(57)【要約】【課題】平行平板型ドライエッチング装置において被処理基板上におけるプラズマ密度の分布特性を向上させること。【解決手段】 このドライエッチング装置では、上部電極１８の周囲で環状突出部材５０が上部電極１８に対して被処理基板Ｗを載置する下部電極２０側へ突出して段差ｄを形成することで、上部電極１８の周辺部付近において電界が補強され、プラズマ密度が高められる。この電界の補強ひいてはプラズマ密度の増強の度合いは、環状突出部材５０の突出量ｄを変えることで可変調整できる。【選択図】  図１
2011176361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空可能な処理容器に相対向する第１および第２の電極を設け、前記第１および第２の電極間に高周波電圧を印加するとともにエッチングガスを流し込んで前記エッチングガスのプラズマを生成し、前記プラズマを用いて前記第２の電極上に配置された被処理基板をエッチングする平行平板型のドライエッチング装置であって、
前記被処理基板の径方向におけるプラズマ密度の分布特性を制御するために、前記第１の電極に対して前記第２の電極側に突出して段差を形成する電界強度補正用の突出部を前記第１の電極の周辺部付近に設け、前記電界強度補正用突出部の突出量を可変調整するための突出量調整手段を有する平行平板型ドライエッチング装置。
【請求項２】
前記電界強度補正用突出部は、前記第１の電極の周囲で所定範囲内の任意の段差に突出可能に構成された環状突出部材を有し、
前記突出量調整手段は、前記環状突出部材の下面に頭部を向けて、その軸部が前記環状突出部材に周回方向に所定の間隔を置いて形成された複数の貫通孔および前記処理容器の上面を垂直方向に昇降可能に貫通する複数のボルトと、前記処理容器の外で前記複数のボルトの軸部にそれぞれ螺合する複数のナットとを有し、
前記ナットを回すことにより、前記環状突出部材を垂直方向で変位させて、前記第１の電極に対する突出量を調節する、
請求項１に記載の平行平板型ドライエッチング装置。
【請求項３】
前記電界強度補正用突出部は、前記処理容器の上面に形成された開口の内側で垂直下方に垂れ下がるように配置され、その上端部から半径方向外側に延びるフランジ部が前記開口の周囲で前記処理容器の上面に固定取付される環状突出部材を有し、
前記突出量調整手段は、前記環状突出部材の内側に配置され、その下面には前記第１の電極が取り付けられ、その上端部から半径方向外側に延びるフランジ部が前記環状突出部材のフランジ部の上に重なる円筒状支持部材と、前記円筒状支持部材のフランジ部と前記環状突出部材のフランジ部との間に挿入される１枚または複数枚の環状スペーサ板と、前記円筒状支持部材のフランジ部および前記環状スペーサ板を前記環状突出部材のフランジ部に着脱可能に固定するためのボルトとを有し、
前記環状スペーサ板の枚数を変えることにより、前記第１の電極に対する前記環状突出部材の相対的な突出量を調節する、
請求項１に記載の平行平板型ドライエッチング装置。
【請求項４】
前記第１の電極に、前記第１の電極と前記第２の電極との間のプラズマ放電空間に前記エッチングガスを流し込むための多数の通気孔を形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の平行平板型ドライエッチング装置。
【請求項５】
真空可能な処理容器内で相対向する第１および第２の電極間に高周波電圧を印加するとともにエッチングガスを流し込んで前記エッチングガスのプラズマを生成し、前記プラズマを用いて前記第２の電極上に配置された被処理基板をエッチングする平行平板型のドライエッチング方法であって、
前記第１の電極に対して前記第２の電極側に突出して段差を形成する電界強度補正用の突出部を前記第１の電極の周辺部付近に設け、前記電界強度補正用突出部の突出量を調整して、前記被処理基板の径方向におけるプラズマ密度の分布特性を制御するドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行平板型のドライエッチング装置およびドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平行平板型のドライエッチング装置は、基本的には、真空の処理容器（チャンバ）内に平行に相対向する一対の板状電極を設け、一方の電極をアース電位に接続し、他方の電極に高周波電圧を供給するとともに、所定のエッチングガスを流し込んで、両電極間に該エッチングガスのプラズマを発生させ、このプラズマ中のラジカル、イオンまたは電子を用いて片側の電極上に配置されている被処理基板表面の被加工物（被エッチング物質）をエッチングするようになっている。
