JP4087674B2

JP4087674B2 - 半導体製造装置

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Publication number: JP4087674B2
Application number: JP2002282364A
Authority: JP
Inventors: 祐二本多; 伸一腰前
Original assignee: Youtec Co Ltd
Current assignee: Youtec Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: JP2004119766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスを導入してプラズマ処理を行う半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の半導体製造装置の一例としてのプラズマエッチング装置を概略的に示す構成図である。
プラズマエッチング装置は真空容器１０１を有しており、この真空容器１０１の上部には蓋１０２が配置されている。真空容器１０１に蓋１０２をすることにより、該真空容器内にはエッチング室１０３が形成される。
【０００３】
このエッチング室１０３内の下方にはウエハなどの被エッチング基板（図示せず）を載置固定するステージ電極１０４が配置されており、このステージ電極１０４はＲＦ印加電極（カソード電極）としても作用する。このステージ電極１０４は例えば静電チャック方式により被エッチング基板を固定するようになっている。なお、静電チャック方式は、クーロン力によって被エッチング基板を吸引して固定する方式である。
【０００４】
ステージ電極１０４の周囲及び下部はアースシールド１０５によってシールドされている。また、ステージ電極１０４は高周波電源１０６に電気的に接続されている。
【０００５】
エッチング室１０３内の上方には、ステージ電極１０４に対向して平行の位置にガスシャワー電極１０７が配置されており、このガスシャワー電極１０７はアノード側に位置している。これらは一対の平行平板型電極である。ガスシャワー電極１０７の周囲及び上部はアースシールド１０８によってシールドされている。また、ガスシャワー電極１０７は接地電位に接続されている。
【０００６】
ガスシャワー電極１０７の下方（ステージ電極上面側）には、被エッチング基板の表面側にシャワー状のエッチングガスを導入する複数の導入口（図示せず）が形成されている。ガスシャワー電極１０７の内部にはガス導入経路（図示せず）が設けられている。このガス導入経路の一方側は上記導入口に繋げられており、ガス導入経路の他方側はエッチングガスの供給機構（図示せず）に接続されている。また、真空容器１０１には、エッチング室１０３の内部を真空排気する排気口（図示せず）が設けられている。この排気口は排気ポンプ（図示せず）に接続されている。
【０００７】
次に、上記プラズマエッチング装置を用いたエッチング方法について説明する。
被エッチング基板をプラズマエッチング装置のエッチング室１０３内に挿入し、このエッチング室内のステージ電極１０４上に被エッチング基板を載置する。
【０００８】
次いで、この被エッチング基板をステージ電極１０４上に静電チャックにより固定し、真空容器１０１を蓋１０２で閉じ、排気ポンプで真空排気する。次いで、ガスシャワー電極１０７の導入口からシャワー状のエッチングガスをエッチング室１０３の被エッチング基板の表面側に導入する。これにより、所定の圧力、エッチングガス流量などのエッチング室内が所望の雰囲気となり、高周波電源１０６により高周波（ＲＦ）を印加し、プラズマを発生させることにより被エッチング基板のエッチングを行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のプラズマエッチング装置では、装置のサイズが比較的に大きく、装置の小型化及び軽量化の要望に十分に応えることができなかった。また、被エッチング基板の表面に導入したエッチングガスを一つの排気口から排気ポンプにより排気しているため、エッチング基板の表面からエッチングガスを均等に排気することができなかった。
