JP3833900B2 - エッチング装置およびエッチング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造に使用されるエッチング装置およびエッチング方法に関し、特にプラズマを用いて半導体ウェハをエッチング加工するエッチング装置およびエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハ表面にフォトレジストを形成し、このフォトレジストに覆われていない部分をプラズマを用いてエッチング加工している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
今後、半導体ウェハ径が200mmから300mmへとより大口径になると、ウェハ単位のエッチング加工(枚葉処理)をおこなってもウェハ面内を均一にエッチング加工することが困難になる。
【0004】
エッチング段階において不均一な加工がなされると、後工程の加工にも悪影響を与えるおそれがある。つまり、同一ウェハ上に製作されたチップ間に、加工寸法および電気的特性のばらつきが生じるおそれが高くなる。
【0005】
このため、エッチング段階における不均一な加工は、ウェハの大口径化が進むにつれ益々軽視できなくなる。
【0006】
本発明は、上記の如き従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エッチング段階においてチップ間に不均一な加工が生じることを防止する技術を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴は、反応性ガスを電離させることによってプラズマを発生させて半導体ウェハを加工する加工手段と、前記半導体ウェハを設置する設置手段と、前記半導体ウェハの下方に設置される第1の磁場発生手段と、前記半導体ウェハの上方に設置される第2の磁場発生手段とを有し、前記第1の磁場発生手段と前記第2の磁場発生手段は、前記半導体ウェハの外周近傍およびその上方空間の磁場強度を、前記半導体ウェハおよびその上方空間の磁場強度よりも強くすることにある。
【0008】
この第1の特徴によれば、半導体ウェハの外周近傍およびその上方空間の磁場強度を、その内側空間よりも強くする磁場を発生させると、半導体ウェハおよびその上方空間を囲い込む磁場内にプラズマが囲い込まれる。これにより、半導体ウェハ全体の均一なエッチング加工が可能となる。
【0009】
本発明の第2の特徴は、前記第1の磁場発生手段と前記第2の磁場発生手段とによって、前記半導体ウェハ上に形成される少なくとも1つの半導体チップの外周近傍およびその上方空間の磁場強度を、前記半導体チップおよびその上方空間の磁場強度よりも強くすることにある。
【0010】
この第2の特徴によれば、半導体チップの外周近傍およびその上方空間の磁場強度を、その内側空間よりも強くする磁場を発生させると、半導体チップおよびその上方空間を囲い込む磁場内にプラズマが囲い込まれる。これにより、各半導体チップの均一なエッチング加工が可能となる。
【0011】
本発明の第3の特徴は、前記第1または第2の磁場発生手段として、電磁石または永久磁石を用いることにある。
【0012】
この第3の特徴によれば、前記磁場発生手段を電磁石にすれば任意の強度の磁場を簡単に発生することができ、永久磁石にすれば通電手段を省くことができる。
【0013】
本発明の第4の特徴は、前記第1または第2の磁場発生手段のいずれか一方または双方を、リング状、円形筒状または多角形筒状とすることにある。
【0014】
本発明の第5の特徴は、前記第1または第2の磁場発生手段のいずれか一方または双方が、磁石の表面に防磁部材を貼付したものとすることにある。
【0015】
本発明の第6の特徴は、反応性ガスを電離させることによってプラズマを発生させて被処理基板の加工を行う工程と、前記被処理基板の外周近傍の上方の磁場強度を前記被処理基板の上方の磁場強度よりも強くする工程とを有し、前記被処理基板の外周近傍の上方に前記被処理基板の上方よりも強い磁場が形成された状態で前記被処理基板を前記プラズマ加工することにある。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【0017】
(第1の実施形態)
図1は、本発明のエッチング装置の第1の実施形態の構成を示す概略断面図である。チャンバ5内の底面中央部に設置台2が設置される。設置台2の上に加工対象の半導体ウェハ3が置かれる。設置台2の下に、円筒状の磁石11が配置されている。半導体ウェハ3の上方にも円筒状の磁石12が配置されている。磁石12は、保護板8によって覆われている。設置台2および保護板8は、いずれも磁石11および磁石12によって生じる磁場10に影響を与えない。