【０００３】
一般に、被処理基板をアース側の電極上に配置する陽極結合配置型では、主としてプラズマ中のラジカルと被エッチング物質との化学反応による化学的エッチングが主体となる。一方、被処理基板を高周波入力側の電極上に配置する陰極結合配置型では、プラズマ中のイオンが被処理基板表面に垂直に引っ張り込まれて被エッチング物質と化学反応する物理的かつ化学的エッチング（反応性イオンエッチング）が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−１７１２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来より、この種のドライエッチング装置では、エッチング加工特性に影響するプラズマ密度をエッチングガスの圧力や高周波電力等によって可変制御できるものの、被処理基板上におけるプラズマ密度の空間的な（特に径方向での）均一化が課題となっている。つまり、被処理基板の中心部に対して周辺部の方でプラズマ密度が低くなりやすく、このため被処理基板上でエッチング加工特性が不均一になってしまうという問題（改善すべき点）がある。
【０００６】
この問題に対しては、電極の径を大きくして、プラズマ密度が低下する電極周辺部を被処理基板の周辺部よりも径方向外側に遠ざける設計が１つの解決策ではある。しかしながら、最近は被処理基板のサイズが増大しており、電極サイズをさらに格段に大きくすることは、それによって派生する不都合（冷却機構等の大型化・煩雑化や電力消費量の増大等）が大きすぎて、効果的または実用的な解決法とはいえなくなっている。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、被処理基板上におけるプラズマ密度の分布特性を向上させ、さらには電極サイズの増大を要することなく被処理基板上におけるプラズマ密度の均一化を実現する平行平板型のドライエッチング装置およびドライエッチング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の平行平板型ドライエッチング装置は、真空可能な処理容器に相対向する第１および第２の電極を設け、前記第１および第２の電極間に高周波電圧を印加するとともにエッチング用のガスを流し込んでプラズマを発生させ、前記プラズマを用いて前記第２の電極上に配置された被処理基板をエッチングする平行平板型のドライエッチング装置において、前記被処理基板の径方向におけるプラズマ密度の分布特性を制御するために前記第１の電極に対して前記第２の電極側に突出して段差を形成する電界強度補正用の突出部を前記第１の電極の周辺部付近に設け、前記電界強度補正用突出部の突出量を可変調整するための突出量調整手段を有する。
【０００９】
本発明の平行平板型ドライエッチング方法は、真空可能な処理容器内で相対向する第１および第２の電極間に高周波電圧を印加するとともにエッチングガスを流し込んで前記エッチングガスのプラズマを生成し、前記プラズマを用いて前記第２の電極上に配置された被処理基板をエッチングする平行平板型のドライエッチング方法であって、前記第１の電極に対して前記第２の電極側に突出して段差を形成する電界強度補正用の突出部を前記第１の電極の周辺部付近に設け、前記電界強度補正用突出部の突出量を調整して、前記被処理基板の径方向におけるプラズマ密度の分布特性を制御する。
【００１０】