【００１０】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、装置を小型化及び軽量化した半導体製造装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、被処理基板の表面に導入したガスを該表面の外周に向けてほぼ均等に排気できる半導体製造装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体製造装置は、真空容器と、この真空容器の上部に配置された、電極としての機能を有するチャンバー蓋と、このチャンバー蓋の内部に設けられたガス導入経路と、チャンバー蓋の下面にライナーを介して配置されたガス分散板と、このガス分散板に形成された複数の貫通孔と、真空容器内にチャンバー蓋に対向するように配置された、被処理基板を載置するステージ電極と、を具備し、ガス導入経路、複数の貫通孔を通してステージ電極上にシャワー状のガスを導入し、プラズマを発生させることにより被処理基板を処理することを特徴とする。
【００１２】
上記半導体製造装置によれば、チャンバー蓋を真空容器の蓋としての機能だけでなくガスシャワー電極としての機能も持たせている。チャンバー蓋の内部にガス導入経路を設け、この経路を通ってチャンバー蓋の下面にガスを導入し、この導入したガスをガス分散板により細かく分散させることにより、シャワー状のガスを貫通孔から噴出させる。このような構成としているため、ガスシャワー電極としてのチャンバー蓋のサイズを従来のものより小型化及び軽量化することができる。それにより、半導体製造装置全体のサイズの小型化と軽量化が可能となる。
【００１３】
本発明に係る半導体製造装置は、真空容器と、この真空容器の上部に配置されたチャンバー蓋と、真空容器内にガスを導入するガス導入機構と、真空容器内に配置された、被処理基板を載置するステージ電極と、真空容器内に設けられ、ステージ電極の外周側に位置する溝と、この溝の底部上に等排気板用カラーを介して配置された等排気板と、この等排気板に形成された複数の貫通孔と、溝の底部からガスを排気する排気手段と、を具備し、ガス導入機構によりステージ電極上にガスを導入し、プラズマを発生させることにより被処理基板を処理し、上記ステージ電極上に導入したガスを上記複数の貫通孔を通して排気手段により溝の底部から排気することを特徴とする。
【００１４】
上記半導体製造装置によれば、真空容器内のステージ電極の外周側に溝を設け、この溝に等排気板を配置し、この等排気板の複数の貫通孔を通して排気手段により溝の底部から排気している。これにより、ステージ電極上の被処理基板表面から該表面の外周に向けてガスをほぼ均等に排気することができる。したがって、面内均一性の良い処理が可能となる。
【００１５】
本発明に係る半導体製造装置は、真空容器と、この真空容器の上部に配置されたチャンバー蓋と、真空容器内にガスを導入するガス導入機構と、真空容器内に配置された、被処理基板を載置するステージ電極と、真空容器内に設けられ、ステージ電極の外周側に位置する溝と、この溝の底部上に第１等排気板用カラーを介して配置された第１等排気板と、第１等排気板に形成された複数の貫通孔と、第１等排気板上に第２等排気板用カラーを介して配置された第２等排気板と、第２等排気板に形成され、第１等排気板の貫通孔の数より多く形成された複数の貫通孔と、溝の底部からガスを排気する排気手段と、を具備し、ガス導入機構によりステージ電極上にガスを導入し、プラズマを発生させることにより被処理基板を処理し、上記ステージ電極上に導入したガスを第２等排気板の貫通孔を通し、第１等排気板の貫通孔を通して排気手段により溝の底部から排気することを特徴とする。
【００１６】
上記半導体製造装置によれば、真空容器内のステージ電極の外周側に溝を設け、この溝に第１等排気板及び第２等排気板を配置し、第２等排気板の貫通孔の数を第１等排気板のそれより多く形成している。つまり、第２等排気板、第１等排気板の順にガスを通過させる貫通孔の数を少なくしている。これにより、ステージ電極上の被処理基板表面から該表面の外周に向けてガスをほぼ均等に排気することができる。したがって、面内均一性の良いエッチング処理が可能となる。
