JP2000509199A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、エッチング均一性及び生産性が向上したプラズマ反応器に関する。より高いエッチング均一性が新規なガス送出装置機構（９ａ）及び熱絶縁されたウエハーチャック（４２）により達成される。真空絶縁されたチャック（４２）を設けることにより、エネルギー消費が少なくなり且つ生産性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】 プラズマエッチング装置 技術分野 本発明は、改良されたプラズマ反応器に係わり、特に、エッチングの均一性を 高め且つ生産性を向上させるように設計された反応器に関する。 背景技術 プラズマエッチングは、集積回路の半導体デバイスを製造するときの重要なプ ロセスとなってきている。半導体デバイスの製造に使用されるあらゆるプラズマ プロセスにおいて、主に要求されることは、形成されるデバイスがウエハー全体 で均一で且つ一貫した電気特性を有することである。換言すれば、プラズマエッ チングプロセスにより、厚さ、寸法、断面プロフィールに関して高均一なデバイ ス構造を形成することが出来なければならない。しかしながら、ウエハーの直径 が大きくなると共にデバイスの寸法がより小さくなってきているため、このよう なデバイスの高均一性を得ることが困難になってきている。さらに、製造コスト を低減させる必要があるため、プラズマエッチング装置は、均一性と生産性を改 良しなければならなかった。 ウエハー上のデバイス構造体の均一性は、チャンバ内へのガスの導入の仕方及 びウエハーを横切る温度勾配などのファクタにより決まる。ウエハー上で均一な エッチングを行うためには、エッチングガスをプラズマ反応器内に均一に導入す る必要がある。従来は、複数の小さな入口孔を設け、これらの入口孔から反応チ ャンバ内にエッチングガスを流入させるようにしていた。このため、入口孔の機 械加工が難しいのみでなく、ウエハーが不均一となる問題があった。即ち、入口 孔から反応チャンバ内にガスを導入するが、このとき、孔の近傍の領域に高密度 のガスが局所的に集まる。このようにガスが均一に導入されないので、ウエハー 上のエッチングの均一性が、使用される入口孔の寸法と数により著しく変化する 。 さらに、ガス送出装置によるウエハー上の温度勾配の値もエッチングの均一性 に影響を与える。プラズマ処理の中には、あるメタルエッチングのように、プラ ズマ処理中にウエハーを加熱する必要があるものがある。ウエハー全体の温度を 均一に保持するために、プラズマエッチング装置は、熱損失又はその上にウエハ ーが載せられているウエハーからの熱移動を少なくしなければならない。一般的 には、プラズマ処理中には、プラズマ反応器のウエハーチャックの上面のみが真 空状態となり、そのウエハーチャックの底面は一般的には大気圧状態となってい る。ウエハーチャックの底面が通常は大気圧状態であるという事実により、その チャックの下からの熱伝達により熱損失が生じる。この熱損失により、処理中に ウエハーの熱の均一性が減少するのみでなく、ヒータによりエッチング前からウ エハーをより長く加熱しなければならないために生産性も低下する。従って、エ ッチングの均一性と生産性を増大させるようにウエハーチャックの底面からの熱 損失を減少させる手段を開発する必要がある。 発明の開示 広い意味で言うと、本発明は、エッチングの均一性を高め且つ生産性を向上さ せる装置を提供するものである。本発明は、プラズマエッチンク装置内にエッチ ング用ガスを導入するための新規で改良された装置を開示している。本発明にお いては、小さな入口孔の列を通ってチャンバ内にガスを導入する代わりに、連続 する環状ギャップを通ってチャンバ内にガスされ、その結果、均一で且つ連続す るシート状のガスがチャンバ内に流入する。これにより、エッチングの均一性に 悪影響を与えていた局所的な圧力差が無くなるのである。