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JPH0476493B2 - - Google Patents
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JPH0476493B2 - - Google Patents

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JPH0476493B2
JPH0476493B2 JP60015635A JP1563585A JPH0476493B2 JP H0476493 B2 JPH0476493 B2 JP H0476493B2 JP 60015635 A JP60015635 A JP 60015635A JP 1563585 A JP1563585 A JP 1563585A JP H0476493 B2 JPH0476493 B2 JP H0476493B2
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wafer
holder
electrode
plasma etching
electrodes
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JP60015635A
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Furederitsuku Kaningamu Junia Jooji
Uein Ruisu Jon
Baanaado Matsukurua Robaato
Jon Hoindekusutaa Danieru
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプラズマ・エツチング技術に係り、更
に具体的には本発明は改良したプラズマ・エツチ
ング装置用の電極構造体に係る。
［従来技術］ プラズマ・エツチング技術は半導体ウエハの様
な製品をエツチングするために用いる。この技術
は低温で行われるので、マスク材としてフオトレ
ジストを用いる事が出来る。またプラズマ・エツ
チングは化学的プロセスであるので、エツチング
に於ける選択度は非常に高く、マスクのエツチン
グを最小することができる。
その様なエツチングに於ける問題点は処理する
材料にしてプラズマを形成する種の不均一性にあ
る。これは一部はカソード及びアノード間の電界
の変動によるものである。
ウエハなどのエツチングすべき生成材は慣習的
にバツチ処理される。即ちウエハはプラズマ・エ
ツチング装置の一方の電極上に平らに配置され
て、プラズマに露出される。この様なバツチ・エ
ツチングでは一度に多数のウエハを処理できるの
で、均一性の点で劣るが、好んでこの方法が用い
られる。この様なバツチ・エツチング法はスルー
プツトを増大させるが、通常の装置に於けるガ
流、温度、電界、プラズマ形成の故に、装置内の
位置に依存してプラズマがそのバツチに於ける各
ウエハに異つた効果を与える。例えばエツチン
グ・レート及びエツチング量が電極上のウエハの
位置に大きく依存するのである。概して、エツチ
ング・レートは電極上のウエハの放射方向の位置
によつて変動する。かくしてバツチ・エツチング
したウエハは不均一にエツチングされる事にな
る。
従来は、石英のスペーサを用いてウエハを選択
する的に間隔を置いて配置し、電極上の暗部を均
一にするために電極全体のまわりに伸延したシー
ルドを設け、電極表面を丸くし、あるいは装置内
のプラズマ形成ガス流の分布を変える事がこの不
均一性の問題を解決するために提案された。
これらの解決方法を用いてエツチングの均一度
の問題は相当なものであつて、電極の端部に沿つ
て配置したウエハよりも中央部に置いたウエハの
方が急速にエツチングされ、バツチ均一度は18％
乃至25％に達した。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的はプラズマ・フイールドもしくは
チヤンバーの変則状態（abnormality）を補償す
る事によつてプラズマ・エツチング装置に於ける
エツチング均一度を改善する事にある。
本発明の他の目的はエツチング装置に於いて処
理する材料（生成材）の上に付着された被膜に於
ける差異によるエツチングの変動を補償する事に
ある。
本発明の更に他の目的はバツチ・プラズマ・エ
ツチング電極上に配置した材料の各々の個別的処