【００１７】
本発明に係る半導体製造装置は、真空容器と、この真空容器の上部に配置された、電極としての機能を有するチャンバー蓋と、このチャンバー蓋の内部に設けられたガス導入経路と、チャンバー蓋の下面にライナーを介して配置されたガス分散板と、このガス分散板に形成された複数の貫通孔と、真空容器内にチャンバー蓋に対向するように配置された、被処理基板を載置するステージ電極と、真空容器内に設けられ、ステージ電極の外周側に位置する溝と、この溝の底部上に等排気板用カラーを介して配置された等排気板と、この等排気板に形成された複数の貫通孔と、溝の底部からガスを排気する排気手段と、を具備し、ガス導入経路、ガス分散板の貫通孔を通してステージ電極上にシャワー状のガスを導入し、プラズマを発生させることにより被処理基板を処理し、上記ステージ電極上に導入したガスを等排気板の貫通孔を通して排気手段により溝の底部から排気することを特徴とする。
【００１８】
【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。
図１は、本発明の実施の形態による半導体製造装置の一例としてのプラズマエッチング装置を概略的に示す構成断面図である。図２は、図１に示すガスシャワー電極部を分解して示す斜視図である。図３は、図１に示す等排気・ＲＦ印加電極部を分解して示す斜視図である。
【００１９】
図１に示すプラズマエッチング装置はガスシャワー電極部及び等排気・ＲＦ印加電極部を備えている。等排気・ＲＦ印加電極部は真空容器（反応チャンバー）１を有しており、ガスシャワー電極部はチャンバー蓋２を有している。真空容器１の上部にはチャンバー蓋２が配置されている。真空容器１にチャンバー蓋２を固定することにより、真空容器１内にはエッチング室３が形成される。
【００２０】
真空容器１内の下方にはウエハなどの被エッチング基板（図示せず）を載置固定するステージ電極４が配置されており、このステージ電極４はＲＦ印加電極（カソード電極）として作用する。ステージ電極４は、図３に示すように円盤形状部とそれを支える支持部とからなっている。このステージ電極４は例えば静電チャック方式により被エッチング基板を固定するようになっている。なお、静電チャック方式は、クーロン力によって被エッチング基板を吸引して固定する方式である。
【００２１】
ステージ電極４の下部には絶縁スリーブ５が配置されており、この絶縁スリーブ５によって真空容器１とステージ電極４は電気的に絶縁されている。また、ステージ電極４の下部は固定ナット６により真空容器１に固定されており、この固定ナット６と真空容器１との間には両者を絶縁する絶縁カラー８が配置されている。また、ステージ電極４は高周波電源（図示せず）に電気的に接続されている。
【００２２】
チャンバー蓋２は、真空容器１の上方（即ちエッチング室３内の上方）であってステージ電極４に対向して平行の位置に配置されている。チャンバー蓋２の内部には、被エッチング基板の表面側にエッチングガスを導入するガス導入経路９が設けられている。このガス導入経路９の一端はチャンバー蓋２の側面側に配置されており、該一端はエッチングガスの供給機構（図示せず）に接続されている。ガス導入経路９の他端はチャンバー蓋２の下面中央部（ステージ電極表面中央部に対向する位置）に配置されている。
【００２３】
チャンバー蓋２の下面にはライナー１０ａを介して第１ガス分散板１１が配置されており、この第１ガス分散板１１の下にはライナー１０ｂを介して第２ガス分散板１２が配置されている。ライナー１０ａはチャンバー蓋２の下面と第１ガス分散板１１との間隔をあけるためのものであり、ライナー１０ｂは第１ガス分散板１１と第２ガス分散板１２との間隔をあけるためのものである。ライナー１０ａ、第１ガス分散板１１、ライナー１０ｂ及び第２ガス分散板１２は、固定ネジ１３によりチャンバー蓋２に固定されており、エッチング室３の上方に位置している。
【００２４】
