JPS63131519A

JPS63131519A - ドライエツチング装置

Info

Publication number: JPS63131519A
Application number: JP27798386A
Authority: JP
Inventors: Tsunetoshi Arikado; 経敏有門; Haruo Okano; 晴雄岡野; Makoto Sekine; 誠関根
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-21
Filing date: 1986-11-21
Publication date: 1988-06-03

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ドライエツチング装置に係わり、特に被処理
基体を載置するトレーと電極との熱的接触状態の改良を
はかったドライエツチング装置に関する。

（従来の技術）近年、高集積デバイス製造のための微細加工には、主と
して反応性イオンエツチング法が使用されている。反応
性イオンエツチング法とは、−一対の対向する電極を有
する真空容器内の片方の電極（陰極）上に被処理基体を
置き、例えばＣＦ４等のハロゲン元素を含有するガスを
該容器内に導入し、上記一対の電極間に高周波電力を印
加してガスを放電せしめ、発生したイオンやラジカルを
用いて被処理基体をエツチングする方法である。

上記方法を利用したエツチング装置では、大型チャンバ
内に例えば１０〜２０枚の被処理基体を一度に入れてエ
ツチングを行うバッチ式装置と、小型チャンバ内に１枚
の被処理基体のみを入れてエツチングを行う枚葉式装置
とがある。今後、ＬＳＩの寸法は益々微細化し、且っＳ
ｉウェハ径は６インチ、８インチと拡大する一途を辿っ
ている。従って、大口径ウェハ表面上に均一に微細パタ
ーンを形成するためには、枚葉式装置の方が有利であり
、徐々にではあるが枚葉式２置が主流になりつつある。

当然のことであるが、枚葉式エツチング装置は、もしエ
ツチング速度が等しければバッチ式エツチング装置に比
較して処理能力は低い。従って、枚葉式エツチング装置
では、高いエツチング速度を得るために、マグネトロン
放電やホローカソード放電等を利用して高密度プラズマ
を生成する方法が採用されている。

ところで、枚葉式エツチング装置では、上述したように
高密度９プラズマを生成するため、被処理基体で覆われ
ていない陰極の露出部分がイオン衝撃を受けて消耗する
と云う問題がある。これを防止するために従来、被処理
基体を予めトレー上に載置し、これを陰極上に置いて陰
極自体が高密度プラズマに晒されるのを防止する方法が
採用されている。この場合、トレー表面の被処理基体が
乗らない部分はやはり高密度プラズマに晒されて消耗す
るが、トレーはただの金属板であり安価なため、取替え
が容易である。従って、複雑な構造を持った陰極自体が
消耗する問題は解決され、またトレーの消耗は同等問題
とならない。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、被処理基体は高密度のプラズマに晒さ
れて加熱されるため、冷却する必要がある。トレ一方式
では、陰極を冷却しておきトレーを介して被処理基体を
冷却することになるが、陰極とトレーとの熱的接触が十
分ではなく、トレーを十分冷却することはできない。つ
まり、金属−金属接合というのは非常に難しく、トレー
は十分冷却されず、その結果被処理基体の温度上昇を避
けられない。そして、被処理基体の温度が上昇すると、
エツチングマスクであるレジストが熱変形したり、エツ
チング中に加工形状が変化したりする。従って、エツチ
ングの加工精度が低下することになる。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来、トレーを用いた枚葉式のドライエツチ
ング装置では、トレーと電極との熱的接触が十分ではな
く、トレーを十分冷却することは困難である。このため
、被処理基体を十分冷却することはできず、エツチング
加工精度が低下する等の問題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、トレーと電極との熱的接触状態を良好
にし、被処理基体の温度上昇を抑えることができ、加工
精度の向上をはかり得るド（問題点を解決するための手
段）本発明の骨子は、トレーと電極との熱的接触状態を良好
にするために、これらの間に機械的に変形し易い熱伝導
性の良い薄膜を配置することにある。

トレーと電極とが良好に接触しない原因は、金属表面自
体に微小な凹凸があり、さらにトレーが徐々に反ってく
ることにある。従って、これらの間に上記薄膜を介在さ
せることにより、トレーと電極との熱的接触状態を良好
にすることが可能となる。

即ち本発明は、対向配置された第１及び第２の電極を備
えた容器と、この容器内にガスを供給する手段と、上記
容器内のガスを排気する手段と、被処理基体を載置して
前記第１の電極上に載置されるトレーと、前記第１の電
極を冷却する手段と、前記第１及び第２の電極間に高周
波電力を印加する手段とを具備したドライエツチング装
置において、前記第１の電極及びトレーのそれぞれの対
向面の少なくとも一方に弾力性のある良熱伝導性の薄膜
を被着するようにしたものである。

