JP5485904B2 - プラズマエッチングチャンバ - Google Patents

Description

本発明は、プラズマエッチングチャンバに係り、より詳しくは、プラズマ乾式エッチングされたウエハの周縁に残留する膜質及びその周辺に堆積されるパーティクルをプラズマにてエッチングすることで除去することができるプラズマエッチングチャンバに関する。

通常、ウエハを製造するにあたって、パターンで積層される膜質はウエハの全面にわたって周縁まで形成される。ここで、ウエハの上面全体をプラズマにてエッチングする乾式洗浄工程中に発生する副産物は完全に排気されずに、ウエハの周縁における上面と側面及び裏面にかけてパーティクルとして堆積されて残留するようになる。

このようにウエハの周縁部に集中して残留する膜質とパーティクルは、除去しない場合、得ようとする半導体チップに深刻な損傷を引き起こす要因として作用する。

上記のようにウエハの周縁に残存する膜質とパーティクルを除去するためのプラズマエッチングチャンバが開示されている。図５は、従来のプラズマエッチングチャンバの部分断面図である。

図５を参照すると、従来のプラズマエッチングチャンバは、ウエハが載置されるウエハチャック１０と、ウエハチャック１０の外側に設けられるリング状の下部電極１１と、下部電極１１に対向して設けられる上部電極１２と、上部電極１２の内側に設けられるプレート１３と、を含む。

また、プレート１３の下方にはガス分配板１４が設けられて、反応ガスをウエハの周縁側に案内し、プレート１３の上方には昇降ロッド１５が設けられて、プレート１３の上下動を可能にする。

上記のような構造のプラズマエッチングチャンバにおいて、上部電極１２と下部電極１１及びウエハチャック１０に電源を印加すると、上部電極１２と下部電極１１との間に供給された反応ガスによってプラズマが発生し、このプラズマは、ウエハの周縁に堆積されたパーティクルまたは膜質を除去する。

ところが、上記のような従来のプラズマエッチングチャンバでは、プレート１３とガス分配板１４との間の間隙に供給された反応ガスをウエハの周縁へ誘導する過程における、ウエハの周縁での反応ガスの圧力が均一ではないという問題点があった。

すなわち、ウエハの周縁での反応ガスの圧力のバラツキによってプラズマによるウエハ周縁のエッチング率に差が生じ、ウエハ周縁におけるパーティクルまたは膜質の除去量にバラツキが生じるという問題点があった。

また、従来のプラズマエッチングチャンバでは、プラズマによってガス分配板１４の周縁が汚染するという問題点があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ウエハの周縁へ誘導される反応ガスの圧力にバラツキが生じることなく、その圧力を均一に保持することができ、プラズマによるガス分配板の汚染を最小化することができるプラズマエッチングチャンバを提供することである。

上記目的を達成するための本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバは、ウエハの周縁へ反応ガスを誘導し、その下面に凹部が形成されるガス分配板と、上記ガス分配板から離間して配設されるプレートと、上記ガス分配板の凹部の内側に離間して配設され、上記凹部に供給される不活性ガスを案内するバッフルと、上記ガス分配板と上記プレートとの間に供給される反応ガスの圧力を均一にするために上記ガス分配板と上記プレートとの互いに対向する面のうちの少なくとも一方の面と、上記凹部に供給される不活性ガスの圧力を均一にするために上記ガス分配板とバッフルとの互いに対向する面のうち少なくとも一方の面に突設され、上記ウエハの周縁へ流れていく反応ガスの圧力を均一にする緩衝部と、上記ガス分配板の周縁の下面と側面を覆って上記ガス分配板の汚染を防止するシールドリングとを含む。

