JPH01189124A

JPH01189124A - エッチング装置

Info

Publication number: JPH01189124A
Application number: JP63014195A
Authority: JP
Inventors: Takao Horiuchi; 堀内　隆夫; Izumi Arai; 泉新井; Yoshifumi Tawara; 田原　好文
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-01-25
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1989-07-28
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPH07111965B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、エツチング装置に関する。

（従来の技術）近年、半導体素子の複雑な製造工程の簡略化、工程の自
動化を可能とし、しかも微細なパターンを高精度で形成
することが可能な各種薄膜のエツチング装置として、ガ
スプラズマ中の反応成分を利用したプラズマエツチング
装置が注目されている。

このプラズマエツチング装置とは、反応槽内に配置され
た一対の電極例えば高周波電極に高周波電力を印加する
ことで反応槽内に導入した反応気体例えばアルゴンガス
等の反応気体をプラズマ化し、このガスプラズマ中の活
性成分を利用して基板例えば半導体ウェハのエツチング
を行なう装置である。

この様な従来のエツチング装置では、特開昭６１−２０
６２２５号公報に開示される如く、半導体ウェハを凸形
状の電極に押し付けて半導体ウェハを電極に密着保持す
る機構等が用いられており、半導体ウェハの絶縁破壊等
を防止している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記した特開昭６１−２０６２２５号公
報に開示される様な電極周辺に配置された半導体ウェハ
を電極に密着保持する機構等は、一般に、剛性等の必要
から一部部材に金属等の導電性部材を使用しなければな
らなかった。

そこで、プラズマ化したガス中の電荷やイオンが電極周
辺の導電性部材に回り込み、プラズマを拡散させてしま
い、対向した電極間にプラズマ化があった。

本発明は、上記点に対処してなされたもので、対向した
電極間のプラズマ化したガスを集中化し、エツチング速
度と均一性を向上し安定したエツチング装置を提供する
ものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、対向した電極間にプラズマ化したガスが集中
する様に電極周辺の導電性部材を絶縁被覆する手段を具
備したことを特徴とする。

（作　用）本発明のエツチング装置では、対向した電極周辺に剛性
等の必要性から設けられた金属等の導電性部材を絶縁被
覆したので、プラズマ化したガス中のイオンや電荷が導
電性部材に回り込み等により吸引され、プラズマ化した
ガスが拡散するのを防止し、対向した電極間にプラズマ
化したガスを集中することができる。

（実施例）以下、本発明装置を半導体製造工程に適用した実施例に
つき図面を参照して説明する。

ＡＱ製で表面をアルマイト処理した円筒状真空容器■内
の上部には、電極昇降機構■例えばエアシリンダやボー
ルネジ等と連結棒■を介して昇降可能な上部電極（イ）
が設けられている。この上部電極に）は、Ａｒ１裂で表
面にアルマイト処理を施しである平板状で、図示しない
ガス供給源からの反応ガス例えばアルゴンやフレオン等
を導入する反応ガス供給パイプ■に接続されている。ま
た、上部電極（４）下部表面には多数の図示しない小孔
が設けられ、この小孔から真空容器ω内に反応ガスを流
出可能となっている。しかも、上部電極（イ）はプラズ
マ発生用で例えば電力がｓｏｏｗで１３ＭＨｚ程度の高
周波電源（０に接続されており、また、上部電極に）上
側には、この上部電極に）を循環冷却液例えば水等で冷
却可能な如く１図示しない冷却液循環器から冷却液パイ
プ■を介して冷却液を循環可能な円板状上部電極冷却ブ
ロック（８）が設けられている。

そして、真空容器■の下部には、上部電極に）と同様に
図示しない冷却液循環器から冷却液パイプ（９）を介し
て冷却液例えば水等を循環可能な円板状下部電極冷却ブ
ロック（１０）が設けられており、この下部電極冷却ブ
ロック（１０）の上面と接する如く、ＡＱ製で表面にア
ルマイト処理を施しである平板状下部電極（１１）が設
置されていて、この下部電極（１１）は接地されている
。

ここで、真空容器■は図示しない開閉機構例えばゲート
バルブ機構等により開閉可能で、また。

図示しない搬送機構例えばハンドアーム等で内部に被処
理体例えば半導体基板（１２）を搬送し、下部電極（１
１）上に半導体基板（１２）を載置可能となっている。

しかも、真空容器■は、図示しない開閉機構を閉じると
気密状態となり、内部を図示しない真空ポンプで所望の
真空状態例えば数１０ｍＴｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ程度
とすることが可能となっている。ここで１図示しない搬
送機構を真空予備室内に設置して、真空容器■と気密に
連結すると、半導体基板（１２）の搬送後に真空容器の
内を図示しない真空ポンプで所望の真空度とする時間が
短縮できる。