本発明の平行平板型ドライエッチング装置またはドライエッチング方法においては、第１の電極および電界強度補正用突出部に沿うプラズマのイオンシースにおいて、段差のエッジ付近では電極に平行な横方向の電界と電極に垂直な方向の電界とをベクトル的に足し合わせた大きな（補強された）電界が生成され、この補強電界によってプラズマ中の電子の運動エネルギーが強められ、プラズマの密度が高められる。このプラズマ密度に作用する補強電界は、突出部の突出量または段差が大きくなるほど増大する。したがって、突出量調整手段により電界強度補正用突出部の突出量を調整することにより、電極周辺部における電界補強の度合いを調整して、被処理基板の径方向におけるプラズマ密度の分布特性を制御することが可能であり、プラズマ密度を均一化することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明における平行平板型のドライエッチング装置またはドライエッチング方法によれば、上記のような構成および作用により、被処理基板上におけるプラズマ密度の分布特性を向上させ、さらには電極サイズの増大を要することなく被処理基板上におけるプラズマ密度の均一化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態による平行平板型ドライエッチング装置の構成を示す略縦断面図である。
【図２】上記ドライエッチング装置における環状突出部材の作用を説明するための図である。
【図３】第２の実施形態による平行平板型ドライエッチング装置の構成を示す略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１４】
図１に、本発明の第１の実施形態における平行平板型ドライエッチング装置の構成を示す。
【００１５】
このドライエッチング装置の処理容器１０は、たとえばアルミニウムからなる両端の閉塞した円筒状の真空チャンバとして構成されている。処理容器１０の側壁には、被処理基板たとえば半導体ウエハＷを容器１０内に搬入・搬出する際に開くゲートバルブ１２が設けられている。処理容器１０の上面にはエッチングガス導入用のガス供給管１４が接続され、容器１０の底には真空排気用の排気管１６が接続されている。ガス供給管１４はエッチングガス供給源（図示せず）に通じ、排気管１６は真空ポンプ（図示せず）に通じている。
【００１６】
処理容器１０内では、中央部に上部電極１８と下部電極２０とが一定の間隔を置いて互いに平行に配置され、下部電極２０上に半導体ウエハＷが配置される。両電極１８，２０は、半導体ウエハＷよりも幾らか大きいサイズ（径）に選ばれている。
【００１７】
下部電極２０は、導電性の部材たとえばアルミニウムからなる円板体で、電気的にはアース電位に接続され、物理的には容器底面の中央部に設置された熱伝導率の高い部材たとえばアルミニウムからなる円柱形の支持台２２の上に絶縁材（図示せず）を介して固定されている。支持台２２の内部には、たとえば円周方向に延在する環状の冷媒通路２２ａが設けられている。この冷媒通路２２ａには、装置外部に設けられている冷却装置（図示せず）より冷媒供給管２４，２６を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が供給される。
【００１８】
下部電極２０の上面には円形の静電チャックシート２８が冠着され、この静電チャックシート２８の上に半導体ウエハＷが載置される。この静電チャックシート２８は、たとえば一対のポリイミド樹脂フィルムを重ね合わせてその中に半導体ウエハＷを静電力で吸着するためのたとえば銅箔からなる薄い導電膜２８ａを封入してなるものである。この導電膜（静電吸着用電極）２８ａには、下部電極２０、支持台２２および容器底面を貫通する給電棒３０を介して直流電源３２より静電吸着用の所定の直流電圧が給電される。この直流電圧給電回路に含まれるコイル３４およびコンデンサ３６は、高周波ノイズを除去するためのフィルタを構成する。
【００１９】
上部電極１８は、導電性の部材たとえばアルミニウムからなる円板体で、処理容器１０の上面より下方に延在する円筒状の支持部４０と外周側面を面一にしてその下面にボルト等（図示せず）によって水平に固定取付されている。上部電極１８には、高周波電源４２より所定のパワー（電力）でたとえば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がコンデンサ４４を介して印加される。上部電極１８には多数の通気孔１８ａが形成されており、その上にガス導入室４６が形成されている。ガス供給管１４からのエッチングガスは、このガス導入室４６に導入され、上部電極１８の通気孔１８ａを通って均一な圧力・流量で両電極１８，２０間のプラズマ放電空間に流れ込むようになっている。
