JP2020072126A - 局所ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価かつ平易な手段でノズルの長寿命化を図ることが可能な局所ドライエッチング装置を提供する。【解決手段】内部が所定の真空度にされた真空チャンバー１１と、少なくとも一端１２ａが真空チャンバー１１に開口するノズル１２と、ノズル１２の他端１２ｂに一端１３ａが接続された放電管１３と、放電管１３に設けられたプラズマ発生部１３ｂに電磁波を照射してこのプラズマ発生部１３ｂにおいてプラズマを発生させる電磁波照射部１７ａ、１７ｂとを有する局所ドライエッチング装置１０において、ノズル１２と放電管１３との間にスペーサ２５が介装されている。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のワーク（被加工物）の表面をドライエッチングにより局所的に加工を行う局所ドライエッチング装置に関するものである。

半導体ウェーハ等のワークの表面をドライエッチングにより加工する局所ドライエッチング装置は公知である（例えば特許文献１参照）。このような局所ドライエッチング装置によるワーク加工の原理について、図７を参照して説明する。

局所エッチング装置は、放電管１とガス供給装置２とプラズマ発生器３とワークテーブル４とを有している。かかる構成により、ガス供給装置２から放電管１にガスを供給すると共に、プラズマ発生器３のマイクロ波発振器５から導波管６内にマイクロ波Ｍを伝搬して、放電管１内のガスをプラズマ放電させ、このプラズマ放電で生成された活性種ガスＧを放電管１のノズル７からワークテーブル４上のワークＷ上に噴射させることができる。

このワークＷの表面をドライエッチングにより加工するには、ノズル７から活性種ガスＧを噴射しながら、図略のテーブル駆動装置によりワークＷを載せたワークテーブル４を制御された速度及びピッチで移動させる。

加工前においてワークＷの厚さはその場所に応じて異なり、微細な凹凸を備えている。平坦化加工を行うための局所ドライエッチング加工に先立って、ワークＷ毎に、その細分化された各領域における厚さが公知の手法により測定される。この測定により各領域の位置での厚さのデータ、すなわち、位置−厚さデータが得られる。

局所ドライエッチング加工では、領域毎の材料除去量は、その領域が活性種ガスＧに曝される時間に比例する。このため、図８に示すように、ワークＷに対してノズル７が通過する相対速度は、相対的に厚い部分Ｗａの上では低速で、また、相対的に薄い部分Ｗｂでは高速で移動するように速度が決定される。

特開２０００−２０８４８７号公報

このような公知の局所ドライエッチング装置においては、放電管１に設けられたプラズマ発生部においてプラズマが発生することに伴い、このプラズマ発生部が高温になる。プラズマ発生部における熱は、放電管１に接続されたノズル７に伝達され、ノズル７も高温になる。

ノズル７が高温になることで、このノズル７の劣化、消耗が促進され、ノズル７の寿命が短くなることがあった。

かかる課題に対応するために、ノズル７と放電管１の接続面を粗面にしたり、接続面に凹凸を形成する等の対策を講じることもあったが、効果は限定的であった。

そこで、本発明は、安価かつ平易な手段でノズルの長寿命化を図ることが可能な局所ドライエッチング装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の局所ドライエッチング装置は、内部が所定の真空度にされた真空チャンバーと、少なくとも一端が真空チャンバーに開口するノズルと、ノズルの他端に一端が接続された放電管と、放電管に設けられたプラズマ発生部に電磁波を照射してこのプラズマ発生部においてプラズマを発生させる電磁波照射部とを有し、さらに、ノズルと放電管との間にスペーサが介装されていることを特徴とする。

このように構成された本発明の局所ドライエッチング装置では、ノズルと放電管との間にスペーサが介装されているので、安価かつ平易な手段でノズルの長寿命化を図ることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態である局所ドライエッチング装置の概略構成を示す図である。 第１の実施の形態である局所ドライエッチング装置の放電管及びノズルの接続部を示す断面図である。 第１の実施の形態である局所ドライエッチング装置に用いられるスペーサの一例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態である局所ドライエッチング装置の放電管及びノズルの接続部を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態である局所ドライエッチング装置の放電管及びノズルの接続部を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態である局所ドライエッチング装置の放電管及びノズルの接続部を示す断面図である。 一般的な局所ドライエッチング装置によるワーク加工の原理を説明するための図である。 一般的な局所ドライエッチング装置による局所エッチング工程を説明するための図である。

［第１の実施の形態］
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である局所ドライエッチング装置の概略構成を示す図である。

