JP6739201B2 - 局所ドライエッチング装置 - Google Patents

Description

この発明は、シリコンウエハ、半導体ウエハ等のワーク（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。

図１は、プラズマを用いた局所ドライエッチングによるワーク平坦化方法の原理を説明するための説明図である。放電管Ｂの一部をなすプラズマ発生部Ａで発生したプラズマ中の活性種ガスＧは、ノズルＮからワークＷの表面に噴射される。ワークＷは、ワークテーブルＴ上に載置固定されており、ワークテーブルＴをノズルＮに対して水平方向に制御された速度及びピッチでスキャンさせる。

ワークＷは平坦化加工前には場所に応じて厚さが異なり、微細な凹凸を備えている。平坦化する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に曝される時間に対応する。このため、ワークＷに対してノズル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、相対的に薄い部分では高速で移動するように速度が決定される。

特開１１−３３５８６８号公報 特開２０００−２０８４８７号公報

このような加工を行う局所ドライエッチング装置において、放電管とノズルとが別部品又は異なる材質で構成される場合は、その接続部分にＯリング等の封止部材を用いた処理を施すなどしている。

放電管内に供給された原料ガスにマイクロ波などの電磁波が照射されることにより、プラズマ発生部Ａにおいて活性種ガスＧが発生するが、電磁波が照射されることによる放電管自体の誘電損失や放電管の劣化など、様々な要因で放電管が発熱し、ノズルと放電管に温度差が発生する。温度差が生じることでノズルと放電管に熱膨張による寸法の変化が生じ、ノズルと放電管との接続部分において、封止部材の劣化促進、ノズルと放電管との擦れによる発塵、間隙からの真空漏れ、装置内の清浄度悪化といった問題が生じることとなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされた発明であって、局所ドライエッチング装置において、ノズルと放電管との接続部分において、封止部材の劣化促進、ノズルと放電管との擦れによる発塵、間隙からの真空漏れ、装置内の清浄度悪化といった諸問題を抑制し、装置構成のコンディションを維持しながら高精度な加工を行うことを課題とするものである。

上記課題は以下の手段により解決される。すなわち、第１番目の発明は、ワーク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であって、真空チャンバー、上記真空チャンバー内に開口するノズル、上記ノズルに接続された放電管、上記真空チャンバー内に配置され、ワークを載置するためのワークテーブル、上記ワークテーブルを駆動するテーブル駆動装置、上記テーブル駆動装置を制御するためのテーブル駆動制御装置、電磁波発振器、上記放電管に原料ガスを供給するためのガス供給装置、上記放電管に形成されたプラズマ発生部、上記プラズマ発生部に上記電磁波発振器で発振された電磁波を照射するための電磁波伝達手段、を有し、さらに、上記ノズルと上記放電管は別の部品から構成され、上記ノズル又は上記放電管の少なくとも一方を温度調整するための温度調整手段が備えられていることを特徴とする局所ドライエッチング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の局所ドライエッチング装置において、上記温度調整手段が上記ノズルに設けられていることを特徴とする局所ドライエッチング装置である。

第３番目の発明は、第２番目の局所ドライエッチング装置において、上記ノズルに設けられた上記温度調整手段の温度を制御するための温度制御装置を備えたことを特徴とする局所ドライエッチング装置である。

第４番目の発明は、第２番目の局所ドライエッチング装置において、上記温度調整手段が、上記ノズルに対し直接的に取りつけられることを特徴とする局所ドライエッチング装置である。

第５番目の発明は、第２番目の局所ドライエッチング装置において、上記温度調整手段が、上記ノズルに対し間接的に取りつけられることを特徴とする局所ドライエッチング装置である。

第６番目の発明は、第１番目の局所ドライエッチング装置において、上記温度調整手段が、上記ノズルと上記放電管のそれぞれに設けられていることを特徴とする局所ドライエッチング装置である。

第７番目の発明は、第６番目の局所ドライエッチング装置において、上記ノズルと上記放電管のそれぞれに設けられた上記温度調整手段の温度を個別に制御するための温度制御装置を備えたことを特徴とする局所ドライエッチング装置である。

本発明によれば、ノズルと放電管の少なくとも一方に温度調整手段を備えることにより、別部品又は異なる材質で形成されたノズルと放電管の温度差による熱膨張の相違により生じる、ノズルと放電管との接続部分における封止部材の劣化促進、ノズルと放電管との擦れによる発塵、間隙からの真空漏れ、装置内の清浄度悪化といった問題を抑制し、装置構成のコンディションを維持しながら高精度な加工を行うことが可能となる。

