JPH0666298B2 - ドライエッチング装置 - Google Patents

ドライエッチング装置

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JPH0666298B2
JPH0666298B2 JP58015527A JP1552783A JPH0666298B2 JP H0666298 B2 JPH0666298 B2 JP H0666298B2 JP 58015527 A JP58015527 A JP 58015527A JP 1552783 A JP1552783 A JP 1552783A JP H0666298 B2 JPH0666298 B2 JP H0666298B2
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悦夫 和仁
勝三 鵜飼
輝夫 斉藤
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は反応性ガスのプラズマを利用して金属，半導
体，絶縁物等をエッチング処理するドライエッチング装
置に関するものである。
反応性ガスのプラズマを利用したドライエッチング装置
は，微細加工性，操作性，廃液処理等の面で従来広く普
及している湿式エッチング方法よりはるかに優れている
ため，半導体製造ラインを中心として広く普及しつつあ
る。ドライエッチング装置はその反応容器の形状で区分
して円筒形プラズマエッチング装置，平行平板型ドライ
エッチング装置に大別できるが，この平行平板型エッチ
ング装置は微細加工性に優れており，しかもAl,酸化膜
等のエッチングが可能であるなど円筒形プラズマエッチ
ング装置に比較して優れている面が多い。そしてこの平
行平板型エッチング装置は，更に一度に１枚ずつの試料
を処理する枚葉式と，一度に複数枚の試料をエッチング
処理するバッチ式と，エッチング処理を直線状又は円周
上に配置した多数のエッチングチェンバーで行う所謂マ
ルチチェンバー方式のドライエッチング装置とに区別で
きる。
しかし乍らこの平行平板・マルチチェンバー方式のドラ
イエッチング装置も，試料面内のエッチング速度を均一
にすることが難かしいという欠点がある。
したがって本発明の目的は試料面内のエッチング速度が
均一なマルチチェンバー方式のドライエッチング装置を
得ようとするものである。
本発明の他の目的は，エッチング速度が均一であるマル
チチェンバー方式のドライエッチング装置を得ようとす
るものである。
本発明によれば、反応容器中に円周上に配置された、各
々エッチング台を有する複数個のチェンバーと、前記エ
ッチング台上に置かれた複数個の試料を同時に保持して
次のエッチング台に移動させることが可能な試料保持台
と、高周波電源と、前記複数のチェッバーのうちのエッ
チングを行うエッチングチェンバーに設けられ、一端が
前記高周波電源に接続され、内部に反応ガスを導入する
ための空間部を有し、下部に該空間部に連通し前記エッ
チング台の上面に向けられたガス吹き出し口を有する複
数の対向電極とを備え、該ガス吹き出し口はエッチング
チェンバーにおいてエッチング台の中心に対して偏心し
て配置され、しかも全体として均一なエッチングが得ら
れるように配置されたことを特徴とするドライエッチン
グ装置が得られる。偏心した吹き出し口としては偏心の
方向が異なるものを含めてエッチング速度を異ならせて
あり、全部のエッチングチェンバーでエッチングを完了
した時に総合的なエッチング速度分布が可及的に一様に
成るように設定してある。
また本発明によれば、上記において複数の対向電極とエ
ッチング台の間の空間の少なくとも主部分を囲む複数の
部材とを備えたドライエッチング装置が得られる。
次に図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明における平行平板型マルチチェンバード
ライエッチング装置のうちの１つのエッチングチェンバ
ーの断面の一例を示した図である。本例においては，反
応容器11内に配置された２枚の平行平板電極のうち，下
部電極12を試料13を載置するエッチング台とし，上部電
極15を対向電極とする。反応ガスはガス制御バルブ14か
ら対向電極15中を通りそのガス吹出し口16からエッチン
グチェンバー11内に導入され，図示してない反応容器の
共通排気管（図の右側）から排出される。このときのガ
スの流れの代表的な様子を17で示す。高周波電源18は下
部電極12にガス放電のための高周波電力を与えるもので
ある。なお19は試料13を移動させるのに用いる試料保持
器であるが，ここでは単に名称のみを示しておく。
第２図は第１図の例における電極部分構造（Ａ）とエッ
