JP2002222795A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチングの均一性を改善し、デバイスの歩
留まりを高め、生産性を向上できるドライエッチング装
置を提供する。 【解決手段】 電極機構を含む基板ホルダ２９の上に搭
載された基板１０の表面あるいは基板上に堆積した薄膜
をエッチングするドライエッチング装置において、基板
ホルダの周辺に保護部材３３を設け、さらにこの保護部
材の上に基板の周縁を囲むような位置関係でリング状部
材４１を重ねて設け、リング状部材４１の設置位置が基
板１０の表面よりも高くなるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドライエッチング装
置に関し、特に、半導体デバイスおよび各種フォトマス
ク等の作製工程で真空中において基板表面および基板上
の薄膜をエッチングする装置でエッチングの均一性を改
良した技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや各種フォトマスク等の
製作においては、基板の表面や基板上に堆積した薄膜を
エッチングする工程が存在する。このようなエッチング
おいては、エッチングしようとする材料に対応した所定
のプロセスガスにより放電を立てた真空中にてエッチン
グするドライエッチングの手法が広く実施されている。
そして基板の表面および基板上の薄膜を均一性良くエッ
チングすることは、デバイスの歩留まりを高め、生産性
を上げるために重要な課題である。

【０００３】図６を参照して従来のドライエッチング装
置の代表的な構成とその動作を説明する。真空容器を形
成する金属製エッチングチャンバ１３の上部にはリング
状絶縁体２１を介し真空シール性を保って上部電極２２
が設けられる。上部電極２２は、内部にプロセスガスが
供給されるスペースを有し、かつ下面にガス吹出し板２
３を有する。ガス吹出し板２３には多数のガス吹出し孔
２４が形成されている。また上部電極２２は、通常、図
示しない温調機構を備えている。上部電極２２には、高
周波電源２６が整合器２５を介して電気的に接続されて
いる。さらに上部電極２２には、ガス配管２７１、ガス
バルブ２７２、ガス調整弁２７３およびガスボンベ２７
４からなるプロセスガス導入系２７が接続されている。
他方、上記エッチングチャンバ１３の下部には、その底
壁にリング状絶縁体２８を介して基板ホルダ２９が設置
されている。基板ホルダ２９は、同様に温調機構（図示
せず）を備え、他の高周波電源３１が整合器３２を介し
て接続されている。基板ホルダ２９の周囲には、エッチ
ングガスから基板ホルダ２９を保護する保護部材３３が
配置されている。保護部材３３は絶縁体または半導体で
形成されている。保護部材３３は、基板ホルダ２９の上
面に搭載された基板１０をエッチングするときに、基板
１０における径方向のエッチング均一性を改善する作用
も有する。基板ホルダ２９の周囲には、絶縁体２８と保
護部材３３を、その周りの空間に生成される放電から保
護するための円筒形シールド部材３４が設けられてい
る。エッチングチャンバ１３の側壁の下部には、排気ポ
ート３５１、排気管３５２、排気バルブ３５３、排気ポ
ンプ３５４からなる真空排気系３５が設けられている。
エッチングチャンバ１３は、真空排気系３５によって所
要の真空状態にされる。上記の構成において、保護部材
３３の上面の高さは基板１０の被処理面とほぼ同じ高さ
になっている。またエッチングチャンバ１３は接地され
ている。上記の構成によれば、図示しない基板搬入・搬
出ゲートを通してエッチングチャンバ１３内に基板１０
を搬入し、基板ホルダ２９の上に搭載された後、真空排
気系３５によって所定圧力の真空状態が維持される。ま
たその際にプロセスガス導入系２７によって上部電極２
２のガス吹出し板２３を経由して所定のプロセスガスが
導入される。プロセスガスは所定の内部圧力になるまで
導入される。かかる状態において、上部電極２２と基板
ホルダ２９の各々に、対応する高周波電源２６，３１か
ら所定の高周波電力を印加し、電極間に放電を発生さ
せ、基板１０に対してエッチング処理を行う。このとき
保護部材３３によって、各電極の損傷が防止され、かつ
エッチングの均一性が改善される。