理を実施する事にある。
本発明の更に他の目的はプラズマ・エツチング
装置内に配置した生成材料を、その位置に関係な
くほぼ同じレートでエツチングしうる装置を提供
する事にある。
本発明の更に他の目的は、エツチングするウエ
ハの寸法に関係なく任意の個々の材料の表面を均
一にエツチングする事を保証する事にある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明によるプラズマ・エツチング装置におい
ては、下部電極の主表面に、各ウエハを支持する
ホルダを同心に複数列に配列し、半径方向位置に
従つてウエハ表面を異なるレベルに位置させる特
別な表面構造の下部電極により各ウエハを取り囲
むプラズマ特性が実質的に均一になるように調整
できる。更に、最外周のホルダに傾斜縁を形成す
ることにより、電極間の電界縁端効果を減少でき
る。
本発明の構成は次の通りである。
１ 平行に離隔して配置された１対の上部電極及
び下部電極と、該下部電極の主表面上に複数列
の円周に沿つて配列され、ウエハを支持する複
数個のホルダとを含み、前記１対の電極間にプ
ラズマ・エツチング雰囲気を確立して複数個の
ウエハの各露出表面を実質的に均一にエツチン
グするためのプラズマ・エツチング装置におい
て； 各列のウエハが中心又は最内周において前記
主表面と同高又は低いレベルに位置する一方、
外周において、より低いレベルに位置するよう
半径方向位置に従つて異なるレベルにウエハを
支持する凹部を前記各ホルダ表面に設け、均一
なプラズマ・エツチング雰囲気を各ホルダ周辺
上に確立しうるプラズマ・エツチング装置。
２ 平行に離隔して配置された１対の上部電極及
び下部電極と、該下部電極の主表面上に複数列
の円周に沿つて配列され、ウエハを支持する複
数個のホルダとを含み、前記１対の電極間にプ
ラズマ・エツチング雰囲気を確立して複数個の
ウエハの各露出表面を実質的に均一にエツチン
グするためのプラズマ・エツチング装置におい
て； ウエハ表面が前記主表面よりも高い、同高又
は低いレベルに位置するようウエハを支持する
メサ部又は凹部を前記内周上のホルダ表面に設
け、 ウエハを内底壁で支持し傾斜縁で取囲まれた
凹部を前記外周上のホルダ表面に設け、前記傾
斜縁は、１点で前記主表面と同高でありその
180度の対称点に向つて上方に傾斜が付けられ
ていて電極間の縁端効果を減少しうるプラズ
マ・エツチング装置。
［実施例］ 本発明に於いて、装置、バイアスなどに依存し
て電極はアノードでも、カソードでもよい事を理
解されたい。本発明に於いて用いるホルダはその
内部に含んだ材料に対する熱的電気接触を保証す
るが、ホルダの近辺のプラズマの特性を物理的に
変える様にも設計される。ホルダの形状は、除去
する被膜の型並びに装置内のホルダの試理的な位
置を考慮する様に変える事ができる。
第１図に典型的なバツチ型の平行プラズマ・エ
ツチヤーを示す。このプラズマ・エツチヤーはチ
ヤンバ１０、上方電極１１、下方電極１２（複数
個の半導体ウエハ１３を担持している）を有して
いる。電極１１は例えばカソードであり、電極１
２はアノードであつて、両者ともRF源（図示せ
ず）に接続される。管１４を介してカソード１１
の中心部からチヤンバ１０内に、しかも電極１１
及び１２の間にプラズマ形成ガスを入れる。チヤ
ンバ１０にその様なガスを入れる事によつて、
RF源をオンにすると電極１１及び１２の間にプ
ラズマが形成される。図示しない真空ポンプと結
合した排気管９を介してチヤンバ１０からプラズ
マ形成ガスを排気する。この様なエツチヤーは市
販されているので、詳細には説明しない。
第１図では上下に給排口を設けてあるが、側方
に設けてもよい事は云うまでもない。
本発明に従つて設計した第１図のアノード１２
の拡大図を第２図及び第３図に示す。第２図はア
ノードの平面図である。このアノードは、一実施
例を説明するために示す直径8.26cm（3.25イン
チ）の半導体ウエハについて使用するために設計
する場合、例えば厚さ0.635cmで直径約66cmのほ
ぼ平坦な円形のプレートよりなる。
本発明に従い、第２図に示す電極１２は、複数
個の開口を有している。一連の同心リングのアレ
イ状にこれらの開口を配列する。図示する電極に
於いて、中心開口１５は夫々２つの同心リング開
口１５ａ及び１５ｂによつて包囲されている。こ
れらの開口は全て同一の形状であつて、第３図に
示す様にステツプ状の内壁を有している。開口の
大きい方の開口部の直径１６およそ9.53cm、小さ