また、上記プラズマエッチングチャンバは、上記ウエハを挟んで上記ウエハの周縁に互いに対応して配設された上部電極と下部電極を含んでいてよい。

また、上記緩衝部が、上記ガス分配板と上記プレートとに交互に形成されていてよい。

また、上記緩衝部が、上記ガス分配板または上記プレートの周縁に形成されていてよく、このとき、上記緩衝部はリング状であればよい。

また、上記ガス分配板と上記プレートとがスペーサによって所定の間隔を保持していてよく、上記間隔は１ｍｍであればよい。

また、上記緩衝部の高さが０．６ｍｍであればよい。

また、上記シールドリングの幅が、上記ガス分配板の半径の１５％ないし４０％の範囲内にあればよい。

また、本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバは、下面に凹部が形成されたガス分配板と、上記ガス分配板の凹部の内側に離間して配設され、上記凹部に供給される不活性ガスを案内するバッフルと、上記凹部に供給される不活性ガスの圧力を均一にするために上記ガス分配板と上記バッフルとの互いに対向する面のうちの少なくとも一方の面に突設され、不活性ガスの圧力を均一にする緩衝部と、上記ガス分配板の周縁の下面と側面を覆って上記ガス分配板の汚染を防止するシールドリングとを含む。

また、上記シールドリングの表面が、イットリウムにてコーティングされていてよい。

以上説明したように、本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバでは、ガス分配板またはプレートに緩衝部を備えることで、ウエハの周縁に堆積された膜質またはパーティクルを均一に除去することができる。また、本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバでは、最適のシールドリング幅をもつことで、ガス分配板とシールドリングとの間に侵入する副産物の量を減少させ、ガス分配板の汚染を減少させることでガス分配板の取り替えコストを抑えることができる。

本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバの部分断面図である。 昇降ロッドが下降した後の本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバの部分断面図である。 図１のＡ部分を拡大して示す図である。 本発明の実施形態によるガス分配板の概略的な平面図である。 従来のプラズマエッチングチャンバの部分断面図である。

以下、本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバについて、添付の図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバの部分断面図であり、図２は、昇降ロッドが下降した後の本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバの部分断面図であり、図３は、図２のＡ部分を拡大して示す図であり、図４は、本発明の実施形態によるガス分配板の概略的な平面図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバ１００は、外部と隔離された空間を提供するチャンバ壁２０と、チャンバ壁２０の上部を貫通してアクチュエーター（図示せず）によって作動する昇降ロッド２１と、昇降ロッド２１の下端に形成されるプレートと、を含む。プレートは、上部プレート２２と下部プレート２３を含む。

上部プレート２２の裏面に下部プレート２３が配設され、下部プレート２３の周縁にリング状の上部電極２４が配設される。上部電極２４は、第１のボルト２４１によって上部プレート２２に取り付けられる。

上部及び下部プレート２２、２３の下方には、所定の間隔をあけてガス分配板２５が配設される。ガス分配板２５は、下部プレート２３とガス分配板２５との間の間隙に供給される反応ガスをウエハの周縁へ誘導する機能をする。ガス分配板２５は、酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のような絶縁物質からなるものであればよい。

なお、上記下部プレート２３は選択的に設けられていてよく、下部プレート２３を備えていない場合、ガス分配板２５は上部プレート２２に直接固設されていてよい。また、上部プレート２２が下部プレートに対応する分だけ下方に突出している場合、ガス分配板２５は上記上部プレート２２の突出部に固設されていてよい。要するに、下部プレート２３を備えていない場合、上部プレート２２は、取り外された下部プレートの分だけ下方に突出されるか、または突出されていなくてもよい。

ガス分配板２５の下面の中心には凹部２５１が形成され、この凹部２５１の内側にはバッフル２６が設けられる。バッフル２６は、ウエハの中央に供給される不活性ガス（例えば、窒素ガス）を分散させる機能をする。上記バッフル２６は、選択的に設けられていてよい。

ガス分配板２５の周縁の下面と側面にはシールドリング２７が設けられて、ウエハのエッチング時に生成され得るポリマーのような副産物を吸着する。シールドリング２７は、ガス分配板２５に第２のボルト２５２で固定され、ガス分配板２５とは異なる誘電率をもつように形成されていてよい。一例として、シールドリング２７は、誘電率１１のイットリウム焼結体からなっていてよく、ガス分配板２５は、誘電率８．４の酸化アルミナからなっていてよい。上記のような誘電率の差のため、実際のプラズマの放電によって不要な部分に堆積する電荷の量が低減するようになる。