図２に示すように、チャンバー蓋２は円盤形状を有しており、ライナー１０ａ，１０ｂはリング形状を有している。第１ガス分散板１１には複数の貫通孔が設けられており、これらの貫通孔をエッチングガスが通過することによりエッチングガスを分散させるようになっている。第２ガス分散板１２には複数の貫通孔が設けられている。第２ガス分散板１２の貫通孔の大きさは第１ガス分散板１１の貫通孔より小さく形成されている。これにより、第２ガス分散板１２をエッチングガスが通過することにより、さらにエッチングガスを細かく分散させるようになっている。このようにしてエッチングガスをエッチング室３内にガスシャワー状に導入することができる。
【００２５】
チャンバー蓋２、ライナー１０ａ，１０ｂ、第１ガス分散板１１、第２ガス分散板１２及び固定ネジ１３などによりガスシャワー電極部が構成されている。ガスシャワー電極部はアノード側に位置している。ガスシャワー電極部とステージ電極４は一対の平行平板型電極である。また、ガスシャワー電極部は接地電位に接続されている。
【００２６】
図１に示す真空容器１の下部の内側面側であってステージ電極４の外周側には、略円周上にお堀のような溝１４が設けられている。この溝１４には等排気機構が配置されている。等排気機構は、ガスシャワー電極部から被エッチング基板表面に導入したシャワー状のエッチングガスを被エッチング基板の外周にほぼ均等に排気する機構である。
【００２７】
等排気機構は第１等排気板１５を有しており、第１等排気板１５はステージ電極４の表面とほぼ同じ高さか又はやや低く配置されている。第１等排気板１５の下には等排気板用カラー１６ａを介して第２等排気板１７が配置されており、第２等排気板１７の下には等排気板用カラー１６ｂを介して第３等排気板１８が配置されている。第３等排気板１８の下には等排気板用カラー１６ｃが配置されている。等排気板用カラー１６ａは第１等排気板１５と第２等排気板１７との間隔をあけるためのものであり、等排気板用カラー１６ｂは第２等排気板１７と第３等排気板１８との間隔をあけるためのものであり、等排気板用カラー１６ｃは第３等排気板１８と真空容器１の底面との間隔をあけるためのものである。
【００２８】
図３に示すように、第１等排気板１５は、リング形状を有しており、それには８個の貫通孔が設けられている。したがって、第１等排気板１５の８個の貫通孔は、第１等排気板１５と第２等排気板１７との間の空間に繋がっている。また、第２等排気板１７は、リング形状を有しており、それには４個の貫通孔が設けられている。したがって、第２等排気板１７の４個の貫通孔は、第２等排気板１７と第３等排気板１８との間の空間に繋がっている。また、第３等排気板１８は、リング形状を有しており、それには２個の貫通孔が設けられている。したがって、第３等排気板１８の２個の貫通孔は、第３等排気板１８と真空容器１の底面との間の空間に繋がっている。
【００２９】
また、真空容器１には、エッチング室３の内部を真空排気する排気口（図示せず）が設けられている。この排気口は、第３等排気板１８と真空容器１の底面との間の空間に繋がっている。また、この排気口はエッチング室３の内部を真空排気する排気ポンプ（図示せず）に接続されている。
【００３０】
エッチング室３内の処理後のエッチングガスを、第１等排気板１５の８個の貫通孔を通過させ、第２等排気板１７の４個の貫通孔を通過させ、第３等排気板１８の２個の貫通孔を通過させ、真空容器１の排気口から排気ポンプにより排気する。このようにエッチングガスが通過するごとに貫通孔の数を少なくすることにより、処理後のエッチングガスの等排気が可能となる。
【００３１】
次に、上記プラズマエッチング装置を用いたエッチング方法について説明する。
被エッチング基板をプラズマエッチング装置のエッチング室３内に挿入し、このエッチング室内のステージ電極４上に被エッチング基板を載置する。
【００３２】
次いで、この被エッチング基板をステージ電極４上に静電チャックにより固定し、真空容器１をチャンバー蓋２で閉じ、排気ポンプで真空排気する。次いで、ガスシャワー電極部からシャワー状のエッチングガスをエッチング室３の被エッチング基板の表面側に導入する。これにより、所定の圧力、エッチングガス流量などのエッチング室内が所望の雰囲気となり、高周波電源により高周波（ＲＦ）を印加し、プラズマを発生させることにより被エッチング基板のエッチングを行う。