い方の開口部の直径１７は約8.26cmである。即ち
0.64cmの肩部１８が各開口に設けられている。
第２図の電極に挿入するのに適している異つた
ウエハ・ホルダを第４図乃至第８図に示す。
第４図はリング３０（外部の唇状部３１及びウ
エハ３３を支持する肩部３２を有する）として形
成したホルダを示す。ウエハ３３の上部表面がホ
ルダ３０の上部表面と一致する様にウエハを支持
する。
第５図は他のウエハ・ホルダを示す。この側に
於いては、ホルダは唇状部３６よりなり、ウエハ
３８をセツトするための肩部３７が設けられてい
る。唇状部３６及び肩部３７はリング３５、ウエ
ハ３８及び電極１２の上部表面が全て同じ面内に
なる事を保証する様な寸法に形成する。リング３
５の底部の中央内部には挿入体３９が充填され
る。
挿入体は図示する様にリング３５の底部からウ
エハの下のレベルまで達している。ウエハ３８の
底面と挿入体３９の上面の間のスペース４０はウ
エハ３８の厚さにほぼ等しい。この挿入体は導電
性のものでも絶縁性のものでもよいが、通常導電
性のものであるのが好ましい。
第６図は唇状部４２及び凹部４３を有する皿状
体４１として形成されたウエハ・ホルダを示す。
この場合も唇状部の厚さは、ホルダの上面が電極
１２の上部表面と同一面になる様にする。凹所４
３の深さは、その内部に配置されるウエハ４４の
厚さの少くとも２倍である。電極１２内にホルダ
を配置する場合、ウエハ４４は皿状体の底部に配
置され、ウエハの表面は皿状体の凹所内に位置
し、電極１２の上部表面より下になる。
第７図は第６図のホルダと類似したホルダであ
る。これは、皿状部４５、唇状部４６及び凹所４
７（深さはその内部に配置されるウエハ４８の厚
さの２倍）から成る。更に、凹所４７には溝部４
９が設けられており、溝部４９は皿状部の中央に
中央ペデスタル部５０が形成される様に外縁端部
に環状に形成されている。この溝部４９の深さは
少くともウエハの厚さに等しくするべきである。
これによつてウエハ４８の外側端部は中央ペデス
タル部５０の外につき出た状態となる。
第４図ないし第７図に示されるホルダの各々
は、唇部が電極の上部表面よりも状になる様に変
更する事が可能である。
第８図はメサ型のホルダを示す。このホルダ
は、電極１２の肩部の１８に乗る唇状部５２を有
する本体の６１から成る。この図に於いて、６１
はその表面がメサ状に電極１２の上部表面の面よ
りも高くなる様に形成され、よつてウエハ５３は
電極１２の上部表面よりも上方に支持される。
第９図は唇状部の６２及びウエハ６４を挿入で
きる凹所６３を備えた皿状体６１を有するホルダ
を示す。凹所６３は電極１２の上部表面と平行な
平坦な底部を有している。唇部６２は厚さが変わ
る上方に伸びる縁部６２を有している。ホルダの
一方の側から他の側へかけて縁部６２厚さを変え
る事によつて、皿状体６１の上部表面は電極１２
の上部表面の面に対して或る角度をなす。よつて
縁部６２は一方の側に於いては電極１２の上部表
面よりも上に出ているのに対して、他の側に於い
ては電極１２の表面とほぼ同じレベルにある。
第１０図は第９図の傾斜型ホルダの変形例を示
す。ウエハ・ホルダ６５は唇状部６６及びウエハ
を挿入する凹所６７を有している。凹所６７は電
極１２の上部表面に対して或る角度をなす平坦な
底部６８を有している。この場合も唇状部６６は
厚さの変わる縁部を有している。よつて縁部の上
部表面は電極１２の上部表面と或る角度をなして
いる。凹所６７の底部の面と電極１２の表面との
なす角度は、電極１２の表面と縁部６６の上部表
面のなす角度と同じ角度に維持され、凹部６７の
底部が縁部の表面のわずか下に位置する様に構成
するのが好ましい。
最初は、第４図乃至第７図に示した異なつた形
のウエハ・ホルダの各々を装荷した電極を用いて
サンプルを処理した。各ホルダの各ウエハ上のフ
オトレジスト及びポリイミド被覆に関して、
12.75ワツト、90sccmのガス流量、20℃に於いて
60ミリトルの100％O2等の条件で動作するプラズ
マ装置を用いて、第４図ないし第７図の各タイプ
のウエハ・ホルダを装荷した電極について平均ウ
エハ内均一度（With in wafer Uniformity）を
以下に於いて示す。
第４図に示したホルダを装荷した電極に対する
平均的なウエハ内均一度は13.1％であつた。
ここで用いるウエハ均一度は、ウエハあたり５
ポイントを用いて測定した均一度であつて、その
結果を3σ／情報として示したものである。
ホルダを第５図に示した形に変えた場合、ウエ
ハ内均一度は12.1％に改善された。