【００２０】
このドライエッチング装置は、上部電極１８および円筒状支持部４０の外周側面に密着または接触しつつ、下部電極２０の外周端側に向って上部電極１８よりも所定の範囲内で任意の段差ｄに突出可能に構成された電界強度補正用の環状突出部材５０を備えている。この環状突出部材５０は、導電性の材質でよいのはもちろんであるが、絶縁性の材質であってもよい。もっとも、本実施形態では、上部電極１８側に高周波電圧を供給する陽極結合配置型としているため、自己バイアスまたはスパッタ効果によりプラズマ中の反応性イオンが上部電極１８だけでなく環状突出部材５０にも相当の衝撃で入射するため、そのようなスパッタ効果に適応できる材質が好ましい。
【００２１】
環状突出部材５０には周回方向に所定の間隔を置いて複数の貫通孔５０ａが形成されており、環状突出部材５０の下面側に頭部を向けてボルト５２が各貫通孔５０ａに垂直方向に貫通している。そして、ボルト５２の軸部は、容器１０の天井面を昇降可能に貫通し、容器１０の外（上面）でナット５４に螺合している。ナット５４に付くワッシャ部材５６はシール機能を有するものであってよい。かかる構成により、ナット５４を回すことで、環状突出部材５０を垂直方向で変位させ、上部電極１８に対する突出量（段差）ｄを調節することができる。
【００２２】
このドライエッチング装置において、半導体ウエハＷ表面の被エッチング物質がたとえばＳｉＯ2膜である場合には、エッチングガスとしてたとえばＣＦ4とＡｒの混合ガスがガス供給管１４よりガス導入室４６を介して両電極１８，２０間のプラズマ放電空間に送り込まれる。そうすると、プラズマ雰囲気中に送り込まれたエッチングガス（ＣＦ4／Ａｒ）からフッ素活性種Ｆ＊および反応性イオンＣＦ4+，Ａｒ+が生成され、これらの活性種および反応性イオンが下部電極２０上の半導体ウエハＷに降下または入射することで、ウエハＷ表面の酸化膜（ＳｉＯ2）がエッチングされる。
【００２３】
この実施形態では、環状突出部材５０の働きにより、プラズマ放電空間に対する上部電極１８側からの電界を半導体ウエハＷの径方向で一様な強度に矯正または補正し、それによって同方向におけるプラズマ密度またはプラズマ中の分解生成物の濃度を均一化できるため、半導体ウエハＷ上で面内均一のエッチング加工特性を得ることができる。
【００２４】
図２につき、環状突出部材５０の作用を説明する。両電極１８，２０間のプラズマ放電領域で発生するプラズマＰＲは、両電極１８，２０間の空間に留まらずにその周囲（半径方向外側）にも拡散する。プラズマＰＲと付近の物体との境界にはイオンシースＳＨが形成される。ここで、イオンシースＳＨは、電子の速度が陽イオンの速度よりも格段に大きいために存在する電界空間であり、プラズマＰＲと隣接物体との間の電圧または電位変化はすべてこのシース内で生ずる。上部電極１８に沿うイオンシースＳＨ内では、プラズマＰＲ側から電極１８に向かって垂直方向（ｙ方向）の電界Ｅyが生ずる。
【００２５】
上記のように両電極１８，２０間で発生したプラズマＰＲは周囲（半径方向外側）に拡散するため、電極中心部よりも電極周辺部の方でプラズマ密度が低くなりやすい。したがって、上部電極１８に沿うイオンシースＳＨ内では、必然的に、電極中心部から半径方向に遠ざかるほど電界Ｅyの強度が低下する。しかし、この実施形態のドライエッチング装置では、以下のような環状突出部材５０の作用により、上部電極１８の周辺部付近でイオンシースＳＨ内の電界を補強し、半導体ウエハＷ上で面内（径方向）均一のプラズマ密度を得ることができる。
【００２６】
より詳細には、上部電極１８の周囲で環状突出部材５０が上部電極１８よりも下部電極２０側へ突出して段差を形成することで、この段差の内側または内周面５０ａに沿うイオンシースＳＨ内で電極１８と平行な横方向（ｘ方向）の電界Ｅxが生じる。そして、環状突出部材５０の段差エッジ部５０ｃ付近のイオンシースＳＨにおいては、相直交する段差垂直面５０ａ側の横方向の電界Ｅxと段差水平面５０ｂ側の垂直方向の電界Ｅyとをベクトル的に足し合わせた内向き斜め方向（ウエハ中心部向きの方向）の大きな（補強された）電界Ｅsが生じる。この補強電界Ｅsにより、環状突出部材５０の段差エッジ部（角部）５０ｃ付近では、電子に与えられる加速ないし運動エネルギーが補強され、プラズマ励起が強まり、プラズマ密度が増大する。上記のような上部電極１８の周辺部付近における電界強度の補強ひいてはプラズマ密度の増強は、環状突出部材５０の突出量ｄを変えることで可変調整することができる。