【0018】
また、チャンバー5には、反応性ガスを導入する反応性ガス導入管4、電極6および排気管9が設けられている。電極6には、高周波電源7からの電圧が加わる。排気管9を通してチャンバー5内を真空にし、反応性ガス導入管4から反応性ガスを導入し、かつ電極6に高周波電源7からの電圧を加えると、プラズマが発生する。
【0019】
図2は、図1に示した半導体ウェハ3と磁石11との相対的位置関係を示す平面図である。図2は、図1に示した磁石11を真上から見た図である。磁石11の外周の直径は、半導体ウェハ3の外周の直径よりわずかに大きい。また、点線で示される磁石11の内周の直径は、半導体ウェハ3上に形成されるシリコンチップの形成エリアの外周の直径よりもわずかに大きい。半導体ウェハ3は、その中心が磁石11の中心のほぼ真上になるように置かれる。磁石12の直径は、磁石11の直径とほぼ等しい。また、磁石12は、その中心が磁石11の中心のほぼ真上になるように配置されている。
【0020】
次に、本実施形態の動作について説明する。チャンバー5内を真空にし、反応性ガス導入管4から反応性ガスを導入し、かつ電極6に高周波電源7からの電圧を加えると、プラズマが発生する。プラズマは、強い磁場に弾かれ、磁場が弱い部分に集中する。半導体ウェハ3およびその上方の空間は、磁石11と磁石12によって生じる円筒状の磁場10に囲い込まれる。この円筒状の磁場10に囲い込まれたプラズマは、磁場10の外側に逃げることはない。
【0021】
本実施の形態によれば、半導体ウェハの上方に局所的にプラズマを発生させることができる。このため、半導体ウェハ全体を均一にエッチング加工することが可能となる。
【0022】
なお、必要とされる磁界強度は、エッチングされる半導体ウェハ3の直径および使用する反応性ガスの種類などに応じて適宜選択される。
【0023】
例えば、半導体ウェハ3の直径が200mmおよび使用する反応性ガスが塩素ガスである場合、磁石11および磁石12によって発生させる磁界強度は200ガウス程度が好ましい。
【0024】
使用する磁石11または12は、永久磁石でも、電磁石でもよい。電磁石を使用する場合は、図示しない通電手段が必要となる。
【0025】
また、磁石の形状は、上記例に限定されるものではない。図3(a)から(c)は、実施形態1において使用しうる磁石の他の形状を示す平面図である。図3(a)から(c)も、図2と同様に、磁石を真上から見た図である。
【0026】
図3(a)に示す磁石111は、ほぼ円筒状であるが4つの磁石に分かれている。各磁石間には隙間が空いているが、このように隙間が空いていてもウェハ上方の空間を取り囲む円筒状の磁場を発生させることは可能である。
【0027】
図3(b)に示す例は、直線上の磁石112を4つ用いてウェハ3を取り囲んでいる。このような磁石を用いた場合、形成される磁場は円筒状ではなく、四角い筒状となる。このような磁場であっても、筒状の磁場内にプラズマを囲い込むことができ、プラズマがかかる磁場の外側に逃げることはない。
【0028】
図3(c)に示す例は、図3(b)に示した磁石112よりも短い直線上の磁石113を8つ用いてウェハ3を取り囲んでいる。このような磁石によってもウェハ3の上方に局所的にプラズマを発生させることができ、半導体ウェハ全体を均一にエッチング加工することが可能である。
【0029】
なお、図3(a)に示す磁石111の内径はウェハ3の外径より大きい。しかし、複数の円弧状の磁石をウェハ3の周囲に配置する場合であっても、図2に示す磁石11と同様に、円弧状の磁石の内径がウェハ3の外径より小さくても良い。つまり、円弧状の磁石の一部がウェハ3の外周の下に隠れるようにしてもよい。また、直線状の磁石をウェハ3の周囲に配置する場合にも、図3(b)に示すように磁石112の一部がウェハ3の外周の下に隠れるようにしても良い。
【0030】
また、図4(a)および(b)は、第1の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す断面図である。図4(a)および(b)は、図1と同じ方向から磁石を見た図である。図4(a)は底部131を有する円筒形状の磁石13の例を示し、図4(b)は円柱形状の磁石14上に防磁部材15を載せた例を示す。ウェハの上方または下方に配置する磁石の一方または双方を、図4(a)に示す磁石13または図4(b)に示す磁石14と防磁部材15との組み合わせに置き換えても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、図4(a)に示す底部131の上に防磁部材を設けても良いことは言うまでもない。
【0031】