本実施の形態である局所ドライエッチング装置１０は真空チャンバー１１を有している。真空チャンバー１１には不図示の真空ポンプが取り付けられており、この真空ポンプによって真空チャンバー１１内を所定の真空度に維持することができる。

真空チャンバー１１にはノズル１２が取り付けられている。より詳細には、ノズル１２はその開口である噴出口（一端）１２ａをワークＷに対向させた状態で、真空チャンバー１１に取り付けられている。ノズル１２の噴出口１２ａの反対側（つまり他端）１２ｂには放電管１３の一端１３ａが接続されている（図２も参照）。

真空チャンバー１１内には、ワークＷを載置するためのワークテーブル１４が配置されている。本実施の形態である局所ドライエッチング装置１０で加工されるワークＷは、シリコンウェーハ、半導体ウェーハ等の薄板状の形状を有している。また、真空チャンバー１１内には、このワークテーブル１４をワークＷの図１において左右方向及び奥行方向（これらをまとめて平面方向という）、及び上下方向にそって駆動するためのテーブル駆動装置１５が備えられている。テーブル駆動装置１５は、真空チャンバー１１の外部に設けられた図略のテーブル駆動制御装置によりその駆動方向、駆動速度、駆動位置等が制御される。

なお、テーブル駆動装置１５によるワークテーブル１４の駆動方向としては、平面方向及び上下方向のみならず、ワークＷを図１において上下方向に延びる回転軸（図略）回りに回転させる方向がある。従って、ワークテーブル１４の駆動方向としてこれら平面方向、上下方向及び回転方向を適宜組み合わせてもよい。

放電管１３には、ガス供給装置１６から原料ガスが供給される。放電管１３にはプラズマ発生部１３ｂが設けられており、このプラズマ発生部１３ｂは放電管１３の一部をなしている。プラズマ発生部１３ｂには、マグネトロン等の電磁波発振器１７ａによって発振された電磁波（例えばマイクロ波）が、導波管等の電磁波伝達手段１７ｂを介して導かれる。放電管１３の内側を通過する原料ガスが、照射された電磁波によりプラズマ化される。電磁波発振器１７ａは図略の電磁波発振制御装置によって制御されている。従って、これら電磁波発振器１７ａ及び電磁波伝達手段１７ｂにより電磁波照射部が構成されている。

ガス供給装置１６は、それぞれ異なる種類の原料ガス、例えば、ＳＦ_６、ＮＦ_３、ＣＦ_４等のガスが充填された複数の原料ガスボンベ１６ａ、原料ガスの開閉を行うバルブ１６ｂ、流量を調整するためのマスフローコントローラー１６ｃ、及び、これらを結んで放電管１３の流入口へと導くための供給パイプ１６ｄを有する。バルブ１６ｂ及びマスフローコントローラー１６ｃは、それぞれ図略のバルブ制御装置及びマスフローコントローラー制御装置によって制御される。

ノズル１２の周囲には、排気手段１８として、ノズル１２の周囲を取り囲むように配設された排気ダクト１８ａ、この排気ダクト１８ａに接続された排気バルブ１８ｂ及び排気ポンプ１８ｃが設けられている。この排気手段１８は、排気ポンプ１８ｃによって局所ドライエッチング時の反応生成ガスを真空チャンバー１１の外に排気する。排気バルブ１８ｂ及び排気ポンプ１８ｃの動作は図略の排気制御装置によって制御される。

図２は、第１の実施の形態である局所ドライエッチング装置１０の放電管１３及びノズル１２の接続部Ｃを示す断面図である。

図２において、真空チャンバー１１内には、支持ステー２１を介して平板状のブラケット２０が支持されている。このブラケット２０の中央部には放電管１３の一端１３ａが嵌まり込む大きさの穴２０ａが開けられている。放電管１３は、その一端１３ａが穴２０ａに形成された段部２０ｂに載せられることで、ブラケット２０、ひいては真空チャンバー１１に取り付けられている。

また、真空チャンバー１１には放電管１３が貫通する大きさの穴１１ａが形成されており、放電管１３はこの穴１１ａを貫通してその一端１３ａが真空チャンバー１１内に位置している。穴１１ａの周囲にはＯリング２２が設けられており、このＯリング２２により真空チャンバー１１内の気密性が保たれている。

ノズル１２の他端１２ｂにはフランジ部１２ｃが形成されており、このフランジ部１２ｃがボルト２３及びナット２４によりブラケット２０の図中下面（接続面）２０ｃに固定されることで、放電管１３の一端１３ａとノズル１２の他端１２ｂとが接続されている。