（作用）上記構成であれば、たとえトレー表面や電極表面に凹凸
があっても、薄膜の変形によりこれらを熱的に密着した
状態に保持することができる。

また、薄膜自体が熱伝導性が良いので、トレーと電極と
の間で熱が良く伝わり、結果としてトレーが十分冷却さ
れることになり、被処理基体の冷却効率を高めることが
可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるドライエツチング装
置を示す概略構成図である。図中１０．は接地された真
空チャンバ（容器）であり、この真空チャンバ１０はフ
ランジ１１及び後述するトレー３１によりエツチング室
１２とロード室１３とに分離される。エツチング室１２
内には、ガス導入口１４から所定のガスが導入される。

エツチング室１２内のガスは、フランジ１１に設けられ
た開口１５を介してロード室１３内に導入され、ガス排
気口１６から排気されるものとなっている。

真空チャンバ１０内には、陽極（第２の電極）として作
用するチャンバの上壁１０ａと対向する位置に陰極（第
１の電極）２０が配置されている。

この陰極２０は、チャンバ底壁を貫通した駆動パイプ２
１上に取付けられており、上下に昇降可能となっている
。陰極２０上には、被処理基体としての半導体ウェハ３
０を載置したトレー３１が載置される。そして、陰極２
０が上昇し、トレー３１の周辺部がフランジ１１に押付
けられた状態で、チャンバ１０内がエツチング室１２と
ロード室１３とに分離されるものとなっている。

ここで、上記陰極２０には、第２図に示す如くマツチン
グ回路２２を介して高周波電源２３が接続されている。

さらに、陰極２０は、水冷管２４を介して冷却水が導入
されることにより、冷却されるものとなっている。また
、トレー３１は金属板からなるもので、その下面には第
３図に示す如＜、ＡＩ！とＣｕの微粉末を拡散したシリ
コンゴム（厚さ１００μｍ）からなる薄膜３２が接着剤
で張付けられている。さらに、トレー３１の上面には図
示しない薄い絶縁層が形成されており、これによりウェ
ハ３０を静電チャックするものとなっている。

なお、図中４１は陰極２０上に磁場を印加するための磁
場印加機構であり、水平方向に走査、或いは回転移動さ
れるものとなっている。４２はゲートバルブであり、ト
レー３１はこのゲートバルブ４２を介して陰極２０上に
搬送される。また、４３はエツチング室１２内の圧力を
測定する真空計、４４は絶縁体を示している。

このような構成であれば、ウェハ３０を載置したトレー
３１をゲートバルブ４２を介して陰極２０上に搬送して
裁置したのち、陰極２０を上昇させてトレー３１をフラ
ンジ１１に押付ける。この状態でエツチング室１２内に
エツチングガスを導入すると共に、陰極２０に高周波電
力を印加することにより、マグネトロン放電を生起して
高密度プラズマによりウェハ３０をエツチングすること
ができる。

そしてこの場合、トレー３１の下面に熱伝導性、が良好
で弾力性のある薄膜３２が被着されているので、トレー
３１と陰極２０との熱的接触状態を良好にすることがで
きる。このため、トレー３１を介してウェハ３０を十分
冷却することができ、高密度プラズマによるエツチング
の際にもウェハ３０の温度上昇を極めて低く抑えること
ができる。

従って、ウェハ３０の温度上昇に起因するレジストの熱
変形等を防止することができ、加工精度の・　向上をは
かることができる。

第４図は、本装置においてエツチングしたときの、放電
時間に対するトレ一温度及びウェハ温度の変化を示す特
性図である。放電条件は、エツチングガスＣノ２の流量
を５０［５ｃｃｆｆｌ］、ガス圧力を５　Ｘ　１０　’
　　［ｔｏｒｒコ、高周波電力を１　［Ｗ／ｃＭ２コ　
とした。放電開始後、トレー３１及びウェハ３０の温度
は上昇するが、５分後でもトレ一温度は約３０［’Ｃ］
であり、ウェハ温度も７０［’Ｃ］程度である。そして
、これ以降は、トレ一温度及びウェハ温度は殆ど変化し
ない。この状態でポジ型レジストをマスクとしたウェハ
３０をエツチングすると、レジストは全く熱変形してお
らず、良好なエツチング特性が得られた。

これに対し、トレー３１の裏面に前述した薄膜３２を被
着せず、トレー３１と陰極２０とを金属むき出しにして
接触させた場合（従来例）、トレー３１及びウェハ３０
の温度変化は第５図に示す如くなった。放電開始後２分
程度でトレ一温度は４０［’Ｃ］を越え、５分後には６
０［℃］に達する。ウェハ３０も同様の傾向を示すが、
その値は約４０［’Ｃ］程度トレ一温度よりも高い。こ
の状態で実施例と同様にウェハ３０をエツチングすると
、レジストの熱変形が顕著に現れ、エツチングの加工精
度が著しく低下した。

また、トレー３１が冷却されウェハ温度が低いと、レジ
ストの熱変形が抑制されるばかりでなく、次のような効
果も得られる。第６図（ａ）は、従来通り、陰極２０と
共にトレー３１の金属をむき出しにして接触させた状態
で、Ｃノ２ガスを用いＳ　ｉ　０２膜６２をマスクとし
てＳｔ基板６１のトレンチエツチングを行った場合のエ
ツチング形状を示す断面図である。マスク端部で反射さ
れたイオンがトレンチ側壁を衝撃するため、所謂えぐれ
を生じている。