次に第2の実施形態について説明する。図5は、本発明のエッチング装置の第2の実施形態の構成を示す概略断面図である。チャンバー5内の底面中央部に設置台2が設置される。設置台2の上に加工対象の半導体ウェハ3が置かれる。設置台2の下に、磁石201が配置されている。半導体ウェハ3の上方にも磁石202が配置されている。磁石202は、保護板8によって覆われている。設置台2および保護板8は、いずれも磁石201および磁石202によって生じる磁場210に影響を与えない。
【0032】
また、チャンバー5には、反応性ガスを導入する反応性ガス導入管204、電極6および排気管9が設けられている。電極6には、高周波電源7からの電圧が加わる。排気管9を通してチャンバー5内を真空にし、反応性ガス導入管204から反応性ガスを導入し、かつ電極6に高周波電源7からの電圧を加えると、プラズマが発生する。
【0033】
第1の実施形態と第2の実施形態とは、磁石と反応性ガス導入管の形状が異なる。第1の実施形態においては、磁石11および12は、「半導体ウェハ3の全体」およびその上方空間を取り囲む「1つ」の筒状の磁場を発生させる。これに対して、第2の実施形態においては、磁石201および202は、半導体ウェハ3上に形成される「各半導体チップ203」およびその上方空間を取り囲む「複数」の四角形の「小さな」筒状の磁場を発生させる。
【0034】
図6は、図5に示した半導体チップ203と磁石201との相対的位置関係を示す平面図である。磁石201は四角形の筒状の小さな磁石の集合体である。各筒状体の中心は、各半導体チップ203の中心のほぼ真上にくる。このため各半導体チップ203およびその上方空間を取り囲む磁場を発生させることができる。
【0035】
次に、本実施形態の動作について説明する。各半導体チップ203およびその上方の空間は、磁石201と磁石202によって生じる筒状の磁場が囲い込む。このため実施形態1と同様にしてプラズマを発生させると、複数の小さな筒状の磁場に囲い込まれたプラズマは、各筒状の磁場の外側に逃げることはない。
【0036】
本実施の形態によれば、各半導体チップの上方に局所的にプラズマを発生させることができる。このため、各半導体チップを均一にエッチング加工することが可能となる。
【0037】
なお、必要とされる磁界強度は、エッチングされる各半導体チップ203のサイズ、ダイシングライン幅、および使用する反応性ガスの種類などに応じて適宜選択される。
【0038】
例えば、半導体チップ203のサイズが縦7mm×横20mm、ダイシングライン幅が150μmおよび使用する反応性ガスが塩素ガスである場合、磁石201および磁石202によって発生させる磁界強度は200ガウス程度が好ましい。
【0039】
使用する磁石201または202は、永久磁石でも、電磁石でもよい。電磁石を使用する場合は、図示しない通電手段が必要となる。
【0040】
また、これら磁石の形状は、上記例に限定されない。図7は、第2の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す平面図である。図8は、図7に示した磁石211の形状を示す斜視図である。図7および図8に示したように、磁石211は長手方向に垂直な断面の形状が十字形である。このような形状の磁石211を各半導体チップ203の各頂点の外側に配置し、かつこれら磁石211のそれぞれに対向する位置にも同様の形状の磁石を配置することにより、各半導体チップ203の各頂点の外側に断面形状が十字形である柱状の磁場を発生させることができる。これら磁場の隙間が狭ければ、各チップ上方の空間を取り囲む筒状の磁場を発生させ、均一なエッチング加工を行うことが可能である。また、磁場の隙間が多少広く、筒状の磁場を発生させることができなくても、チップ間隙に磁場が発生していれば、プラズマがチップ間隙からチップ上へ押しやられるため、やはり均一なエッチング加工が可能である。
【0041】
図9および図10は、第2の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す斜視図である。図9に示す磁石213は、図8に示した磁石211を前後左右に連結したものである。また、図10に示す磁石214は円柱状であるがその表面に、図6に示した半導体チップ203とほぼ同サイズの防磁部材215が配置されている。これら防磁部材215は各半導体チップ203の真下にくるように配置される。
【0042】
半導体チップの上方または下方に配置する磁石の一方または双方を、図9に示す磁石213または図10に示す磁石214と防磁部材215との組み合わせに置き換えても、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0043】