このとき、ブラケット２０の図中下面２０ｃとノズル１２のフランジ部１２ｃとの間にはスペーサ２５が介在されている。スペーサ２５は、図３に概略外形を示すように円形の平板状に形成され、その中央部にノズル１２の内径と略等しい径を有する穴２５ａが形成されている。

より詳細には、スペーサ２５の図中上面２５ｂはブラケット２０の下面２０ｃに対向し、スペーサ２５の図中下面２５ｃはフランジ部１２ｃの図中上面（接続面）１２ｄに対向している。そして、ブラケット２０の下面２０ｃとフランジ部１２ｃの上面１２ｄとは平行面に形成されている。従って、ブラケット２０の下面２０ｃ及びスペーサ２５の上面２５ｂ、また、スペーサ２５の下面２５ｃとフランジ部１２ｃの上面１２ｄとの間にはそれぞれ界面Ｂが介在される。

スペーサ２５の材質は周知のものから適宜選択されればよいが、放電管１３及びノズル１２が高温になる観点から、耐熱性を有する材質であることが好ましい。一例として、スペーサ２５は放電管１３またはノズル１２と同一の材質から形成される。例えばノズル１２が表面をアルマイト加工したアルミから形成される場合、スペーサ２５も同様に表面をアルマイト加工したアルミから形成される。あるいは、スペーサ２５は耐熱性を有する樹脂、一例としてポリイミド樹脂のようないわゆる（スーパー）エンジニアリングプラスチックにより形成される。さらには、熱伝導率の低い材質からスペーサ２５が形成される。

以上のような構成を有する本実施の形態である局所ドライエッチング装置１０により局所エッチングを行う手順について以下説明する。

ワークＷの位置−厚さデータは既に得られているものとする。まず、真空チャンバー１１内のワークテーブル１４にワークＷを搬入・載置し、図略の真空ポンプにより真空チャンバー１１内を所定の真空度にする。あるいは、真空ポンプにより既に内部が所定の真空度にされた真空チャンバー１１に設けられた図略の搬送チャンバーからワークＷを搬入・載置する。

次に、ガス供給装置１６のバルブ１６ｂを開き、供給パイプ１６ｄを介してボンベ１６ａ内の原料ガスを放電管１３内に供給する。これと並行して、電磁波発振器１７ａによって電磁波を発振する。発振された電磁波が電磁波伝達手段１７ｂを伝わり放電管１３に導かれる。

電磁波が放電管１３のプラズマ発生部１３ｂに照射されることにより、放電管１３内部を通過する原料ガスがプラズマ化され活性種ガスＧが生成される。こうして生成された活性種ガスＧはノズル１２の噴出口１２ａへと進み、そこからワークＷ表面に向けて噴射される。テーブル駆動装置１５を駆動し、ノズル１２の噴出口１２ａをワークＷに対してスキャンするように、ワークＷが載置されたワークテーブル１４を相対的に移動させる。

ワークＷの細分化された各領域をノズル１２が相対的に移動するときのスキャン速度は、ワーク表面が平坦化されるように凹凸形状に応じてコントロールされる。このようにして局所ドライエッチング加工が行われる。

局所ドライエッチング装置１０による局所ドライエッチング加工の際、プラズマ発生部１３ｂにおいて原料ガスがプラズマ化されて活性種ガスＧが生成されることによりこのプラズマ発生部１３ｂが高温になり、プラズマ発生部１３ｂにおいて発生した高温は放電管１３を伝ってブラケット２０、ノズル１２の順に伝導される。

ここで、放電管１３とノズル１２（正確にはブラケット２０とノズル１２）との間にはスペーサ２５が介在されているので、放電管１３からノズル１２に伝達される熱の伝導距離が、スペーサ２５を介在させない場合より長くなる。従って、スペーサ２５を介在させることにより放電管１３からの熱伝導を弱めることができ、ノズル１２が高温になることを抑制することができる。これにより、安価かつ平易な手段でノズル１２の長寿命化を図ることが可能となる。

特に、ブラケット２０の下面２０ｃとスペーサ２５の上面２５ｂ、及びスペーサ２５の下面２５ｃとノズル１２のフランジ部１２ｃの上面１２ｄとの間にはそれぞれ界面Ｂが存在する。これら界面Ｂは真空チャンバー１１内にあるので、これら界面Ｂにより真空断熱効果を得ることができる。従って、放電管１３からの熱伝導をさらに弱めることができ、ノズル１２が高温になることをさらに抑制することができる。