チング速度分布（Ｂ）の相関を示した図であり,21は対
向電極,22は吹出し口,23は下部電極,24は試料をあらわ
している。この第２図からすぐ分るように，エッチング
速度分布25は不均一である。
本発明はかかる欠点を改良すべくなされたのであるが，
本発明に至る段階で発明者達は試料内のエッチング速度
の均一性が反応性ガスの導入の仕方に強く依存するとい
う事実を発見した。
第３図および第４図は上記とは別の例を説明する図であ
る。第３図から分るように，上部電極のガス導入口31の
位置を試料の端に近いところに移すと，曲線32に示すよ
うにエッチング速度はガス導入孔直下の試料面が最も速
く，左右非対称になる。一方第４図の例はガス吹出し口
41の下部にガス遮蔽板42を設け，上部電極43との間にガ
スが流通するすき間を開けたもので，ガスを上部電極周
辺から拭き出した時のエッチング分布は44に示すように
中心に比べ試料の周辺が速いエッチング速度分布とな
る。
上記のように，対向電極上に開けたガス吹出し口の位置
やガス遮蔽板の形状などにより試料面内のエッチング分
布が異なるため，実験的に決めた異なったガス導入構造
を持った複数のエッチングチェンバーを用意し,1枚の試
料を各チェンバーを通過させながらエッチングすること
により，試料面内のエッチング速度の均一性を良くした
エッチング特性を得ることが出来る。そしてこの実験事
実が本発明の基になっている。
第５図および第６図は本発明の実施例であるドライエッ
チング装置の構成をあらわした図であって，第５図は第
６図のXX′で切断し（対向電極部を取除いて）試料を載
せない状態で上方から見た図，第６図は第５図のYY′で
切断して正面から見た断面をあらわした図である。
第５図において，大きな円筒状のベースチェンバー51上
に同心円上にそれぞれの中心をもった試料交換チェンバ
ー52および５個のエッチングチェンバー53a〜53eが配置
されている。又，カセットチェンバー54は未処理試料55
を入れたロード側カセット55′及び処理済みの試料56を
回収するアンロード側カセット56′を大気中に保持し，
ベースチェンバー51とはゲートバルブ57によって接続さ
れる。なお58は回転可能な試料保持台,59は試料保持台
にあけられた孔（試料より僅か小さい）を示すと共に後
述のエッチング台の上部の輪郭を示す円,60は試料保持
台の段差を示す輪郭（試料より僅か大きい）をあらわす
が，これらの内容は次の第６図から容易に理解できるで
あろう。
第６図において,61bと61eをエッチング台,62bと62eは試
料,63は高周波電源,64bと64eはシールド,65bと65eは対
向電極,66は対向電極の中央に設けられた反応ガス吹出
し口,67は対向電極の中心から外れた偏心位置に設けら
れた反応ガス吹出し口,68bと68eはガス制御バルブをそ
れぞれあらわしており，他の参照数字は第５図の場合と
同じものを指している。なお反応ガス吹出し口66と67は
形状は異なっているが，他のエッチングチェンバーの反
応ガス吹出し口も同様であり（偏心の方向は異なるもの
を含む），エッチングチェンバーによってエッチング速
度を異ならせてある。但しこの異ならせ方は，最終的に
は実験によるが，全部のエッチングチェンバーでエッチ
ングを完了したときに総合的なエッチング速度分布が可
及的に一様になるように設定してある。
以下にこの装置における試料の動きを第５図および第６
図を参照して詳細に説明する。ロード側カセット55′に
セットされた未処理の試料55は図示してないベルト又は
フォーク等の搬送メカニズムによってゲートバルブ57を
通過し，試料交換チェンバー52に搬送される。このチェ
ンバーはロードロック機能を備えており、ロードロック
バルブ（図示せず）によりベースチェンバー51から隔離
されている。試料搬送後ゲートバルブ57を閉じ，試料交
換チェンバー52のロードロック室を真空ポンプで排気
し，規定真空度に達した後，ロードロックバルブを開放
する。この状態で試料62を試料保持体58上の60で囲んだ
段差の部分（エッチング済みの試料は取出し済みとす
る）に載置する。
次にエッチング台61のすべてを同時に下降させ，試料保
持台51を１チェンバー分（この場合60゜）を回転し，エ
ッチング台61を上げて元に戻す。これにより交換用チェ
ンバーにあった試料62は第１のエッチングチェンバー53
内の第１のエッチング台61a上に載置され，又これと同
時に第５のエッチングチェンバー53f内の第５のエッチ
ング台61e上に載置されていたエッチングが終了した試
料は試料交換チェンバー52に移る。ここでエッチング台
61aに載置された試料62はそのエッチングチェンバー53a
に割当てられたエッチング速度分布に従ったエッチング
を受け，試料交換チェンバー52に移されたエッチング済