この連続する環状ギャ ップにより、ガス流れの勾配が半径方向に滑らかとなり、ウエハーの周りのガス の密度が等しく分散され、高いエッチング均一性が得られる。 本発明は、更に、熱的に絶縁され加熱されたチャックを開示しており、このチ ャックがエッチングの高い均一性及び生産性に貢献している。本発明においては 、使用されているウエハーチャックの背面に真空絶縁が形成されているので、温 度がより均一となり、そのためにウエハー全体に対してより良いエッチング均一 性が得られる。大気圧状態とする代わりに、本発明によるプラズマエッチング装 置においては、ウエハーチャックの背面に真空による熱絶縁を設け、これにより 、ウエハー全体のより良い温度とエッチングの均一性が得られる。真空状態では 、熱移動のための媒体が少ないため、良好な熱絶縁が形成されることは良く知ら れている。チャックの下方を弱い真空状態とすることにより、チャックの背面か らの熱伝達による熱損失が無くなる。その代わりに、熱は、チャックの下方の真 空 ハウジングの薄い壁に沿う熱伝導により移動する。この熱移動の減少により、ウ エハー処理中にチャックの温度を維持するために必要なエネルギーの量も減少し 、それにより、エネルギーコストが節約され、さらに、チャックの温度変動を許 容範囲内に保持するための時間が短くなる。熱移動が減少することにより、エッ チング前にウエハーを加熱する時間が短くなり、ウエハーの生産性が向上する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による装置の実施形態を示す断面図である。 図２は、本発明によるガス送出装置の実施形態を示す断面図である。 図３は、本発明によるウエハーチャック組立体の実施形態を示す断面図である 。 発明を実施するための最良の形態 図１は、本発明による装置の一実施形態を示す断面図である。この装置は、反 応チャンバ１を備え、この反応チャンバ１は、上部石英ウインド４、円筒状チャ ンバ側壁４０及びウエハーチャック・底プレート組立体４２から構成されている 。上部石英ウインド４の周囲の下側に沿って、ガス送出装置４１が設けられてい る。ガス入口１４が反応物質をチャンバに入れるために設けられている。反応物 質は、このガス入口１４から装置内に侵入した後、Ｕ字形通路４４を通って図２ に示すガス送出装置の一部である環状ガス用キャビディ２ａ内に流入する。図２ に示すように、ガスは、環状ガス用キャビティ２ａを通って複数のスロット２ｂ に移動し環状ガス用プレナム９ｂ内に侵入する。ガス用キャビティ２ａとガス用 プレナム９ｂは、適当な圧力差を維持ために形成されている。ガスは、環状ガス 用プレナム９ｂから上部石英ウインド４とガス用フランジ９の間にある連続する 環状ギャップ９ａを通ってチャンバ１に流入する。この結果、ガスは、上部石英 ウインド４とガス用フランジ９の間で途切れることがないガスの壁を形成する連 続開口部を通ってチャンバ内に導入される。 図３は、ウエハーチャック組立体４２を示している。ウエハーチャック・底プ レート組立体４２は、ウエハーチャック６、加熱要素７及び背面プレート８を有 している。加熱要素７は、ウエハーチャック６と背面プレート８との間に挟まれ ている。容積部４８から真空発生器２１によりガス用継手１９から空気が抜かれ る。容積部４８は真空状態であるため、熱移動のほとんどはウエハーチャック６ の側壁４６に沿って起こる熱伝導である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 半導体ウエハーを処理するプラズマ反応器であって、 プラズマ反応チャンバと、 処理されるウエハーを支持するチャックと、及び 環状の連続ギャップを通って上記チャンバ内にガスを導入するガス導入手段 と、 を有することを特徴とするプラズマ反応器。 2. 上記ギャップは、調整可能である請求項１記載のプラズマ反応器。 3. 上記ガス導入手段は、それらにより適切な圧力差が維持される複数のガス用 プレナムを有する請求項１記載のプラズマ反応器。 