JPH04367226A - プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置等の製造工
程において被処理試料をプラズマによりエッチングする
ために用いられるプラズマエッチング装置およびプラズ
マエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置等の各種薄膜をエッチングす
るドライエッチング処理、レジスト膜を除去するアッシ
ング処理等に用いられるプラズマエッチング装置は、ガ
スプラズマ中の反応成分を利用してドライエッチングを
行うもので、近年、ＬＳＩ製造プロセスに多用されてい
る。従来のプラズマエッチング装置として、真空中で平
行平板の電極の一方に１０ＫＨｚ〜３０ＫＨｚ程度の高
周波電圧を印加して、プラズマを発生させる技術を用い
る平行平板型プラズマエッチング装置がある。この種の
装置が例えば特開昭５６−８７６７０号公報に開示され
ている。

【０００３】図２は、従来の平行平板型プラズマエッチ
ング装置の例を示す概略構成図である。この図において
、２１は反応室、２２は上部電極、２３は下部電極、２
４はマッチング回路、２５は高周波電源、２６は真空排
気装置、２７はエッチングガス供給装置、２８はガスプ
ラズマ、２９は被エッチング試料である。上記プラズマ
エッチング装置において、接地された反応室２１内に、
上部電極２２と下部電極２３が平行に対峙している。下
部電極２３は接地され、上部電極２２はマッチング回路
２４を介して高周波電源２５に接続されている。 反応室２１は、真空排気装置２６によって高真空に減圧
され、エッチングガス供給装置２７からエッチングガス
が導入される。この状態で、上部電極２２に高周波電力
が印加されると、両電極２２、２３間で放電が生じ、ガ
スプラズマ２８が発生する。このプラズマ中の化学活性
種が下部電極２３に載置された被エッチング試料２９を
エッチングするというものである。

【０００４】電極の電気接続方法は、この例の他に、例
えば下部電極に高周波電力を印加し上部電極を接地する
もの、上部電極、下部電極の各々に高周波電力を印加す
るもの等もある。以上のように従来の平行平板型プラズ
マエッチング装置は、平行平板電極間に導入されたエッ
チングガスに対して高周波電力を印加してプラズマを生
成し、この生成したプラズマを加速して平行平板電極の
一方に載置された被エッチング試料をエッチングするも
のであった。なお、以上のドライエッチング装置におい
ては、ふっ化炭素や塩化炭素系のエッチングガスを放電
によってプラズマ化する際の電極は、例えば、ステンレ
ス、ＳｉＣ，黒鉛等が使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマエッチング装置においては、対向電極（被エッ
チング試料を載置している電極と対向している電極）が
プラズマにさらされるとともに、反応室全体にプラズマ
が広がってしまう。従来、このプラズマが前記対向電極
および反応室内壁へ及ぼす影響等については考慮されて
おらず、この対向電極や反応室内壁がプラズマにさらさ
れることによって、化学活性種との反応やイオンの衝撃
等によりプラズマ中に不純物が飛翔し、被エッチング試
料に付着して素子特性を劣化させるという問題が生じて
いた。すなわち、電界によって加速されたプラズマ中の
イオンが対向電極に衝突して電極材料粒子がたたき出さ
れ、あるいは、プラズマ中の化学活性種が対向電極と反
応して不純物が作り出される。また、拡散したプラズマ
中の化学活性種が反応室内壁と反応してこれをエッチン
グし、これによる不純物も作り出される。これらの不純
物が飛翔して被エッチング試料に付着するのである。例
えば、ステンレス電極は表面がイオンや分子でたたかれ
る（スパッタされる）と、スパッタされたＦｅ，Ｎｉ等
の重金属が被エッチング試料を汚染し、黒鉛電極はスパ
ッタによって飛び出したカーボン粒子が被エッチング試
料に落下し付着してパターン欠陥を生じ、素子特性の劣
化および素子の歩留り低下を招いている。

【０００６】また、電極あるいは反応室内壁を素子特性
に大きな影響を与えない材料で構成したり、電極を被覆
することによって不純物の混入による素子特性の劣化を
防止する方法も提案されているが、この場合、電極構成
材料の劣化が激しく、頻繁に電極を交換する必要がある
等の新たな問題が生じていた。