【０００４】また本発明と関連する公知文献として特開
昭５９−１３９６２８号公報を挙げることができる。こ
の公報にはドライエッチング装置が開示され、その第１
図によれば、反応容器内の下部電極３の上にウェハーＷ
が置かれ、下部電極のウェハー支持部分以外の個所には
電極カバーが設けられ、この電極カバーは材質の異なる
ものによる２重構造で形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６に示されたドライ
エッチング装置によるエッチング均一性は、上記のエッ
チングチャンバ１３において直径が６インチの基板に堆
積した熱酸化膜をエッチングした場合、後述されるごと
く図３の特性Ｂに示されるように±６．１％であった。
この程度のエッチング均一性では不充分である。均一性
良くエッチングすることは、デバイスの歩留まりを上
げ、生産性を上げるために重要な課題であるため、さら
に均一性の改善を行う必要がある。

【０００６】また特開昭５９−１３９６２８号公報に開
示されるドライエッチング装置の電極カバー構造は、特
に上層には酸素を含まずエッチング用反応ガスに対して
エッチングされ難い材料を使用している。これによっ
て、主に横方向のエッチングを防止し、電極カバーのエ
ッチングを防止する。このドライエッチング装置の構造
でも、エッチングの均一性を高める効果も生じる。しか
しながら、これは、電極カバーにフッ素樹脂を使用した
ときにフッ素樹脂がエッチングされることによって生じ
た問題を、前述の材料で作られる上層を設けたことによ
って解消したからである。当該ドライエッチング装置の
構造は、本来的にエッチングの均一性を高めることを主
目的としたものではない。

【０００７】本発明の目的は、上記の課題を達成するこ
とにあり、エッチングの均一性を改善し、デバイスの歩
留まりを高め、生産性を向上することができるドライエ
ッチング装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
ドライエッチング装置は、上記目的を達成するために、
次の通り構成される。第１のドライエッチング装置（請
求項１に対応）は、電極機構を含む基板ホルダの上に搭
載された基板の表面あるいは基板上に堆積した薄膜をエ
ッチングするドライエッチング装置であり、基板ホルダ
の周辺に保護部材を設け、この保護部材の上に基板の周
縁を囲むような位置関係でリング状部材を重ねて設け、
リング状部材の設置位置が基板の表面よりも高くなるよ
うに構成される。第２のドライエッチング装置（請求項
２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、リン
グ状部材の材質が絶縁体または半導体である。第３のド
ライエッチング装置（請求項３に対応）は、上記の構成
において、好ましくは、保護部材とリング状部材の間に
リング状部材の径方向の動きを規制する嵌合構造を設け
たことを特徴とする。第４のドライエッチング装置（請
求項４に対応）は、上記の構成において、リング状部材
と基板の間に前記基板と同等の厚みを有し同じ高さ位置
に配置される他のリング状部材を配置したことを特徴と
する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。

【００１０】図１は、本発明に係るドライエッチング装
置の全体構成を示す概略平面図である。このドライエッ
チング装置は、直列的に接続されたロードロックチャン
バ１１、セパレーションチャンバ１２、およびエッチン
グチャンバ１３から構成されている。セパレーションチ
ャンバ１２は中央の位置に設けられている。チャンバ１
１，１２，１３の各々の間にはゲートバルブ１４ａ，１
４ｂが設けられ、このゲートバルブ１４ａ，１４ｂを介
して真空構造として隔離され、それぞれのチャンバは孤
立している。チャンバ１１，１２，１３のそれぞれに
は、所定の真空状態に排気する真空排気系が備えられて
いる。通常、真空排気系はチャンバの下部に設けられ、
図１では見ることができない位置にある。

【００１１】ロードロックチャンバ１１とセパレーショ
ンチャンバ１２について概説する。ロードロックチャン
バ１１内には、基板１０を所定位置に置くため、３本の
支持ピン１５と３つの支持台１６が備えられている。基
板１０は、支持ピン１５と支持台１６によって支持され
ながら置かれている。支持ピン１５は基板１０の中央部
を支持し、支持台１６は基板１０の縁を支持する。セパ
レーションチャンバ１２は基板搬送用の搬送ロボット１
７をその中央部に備えている。搬送ロボット１７は、中
心軸１７ａ−１の周りに回転自在な円形の平面形状を有
するベース１７ａと、ベース１７ａに取りつけられかつ
径方向に伸縮自在はアーム機構１７ｂと、アーム機構１
７ｂの先端に設けられた基板載置用ハンド部１７ｃとか
ら構成されている。