4. 半導体ウエハーを処理するプラズマ反応器であって、 プラズマ反応チャンバと、 処理されるウエハーを支持するチャックと、及び 環状の連続ギャップを通って上記チャンバ内にガスを導入するガス送出装置 と、 を有することを特徴とするプラズマ反応器。 5. 上記ギャップは、調整可能である請求項１記載のプラズマ反応器。 6. 上記ガス送出装置は、それらにより適切な圧力差が維持される複数のガス用 プレナムを有する請求項１記載のプラズマ反応器。 7. プラズマ反応チャンバと、 処理されるウエハーを支持するチャックと、及び このチャックの周りを真空状態とする真空手段と、 を有することを特徴とするプラズマ反応器。 8. プラズマ反応チャンバと、 処理されるウエハーを支持するチャックと、 このチャックを加熱するヒータと、及び 上記チャックの周りを真空状態とする囲い部と、 を有することを特徴とするプラズマ反応器。 9. 半導体ウエハーを処理する反応器であって、 反応チャンバと、及び 上記チャンバ内にガスを導入するように設けられた環状ギャップと、 を有することを特徴とする反応器。 10．上記反応チャンバは、環状の外周壁を備え、上記環状ギャップがこの環状の 外周壁に近接した位置にある請求項９記載の反応器。 11．更に、処理されるべきウエハーを保持するように設けられた装置を有し、上 記環状ギャップはこの装置の上方に位置している請求項９記載の反応器。 12．上記環状ギャップは、上記チャンパ内に流入する連続シート状のガスを生成 するような形状を有する請求項９記載の反応器。 13．上記反応チャンバは環状の外周壁を有し、上記環状ギャップはこの環状の外 周壁に近接した位置にあり、更に処理されるべきウエハーを保持するように設 けられた装置を有し、上記環状ギャップはこの装置の上方に配置され、上記環 状ギャップは上記チャンパ内に流入する連続シート状のガスを生成するような 形状を有する請求項９記載の反応器。 14．更に、外周壁を持つウエハーを保持するように設けられた装置を有し、上記 環状ギャップはウエハーがこの装置に保持されたときにウエハーの外周壁の周 りに位置している請求項９記載の反応器。 15．上記反応器は上部とこの上部に近接する位置に外周フランジを有し、上記環 状ギャップがこの上部と外周フランジとの間に位置している請求項９記載の反 応器。 16．上記環状ギャップは、連続している請求項９記載の反応器。 17．上記装置は、チャックである請求項11記載の反応器。 18．反応チャンバと、 処理されるウエハーを位置決めするように設けられたチャックと、及び このチャックの周りを上記反応チャンバとは別に真空状態とすることが可能 な真空発生器と、 を有することを特徴とする反応器。 19．反応チャンバと、 処理されるウエハーを位置決めするように設けられたチャックと、及び このチャックの周りに位置し、このチャックの近傍を真空状態に保持するよ うな構造を有する囲い部と、 を有することを特徴とする反応器。 20．反応チャンバと、 処理されるウエハーを位置決めするように設けられた装置であって、この装 置が背面部を有する装置と、及び この装置の背面部に近接する位置にある背面チャンバであって、この背面チ ャンバが真空状態を保持することができる背面チャンバと、 を有することを特徴とする反応器。 21．上記装置はチャックである請求項21記載の反応器。 22．上記チャックはチャックヒータを有する請求項21記載の反応器。 23．半導体ウエハーを処理する反応器であって、 反応チャンバと、及び ウエハーを位置決めするように配置された装置と、及び ウエハーの周りの処理ガスの密度が均一に分散するように処理ガス流れを方 向付ける方向付手段と、 を有することを特徴とする反応器。 24．上記方向付手段がガス流れの半径方向の勾配を作る請求項23記載の反応器。 25．上記方向付手段がウエハーの周りの局所的な圧力差を無くしたガス流れを作 る請求項23記載の反応器。