【０００７】本発明は、電極材料や反応室内壁材料がエ
ッチング工程中の半導体素子を汚染するのを防止すると
ともに、電極および反応室材料の消耗を防ぐことができ
るプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方
法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、エッチングガスが導入される反応室と、こ
の反応室内を排気する真空排気装置と、前記反応室内に
対向して設置された一対の電極と、この一対の電極間に
導入されたエッチングガスに対して高周波電力を印加す
る電力印加手段とからなり、前記高周波電力の印加によ
り前記一対の電極間にガスプラズマを発生させ、前記一
対の電極の少なくとも一方に保持した被処理試料の表面
をエッチングするようにしたプラズマエッチング装置に
おいて、前記一対の電極を、プラズマ放電領域がこの電
極間にほぼ閉じ込められるような間隔で配置し、前記電
力印加手段を、前記一対の電極の一方に高周波電力の印
加を行うとともに、この高周波電力の印加を前記一対の
電極の他方に切り換えることが可能なように構成したも
のである。本発明のプラズマエッチング方法は、反応室
内に対向して設置された一対の電極の各々に被処理試料
を載置し、前記反応室を真空排気した後エッチングガス
を導入し、前記一対の電極の各々に交互に高周波電力を
印加することによって前記電極間にほぼ閉じ込められた
ガスプラズマ放電領域を形成し、前記被処理試料をエッ
チングするようにしたものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、電極間においてエッチングガ
スがプラズマ化され、プラズマ放電領域が形成される。 前記一対の電極の間隔が充分狭く形成されているため、
このガスプラズマ放電領域は、前記一対の電極間にほぼ
閉じ込められ、反応室内壁等の他の領域に広がらない。 そして、対向している電極の各々に載置された被処理試
料は、各電極に交互に高周波電力を印加することによっ
てそれぞれエッチング処理が進行する。また、両電極に
載置された被処理試料の各々の被エッチング部は、ガス
化されるため、処理試料間の汚染は起こらない。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明のプラズマエッチング装置の
一実施例を示す概略構成図である。この図において、１
は反応室、２は反応室１内を排気する真空排気装置、３
は反応室１内にエッチングガスを供給するエッチングガ
ス供給装置、４および５はそれぞれ同一形状の一対の電
極、６および７はそれぞれ電極４および５上に載置され
た被エッチング試料、８は高周波電源、９は高周波電力
切り替え器、１０および１１はそれぞれ電極４および５
に高周波電力を印加するためのマッチング回路、１２は
電極４および５間に形成されたプラズマ放電領域である
。

【００１１】図１に示すように、このプラズマエッチン
グ装置においては、高周波電源８から高周波電力切り替
え器９、マッチング回路１０、１１を経て電極４、５に
高周波電力が印加されるようになっている。また、電極
４、５の間隔は、生成されるプラズマ放電領域がこの間
の空間にほぼ閉じ込められるように、充分小さく保持さ
れており、電極４、５のそれぞれに被エッチング試料が
載置される。なお、上部の電極５に載置される被エッチ
ング試料は、イオンの衝撃によって飛翔する不純物を考
慮して、静電チャックによって保持されている。また、
電極４、５に載置される被エッチング試料の大きさは、
電極４、５より小さくなっている。

【００１２】以上の構成の装置においてプラズマ生成に
際しては、まず、真空排気装置２を作動させ、反応室１
が高真空に排気される。次にエッチングガス供給装置３
からエッチングガスが所定の圧力あるいは所定の流量と
なる様に反応室１内に導入される。ここに、高周波電力
が電極４あるいは５に印加されると電極４、５間に放電
が生じ、プラズマ放電領域１２が形成される。この時、
電極４、５の直径を１５０ｍｍ、両電極間隔を５ｍｍ以
下にして圧力１００ｐａＲＦパワー５００Ｗにしたらプ
ラズマは反応室全体に広がることなく両電極間に集中し
た。すなわちプラズマ放電領域１２は電極４、５の間の
空間にほぼ閉じ込められる。その結果、反応室１の内壁
等、他の領域にプラズマ放電領域が広がらないため、反
応室１の内壁がプラズマから受ける影響を少なくでき、
被エッチング試料が反応室１の内壁材料から汚染される
のを防止できるとともに、反応室１の内壁の劣化を防止
できる。尚、プラズマを両電極４、５間に集中させる為
の間隔は圧力、ＲＦパワーによって変化する。