それから、下部電極（１１）上側外周には、載置した半
導体基板（１２）外周部を下部電極（１１）に圧着可能
なＡＱ製で表面にアルマイト処理を施しであるクランプ
リング（１３）が、連結棒（１４）を介してリング昇降
機構（１５）例えばエアシリンダ等で昇降可能に設置さ
れていて、クランプリング（１３）と連結棒（１４）と
リング昇降機構（１５）は被処理体例えば半導体基板（
１２）を上部電極■と下部電極（１１）の対向した電極
間に保持するクランプ機構（１６）の部材である。

このクランプ機構（１６）は、第２図に示す如く、Ａｆ
ｌ製で表面にアルマイト処理を施し、このアルマイト処
理により表面に絶縁性のアルミナの被覆を設けたクラン
プリング（１３）と、円柱状ＳＯ５製捧（１７）の表面
を絶縁性の四弗化エチレン樹脂製筒（１８）で被覆した
連結棒（１４）を、ＳＵＳ製ねじ（１９）で接続してい
る。また、このねじ（１９）も、絶縁性の四弗化エチレ
ン樹脂製の絶縁部材（２０〜２２）で被覆されていて、
導電性部材例えばＡＱやＳＵＳの金属等はすべて絶縁被
覆されている。

また、下部電極（１１）の中央付近の内部には、半導体
基板（１２）を下部電極（１１）に対して昇降可能な如
く、連結部（２３）を介してピン昇降機構（２４）例え
ばエアシリンダ等に連結された例えば３本のＳＵＳ製リ
フトビン（２５）が設けられている。これら、リフトピ
ン（２５）と連結部（２３）とピン昇降機構（２４）は
第３図に示す如き構成となっている。即ち、ポリイミド
樹脂製ねじ（２６）で下部電極（１１）下方に四弗化エ
チレン樹脂製絶縁部材（２７）を介して設けられたＳＵ
Ｓ製はね（２８）で、　リフトピン（２５）を螺着によ
り設けたＳＵＳ製平板（２９）は、　ピン昇降機構（２
４）の昇降動作をＳＵＳ製捧（３０）とＵ字状四弗化エ
チレン樹脂製絶縁部材（３１）を介して確実に伝達可能
となっていて、リフトピン（２５）やぼね（２８）や捧
（３０）の金属である導電製部材は各々が電気的に接続
されていないフロート状態となっている。

そして、リフトピン（２５）は、下部電極（１１）内に
穿設された孔（３２）の一部を利用して下部電極（１１
）内に挿入されている。また、孔（３２）は、図示しな
い冷却ガス供給源からの冷却ガス例えばヘリウムガスを
半導体基板（１２）裏面に供給可能な如く冷却ガス供給
パイプ（３３）に接続されている。

ここで、下部電極（１１）の半導体基板（１２）載置面
は、半導体基板（１２）にクランプリング（１３）で加
えた力が、半導体基板（１２）に等分布荷重として加わ
ったと仮定した時の半導体基板（１２）の変形曲線とな
る如く、凸形状に形成しである。

また、下部電極（１１）と半導体基板（１２）載置面間
には、半導体基板（１２）とこの半導体基板（１２）を
保持する電極即ち下部電極（１１）間のインピーダンス
を一様にする如く、合成高分子フィルム（３４）例えば
厚さ２０−〜１００μｓ程度の耐熱性ポリイミド系樹脂
が、下部電極（１１）の半導体基板（１２）載置面に耐
熱性アクリル樹脂系粘着剤で接着することにより設けら
れている。

そして、下部電極（１１）外周と真空容器■間には。

反応ガスを真空容器■側壁の排気パイプ（３５）に排気
する如く、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂製で多数の
排気孔（３６）を有する排気リング（３７）が設けられ
ている。

ここで、下部電極（１１）に保持した半導体基板（１２
）とほぼ同じ大きさにプラズマを発生可能な如く、上部
電極（イ）外周には、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂
製のシールドリング（３８）が設けられている。また、
上記構成のエツチング装置は図示しない制御部で動作制
御及び設定制御される。

次に、上述したエツチング装置による半導体基板（１２
）のエツチング方法を説明する。

まず、図示しない開閉機構で真空容器■を開け。

ピン昇降機１（２４）と連結部（２３）により上昇した
りフトピン（２５）上に、図示しない搬送機構で搬送し
た半導体基板（１２）を受は取る。この後、リフトピン
（２５）を降下して半導体基板（１２）を下部電極（１
１）上に載置し、リング昇降機構（１５）と連結棒（１
４）により上昇していたクランプリング（１３）を下降
させ、半導体基板（１２）を下部電極（１１）に圧着す
る。