プラズマを用いた局所ドライエッチングによるワークの平坦化方法の原理を説明するための説明図である。 本発明の局所ドライエッチング装置の概要及び第１の実施形態を示す断面図である。 本発明の局所ドライエッチング装置の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明の局所ドライエッチング装置の第３の実施形態を示す断面図である。 本発明の局所ドライエッチング装置の第４の実施形態を示す断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

図２は、本発明の局所ドライエッチング装置１の概要及び第１の実施形態を示す断面図である。局所ドライエッチング装置１は、真空チャンバー２を備えている。上記真空チャンバー２には、不図示の真空ポンプが取りつけられており、この真空ポンプによって上記真空チャンバー２内を真空にすることができる。

上記真空チャンバー２には、ノズル３が設けられており、上記ノズル３の開口である噴射口３１をワークＷに対向させた状態で上記真空チャンバー２に取り付けられている。上記ノズル３の噴射口３１の反対側には放電管４が接続されている。

上記真空チャンバー２内には、ワークＷを載置するためのワークテーブル５が配置されている。このワークテーブル５を平面方向及び上下方向に駆動するためのテーブル駆動装置５１が備えられている。上記真空チャンバー２の外には、テーブル駆動装置５１を制御するためのテーブル駆動制御装置５２が備えられている。

上記放電管４には、ガス供給装置６から原料ガスが供給される。上記放電管４にはプラズマ発生部４１が設けられており、このプラズマ発生部４１は放電管４の一部をなしている。このプラズマ発生部４１に、電磁波発振器７１によって発振された電磁波（例えばマイクロ波）が電磁波伝達手段７２を介して導かれ、上記放電管４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。上記電磁波発振器７１は電磁波発振制御装置７３によって制御されている。

上記ガス供給装置６は、それぞれ異なる種類の原料ガス、例えば、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣＦ４等のガスが充填された複数の原料ガスボンベ６２、原料ガスの開閉を行うバルブ６３、流量を調整するためのマスフローコントローラー６４、及び、これらを結んで上記放電管４の流入口へと導くための供給パイプ６１を備えている。バルブ６３及びマスフローコントローラー６４は、バルブ制御装置６５及びマスフローコントローラー制御装置６６によって制御される。

上記ノズル３の周囲には、排気手段８として、上記ノズル３の周囲を取り囲むように配設された排気ダクト８１、この排気ダクト８１に接続された排気バルブ８２と排気ポンプ８３を備え、排気ポンプ８３によって局所ドライエッチング時の反応生成ガスを上記真空チャンバー２の外に排気する。上記排気バルブ８２及び上記排気ポンプ８３の動作は排気制御装置８４によって制御される。

上記ノズル３には、その外周に沿って温度調整手段９１が設けられている。上記温度調整手段９１は、温度制御装置９２によってその温度が所望の温度に適宜調整される。上記温度調整手段９１による上記ノズル３の温度調整に係る実施の形態については後述する。

上記温度制御装置９２はまた、テーブル駆動制御装置５２、バルブ制御装置６５、マスフローコントローラー制御装置６６、電磁波発振制御装置７３、排気制御装置８４とともに、主制御装置１００の一要素をなしている。なお、各構成と各制御装置との接続線についての図示は省略する。

本発明によるワークの局所ドライエッチング加工は、その前段階において、ワークＷ毎にその細分化された各領域における厚さ（凹凸形状）が測定される。この測定により得られる各領域の位置での厚さのデータ、すなわち、位置−厚さデータを基に加工レシピが作成される。以下に、上記ノズル３及び上記放電管４を用いた局所ドライエッチング加工について示す。

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２内のワークテーブル５にワークＷを搬入・載置し、真空チャンバー２を真空引きする。あるいは、既に真空引きされた真空チャンバー２に接して設けられた搬送チャンバー（不図示）からワークを搬入・載置する。

次に、ガス供給装置６のバルブ６３を開き、ボンベ６２内の原料ガスを供給パイプ６１を介して放電管４内に供給する。このとき、バルブ６３の開閉及びマスフローコントローラー６４はそれぞれバルブ制御装置６５及びマスフローコントローラー制御装置６６により制御される。これと並行して、電磁波発振器７１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７２を伝わり放電管４に導かれる。

電磁波が放電管４のプラズマ発生部４１に照射されることにより、放電管４内部を通過する原料ガスがプラズマ化され活性種ガスが生成される。こうして生成された活性種ガスはノズル３の噴出口３１へと進み、そこからワークＷ表面に向けて噴射される。ワークＷが載置されたワークテーブル５をテーブル駆動装置５１を駆動させることにより、ノズル３の噴射口３１をワークＷに対しスキャンするように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３が相対的に移動するときのスキャン速度は、凹凸形状に応じてワーク表面が平坦化されるように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。