第６図に示したホルダに替えた場合、均一度は
9.7％に改善された。第７図のホルダの場合、大
きな変化はなく、10％のウエハ均一度が得られ
た。第６図に示したホルダが最も低いウエハ内均
一度を呈したので、以後のテストにこのホルダを
用いた。
第６図のホルダを用いた場合、第１図の内部の
中央位置１５及び１５ａに於けるウエハ内均一度
は10％ないしそれ以下であるが、外側の位置15b
ではウエハ均一度は平均15.8％であつた。これ
は、外側位置１５ｂのウエハが位置１５もしくは
１５ａのウエハよりも早いレートでエツチングさ
れる事を示している。更にテストを行う事によつ
て、もしもホルダの表面からおよそ0.32cm下の深
さの位置ウエハの表面をセツトするならば、内側
位置１５，１５ａに於いておよそ2.3％のウエハ
均一度が得られ、外側位置１５ｂに於いて７％の
均一度が得られる事が解つた。更にテストを実施
する事によつて、外側位置１５ｂバツチ・レート
均一度は、第９〜１０図の傾斜ホルダを用いると
更に改善される事が判つた。このホルダに於い
て、ウエハ表面の深さは外側端部に於いて0.32cm
ないし0.51cmの範囲にあり、それらの外側位置１
５ｂに於けるウエハ均一度は平均4.2％であつた。
これらのエツチング均一度の差は以下の説明に
よつてより良く理解しうるであろう。その様な差
は全体として次の４つのカテゴリーに分けられ
る。
(1) ウエハの中心領域が外側端部よりエツチング
が速い。
(2) ウエハの外側端部が中心領域よりもエツチン
グが速い。
(3) 外側端部の一部がウエハの残部よりもエツチ
ングが速い。
(4) 電極端部に近い電極の領域が電極の残部より
もエツチングが速い。
これらの効果の組合せも生じうる。これらの問
題に対処するために、第４図ないし第１０図に示
した設計の基本ウエハホルダを用いる。
第６図のホルダを、上記の現象１及び２を解決
するために用いる。凹所４３が深ければ深い程、
唇状部４２によつて保護される事によつてウエハ
４４の外側端部はよりゆつくりとエツチングされ
る。凹所４３の深さを減じると、全ウエハにわた
つてエツチング・レートがわずかに増加し、凹所
をより深くすると、ウエハのエツチング・レート
が減じる。代りに、もしもウエハを下げずに、第
８図のメサ形ホルダを用いて電極表面よりも高く
上げると、ウエハ５３の外側端部はより速くエツ
チングされる。よつて、改善されたバツチ均一度
を得るために、異なつた深さの凹所あるいは高さ
の異なるメサを用いたホルダを電極全体に配置す
る事ができる事が判る。
特に第７図の設計のホルダは、中心領域に於け
るように顕著なRF結合の故にその領域に於ける
エツチング・レートを改善するために用いる事が
できる。これは現象２を矯正する。よりすぐれた
RF結合によつてウエハの外側端部のエツチン
グ・レートを増大させるために第５図の設計のホ
ルダを用いる。これは上記の現象１を補正する。
これらの設計の両方のホルダは熱伝導問題に敏感
である。熱伝導性のペデスタルに接触してないウ
エハの領域はエツチングの間に加熱される傾向が
あり、いくつかの被膜が異なるレートでエツチン
グされる。この現象はウエハのこれらの領域に対
して電気的に絶縁性の熱伝導媒体を加える事によ
つて補正できる。
第９図及び第１図の設計のホルダは前記の現像
３及び４を補正するために非常に首尾よく用いら
れる。通常これらの現象は電極端部による効果に
よつて生じる。概してこれらの縁端効果によつ
て、電極端部に最も近いウエハの部分がウエハの
残部よりも早くエツチングされる事になる。第９
図の設計のホルダ（ペデスタルの縁部の一側部が
他側部よりも例えば0.89cm程高くなつている）を
用いる事によつて、その縁端効果を補正する事が
できる。縁部の高い方の部分が最も外部の電極端
部に最も近くなる様に、よつてウエハの外側側端
部をよりよく保護する様に、ホルダを電極に配置
する事が望ましい。第９図に示すホルダはウエハ
表面を電極表面と平行に維持する。第１０図のホ
ルダは、図示する様に電極１２の表面に対てウエ
ハを傾斜させる。
プラズマ・エツチング及び反応性イオン・エツ
チング（RIE）には基本的な相異点がある。RIE
は方向性のあるエツチングであるが、プラズマ・
エツチングは一般的にはそうではない。従つて、
RIEに於いて側壁を真直ぐに下方へエツチングす
るためには、ウエハを電極表面に対して平行に即
ち第９図に示す様にしなければならない。
しかしながら、プラズマ・エツチングは非方向
性を呈するので、ウエハを傾ける事ができる。第