この時既に、真空容器■の図示しない開閉機構は閉じら
れており、真空容器ω内は図示しない真空ポンプで所望
の真空状態となっている。

そして、電極昇降機構■と連結棒■により、上部電極（
へ）は降下し、下部電極（１１）との電極間隔が所望の
間隔例えば数ｍ程度となる如く設定される。

次に、図示ルないガス供給源より反応ガス例えばアルゴ
ン等がガス供給パイプ■を介して上部電極（イ）に供給
され、反応ガスは上部電極（イ）下面の図示しない小孔
より真空容器■内に流出する。同時に、高周波電源０に
より上部電極（イ）へ高周波電圧を印加し、接地した下
部電極（１１）との間にプラズマを発生させ、このプラ
ズマで下部電極（１１）上の半導体基板（１２）をエツ
チング処理する。

この時、半導体基板（１２）はクランプリング（１３）
で下部電極（１１）に圧着されているが、ミクロ的には
、表面粗さ等の為、第４図に示す如く下部電極（１１）
と半導体基板（１２）の間には空隙（４０）が存在する
。この空隙（４０）による半導体基板（１２）と下部電
極（１１）間のインピーダンスは小さいが均一性が悪く
ばらつきが大きい。また、下部電極（１１）表面のアル
マイトによる絶縁層は多孔性であるので、半導体基板（
１２）と下部電極（１１）間のインピーダンスの均一性
はより悪くなる。しかしながら、第４図の如く、半導体
基板（１２）とこの半導体基板（１２）を保持する電極
即ち下部電極（１１）間のインピーダンスを一様にする
手段として、半導体基板（１２）と下部電極（１１）間
に合成高分子フィルム（３４）を設け、例えば、厚さ２
０ＩＪｍ〜１００μｓ程度の耐熱性ポリイミド系樹脂を
下部電極（１１）に厚さ２５ｔｕａ程度の耐熱性アクリ
ル樹脂系粘着剤で接着した。この空隙（４ｏ）と下部電
極（１１）間の合成高分子フィルム（３４）のインピー
ダンスは空隙（４０）のインピーダンスより十分に大き
いので、半導体基板（１２）と下部電極（１１）間のイ
ンピーダンスのばらつきを小さくできるので、このイン
ピーダンスを均一で一様とすることができる。また、合
成高分子フィルム（３４）はアルマイトの様に多孔性で
はないので、半導体基板（１２）との接触性がよく、空
隙（４０）のばらつきも小さくでき、空隙（４０）のイ
ンピーダンスの均一性を向上するという効果もある。こ
れらにより、半導体基板（１２）と下部電極（１１）間
のインピーダンスは一様となり、このことにより、半導
体基板（１２）のエツチングの均一性を向上させること
ができる。

ここで、真空度２．４Ｔｏｒｒ、高周波電源０出力ｓｏ
ｏｗ、フレオンガス流量８０ｃｃ／ｍｉｎ、アルゴンガ
ス流量５００ｃｃ／ｍｉｎ、上部電極に）温度２０℃、
下部電極（１１）温度８℃以下の時に、アルマイトの絶
縁膜厚１５μｓの下部電極（１１）上に厚さ２５μｓの
耐熱性アクリル樹脂系粘着剤を介して厚さ２５μｓの合
成高分子フィルム（３４）である耐熱性ポリイミド系樹
脂を接着した時の合成高分子フィルム（３４）枚数とエ
ツチング速度とエツチングの均一性を第５図に示す。こ
の第５図より、エツチング速度は十分実用範囲であり、
エツチングの均一性が顕著に向上していることが明らか
である。また、合成高分子フィルム（３４）は。

表面が密で安定した材料なので、空隙（４０）のインピ
ーダンスのばらつき等による異常放電を防止でき、異常
放電による半導体基板（１２）にダメージを与えること
はなく、安定したエツチング処理を行える。

ここで、エツチング処理時に、図示しない冷却液循環器
による冷却液で、冷却パイプ（７，９）と上部電極冷却
ブロック（８）と下部電極冷却ブロック（１０）を介し
て、上部電極に）及び下部電極（１１）を所望の温度に
冷却すると、エツチング速度が向上する。また、図示し
ない冷却ガス供給源からの冷却ガスを、冷却ガス供給パ
イプ（３３）と孔（３２）を介して半導体基板（１２）
と合成高分子フィルム（３４）間に所定の圧力と流量例
えば数ｃｃ／ｌｌｌ１ｎ程度で供給し。

半導体基板（１２）裏面を冷却することにより、半導体
基板（１２）の温度均一性が向上し、この結果、エツチ
ングの均一性が向上する。

また、上部電極に）外周部に設けた絶縁性のシールドリ
ング（３８）と下部電極（１１）外周部に設けた絶縁性
のクランプリング（１３）により、半導体基板（１２）
の処理面とほぼ同じ大きさにプラズマを発生することが
できるので、プラズマの拡散を防止でき、安定したエツ
チング処理を行える。