【００３３】
上記実施の形態によれば、チャンバー蓋２を真空容器１の蓋としての機能だけでなくガスシャワー電極としての機能も持たせている。チャンバー蓋２の内部にガス導入経路９を設け、この経路９を通ってチャンバー蓋２の下面中央部にエッチングガスを導入し、この導入したエッチングガスを第１ガス分散板１１及び第２ガス分散板１２により細かく分散させることにより、シャワー状のエッチングガスを第２ガス分散板１２の貫通孔から噴出させる。このような構成としているため、チャンバー蓋を備えたガスシャワー電極部のサイズを小型化及び軽量化することができる。それにより、プラズマエッチング装置全体のサイズの小型化と軽量化が可能となる。また設置面積の縮小化も可能となり、装置の低価格化も可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、真空容器１の下部の側面側に略円周上のお堀のような溝１４を設け、この溝に等排気機構を配置している。第１等排気板１５、第２等排気板１７、第３等排気板１８の順にガスを通過させる貫通孔の数を少なくすることにより、ステージ電極上の被エッチング基板表面から該表面の外周に向けて処理後のエッチングガスをほぼ均等に排気することができる。したがって、面内均一性の良いエッチング処理が可能となる。
【００３５】
また、成膜チャンバー２１を構成する底部２１ａと上部２１ｂの形状や大きさは、実施の形態で説明したものに必ずしも限定されることものではなく、上部と底部を繋ぐ面が基板表面より小さいものであれば、他の形状や大きさとすることも可能である。
【００３６】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、等排気板の貫通孔の数及びガス分散板の貫通孔の数を適宜変更することも可能である。
【００３７】
また、上記実施の形態では、本発明をプラズマエッチング装置に適用しているが、これに限定されるものではなく、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）装置、スパッタリング装置などの他の半導体製造装置に本発明を適用することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、装置を小型化及び軽量化した半導体製造装置を提供することができる。また、他の本発明によれば、被処理基板の表面に導入したガスを該表面の外周に向けてほぼ均等に排気できる半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による半導体製造装置の一例としてのプラズマエッチング装置を概略的に示す構成断面図である。
【図２】図１に示すガスシャワー電極部を分解して示す斜視図である。
【図３】図１に示す等排気・ＲＦ印加電極部を分解して示す斜視図である。
【図４】従来の半導体製造装置の一例としてのプラズマエッチング装置を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
１，１０１…真空容器
２…チャンバー蓋
３，１０３…エッチング室
４，１０４…ステージ電極
５…絶縁スリーブ
６…固定ナット
８…絶縁カラー
９…ガス導入経路
１０ａ，１０ｂ…ライナー
１１…第１ガス分散板
１２…第２ガス分散板
１３…固定ネジ
１４…溝
１５…第１等排気板
１６ａ〜１６ｃ…等排気板用カラー
１７…第２等排気板
１８…第３等排気板
１０２…蓋
１０５，１０８…アースシールド
１０６…高周波電源
１０７…ガスシャワー電極

Claims

真空容器と、
上記真空容器の上部に配置された、電極としての機能を有するチャンバー蓋と、
上記チャンバー蓋の内部に設けられたガス導入経路であって、一端が上記チャンバー蓋の側面に配置され、他端が上記チャンバー蓋の下面に配置されたガス導入経路と、
上記チャンバー蓋の下面に第１のライナーを介して配置された第１のガス分散板と、