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態においては、複数の半導体チップを一つのグループとみなし、各グループを四角形の筒状の磁場で囲い込むものとする。
【0044】
図11は、第3の実施形態において使用しうる磁石の形状を示す平面図である。図12は、図11に示した磁石217の形状を示す斜視図である。図11に示す磁石217は、磁石217に対向して上方に配置される同一形状の磁石とによって四角形の筒状の磁場を発生させる。この磁場は、4つの半導体チップ203とその上方空間を囲い込む。
【0045】
第3の実施形態によっても、第2の実施形態と同様に、均一なエッチング加工が可能である。また、第3の実施形態は、第2の実施形態に比較して、必要な磁石の数が少なくてすむため、エッチング装置の構成を簡略化することができる。
【0046】
【発明の効果】
本発明は、磁場を利用してプラズマ密度を制御することにより、均一なエッチング加工を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエッチング装置の第1の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図2】図1に示した半導体ウェハ3と磁石11との相対的位置関係を示す平面図である。
【図3】第1の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す平面図である。
【図4】第1の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す正面図である。
【図5】本発明のエッチング装置の第2の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図6】図5に示した半導体チップ203と磁石201との相対的位置関係を示す平面図である。
【図7】第2の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す平面図である。
【図8】図7に示した磁石211の形状を示す斜視図である。
【図9】図8に示した磁石211を前後左右に連結したものを示す斜視図である。
【図10】第2の実施形態において使用しうる磁石の他の構成を示す斜視図である。
【図11】第3の実施形態において使用しうる磁石の形状を示す平面図である。
【図12】図11に示した磁石217の形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
2 設置台
3 半導体ウェハ
4 反応性ガス導入管
5 チャンバー
6 電極
7 高周波電源
8 保護板
9 排気管
10 磁場
11、12 磁石
Claims (5)
- 反応性ガスを電離させることによってプラズマを発生させて半導体ウェハを加工する加工手段と、
前記半導体ウェハを設置する設置手段と、
前記半導体ウェハの下方に設置される第1の磁場発生手段と、
前記半導体ウェハの上方に設置される第2の磁場発生手段とを有し、
前記第1の磁場発生手段と前記第2の磁場発生手段は、前記半導体ウェハ上に形成される少なくとも1つの半導体チップの外周外側および前記外周外側の上方空間の磁場強度を、前記半導体チップおよび前記半導体チップの上方空間の磁場強度よりも強くすることを特徴とするエッチング装置。 - 前記第1または第2の磁場発生手段のいずれか一方または双方が、電磁石または永久磁石であることを特徴とする請求項1に記載のエッチング装置。
- 前記第1または第2の磁場発生手段のいずれか一方または双方が、リング状、円形筒状または多角形筒状であることを特徴とする請求項1又は2に記載のエッチング装置。
- 前記第1または第2の磁場発生手段のいずれか一方または双方が、磁石の表面に防磁部材を貼付したものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエッチング装置。
- 反応性ガスを電離させることによってプラズマを発生させて被処理基板の加工を行う工程と、前記被処理基板上に形成される少なくとも1つの半導体チップの外周外側および前記外周外側の上方空間の磁場強度を、前記半導体チップおよび前記半導体チップの上方空間の磁場強度よりも強くする工程とを有し、前記被処理基板上に形成される少なくとも1つの半導体チップの外周外側および前記外周外側の上方空間に前記半導体チップおよび前記半導体チップの上方空間よりも強い磁場が形成された状態で前記被処理基板を前記プラズマ加工することを特徴とするエッチング方法。
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