そして、処理後の反応ガスを、排気リング（３７）の排
気孔（３６）を介して排気パイプ（３５）から排出する
。

ここで、プラズマ化したガス中のイオンや電荷は１周辺
の金属等導電性部材に吸引される如く回り込み、プラズ
マ化したガスを拡散させやすいが。

上部電極に）及び下部電極（１１）周辺の導電性部材を
、例えば、第２図の如く、半導体基板（１２）を上部電
極（イ）と下部電極（１１）間に保持するクランプ機構
（１６）の導電性の部材である捧（１７）やねじ（１９
）に、四弗化エチレン樹脂の筒（１８）や絶縁部材（２
０〜２２）又はアルミナの被覆を行い、絶縁被覆したの
で、高周波電圧を印加した上部電極（イ）に対して下部
電極（１１）が最も近い接地部となり、対向した上部電
極に）と下部電極（１１）間からプラズマ化したガスが
拡散するのを防止でき、プラズマ化したガスを集中でき
るので、エツチング速度と均一性を向上させることがで
き、安定したエツチング処理をすることができる。

また、半導体基板（１２）に近く、接触するクランプ機
構（１６）の導電性部材を絶縁被覆すると、この導電性
部材に竜骨が蓄積されて、半導体基板（１２）へ放電す
るのを防止でき、半導体基板（１２）の放電破壊を未然
に防ぐことができる。

そして、第３図の如く、半導体基板（１２）を下部電極
（１１）に対して昇降する機構の導電性部材であるリフ
トピン（２５）やぼね（２８）や平板（２９）や捧（３
０）は、絶縁性であるポリイミド樹脂のねじ（２６）や
四弗化エチレン樹脂の絶縁部材（２７，３１）で接続し
であるので、導電性部材の電気容量を小さくでき。

このことにより、プラズマ化したガスの回り込み等を防
止でき、また、導電性部材の電荷蓄積による半導体基板
（１２）の放電破壊を防止できる。

しかも、処理後の反応ガスを排気する排気リング（３７
）が絶縁性の四弗化エチレン樹脂となっているので、排
気時にプラズマ化したガス中のイオンや電荷が回り込み
、プラズマを拡散するのを防止し、プラズマを上部電極
（イ）と下部電極（１１）間に集中させることができる
。

次に、図示しない開閉機構で真空容器■を開け、クラン
プリング（１３）とりフトピン（２５）を上昇し。

リフトピン（２５）上の半導体基板（１２）を図示しな
い搬送機構で搬送し、動作が終了する。

上記実施例では絶縁被覆する導電性部材を被処理体を電
極間に保持するクランプ機構の部材で説明したが、電極
周辺の導電性部材であればよく、上記実施例に限定され
るものではない。

また、上記実施例では絶縁被覆する手段として四弗化エ
チレン樹脂やアルミナの被覆を用いて説明したが、電極
周辺の導電性部材を絶縁被覆できれば何れでもよく、ポ
リイミド樹脂を用いてもよく、上記実施例に限定される
ものでないことは言うまでもない。

以上述べたようにこの実施例によれば、真空容器内に設
けられた対向した電極の間に被処理体を保持し、対向し
た電極に電圧を印加してプラズマ化したガスを発生させ
、対向した電極間にプラズマ化したガスが集中する様に
電極周辺の導電性部材を絶縁被覆する手段を設け、被処
理体を電極間に集中しプラズマ化したガスでエツチング
するので、プラズマ化したガス中のイオンや電荷が電極
周辺の導電性部材に回り込み、プラズマ化したガスが拡
散するのを防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、プラズマ化したガ
スの拡散を防止し、対向した電極間にプラズマ化したガ
スを集中させたので、エツチング速度と均一性を向上し
安定したエツチングを実現した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエツチング装置を説明する為の構成図
、第２図は第１図のクランプ機構を説明する図、第３図
は第１図の被処理体を下部電極に対して昇降させる機構
を説明する図、第４図は第１図の合成高分子フィルムの
働きを説明する為の図、第５図は第１図のエツチング速
度と均一性と合成高分子フィルム枚数との関係を示す図
である。図において、１・・・真空容器　　　　　４・・・上部電極１１・・
・下部電極　　　　　１２・・・半導体基板１６・・・
クランプ機構第２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

　真空容器内に設けられ対向した電極の間に被処理体を
保持し、対向した電極に電圧を印加して被処理体をプラ
ズマ化したガスでエッチングするエッチング装置におい
て、対向した電極間にプラズマ化したガスが集中する様
に電極周辺の導電性部材を絶縁被覆する手段を具備した
ことを特徴とするエッチング装置。