み試料は先の取入れ工程とは逆の工程でロードロック室
を経てアンロードカセット56′に収納される。
以上説明したように試料保持体58が断続的に回転するこ
とにより，試料62がエッチングチェンバー53内に１枚ず
つ送り込まれ，同時に各エッチングチェンバー内の試料
がそれぞれ次のエッチングチェンバーへ移ってエッチン
グを断続的に進行させることが出来る。ところで先に述
べたように各チェンバーのガス吹き出し位置を所望の形
に変えてそれぞれのチェンバー内でのウェハー内のエッ
チング速度分布を少なくとも２種類以上に変えてるた
め，最後のエッチングチェンバー53eでエッチングを終
了したときには個々の試料の試料面内エッチング速度分
布が大幅に改善される。なお上記において，エッチング
チェンバー53dにエッチングの終点検出器を設けて置
き，且つエッチングチェンバー53dでエッチングを終了
させるようにすれば，エッチングチェンバー53eをオー
バーエッチングを行うためのエッチングチェンバーとし
て使用することも可能である。また最後のエッチングチ
ェンバー53eないしは４番目のエッチングチェンバー53d
でエッチング終点検出を試料１枚毎に行うことにより，
全ての試料に対してエッチングの正確なコントロールを
行うことが出来る。更に，図には明示してないが，エッ
チング台61bをエッチング中に少なくとも１回回転する
ように構成すれば，ガス吹出し口の偏心の向きを変える
ことと同じ効果を呈するので，エッチング速度分布の種
類を少なくすることができる。
第７図は本発明の別の実施例における１つのエッチング
チェンバーの断面をあらわした図である。本実施例では
対向電極71が第６図の平板対向電極65bの周辺を軸方向
に延長して筒状体を付加した形の中空電極状であり，ガ
ス吹き出し口72が中空電極底部に位置している。この場
合回転可能なエッチング台73に高周波電圧を印加すると
プラズマは中空電極内部に集中され，このためエッチン
グ速度は第６図のような平行平板型電極構造におけるエ
ッチング速度より速くすることが出来る。その上，この
中空円筒状の電極構造では，中空電極の底に設けたガス
吹き出し口の位置等により，試料74の面内エッチングの
速度分布が第３図又は第６図の右側の場合に比べて非常
に大きく異なることが観測された。即ち，ガス吹き出し
口の直下を中心として試料面のエッチング速度が特に速
くなり，その周辺ではエッチングがほとんど進行しない
現象が観測され、而もエッチングされる領域は，穴の偏
心の度合いだけではなく，中空電極の内径，中空電極の
深さによっても大きく影響されることが観測された。従
ってガス吹き出し口をエッチングテーブルに対して偏心
させて開け，さらに中空電極の内径や深さが異ならせた
いくつかのエッチングチェンバーを配してエッチングを
行うことにより，試料面内のエッチング速度のばらつき
の少いエッチングを高い生産性を持って行うことが出来
る。
第８図は本発明のさらに他の実施例による１つのエッチ
ングチェンバーの断面を示した図である。この第８図の
装置においては，エッチング台81と対向電極82によって
構成された空間83をテフロ，石英などの絶縁物又はアル
ミニウム等の金属で形作した筒状部材であるリング84で
囲んでいる。このリング84は印加する電位によりエッチ
ング特性が大きく異なるため，エッチングを効果的に行
うことが出来るばかりでなく，エッチングチェンバーご
とに電位の値を変化させることによりエッチング速度分
布を簡単に変えることができ，非常に優れたエッチング
特性を得ることが出来る。即ち，リング84が絶縁物であ
っても金属であっても，リングが電極82やチェンバー壁
から電気的に絶縁されていれば，エッチング中にリング
のプラズマに接する面はプラズマ電位に近い浮遊電位に
なり，このため，もしエッチング台81と対向電極82の面
積がほぼ等しければ，プラズマに対する両者の電位はほ
ぼ等しくなり，従って高周波印加電極がエッチング台81
の側であっても対向電極82の側であっても，エッチング
特性はほとんど変わらず，イオンの加速エネルギーを利
用した反応性イオンエッチング装置におけるエッチング
特性と同様の特性が得られる。即ち構造的に複雑なエッ
チング台81の側に高周波を印加せず，比較的簡単な構造
の対向電極82の側に高周波を印加することで，エッチン
グ台側に高周波を印加したのと同等のエッチング特性を
得ることが出来る。さらにこの場合，対向電極82と試料
85の間の距離を狭くして多数種のエッチング速度分布を
用意することにより非常に高速で且つエッチング速度分
布の一様なエッチングを行うことが可能である。もしこ
の場合一種類のエッチング速度分布による従来の方式で
従えば，試料面内のエッチング分布がガス吹き出し口の