［第２の実施の形態］
上述の第１の実施の形態である局所ドライエッチング装置１０では、放電管１３とノズル１２との間に１枚のスペーサ２５を介在させていた。しかしながら、スペーサ２５は１枚のみ介在させることに限定されず、図４に示すように、同一形状のスペーサ２５を複数枚介在させてもよい。図４に示す例では、同一形状、同一材質のスペーサ２５が複数枚介在されている。

これにより、ブラケット２０の下面２０ｃとスペーサ２５の上面２５ｂとの間、及び、スペーサ２５の下面２５ｃとフランジ部１２ｃの上面１２ｄとの間のみならず、各々のスペーサ２５の間にも界面Ｂが介在されている。よって、本実施の形態である局所ドライエッチング装置１０によれば、界面Ｂが増加することにより、さらに真空断熱効果を得ることができ、ノズル１２が高温になることをより抑制することができる。よって、安価かつ平易な手段でノズル１２の長寿命化をより図ることが可能となる。

［第３の実施の形態］
スペーサ２５の上面２５ｂ及び下面２５ｃとブラケット２０、ノズル１２との間の界面Ｂの断熱性を向上させる目的で、図５に示すように、これら上面２５ｂ及び下面２５ｃをブラケット２０の下面２０ｃ及びフランジ部１２ｃの上面１２ｄよりも粗面に形成してもよい。スペーサ２５の上面２５ｂ及び下面２５ｃを粗面に形成することで、界面Ｂにおける接触面積を低減させることができ、スペーサ２５を介した熱伝導の抑制、特に真空断熱効果をより高めることができる。これにより、ノズル１２が高温になることをさらに抑制することができる。よって、安価かつ平易な手段でノズル１２の長寿命化をさらに図ることが可能となる。

［第４の実施の形態］
上述した第３の実施の形態におけるスペーサ２５の熱伝導の抑制効果をさらに高める目的で、図６に示すように、スペーサ２５の上面２５ｂ及び下面２５ｃを凹凸面に形成してもよい。これにより、界面Ｂにおける接触面積をより低減させることができ、スペーサ２５を介した熱伝導の抑制、特に真空断熱効果をさらに高めることができる。これにより、ノズル１２が高温になることをさらに抑制することができる。よって、安価かつ平易な手段でノズル１２の長寿命化をさらに図ることが可能となる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

一例として、上述の各実施の形態である局所ドライエッチング装置１０では、放電管１３とノズル１２とをブラケット２０を介して接続していたが、ブラケット２０を省略して直接放電管１３とノズル１２とを接続してもよい。

また、上述した第２〜第４の実施の形態に開示された内容を適宜組み合わせた構成も本発明に含まれる。一例として、上下面２５ｂ、２５ｃがそれぞれ粗面に形成されたスペーサ２５を複数枚放電管１３とノズル１２との間に介在させてもよい。

Ｂ 界面
Ｃ 接続部
Ｇ 活性種ガス
１０ 局所ドライエッチング装置
１１ 真空チャンバー
１２ ノズル
１２ａ 噴出口（一端）
１２ｂ 他端
１３ 放電管
１３ａ 一端
１３ｂ プラズマ発生部
２０ ブラケット
２０ｃ 下面
２５ スペーサ
２５ｂ 上面
２５ｃ 下面

Claims (6)

1. 内部が所定の真空度にされた真空チャンバーと、
   少なくとも一端が前記真空チャンバーに開口するノズルと、
   前記ノズルの他端に一端が接続された放電管と、
   前記放電管に設けられたプラズマ発生部に電磁波を照射してこのプラズマ発生部においてプラズマを発生させる電磁波照射部と
   を有する局所ドライエッチング装置において、
   前記ノズルと前記放電管との間にスペーサが介装されていることを特徴とする局所ドライエッチング装置。
2. 前記ノズルの他端及び前記放電管の一端にはそれぞれ接続面が形成され、
   前記スペーサには前記ノズル及び前記放電管の前記接続面に対向する位置にそれぞれ接続面が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の局所ドライエッチング装置。
3. 前記ノズル及び前記放電管の前記接続面はそれぞれ互いに平行する面に形成され、
   前記スペーサは平板状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の局所ドライエッチング装置。
4. 前記スペーサの前記接続面のうち前記ノズル及び前記放電管の前記接続面の少なくとも一方に対向する前記接続面は、対向する前記ノズル及び前記放電管の前記接続面より粗面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の局所ドライエッチング装置。
5. 前記スペーサの前記接続面のうち前記ノズル及び前記放電管の前記接続面の少なくとも一方に対向する前記接続面には凹凸が形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の局所ドライエッチング装置。
6. 前記スペーサは前記ノズルと前記放電管との間に複数枚介在されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の局所ドライエッチング装置。