１０図に示す様に、ウエハの高くもち上げた領域
を上方の電極により近く配置し、より高速度でエ
ツチングする事ができる。第９図及び第１０図に
示すホルダを用いる事によつて、電極１２上の開
口の最外部のリングに見出される縁端効果を有効
に相殺する事ができ、実施されるエツチングのタ
イプに関係なく最良の結果が得られる。
最適のホルダを備えた電極を作る場合に考慮す
るべき他の事項は、ホルダを構成する材料であ
る。
何故ならば、材料によつてRF電界が変化し、
効果に影響を与えるからである。例えば、ウエハ
のエツチング均一度を改善するために、ホルダを
絶縁材で被覆したり、絶縁材で作つたりする事が
できる。ウエハを揮発性の物質ホルダで包囲する
事によつて、揮発物質をウエハ・フイルムと同じ
レートでエツチングされる様にすると、前述の現
象２の補正が助長される。
以上に於いて、開口を設けた電極を用い、装置
に於ける生成材の位置に関係なく、生成材の均一
なエツチングを実施しうる選択された設計の生成
材ホルダを上記開口に配置する本発明の技術を説
明した。
ホルダ内に含まれる生成材を直接包囲する局所
的な物理的特性を変更する事によつてその内部に
含まれる生成材のエツチング均一度を各ホルダが
制御する事によつて上記の効果が奏せられる。各
生成材まわりの局所的特性は適当な設計のホルダ
によつて各生成材自体の特定のニーズに従つて変
更される。これらの個々のホルダは、局所的な
RF電界を物理的に呈する事によつてフイルム及
び反応室両者の変則状態（abnormality）を補償
する事により、アノード上の生成材のエツチング
均一度を相当改善する。
バツチ・エツチヤーを詳細に説明したが、単一
ウエハ・エツチヤーに於いてホルダーの修整を用
いうる事は云うまでもない。
更に、平坦なバツチ電極について説明したが、
曲面を有する電極も用いうる事を理解されたい。
但しこの場合、ホルダの形は電極の曲面を補償
する何らかの修整が必要である。
［発明の効果］ 本発明によつて、電極上に配置される生成材の
位置に関係なく均一なエツチングを実施しうる改
良されたプラズマ・エツチング装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図はバツチ・プラズマ・エツチング装置を
示す図、第２図は電極の部分を示す図、第３図は
第２図の３−３線に沿う断面図、第４図乃至第１
０図は種々の形のウエハ・ホルダを示す図であ
る。 ９……排気管、１０……チヤンバ、１１……上
方電極、１２……下方電極、１３……半導体ウエ
ハ、１４……管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 平行に隔離して配置された１対の上部電極及
    び下部電極と、該下部電極の主表面上に複数列の
    円周に沿つて配列され、ウエハを支持する複数個
    のホルダとを含み、前記１対の電極間にプラス
    マ・エツチング雰囲気を確立して複数個のウエハ
    の各露出表面を実質的に均一にエツチングするた
    めのプラズマ・エツチング装置において； 各列のウエハが中心又は最内周において前記主
    表面と同高又は低いレベルに位置する一方、外周
    において、より低いレベルに位置にするよう半径
    方向位置に従つて異なるレベルにウエハを支持す
    る凹部を前記各ホルダ表面に設け、均一なプラズ
    マ・エツチング雰囲気を各ホルダ周辺上に確立し
    うるプラズマ・エツチング装置。 ２ 平行に離隔して配置された１対の上部電極及
    び下部電極と、該下部電極の主表面上に複数列の
    円周に沿つて配列され、ウエハを支持する複数個
    のホルダとを含み、前記１対の電極間にプラズ
    マ・エツチング雰囲気を確立して複数個のウエハ
    の各露出表面を実質的に均一にエツチングするた
    めのプラズマ・エツチング装置において； ウエハ表面が前記主表面よりも高い、同高又は
    低いレベルに位置するようウエハを支持するメサ
    部又は凹部を前記内周上のホルダ表面に設け、 ウエハを内底壁で支持し傾斜縁で取囲まれた凹
    部を前記外周上のホルダ表面に設け、前記傾斜縁
    は、１点で前記主表面と同高でありその180度の
    対称点に向つて上方に傾斜が付けられていて電極
    間の縁端効果を減少しうるプラズマ・エツチング
    装置。
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