【００１２】ロードロックチャンバ１１に配置された基
板１０は、ロードロックチャンバ１１の内部が約１．３
×１０^-3Ｐａまで排気された後、ゲートバルブ１４ａを
開き、搬送ロボット１７によりロードロックチャンバ１
１から搬出される。基板１０を搬出した後にゲートバル
ブ１４ａは閉じられる。その後、セパレーションチャン
バ１２が、真空排気系により約６．５×１０^-3Ｐａまで
排気される。さらにその後、ゲートバルブ１４ｂが開か
れ、搬送ロボット１７により基板１０がエッチングチャ
ンバ１３に搬入される。エッチングチャンバ１３に搬入
された基板１０に対して後述のドライエッチングが行わ
れる。

【００１３】次に図２と図３を参照してエッチングチャ
ンバ１３の構成を説明する。図２は本実施形態のエッチ
ングチャンバ１３の縦断面図を示し、図３はエッチング
速度の分布特性を示す。図２に示された構成の基本的な
部分は、図６に示された構成と同じであるので、同一の
要素には同一の符号を付している。

【００１４】図２に従って本実施形態のエッチングチャ
ンバ１３の基本構成を概説する。金属製エッチングチャ
ンバ１３の上部にはリング状絶縁体２１を介し真空シー
ル性を保って上部電極２２が設けられる。上部電極２２
は、内部スペースにプロセスガスが供給され、下面にガ
ス吹出し板２３を有する。ガス吹出し板２３には多数の
ガス吹出し孔２４が形成されている。上部電極２２は図
示しない温調機構を備えている。上部電極２２には、高
周波電源２６が整合器２５を介して電気的に接続されて
いる。さらに上部電極２２には、ガス配管２７１、ガス
バルブ２７２、ガス調整弁２７３、ガスボンベ２７４か
らなるプロセスガス導入系２７が接続されている。エッ
チングチャンバ１３の下部には、その底壁にリング状絶
縁体２８を介して基板ホルダ２９が設置されている。基
板ホルダ２９は、同様に温調機構を備え、他の高周波電
源３１が整合器３２を介して接続されている。基板ホル
ダ２９は、電極として機能し、実質的に下部電極を内蔵
した構成を有している。上部電極２２と、下部電極を内
蔵する基板ホルダ２９とは上下の位置で対向した関係に
保たれる。基板ホルダ２９の周囲にはエッチング作用を
有するガスから基板ホルダ２９を保護する筒形態を有す
る保護部材３３が配置されている。保護部材３３は絶縁
体（例えば石英等）または半導体で形成されている。保
護部材３３の上面は基板１０の表面と同じ高さである。
基板ホルダ２９の周りには、さらに、絶縁体２８と保護
部材３３を、その周りの空間に生成される放電から保護
するための円筒形シールド部材３４が設けられている。
エッチングチャンバ１３の下部には、排気ポート３５
１、排気管３５２、排気バルブ３５３、排気ポンプ３５
４からなる真空排気系３５が設けられている。プロセス
ガス導入系２７によって上部電極２２のガス吹出し板２
３を経由して所定のプロセスガスが導入される。上部電
極２２と基板ホルダ（下部電極）２９のそれぞれには対
応する高周波電源２６，３１から所定の高周波電力が印
加され、２つの電極の間に放電を発生させ、基板１０に
対してエッチング処理を行う。

【００１５】上記保護部材３３は円筒形の形態を有して
いる。また基板ホルダ２９には、基板１０の温調を効果
的に行うために、基板１０と基板ホルダ２９の間に静電
吸着ステージを設けることも可能である。

【００１６】上記の構成において、保護部材３３の上
に、プロセスガスの放電により生じる、エッチングに寄
与する活性ガスを基板１０の周辺領域に滞留させるた
め、大きさが例えば内径１５２ｍｍ、外径１８５ｍｍ、
厚さ６ｍｍで、かつ例えば石英で作られたリング部材４
１を設けている。リング部材４１は一般に絶縁体または
半導体で製作される。リング部材４１は基板１０の上面
よりも高い位置に配置されている。リング部材４１の平
面形状は好ましくは保護部材３３の上面形状と実質的に
同じである。