そして、シールドリング２７の幅Ｌ１は、ガス分配板２５の半径Ｌ２の１５％ないし４０％の範囲内で形成することが好ましい。シールドリング２７の幅Ｌ１が１５％未満になると、高密度のプラズマの形成時にガス分配板２５をカバーできないのみならず、エッチング副産物がガス分配板２５とシールドリング２７との間の隙間に流入するという不具合があり、また、シールドリング２７の幅Ｌ１が４０％を超えると、不要な部分までガス分配板２５をカバーし且つ製作コストをアップさせるという不具合がある。

一例として、ガス分配板２５の半径Ｌ２は、２９０ｍｍないし３００ｍｍの範囲内で形成されていてよく、また、シールドリング２７の幅Ｌ１は、４５ｍｍないし１１６ｍｍの範囲内で形成されていてよい。

また、ガス分配板２５とシールドリング２７の表面にはイットリウムがコーティングされていてよい。イットリウムは、ポリマーの吸着性が良好で且つ耐化学性に優れた物性があるため、洗浄中に化学的変化を引き起こすことなくパーティクルを吸着し除去する作用をする。

そして、上部電極２４の下方には、リング状の下部電極２８が所定の間隔をあけて対向配設される。下部電極２８の内側には、絶縁リング３０を挟んでウエハチャック３２が位置し、このウエハチャック３２は、その上面に載置されるウエハを真空吸着しつつ通常のプラズマオシレーター（図示せず）に電気的に接続され、高周波を印加される。

このとき、上部電極２４と下部電極２８の外径は等しく形成することが好ましい。これは、生成されるプラズマの模様を完全な対称に形成することで、低い容量のプラズマオシレーターでも稼動できるようにするためである。

また、上記ウエハチャック３２は、その下側に設けられる絶縁層３４を介して下部電極２８と完全に絶縁される。

図３を参照すると、本発明の実施形態によるプラズマエッチングチャンバ１００は、反応ガスが供給される下部プレート２３とガス分配板２５との間の間隙に緩衝部３６を含む。緩衝部３６は、下部プレート２３とガス分配板２５のうちの少なくとも一方の面に間隔よりも低い高さＨで突設される。一例として、ガス分配板２５と下部プレート２３との間の間隔は１ｍｍであればよく、このとき、緩衝部３６の高さは、０．６ｍｍであることが好ましい。

緩衝部３６は、反応ガスの流れをブロッキングしてウエハの周縁での反応ガスの圧力を均一に合わせる機能をする。緩衝部３６は、反応ガスの流れ方向（矢印参照）に沿って下部プレート２３とガス分配板２５に交互に形成されることが好ましい。これは、反応ガスの流れ経路をより長くすることで反応ガスの間隙内に滞留する時間を長くすることができるためである。緩衝部３６の個数は、反応ガスの圧力に応じて多様に変形できる。

図４に示すように、緩衝部３６は、ガス分配板２５の周縁にリング状に突設されていてよい。なお、ガス分配板２５の上面には、下部プレート２３との間隙を形成するための複数のスペーサ３７が所定の間隔をあけて形成される。このとき、緩衝部３６は、スペーサ３７の高さよりも小さく形成される。上記で緩衝部３６はリング状に形成されたが、その形状は特に限定されず、四角形などと多様に変形できる。

上記のような構成を有するプラズマエッチングチャンバ１００の作動について説明すると、ガス分配板２５を介して供給される不活性ガスがバッフル２６によって分散されて、ウエハの内側には非放電領域が形成される。これと同時に下部プレート２３とガス分配板２５に供給される反応ガスはウエハの周縁に移動して、上部電極２４と下部電極２８にそれぞれ印加された電圧によってプラズマを生成する。このように生成されたプラズマは、ウエハの周縁の上面から裏面にかけて堆積されたパーティクルをエッチングする。