一方、本実施例の場合、第６図（ｂ）に示す如く、エツ
チング生成物である５ｉＣ１ｘ（ｘ−１〜４）が５ｉ０
２膜６２のエツチングの結果生じたＯ＊と反応し、一種
のプラズマＣＶＤで５ｉ０２の堆積物６３を生じる。こ
の堆積物６３が側壁を反射イオンから保護するため、図
のような垂直なエツチングが可能となる。この堆積は、
温度に対して非常に敏感であり、基板温度が高いと起こ
らない。即ち、本実施例のよ゛うに薄膜３２の被着によ
りトレー３１と陰極２０との熱的接触状態を良好にする
ことによって、始めて得られる効果である。

かくして本実施例によれば、トレー３１の裏面に被着し
た薄膜３２の存在により、トレー３１と陰極２０との熱
的接触状態を良好なものとすることができ、トレー３１
上に載置したウェハ３０を十分に冷却することが可能と
なる。このため、高密度のプラズマによるエツチングの
際にも、ウェハ３０の温度上昇を低く抑え、レジストの
熱変形等を防止することができ、加工精度の向上をはか
ることができる。また、従来装置に比し、トレー３１の
裏面に薄膜３２を被告するのみの簡易な構成で実現し得
る等の利点がある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記薄膜は必ずしもトレー側に被着する必
要はなく、陰極（第１の電極）側に被着してもよい。さ
らに、トレー及び陰極の対向面の両方に薄膜を被着する
ようにしてもよい。

また、薄膜材料は実施例に同等限定されるものではなく
、弾力性のある良熱伝導性のものであればよく、仕様に
応じて適宜変更可能である。例えば、金属微粉末或いは
グラファイト微粉末を拡散した有機高分子材料、更には
セラミックの微粉末を拡散したａ機高分子材料等を用い
ることができる。

さらに、薄膜材料として電気伝導性の良好なものを用い
ることにより、陰極−トレー間の電力ロスの低減をはか
ることも可能である。

また、トレーと陰極との密行手段は機械的なものに限ら
ず、静電チャックでもよい。さらに、実施例ではマグネ
トロン放電を利用したもので説明したが、通常の放電利
用のドライエツチングに適用できるのは、勿論のことで
ある。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、トレーと第１の電
極との熱的接触状態を良好なものとすることができ、ト
レー上に載置した被処理基体を十分に冷却することがで
きる。このため、被処理基体の温度上昇に起因するレジ
ストの変形等を防止することができ、加工精度の向上を
はかり得る。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例に係わるドライエツチング装
置を示す概略構成図、第２図は上記装置に使用した陰極
構造をより具体的に示す図、第３図は上記装置に使用し
たトレー構造をより具体的に示す図、第４図乃至第６図
はそれぞれ上記実施例の効果を説明するためのもので、
第４図は実施例における放電時間に対するウェハ及びト
レーの温度変化を示す特性図、第５図は従来例における
放電時間に対するウェハ及びトレーの温度変化を示す特
性図、第６図は従来例及び実施例におけるエツチング形
状を示す断面図である。１０・・・真空チャンバ（容３）、１０ａ・・・上壁（
第２の電極）、１１・・・フランジ、１２・・・エツチ
ング室、１３・・・ロード室、１４・・・ガス導入口、
１６・・・ガス排気口、２０・・・陰極（第１の電極）
、２３・・・高周波電力、３Ｇ・・・ウェハ（被処理基
体）、３１・・・トレー、３２・・・薄膜、４１・・・
磁場印加機構。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦放電時間（今）− 第４図交電時間　（分）− 第５図（ａ）（ｂ）＠　６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対向配置された第１及び第２の電極を備えた容器
と、この容器内にガスを供給する手段と、上記容器内の
ガスを排気する手段と、被処理基体を載置して前記第１
の電極上に載置されるトレーと、前記第１の電極を冷却
する手段と、前記第１及び第２の電極間に高周波電力を
印加する手段とを具備したドライエッチング装置におい
て、前記第１の電極及びトレーのそれぞれの対向面の少
なくとも一方に弾力性のある良熱伝導性の薄膜を被着し
てなることを特徴とするドライエッチング装置。
（２）前記薄膜は、合成樹脂からなるものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライエッチン
グ装置。
（３）前記薄膜は、金属微粉末或いはグラファイト微粉
末を拡散した有機高分子材料からなるものであることを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載のドライエッチン
グ装置。
（４）前記薄膜は、セラミックの微粉末を拡散した有機
高分子材料からなるものであることを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載のドライエッチング装置。
（５）前記薄膜は、良熱伝導性のゴムからなるものであ
ること特徴とする特許請求の範囲第２項記載のドライエ
ッチング装置。
（６）前記薄膜は、電気伝導性の良好なものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のド
ライエッチング装置。