位置により極めて大きく変わるため，試料面内のエッチ
ング分布を均一にするのは全く不可能である。
以上の説明から分るように，本発明は試料を異なったガ
スプラズマの雰囲気中を断続的に通過させながらエッチ
ングするところにその骨子があり，その実現には幾多の
方式がある。さきの実施例は多くの試料交換チェンバー
を備えた円形のエッチング装置であるがこれに限定され
るものではなく，試料導入チェンバーと試料回収チェン
バーとを備えた線型状のエッチング装置であっても良
い。又，試料の搬送もエッチング台の上下運動ではな
く，試料保持体の回転上下運動によっても良い。さら
に，特に試料交換チェンバーを持たなくても，円形状に
多くのエッチングチェンバーが配置されていれば,1バッ
チごとに全ての試料を手で入れ代えるバッチ方式の装置
であってもかまわない。
またさきの実施例では全てのエッチングチェンバーに同
一の高周波電源から電力を供給しているが，エッチング
チェンバーをいくつかのブロックに分け，ブロック毎に
高周波電源を変えても良い。この時高周波電源の周波
数，パワー等を変化させてエッチング速度に対する寄与
を変えても良いばかりでなく，エッチング終点検出の出
来るエッチングチェンバーやオーバーエッチングのため
のエッチングチェンバー等を別々の高周波電源により個
々に高周波電力を印加することにより制御性に優れたエ
ッチングを行うことが出来る。又，本例では高周波印加
電極側に試料を置くいわゆる反応性イオンエッチング方
式すなわちカソードカップル方式を採用しているが，接
地電極側に試料を置くプラズマエッチング方式すなわち
アノードカップル方式でも良いことはいうまでもなく，
さらには，複数のエッチングチェンバーの一部がカソー
ドカップルで他がアノードカップルであっても良いこと
はもちろんである。この場合両者の特徴を持ち合わせた
優れたエッチング特性を得ることが出来る。
なお先の実施例ではエッチング台が水平に配置されてい
るが，試料保持器として試料を真空或いは磁気で吸引す
る型のものを用いることでエッチング台を垂直方向に接
地することも可能であり，ゴミによる汚染の少ないエッ
チングを実現出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の平行平板型のマルチチェンバーエッチ
ング装置のうちの１つのエッチングチェンバーの断面を
示した図，第２図は第１図の電極部分の構造（Ａ）と試
料面内のエッチング速度分布（Ｂ）の相関を示した図，
第３図および第４図は本発明のもととなる反応性ガスの
導入機構（Ａ）とエッチング速度分布（Ｂ）の相関を示
す図，第５図は本発明によるドライエッチング装置を上
から見た図，第６図はこのドライエッチング装置を正面
から見た断面をあらわす図，第７図は本発明の他の実施
例におけるエッチングチェンバーの断面をあらわした
図，第８図も本発明の他の実施例のエッチングチェンバ
ーの断面をあらわした図である。 記号の説明:11は反応容器,12下部電極,13は試料,14は制
御バルブ,15は対向電極,16はガス吹き出し口,17はガス
の流れ,19は試料保持器,21は上部電極,22および32はガ
ス吹出し口,23は下部電極（エッチング台）,24は試料,2
5および32はエッチング速度分布,42はガス遮蔽板,44は
エッチング速度分布,51はベースチェンバー,52は試料交
換チェンバー,53a〜53eはエッチングチェンバー,54はロ
ードカセット,55と56は試料,57はゲートバルブ,58は試
料保持体,59a〜59eはエッチング台の上部（試料保持体
の孔）,59fは試料保持体の孔,60a〜60fは段差の輪郭,61
bと61eはエッチング台,62bと62eは試料,63は高周波電
源,65bと65eは対向電極,71は中空対向電極,84はリング
をそれぞれあらわしている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鵜飼 勝三 東京都府中市四谷５丁目８番１号 日電ア ネルバ株式会社内 (72)発明者 斉藤 輝夫 東京都府中市四谷５丁目８番１号 日電ア ネルバ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−31138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−10830（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−10932（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−166927（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−200030（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭51−45435（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】反応容器中に円周上に配置された、各々エ
