエツチ（アンダカツト）量、エツチ
ング速度の他の膜に対する選択比（試料の下地膜
およびマスクとして使用しているレジスト膜や
SiO₂膜など）などの重要な特性も変化する。そ
してエツチング速度分布の均一な条件と、必要な
エツチング特性を得るための条件が同じであると
はかぎらず、両者の妥協点の条件をとつているの
が現状である。

この考案は、上記従来の欠点を解決するために
なされたもので、必要なエツチング特性を得るた
めの圧力、エツチングガス、高周波電力などの条
件は最適のままにかつ均一なエツチング速度の面
内分布を得ることができるプラズマ・エツチング
装置を提供することを目的とする。

以下、この考案のプラズマ・エツチング装置の
一実施例を第３図により説明する。第３図はその
要部の構成を示し、上部電極と下部電極の部分を
取り出して拡大して示す断面図である。この第３
図において、第１図と同一部分には同一符号を付
して述べることにする。１は下部電極（試料ステ
ージ）、２は上部電極、３はエツチング試料３
（導体ウエハ）を示しこれらはある真空度のエツ
チングガス中におかれ上部電極２と下部電極１間
に高周波電力を加えプラズマを発生させエツチン
グ試料３をエツチングするものである。

この実施例では、第１図に示す上部電極２、下
部電極１とも平面な電極を持つ従来の場合におい
て、第２図のＧ曲線に示すようにエツチング試料
３または下部電極１の中心軸から半径距離方向へ
向かつて同心円状にエツチング速度が低下する場
合これを修正し、エツチング速度の分布の均一化
を計ろうとするものである。

平面な円形下部電極１およびエツチング試料３
に対して、同じ中心軸で適当な距離をもつて対向
させて凹部の曲面を持つように上部電極２が設置
されている。

この上部電極２と下部電極１間に高周波電力を
加えプラズマを発生させた場合、プラズマ強度お
よび電界強度は下部電極１およびエツチング試料
３の面に対して中心軸から半径距離方向へ向かつ
て同心円状に強くなるような分布となる。

この結果、この方向へ向かつてエツチング速度
が増加するため、その結果修正され第５図に示す
ような均一性のよいエツチング速度面内分布を得
ることができる。

以上説明したように、第１の実施例ではエツチ
ング速度の面内分布の均一化は下部電極１および
エツチング試料３の面に対向して設置された凹型
面を有する上部電極２の凹型面の曲率を適当にと
ることによつて達成される。

この場合、凹型面の曲率がきつくなるほど、つ
まり中心軸から半径距離方向へ向かつて、上下電
極間の距離が短くなるほどこの方向へ同心円状に
エツチング速度が増加する。

このため、均一なエツチング速度の面内分布は
上部電極２の凹型面の曲率を適当にとることによ
り得られるため、エツチングガスの種類、流量、
エツチング真空度、高周波電力などのエツチング
条件は均一なエツチング速度の面内分布を得るた
めに設定する必要はなく、必要なエツチング特
性、つまりエツチング速度サイドエツチ量（アン
ダカツト量）、選択比（対下地層、マスク層）な
どを得るための最適値を設定することができる。

第１の実施例は円形の下部電極１およびエツチ
ング試料３が中心軸から半径距離方向へ向かつて
同心円状にエツチング速度が低下する場合、これ
を修正するために円形の上部電極２として円形の
下部電極１の面に対して、ある曲率をもつた凹型
面を有する円形の上部電極２を設置する場合を説
明したが、第２の実施例として第４図に示すごと
く円形の下部電極１およびエツチング試料３の面
に対し、適当な距離をもつて対向して設置された
適当な曲率をもつ凸型面を有する円形の上部電極
２の構造をとることにより、第１の実施例とは逆
に円形の下部電極１およびエツチング試料３が中
心軸から半径距離方向へ向かつて同心円状にエツ
チング速度が増加する場合、すなわち第１図に示
す従来構造のエツチング装置において、第２図の
Ｈ曲線に示すようなエツチング速度分布となる場
合、第１の実施例の逆の効果で第５図に示すよう
な均一なエツチング速度面内分布が得られる。

〓〓〓〓〓
この場合も第１の実施例と同様に円形の上部電
極２の凸型面の曲率は、エツチング速度の面内分
布の修正の度合により適当な値に設定することに
より均一なエツチング速度分布を得ることができ
る。

第３，第４の実施例として、実際の半導体集積
回路のエツチングに使用する場合のエツチング装
置の例を第６図、第７図に示す。これは多数量の
エツチング試料（ウエハ）を同時処理するための
エツチング装置の例である。

第６図の第３の実施例から説明すると、第６図
ａは断面図であり、第６図ｂは第６図ａにおける
下部電極１の平面図である。この第６図ａ、第６
図ｂの両図において、１は円形の下部電極（試料
ステージ）、２は円形の上部電極、３はエツチン
グ試料（導体ウエハ）、４はエツチングチヤン
バ、５は絶縁物、６は高周波電力マツチング回
路、７は高周波電源、８は高周波電源接続電極お
よび接地電極切り替え回路を示す。