【００１７】次に上記ドライエッチング装置による基板
１０へのエッチング処理動作を説明する。

【００１８】ゲートバルブ１４ｂが開かれた状態で搬送
ロボット１７によってエッチングチャンバ１３に搬入さ
れた基板１０は、基板ホルダ２９に組み込まれたリフト
ピン（図示せず）の上に移載される。リフトピンは、こ
のとき、リフトピン上下機構（図示せず）によって上方
に移動した状態にある。その後、リフトピンはリフトピ
ン上下機構により下げられ、基板１０は基板ホルダ２９
の上に載置される。搬送ロボット１７がエッチングチャ
ンバ１３の外へ移動し、セパレーションチャンバ１２と
エッチングチャンバ１３の間のゲートバルブ１４ｂが閉
じられ、エッチングチャンバ１３の内部が約６．５×１
０^-3Ｐａまで排気されると共に所定のプロセスガスがガ
ス導入系２７により導入される。次いで上部電極２２と
基板ホルダ２９の各々に高周波電源２６，３１から高周
波電力を印加し、放電を起こしてプラズマを生成し、こ
のプラズマまたはイオン等で基板１０の表面をエッチン
グする。エッチングの後、プロセスガスを排気し、エッ
チングチャンバ１３とセパレーションチャンバ１２の間
のゲートバルブ１４ｂを開き、搬送ロボット１７により
エッチング処理された基板１０を取り出す。その後セパ
レーションチャンバ１２とロードロックチャンバ１１の
間のゲートバルブ１４ａを開き、処理した基板１０を支
持ピン１５と支持台１６に載置する。ゲートバルブ１４
ａを閉めた後にロードロックチャンバ１１の不図示のリ
ークバルブから大気を導入し、その後ロードロックチャ
ンバ１１から基板１０を外部に取出す。

【００１９】上記のドライエッチング装置において、エ
ッチングチャンバ１３内の基板ホルダ２９の保護部材３
４の上に基板１０を囲むような位置関係で所定の位置お
よび形態（形状、寸法等の大きさを含む）にてリング部
材４１を配置するようにしたため、上部電極２２と基板
ホルダ２９の間で生成されるプラズマ等で基板１０の上
面をエッチングするときに、プラズマ等（例えば不活性
ガス）の分布が適切に均一化されるように制御され、基
板の処理面において中心部から外縁部に渡って極めて良
好な均一性を有するエッチング分布特性を得ることがで
きる。このような特性を下記の実施例で確認する。

【００２０】

【実施例】この実施例は、エッチングチャンバ１３にお
いて基板１０上の熱酸化膜を以下の条件でエッチングし
た例である。このときの条件は次の通りである。 （１）エッチングガスとその流量（SCCM）についてはＣ
₄Ｆ₈が２３SCCM、Ａｒが３４１SCCM、Ｏ₂が１０SCCMで
ある。 （２）チャンバ１３内部の圧力は３．３Ｐａである。 （３）高周波電源２６から上部電極２２に印加される高
周波電力は０．７ｋＷ、高周波電源３３から基板ホルダ
３２内の下部電極に印加される高周波電力は１．２ｋＷ
である。 （４）上部電極２２の温度は７０℃、下部電極を含む基
板ホルダ温度の温度は２０℃に設定される。以上の条件
において、基板１０に対して上記のエッチングを行っ
た。その結果、エッチングの均一性は、平均エッチング
レート４４８．９ｎｍ／分（ｍｉｎ）において図３のグ
ラフＡ（Ａ１，Ａ２）に示すように±２．８％であっ
た。ここでグラフＡに関し、Ａ１はオリエンテーション
フラットに対して平行な直径方向のエッチング分布特性
を示し、Ａ２はオリエンテーションフラットに対して直
交方向のエッチング分布特性を示している。

【００２１】従来のドライエッチング装置を用いて前述
の実施例と同じ条件で基板１０に対してエッチングを処
理を行った場合に得られたエッチング特性を図３のグラ
フＢに示す。平均エッチングレート４１１．４ｎｍ／分
（ｍｉｎ）において、エッチングの均一性は図３のグラ
フＢ（Ｂ１，Ｂ２）に示すように±６．１％であった。
ここでグラフＢに関し、Ｂ１はオリエンテーションフラ
ットに対して平行な直径方向のエッチング分布特性を示
し、Ｂ２はオリエンテーションフラットに対して直交方
向のエッチング分布特性を示している。図３でのエッチ
ング特性Ａ，Ｂの比較で明らかなように、エッチング均
一性がリング部材４１を設置することによりにより著し
く改善される。