    ッチング台を有する複数個のチェンバーと、前記エッチ
    ング台上に置かれた複数個の試料を同時に保持して次の
    エッチング台に移動させることが可能な試料保持台と、
    高周波電源と、前記複数のチェンバーのうちのエッチン
    グを行うエッチングチェンバーに設けられ、一端が前記
    高周波電源に接続され、内部に反応ガスを導入するため
    の空間部を有し、下部に該空間部に連通し前記エッチン
    グ台の上面に向けられたガス吹き出し口を有する複数の
    対向電極とを備え、該ガス吹き出し口はエッチングチェ
    ンバーにおいてエッチング台の中心に対して偏心して配
    置され、しかも全体として均一なエッチングが得られる
    ように配置されたことを特徴とするドライエッチング装
    置。
  2. 【請求項２】反応容器中に円周上に配置された、各々エ
    ッチング台を有する複数個のチェンバーと、前記エッチ
    ング台上に置かれた複数個の試料を同時に保持して次の
    エッチング台に移動させることが可能な試料保持台と、
    高周波電源と、前記複数のチェンバーのうちのエッチン
    グを行うエッチングチェンバーに設けられ、一端が前記
    高周波電源に接続され、内部に反応ガスを導入するため
    の空間部を有し、下部に該空間部に連通し前記エッチン
    グ台の上面に向けられたガス吹き出し口を有する複数の
    対向電極と、該複数の対向電極と前記エッチング台の間
    の空間の少なくとも主部分を囲む複数の部材とを備え、
    前記ガス吹き出し口はエッチングチェンバーにおいてエ
    ッチング台の中心に対して偏心して配置され、しかも全
    体として均一なエッチングが得られるように配置された
    ことを特徴とするドライエッチング装置。
  3. 【請求項３】前記部材が前記対向電極と一体に構成され
    た金属部材であることを特徴とする第（２）項記載のド
    ライエッチング装置。
  4. 【請求項４】前記部材が絶縁部材であるか若しくは前記
    対向電極から絶縁された金属部材であることを特徴とす
    る第（２）項記載のドライエッチング装置。
  5. 【請求項５】前記絶縁された金属部材が前記対向電極の
    電位とは異なる電位を与えられた金属部材であることを
    特徴とする第（４）項記載のドライエッチング装置。
  6. 【請求項６】前記エッチング台が自転可能なエッチング
    台であることを特徴とする前記第（１）項、第（２）
    項、第（３）項、第（４）項、もしくは第（５）項記載
    のドライエッチング装置。
  7. 【請求項７】前記エッチングを行うチェンバーの少なく
    とも１つが、エッチングの終点検出器を備えていること
    を特徴とする第（１）項、第（２）項、第（３）項、第
    （４）項、第（５）項、もしくは第（６）項のドライエ
    ッチング装置。
  8. 【請求項８】前記高周波電源が複数の高周波電源であっ
    て、前記複数個のエッチングチェンバーをブロックに分
    けてブロック毎に別々の高周波電力を与えるようにした
    ことを特徴とする第（１）項、第（２）項、第（３）
    項、第（４）項、第（５）項、第（６）項、もしくは第
    （７）項のドライエッチング装置。
JP58015527A 1983-02-03 1983-02-03 ドライエッチング装置 Expired - Lifetime JPH0666298B2 (ja)

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JP58015527A JPH0666298B2 (ja) 1983-02-03 1983-02-03 ドライエッチング装置
US06/576,143 US4482419A (en) 1983-02-03 1984-02-02 Dry etching apparatus comprising etching chambers of different etching rate distributions

Applications Claiming Priority (1)

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