図２にて、本発明の局所ドライエッチング装置の第１の実施形態を示す。ノズル３には、その外側に温度調整手段９１が設けられている。上記温度調整手段９１は、上記ノズル３の外周全面に作用するように設けてもよく、部分的に作用するように設けてもよい。この温度調整手段９１は、温度制御装置９２によってその温度が適宜調整される。

上記温度調整手段９１による上記ノズル３の温度の調整として、原料ガスのプラズマ化、電磁波が照射されることによる放電管自体の誘電損失、放電管の劣化などの様々な要因により発生する放電管４の熱膨張を予め求めておき、予め求められたノズル３の膨張係数を利用して放電管４の熱膨張に合致する熱膨張となるノズル３の温度を求め、ノズル３の温度がその求められた温度となるように温度制御装置９２によって温度調整手段９１の温度を制御することで、ノズル３の温度が調整される。

また、放電管４の温度を所望のタイミングで温度センサにより測定し、その測定結果に基づいてリアルタイムでの放電管４の熱膨張を求め、予め求められたノズル３の膨張係数を利用して放電管４の熱膨張に合致する熱膨張となるノズル３の温度を求め、ノズル３の温度がその求められた温度となるように温度制御装置９２によって温度調整手段９１の温度を制御することで、ノズル３の温度を調整してもよい。

適切に温度調整がなされたノズル３は、放電管４の温度変化による膨張又は収縮と合致して膨張又は収縮をなすため、ノズル３と放電管４との接続部分にズレや間隙が生じることがなく、上記接続部分における封止部材の劣化促進、発塵、真空漏れ、および装置内の清浄度の悪化を抑制することができ、加工安定性に優れた高精度な局所ドライエッチング装置とすることが可能となる。

図３は、本発明の局所ドライエッチング装置１の第２の実施形態を示す断面図である。ノズル３には、その外側に作用する熱伝導体９３が設けられている。熱伝導体９３は、ノズル３の外周全面に作用するように設けてもよく、部分的に作用するように設けてもよい。熱伝導体９３は、温度調整手段９１に接続されている。本実施例は、温度調整手段９１がノズル３に対し間接的に取りつけられる実施形態である。

第１の実施形態により得られる作用効果に加えて、真空チャンバー２内において、排気ダクト８１などノズル３の周囲に構造物が存在するなどして、ノズル３に直接温度調整手段９１を設けることが構造上困難である場合は、熱伝導体９３をノズル３の外側に設け、その熱伝導体９３に温度調整手段９１を接続し、温度調整手段９１の温度を調整することで、ノズル３の温度調整を行うことが可能である。温度調整手段９１は、温度制御装置９２によってその温度が適宜調整される。温度を調整する方式やその他構成は上記第１の実施形態と同様であるので、その記載は省略する。

このように、熱伝導体９３を介して温度調整手段９１により間接的にノズル３の温度を調整することで、真空チャンバー２内において温度調整手段９１の設置が困難な装置構造であっても、ノズル３の温度を確実に調整することができる。また、温度調整手段９１がノズル３に対して間接的に取りつけられていることで、温度調整手段９１の交換やメンテナンスを容易に行うことが可能となる。

図４は、本発明の局所ドライエッチング装置１の第３の実施形態を示す断面図である。ノズル３及び放電管４には、その外側に温度調整手段９１が設けられている。それぞれの温度調整手段９１は、ノズル３及び放電管４の外周全面を作用するように設けてもよく、部分的に作用するように設けてもよい。それぞれの温度調整手段９１は、温度制御装置９２によってその温度が適宜調整される。

温度を調整する方式は上記第１の実施形態と基本的に同様であるが、温度調整手段９１によりノズル３と放電管４の温度を調整するにあたり、原料ガスのプラズマ化、電磁波が照射されることによる放電管自体の誘電損失、放電管の劣化などの様々な要因により発生するノズル３及び放電管４の熱膨張係数を予め求めておき、ノズル３と放電管４の熱膨張が合致するよう、温度制御装置９２によってそれぞれの温度調整手段９１の温度を個別に制御することで、ノズル３及び放電管４の温度が調整される。これらノズル３及び放電管４の温度は、加工特性や装置部材の劣化速度などを勘案し適宜設定してよい。

図５は、本発明の局所ドライエッチング装置１の第４の実施形態を示す断面図である。ノズル３及び放電管４には、その外側に熱伝導体９３が設けられている。それぞれの熱伝導体９３は、ノズル３及び放電管４の外周全面に作用するように設けてもよく、部分的に作用するように設けてもよい。熱伝導体９３は、温度調整手段９１に接続されている。この温度調整手段９１は、温度制御装置９２によってその温度が適宜調整される。