上記のような過程において、緩衝部３６が反応ガスの流れを抑制することでウエハ周縁での反応ガスの圧力を均一に保持させることで、プラズマが均一に生成され、その結果、ウエハに対するパーティクルのエッチング率も等しくなる。また、シールドリング２７が最適の幅を保持することで、プラズマから発生するガス分配板２５の汚染を効果的に防止する。

なお、上記では反応ガスの圧力を均一にするために、ガス分配板２５と下部プレート２３に緩衝部３６を形成した。上記と同じ方式にて、凹部２５１に供給される不活性ガスの圧力を均一にするために、凹部２５１とバッフル２６との互いに対向する面のうちの少なくとも一方の面に上記のような緩衝部を形成することもできる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付の図面の範囲内で種々に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することはいうまでもない。

本発明のプラズマエッチングチャンバは、ウエハの周縁に堆積された膜質またはパーティクルを均一に除去することができ、且つガス分配板の汚染を低減させることでガス分配板の取り替えコストを抑えることができる。

２０ チャンバ壁
２１ 昇降ロッド
２２ 上部プレート
２３ 下部プレート
２４ 上部電極
２５ ガス分配板
２６ バッフル
２７ シールドリング
２８ 下部電極
３０ 絶縁リング
３２ ウエハチャック
３６ 緩衝部
１００ エッチングチャンバ
２５１ 凹部

Claims (11)

1. ウエハの周縁をエッチングするプラズマエッチングチャンバであって、
   前記ウエハの周縁へ反応ガスを誘導し、その下面に凹部が形成されるガス分配板と、
   前記ガス分配板から離間して配設されるプレートと、
   前記ガス分配板の凹部の内側に離間して配設され、前記凹部に供給される不活性ガスを案内するバッフルと、
   前記ガス分配板と前記プレートとの間に供給される反応ガスの圧力を均一にするために前記ガス分配板と前記プレートとの互いに対向する面のうちの少なくとも一方の面と、前記凹部に供給される不活性ガスの圧力を均一にするために前記ガス分配板とバッフルとの互いに対向する面のうち少なくとも一方の面に突設される緩衝部と、
   前記ガス分配板の周縁の下面と側面を覆って前記ガス分配板の汚染を防止するシールドリングとを含むことを特徴とするプラズマエッチングチャンバ。
2. 前記ウエハを挟んで前記ウエハの周縁に互いに対応して配設された上部電極と下部電極を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチングチャンバ。
3. 前記緩衝部が、前記ガス分配板と前記プレートとに交互に形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチングチャンバ。
4. 前記緩衝部が、前記ガス分配板または前記プレートの周縁に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマエッチングチャンバ。
5. 前記緩衝部が、リング状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチングチャンバ。
6. 前記ガス分配板と前記プレートとがスペーサによって所定の間隔を保持することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチングチャンバ。
7. 前記間隔が１ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマエッチングチャンバ。
8. 前記緩衝部の高さが０．６ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のプラズマエッチングチャンバ。
9. 前記シールドリングの幅が、前記ガス分配板の半径の１５％ないし４０％の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチングチャンバ。
10. ウエハの周縁をエッチングするプラズマエッチングチャンバであって、
    その下面に凹部が形成されるガス分配板と、
    前記ガス分配板の凹部の内側に離間して配設され、前記凹部に供給される不活性ガスを案内するバッフルと、
    前記凹部に供給される不活性ガスの圧力を均一にするために前記ガス分配板と前記バッフルとの互いに対向する面のうちの少なくとも一方の面に突設される緩衝部と、
    前記ガス分配板の周縁の下面と側面を覆って前記ガス分配板の汚染を防止するシールドリングとを含むことを特徴とするプラズマエッチングチャンバ。
11. 前記シールドリングの表面が、イットリウムにてコーティングされたことを特徴とする請求項９に記載のプラズマエッチングチャンバ。

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