【００１３】プラズマエッチングは、高周波電力切り替
え器９およびマッチング回路１０、１１によって、高周
波電力を切り換え、それぞれの電極４、５に高周波電力
を印加することにより行われる。すなわち、電極４に載
置された被エッチング試料をエッチングする場合は、電
極５を接地電極あるいはフローティング電極、電極４を
高周波印加電極となるように制御し、この電極４、５間
にプラズマを発生させてエッチングを進行させる。電極
５上の被エッチング試料をエッチングする場合は、電極
５を高周波印加電極、電極４を接地電極あるいはフロー
ティング電極となるように制御し、エッチングを進行さ
せる。この時、高周波電力を電極４、５に交互に、例え
ば、トータルのエッチング時間に対して十分短い間隔で
周期的に切り換えて、印加することによって、被エッチ
ング試料のエッチング速度を均一化することができる。 なお、上記実施例においては、被エッチング試料を載置
する電極に高周波電力を印加する陰極結合型のエッチン
グ装置について説明したが、対向電極に高周波電力を印
加する陽極結合型とすることもできる。

【００１４】高周波電力の切り替えは、前述の方法の他
に、エッチングの初期と後期とで高周波電力を切り換え
る方法も可能である。以下、その方法を説明する。まず
、上部の電極５上にダミーの試料を載置し、下部の電極
４上に第１の被エッチング試料を載置し、反応室１内に
エッチングガスを供給し、かつ一定の圧力に保持した状
態で、電極４に高周波電力を印加し、エッチングを開始
する。次に、第１の被エッチング試料のエッチングが半
分まで進行した時に、エッチングを一時停止し、電極５
上のダミーの試料を反応室１の外部へ搬出し、第２の被
エッチング試料を電極５上に載置する。続いて高周波電
力を電極５に印加し、電極４を接地またはフローティン
グ状態にして、第２の被エッチング試料のエッチングを
行う。その後、再び高周波電力を電極４に印加して第１
の被エッチング試料のエッチングを続ける。そして、電
極４上の被エッチング試料のエッチングが終了した時に
、第１の被エッチング試料を外部に搬出し、第３の被エ
ッチング試料を電極４に載置し、同様にしてエッチング
を続ける。このような方法を採用しても、電極４、５に
載置された被エッチング試料のそれぞれのエッチングを
均一化することが可能である。

【００１５】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能
であることはいうでもない。たとえば、実施例において
は、上部の電極への被エッチング試料は、静電チャック
によって保持したが、クランプ等、他の手段を用いても
よい。また、電極に載置される被エッチング試料は、図
１に示されるように電極４、５より小さいものを選んだ
が、これは電極４、５と同じ大きさにしてもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のプ
ラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法に
よれば、電極材料、反応室内壁構成材料等の被エッチン
グ試料以外の材料がエッチングされ、劣化するのを防ぐ
とともに、これら不純物によって被エッチング試料が汚
染されるのを防止できる。さらに、本発明における対向
電極はプラズマに直接さらされておらず、また劣化の激
しい材料を用いていないため、電極材料の寿命も長く、
装置を効率良く使用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマエッチング装置の一実施例を
示す概略構成図である。

【図２】従来のプラズマエッチング装置の一例を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

１　　反応室 ２　　真空排気装置 ３　　エッチングガス供給装置 ４　　電極 ５　　電極 ６　　エッチング試料 ７　　エッチング試料 ８　　高周波電源 ９　　高周波電力切り替え器 １０　　マッチング回路 １１　　マッチング回路 １２　　プラズマ放電領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エッチングガスが導入される反応室と
   、この反応室内を排気する真空排気装置と、前記反応室
   内に対向して設置された一対の電極と、この一対の電極
   間に導入されたエッチングガスに対して高周波電力を印
   加する電力印加手段とからなり、前記高周波電力の印加
   により前記一対の電極間にガスプラズマを発生させ、前
   記一対の電極の少なくとも一方に保持した被処理試料の
   表面をエッチングするようにしたプラズマエッチング装
   置において、前記一対の電極は、プラズマ放電領域がこ
   の電極間にほぼ閉じ込められるような間隔で配置され、
   前記電力印加手段は、前記一対の電極の一方に高周波電
   力の印加を行うとともに、この高周波電力の印加を前記
   一対の電極の他方に切り換えることが可能なように構成
   されていることを特徴とするプラズマエッチング処理装
   置。
2. 【請求項２】　　反応室内に対向して設置された一対の
   電極の各々に被処理試料を載置し、前記反応室を真空排
   気した後エッチングガスを導入し、前記一対の電極の各
   々に交互に高周波電力を印加することによって前記電極
   間にほぼ閉じ込められたガスプラズマ放電領域を形成し
   、前記被処理試料をエッチングすることを特徴とするプ
   ラズマエッチング方法。