上記第１のガス分散板の下に第２のライナーを介して配置された第２のガス分散板と、
上記第１のガス分散板に形成された複数の第１の貫通孔と、
上記第２のガス分散板に形成され、上記第１の貫通孔より大きさの小さい複数の第２の貫通孔と、
上記真空容器内に上記チャンバー蓋に対向するように配置された、被処理基板を載置するステージ電極と、
を具備し、
上記ガス導入経路の一端から導入したガスを、上記ガス導入経路を通して上記ガス導入経路の他端から上記真空容器内に導入し、複数の第１の貫通孔及び複数の第２の貫通孔を通して上記ステージ電極上にシャワー状のガスとして導入し、プラズマを発生させることにより上記被処理基板を処理することを特徴とする半導体製造装置。
真空容器と、
上記真空容器の上部に配置されたチャンバー蓋と、
上記真空容器内にガスを導入するガス導入機構と、
上記真空容器内に配置された、被処理基板を載置するステージ電極と、
上記真空容器内に設けられ、上記ステージ電極の外周側に位置し且つ上記ステージ電極を囲むように配置された溝と、
上記溝内に配置され、上記溝の底部を覆うように配置され、上記溝の底部上に第１等排気板用カラーを介して配置された第１等排気板と、
上記第１等排気板に形成され、上記ステージ電極を等間隔に囲むように配置された複数の第１の貫通孔と、
上記溝内に配置され、上記第１の等排気板を覆うように配置され、上記第１等排気板上に第２等排気板用カラーを介して配置された第２等排気板と、
上記第２等排気板に形成され、上記ステージ電極を等間隔に囲むように配置され、上記第１の貫通孔の数より多く形成された複数の第２の貫通孔と、
上記溝の底部からガスを排気する排気手段と、
を具備し、
上記ガス導入機構により上記ステージ電極上にガスを導入し、プラズマを発生させることにより上記被処理基板を処理し、上記ステージ電極上に導入したガスを、上記第２等排気板の第２の貫通孔を通した後、上記第１等排気板の上記第１の貫通孔を通して、上記排気手段により上記溝の底部から排気することを特徴とする半導体製造装置。
真空容器と、
上記真空容器の上部に配置された、電極としての機能を有するチャンバー蓋と、
上記チャンバー蓋の内部に設けられたガス導入経路であって、一端が上記チャンバー蓋の側面に配置され、他端が上記チャンバー蓋の下面に配置されたガス導入経路と、
上記チャンバー蓋の下面に第１のライナーを介して配置された第１のガス分散板と、
上記第１のガス分散板の下に第２のライナーを介して配置された第２のガス分散板と、
上記第１のガス分散板に形成された複数の第１の貫通孔と、
上記第２のガス分散板に形成され、上記第１の貫通孔より大きさの小さい複数の第２の貫通孔と、
上記真空容器内に上記チャンバー蓋に対向するように配置された、被処理基板を載置するステージ電極と、
上記真空容器内に設けられ、上記ステージ電極の外周側に位置し且つ上記ステージ電極を囲むように配置された溝と、
上記溝内に配置され、上記溝の底部を覆うように配置され、上記溝の底部上に第１等排気板用カラーを介して配置された第１等排気板と、
上記第１等排気板に形成され、上記ステージ電極を等間隔に囲むように配置された複数の第１の貫通孔と、
上記溝内に配置され、上記第１の等排気板を覆うように配置され、上記第１等排気板上に第２等排気板用カラーを介して配置された第２等排気板と、
上記第２等排気板に形成され、上記ステージ電極を等間隔に囲むように配置され、上記第１の貫通孔の数より多く形成された複数の第２の貫通孔と、
上記溝の底部からガスを排気する排気手段と、
を具備し、
上記ガス導入経路の一端から導入したガスを、上記ガス導入経路を通して上記ガス導入経路の他端から上記真空容器内に導入し、上記第１のガス分散板の複数の第１の貫通孔及び上記第２のガス分散板の複数の第２の貫通孔を通して上記ステージ電極上にシャワー状のガスとして導入し、プラズマを発生させることにより上記被処理基板を処理し、上記ステージ電極上に導入したガスを、上記第２等排気板の第２の貫通孔を通した後、上記第１等排気板の上記第１の貫通孔を通して、上記排気手段により上記溝の底部から排気することを特徴とする半導体製造装置。