ノズル３及び放電管４の周囲に構造物が存在するなどして、ノズル３及び放電管４の周囲に直接温度調整手段９１を設けることが構造上困難である場合は、熱伝導体９３をノズル３及び放電管４の外側に設け、その熱伝導体９３に温度調整手段９１を接続することで、ノズル３及び放電管４の温度調整を行うことが可能である。温度調整手段９１は、温度制御装置９２によってその温度が適宜調整される。温度を調整する方式やその他構成等は上記第３の実施形態と同様であるので、その記載は省略する。

このように、熱伝導体９３を介して温度調整手段９１により間接的にノズル３及び放電管４の温度を調整することで、温度調整手段９１の設置が困難な装置構造であっても、ノズル３及び放電管４の温度を確実に調整することができる。また、温度調整手段９１がノズル３及び放電管４に対して間接的に取りつけられていることで、温度調整手段９１の交換やメンテナンスを容易に行うことが可能となる。

上記第３及び第４の実施形態にて開示した以外にも、ノズル３及び放電管４に備えられる温度調整手段９１のうち、一方に備えられる温度調整手段９１を直接的に取り付け、他方に備えられる温度調整手段９１を間接的に取り付ける実施形態としてもよい。

なお、上記各実施形態において、温度調整手段９１によるノズル３又は放電管４の少なくとも一方に対する温度調整のタイミングは、局所ドライエッチングの加工中又は加工間を問わず、温度調整は加熱又は冷却を問わない。

また、温度調整手段９１の温度は、ノズル３や放電管４の予め求められた膨張係数や温度の実測値を基に温度制御手段９２にて制御されているが、より簡便に、ある一定の熱を与えるように設定するだけでもよい。

また、温度調整手段９１は、温度調整が可能な機能を有するものであれば、その構成を問わない。例えば、流体、電熱線、光学、レーザ等の温度調整手段を用いることができる。

また、単一の真空チャンバー２に対し、ノズル３と放電管４を複数組設けた装置においても、本発明を適用することができる。その場合は、それぞれの組に対し、温度調整手段９１を個別に設けてもよく、また、複数の組の間で、温度調整手段９１の共用、熱伝導体９３の連結などにより温度調整を行うことも可能である。

１ 局所ドライエッチング装置
２ 真空チャンバー
３ ノズル
４ 放電管
４１ プラズマ発生部
５ ワークテーブル
６ ガス供給装置
７１ 電磁波発振器
７２ 電磁波伝達手段
９１ 温度調整手段

Claims (7)

1. ワーク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であって、
   真空チャンバー、
   上記真空チャンバー内に開口するノズル、
   上記ノズルに接続された放電管、
   上記真空チャンバー内に配置され、ワークを載置するためのワークテーブル、
   上記ワークテーブルを駆動するテーブル駆動装置、
   上記テーブル駆動装置を制御するためのテーブル駆動制御装置、
   電磁波発振器、
   上記放電管に原料ガスを供給するためのガス供給装置、
   上記放電管に形成されたプラズマ発生部、
   上記プラズマ発生部に上記電磁波発振器で発振された電磁波を照射するための電磁波伝達手段、を有し、さらに、
   上記ノズルと上記放電管は別の部品から構成され、
   上記ノズル又は上記放電管の少なくとも一方を、上記ノズルと上記放電管との接続部分に温度変化によるズレが生じることがないように温度調整するための温度調整手段が備えられていて、上記温度調整は、予め求められた熱膨張係数と測定された温度とに基づいて行われることを特徴とする局所ドライエッチング装置。
2. 請求項１に記載の局所ドライエッチング装置において、
   上記温度調整手段が上記ノズルに設けられていることを特徴とする局所ドライエッチング装置。
3. 請求項２に記載の局所ドライエッチング装置において、
   上記ノズルに設けられた上記温度調整手段の温度を制御するための温度制御装置を備えたことを特徴とする局所ドライエッチング装置。
4. 請求項２に記載の局所ドライエッチング装置において、
   上記温度調整手段が、上記ノズルに対し直接的に取りつけられることを特徴とする局所ドライエッチング装置。
5. 請求項２に記載の局所ドライエッチング装置において、
   上記温度調整手段が、上記ノズルに対し間接的に取りつけられることを特徴とする局所ドライエッチング装置。
6. 請求項１に記載の局所ドライエッチング装置において、
   上記温度調整手段が、上記ノズルと上記放電管のそれぞれに設けられていることを特徴とする局所ドライエッチング装置。
7. 請求項６に記載の局所ドライエッチング装置において、
   上記ノズルと上記放電管のそれぞれに設けられた上記温度調整手段の温度を個別に制御するための温度制御装置を備えたことを特徴とする局所ドライエッチング装置。

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