【００２２】図４は他の実施形態を示す。この実施形態
では、保護部材３３の上にリング部材を取り付ける構造
を示している。この取付け構造によれば、保護部材３３
の上面の外側周縁に段差部３３ａを形成し、リング部材
５１の下面の外側周縁に突状部５１ａを形成している。
リング部材５１のその他の形状、寸法あるいは材質等は
上記リング部材４１と同じである。リング部材５１を保
護部材３３の上面に取り付けるときには突状部５１ａを
段差部３３ａに嵌合させて取り付ける。ドライエッチン
グ装置におけるその他の構成は、前述の実施形態で説明
したものと同じであるので、説明を省略する。

【００２３】図４に示された構成によれば、前述の実施
形態で説明したエッチングの均一性向上の効果に加え
て、リング部材５１を保護部材３３の上に容易に取りつ
けることができ、またリング部材５１の径方向の位置ず
れ（動き）を確実に規制し防止することができるという
利点を有する。なおリング部材５１と保護部材３３の間
の嵌合構造は上記構造に限定されず、任意に設計するこ
とができる。

【００２４】図５はさらに他の実施形態を示す。この実
施形態では、保護部材３３の上においてリング部材の内
周部にシリコンリング部材を取り付ける構造を示してい
る。この構造によれば、保護部材３３の上面の内側周縁
に段差部３３ｂを形成し、リング部材６１を、上記リン
グ部材４１に比較して内径を大きくして形成している。
リング部材６１のその他の形状、寸法あるいは材質等は
上記リング部材４１と同じである。リング部材６１を保
護部材３３のもっとも高い上面に取り付け、さらに保護
部材３３の段差部３３ｂにシリコンリング部材６２を配
置している。シリコンリング部材６２は基板１０とほぼ
同じ厚みを有し、基板１０と同じ高さ位置になるように
水平に配置されている。この実施形態でも、リング部材
６１は、基板１０に対して前述の実施形態と同じ配置関
係になっている。ドライエッチング装置におけるその他
の構成は、前述の実施形態で説明したものと同じである
ので、説明を省略する。

【００２５】図５に示された構成によれば、前述の実施
形態と同様に基板１０におけるエッチングの均一性を高
めることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、基板のエッチング均一性の改善に著しい効果があ
り、デバイスの歩留り向上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドライエッチング装置が全体構成
を示す概略平面図である。

【図２】エッチングチャンバの内部構造および関連部分
を示す縦断面図である。

【図３】本実施例によるドライエッチング装置で得られ
たエッチング特性と、同条件で設定された従来のドライ
エッチング装置で得られたエッチング特性を対比して示
すグラフである。

【図４】保護部材とリング状部材の間に嵌合構造を有す
る他の実施形態を示す要部縦断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す要部縦断面図であ
る。

【図６】従来のドライエッチング装置のエッチングチャ
ンバの内部構造および関連部分を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １１ ロードロックチャンバ １２ セパレーションチャンバ １３ エッチングチャンバ １７ 搬送ロボット ２２ 上部電極 ２３ ガス吹出し板 ２７ プロセスガス導入系 ２９ 基板ホルダ ３３ 保護部材 ３４ シールド部材 ３５ 真空排気系 ４１，５１，６１ リング部材

フロントページの続き (72)発明者 渡邊 和人 東京都府中市四谷５丁目８番１号 アネル バ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA01 BA04 BB18 BB32

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極機構を含む基板ホルダの上に搭載さ
   れた基板の表面あるいは基板上に堆積した薄膜をエッチ
   ングするドライエッチング装置において、 前記基板ホルダの周辺に保護部材を設け、この保護部材
   の上に前記基板の周縁を囲むような位置関係でリング状
   部材を重ねて設け、前記リング状部材の設置位置が前記
   基板の表面よりも高いことを特徴とするドライエッチン
   グ装置。
2. 【請求項２】 前記リング状部材の材質は絶縁体または
   半導体であることを特徴とする請求項１記載のドライエ
   ッチング装置。
3. 【請求項３】 前記保護部材と前記リング状部材の間に
   リング状部材の径方向の動きを規制する嵌合構造を設け
   たことを特徴とする請求項１または２記載のドライエッ
   チング装置。
4. 【請求項４】 前記リング状部材と前記基板の間に前記
   基板と同等の厚みを有しかつ同じ高さ位置に配置される
   他のリング状部材を配置したことを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか１項に記載のドライエッチング装置。