これらはエツチングチヤンバ４内を真空ポンプ
で真空排気しつつ、エツチングガスを導入し、あ
る一定の圧力下で上部電極２と下部電極１間に高
周波電力を加え、プラズマを発生させ、円形の下
部電極１の上に置かれた多数量のエツチング試料
（導体ウエハ）３を同時エツチング処理するもの
である。

第６図ａおよび第６図ｂは従来の平行平板な円
形の上下電極構造の場合、円形の下部電極１の中
心軸から半径距離方向へ向かつて同心円状にエツ
チング速度が低下する場合、これを修正するた
め、円形の下部電極１およびエツチング試料３の
面に対し同じ中心軸で適当な凹型面をもつ円形の
上部電極２を適当な距離をおいて設置するもので
ある。

これにより、多数量のエツチング試料３を均一
性よく同時処理することができる。

第７図ａはこの考案の第４の実施例の構成を示
す断面図であり、第７図ｂは第７図ａにおける下
部電極の平面である。この第７図ａ、第７図ｂに
示す実施例の場合は第６図ａ、第６図ｂの場合と
逆に従来の電極構造では円形の下部電極１の中心
軸から半径距離方向へ向かつて、同心円状にエツ
チング速度が増加する場合、これを修正するた
め、円形の下部電極１およびエツチング試料３の
面に対し、同じ中心軸で適当な曲率の凸型面をも
つ円形の上部電極２を適当な距離をおいて設置す
るものである。

この結果、この方向へ向かつて同心円状にプラ
ズマおよび電界強度が低下するため、エツチング
速度の面内分布は修正され均一な分布が得られ
る。

この考案の第５の実施例として、第８図ａ（断
面図）および第８図ｂ（第８図ａにおける下部電
極の平面図）に示すように片方のエツチングガス
導入口９からエツチングガスを導入し、その対向
した側の真空排気口１０から真空排気する場合の
ようにある方向に向かつてエツチングガスの流れ
がエツチング試料面３および円形の下部電極１の
面を通過する場合、従来の平行平板型電極構造で
は円形の下部電極１の中心軸から半径距離方向へ
向かつて同心円状にエツチング速度が変化するこ
とに加えて、エツチングガスの流れ方向にそつて
エツチング速度が変化する分布となる。

これを修正するために第８図ａおよび第８図ｂ
に示すように円形の下部電極１の面に対して凸型
面または凹型面をもつ円形の上部電極２を、エツ
チングガスの流れの方向へ傾けて設置する。これ
により、円形の下部電極１の面の中心軸から半径
距離方向への同心円状のエツチング速度分布およ
びエツチングガスの流れ方向へのエツチング速度
分布を同時に均一にすることができる。

なお、円形の上部電極２の形状は、加工の簡略
化のために適当な傾斜角を持つ円すい形をとつて
もよい。

以上のように、この考案のプラズマ・エツチン
グ装置によれば、エツチング試料を載置する円形
の下部電極と対向して配設される上部電極を下部
電極に対して凸形またま凹形の面を有する円形の
電極としたので、エツチング速度の面内分布を均
一化とすることができる。

このため、エツチングガス条件、高周波電力、
エツチング真空度などのエツチング条件は、エツ
チング速度分布の均一化の面での制約がほぼなく
なるため、エツチング速度、選択比（対レジス
ト、下地層）、サイドエツチング量などの最良値
を得るための設定ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラズマ発生装置の構成を示す
〓〓〓〓〓
断面図、第２図は第１図のプラズマ・エツチング
装置における下部電極上のエツチング試料の位置
とエツチング速度の関係を示す図、第３図はこの
考案のプラズマ・エツチング装置の一実施例にお
ける上部電極と下部電極の部分の拡大断面図、第
４図はこの考案のプラズマ・エツチング装置の第
２の実施例の上部電極と下部電極の部分の拡大断
面図、第５図はこの考案のプラズマ・エツチング
装置における下部電極上のエツチング試料の位置
とエツチング速度の関係を示す特性図、第６図ａ
はこの考案のプラズマ・エツチング装置の第３の
実施例の構成を示す断面図、第６図ｂは第６図ａ
における下部電極の平面図、第７図ａはこの考案
のプラズマ・エツチング装置の第４の実施例の構
成を示す断面図、第７図ｂは第７図ａにおける下
部電極の平面図、第８図ａはこの考案のプラズ
マ・エツチング装置の第５の実施例の構成を示す
断面図、第８図ｂは第８図ａにおける下部電極の
平面図である。１……下部電極、２……上部電極、３……エツ
チング試料、４……エツチングチヤンバ、５……
絶縁物、６……高周波電力マツチング回路、７…
…高周波電源、８……高周波電源接続電極および
接地電極切り替え回路、９……エツチングガス導
入口、１０……真空排気口。〓〓〓〓〓

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

エツチング試料をのせた平面が円形の下部電極
と、この下部電極と対向して設置された円形の上
部電極と、これらを収納し、ある減圧圧力下でエ
ツチングガスが導入されるエツチングチヤンバ
と、上記上部電極と下部電極間に高周波電力を印
加してプラズマを発生させる手段からなるプラズ
マ・エツチング装置において、上部電極が下部電
極に対して任意の曲率を持つ凸型または凹型の面
を有することを特徴とするプラズマ・エツチング
装置。