【００２７】
つまり、突出量ｄを大きくするほど、段差垂直面５０ａに沿う横方向の電界Ｅx発生領域が拡張して補強電界Ｅsも増大するとともに、段差エッジ部５０ｃが下部電極２０ないし半導体ウエハＷの周辺部側に近づくため、プラズマ密度を増強する度合いが増大する。
【００２８】
逆に、突出量ｄを小さくするほど、段差垂直面５０ａに沿う横方向の電界Ｅx発生領域が縮小して補強電界Ｅsが減少するとともに、段差エッジ部５０ｃが下部電極２０ないし半導体ウエハＷの周辺部から遠ざかるため、プラズマ密度を増強する度合いが低下する。環状突出部材５０が無い場合の上部電極１８周辺部における垂直方向の電界Ｅyよりも大きな補強電界Ｅsを得るための条件として、突出量ｄは少なくとも上部電極１８に沿うイオンシースＳＨの幅（厚み）ｆよりも大きいことが必要である。
【００２９】
上記のように、この実施形態のドライエッチング装置では、上部電極１８の外周に下部電極２０側に向って突出可能な環状突出部材５０を設け、この環状突出部材５０の突出量または段差ｄを可変調整できる構成により、上部電極１８の周辺部付近の電界強度を適度に補強して、両電極１８，２０間で生成するプラズマＰＲの密度を半導体ウエハＷの径方向で均一化し、ひいては半導体ウエハＷ上で面内均一のエッチング加工特性を得ることができる。
【００３０】
図３に、第２の実施形態による平行平板型ドライエッチング装置の構成を示す。
【００３１】
この第２の実施形態では、環状突出部材６０を処理容器１０に固定取付し、上部電極１８の方を環状突出部材６０に対して後退させ、その後退量または段差ｇを可変調整できる構成としている。
【００３２】
より詳細には、処理容器１０の天井面に形成した円形開口１０ａの中に円筒状の環状突出部材６０を垂直下方に垂れ下がるように配置して、環状突出部材６０の上端部から半径方向外側に延びるフランジ部６０ａを円形開口１０ａの外周囲の処理容器１０の上面にＯリング６４を介して載せてボルト６６で固定取付する。そして、環状突出部材６０とほぼ同形で一回り小さい円筒状支持部材６８の下面に上部電極１８をボルト等（図示せず）により固定取付し、円筒状支持部材６８のフランジ部６８ａを環状突出部材６０のフランジ部６０ａの上に１枚または複数枚の環状スペーサ板またはシート７０を介して重ね、ボルト７２で着脱可能に固定取付する構成としている。かかる構成においては、環状スペーサ板７０の重ね枚数を変えることで、上部電極１８に対して相対的に環状突出部材６０の突出する量（段差）ｇを任意に調節することができる。
【００３３】
この第２の実施形態の構成においても、上部電極１８の周辺部付近の電界強度を適度に補強して、両電極１８，２０間で生成するプラズマＰＲの密度を半導体ウエハＷの径方向で均一化し、ひいては半導体ウエハＷ上で面内均一のエッチング加工特性を得ることができる。もっとも、環状突出部材６０の突出量（段差）ｇを調節するに際して、両電極１８，２０間の距離間隔が変化し、それによってエッチング加工特性たとえばエッチング速度が変化することもある。しかし、この種の変化分は半導体ウエハＷ上で面内均一であるから、エッチングガスのガス圧、処理容器１０内の真空度、高周波電源４２からの供給電力等を調節することで、容易に補正することができる。
【００３４】
本発明における被処理基板は、半導体ウエハに限るものではなく、たとえばＬＣＤ（液晶表示）基板等であってもよく、ドライエッチング加工の対象となり得る任意の基板が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０   処理容器
１４   ガス供給管
１６   排気管
１８，１８   上部電極
２０   下部電極
４０   支持部
４２   高周波電源
５０   環状突出部材
５２   ボルト
５４   ナット
６０   環状突出部材
６８   支持部材
７０   環状スペーサ板
【図１】
2011176361.tif 000003
【図２】
2011176361.tif 000004
【図３】
2011176361.tif 000005