JPH01204424A - エッチング装置 - Google Patents

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は、気密容器内に配置され
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
ことで気密容器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被処理体例えば半導体ウェハのエツ
チングを行なう装置である。

この様なエツチング装置は、例えば特開昭６１−２１２
０２３号、特開昭６２−１０５３４７号、実開昭６０，
１３０６３３号公報に開示されている如く、半導体ウェ
ハを所望の真空中でエツチング処理するため、上記半導
体ウェハの保持に真空吸着機構を使用することができず
、上記何れの技術も半導体ウェハの周縁をリング状のク
ランプ機構で保持する構成となっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記従来の技術では、半導体ウェハを確実
に保持することは可能であるが、上記りランプリングの
押圧力が所定圧力で上記半導体ウェハを押圧しないと、
電極表面に半導体ウェハの当接面全面が均一に接触され
ず、エツチングが均一とならない問題が発生する。

半導体ウェハ表面のエツチングは、この半導体ウェハ裏
面全面に電極が接触した場合に半導体ウェハ表面が均一
にエツチングされる。即ち、電極と接触した部分に対向
する表面のみがエツチングされ、電極と接触していない
部分に対向する表面のエツチングは困難となる。

一般に半導体ウェハは前工程において加熱処理が複数回
行なわれているため、エツチング処理時の半導体ウェハ
は夫々のウェハで多少異なるたわみなどの歪み特に前工
程の条件が異なる場合例えば形成される半導体素子の種
類が異なる場合、−定条件のウェハの設定ではこの半導
体ウェハの裏面全面が電極に接触することは困難となる
ため、」二記電極表面を中心部から周縁部に多少傾斜す
るＲに形成即ち電極を凸形状とし、この電極に半お体ウ
ェハを設定して周縁部を電極方向ヘクランプさせること
により半導体ウェハ裏面のほぼ全面を電極に接触させて
いる。この場合、半導体ウェハ周縁部のクランプ圧を所
定圧力より低くすると半導体ウェハ周縁部が電極と接触
せずに浮いた状態となり、上記したエツチングされない
部分が発生し、また、上記クランプ圧を所定圧力より高
くすると半導体ウェハの中心部分が電極から離れ、浮い
た状態となり上記と同様にエツチングされない部分が発
生するため、上記クランプ圧のずれによりエツチング不
良が発生してしまう問題があった。

本発明は上記点に対処してなされたもので、被処理体を
設定するために電極板上に押圧する手段の押圧力のずれ
をなくし、被処理体全面の均一なエツチングを可能とし
たエツチング装置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、所定の間隔を開けて対向配置した電極の一方
に設定された被処理体を押圧手段で上記電極表面に押圧
し、この電極間に電力を印加して処理ガスをプラズマ化
し、このプラズマ化した処理ガスにより上記被処理体を
エツチングする装置において、上記押圧手段の押圧力を
所望圧力に設定自在にした圧力調整手段を具備したこと
を特徴とするエツチング装置を得るものである。

（作　用） 本発明は、被処理体を電極に押圧する手段の押圧力を所
望圧力に設定自在な圧力調整手段を設けたことにより、
被処理体の種類や前処理条件に応じて予め所望の圧力へ
の設定を可能とし、押圧力が所定圧力より低下した場合
の被処理体周縁部の浮上による当該部分のエツチング不
良、及び押圧力が所定圧力より上昇した場合の被処理体
中心部の浮上による当該部分のエツチング不良を防止し
、均一なエツチングを可能とするものである。

（実施例） 以下、本発明装置を半導体ウェハのエツチング処理に適
用した実施例につき、図面を参照して説明する。

導電性材質例えばアルミニウム製で表面をアルマイト処
理し、内部を気密に保持する如く構成された反応容器（
１）内の上部には、昇降機構■例えばエアーシリンダー
やボールネジ等と連結棒■を介して昇降可能な電極体（
イ）が設けられている。この電極体０）は心電性材質例
えばアルミニウム製で表面にアルマイト処理を施したも
ので、この電極体に）には冷却手段が備えられている。

この冷却手段は、例えば電極体（イ）内部に循環する流
路■を形成し、この流路■に接続した配管０を介して上
記反応容器■外部に設けられた図示しない冷却手段に連
設し、液体例えば水を所定温度に制御して循環する構造
となっている。このような電極体Ｃ！′ｉ）の下面には
例えばアモルファスカーボン製上部電極■が、上記電極
体（イ）と電気的接続状態で設けられている。この上部
電極■と電極体（イ）との間には多少の空間（ハ）が形
成され、この空間（８）にはガス供給管（９）が接続し
ており、このガス供給管０は上記反応容器■外部の図示
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
オン等を上記空間（８）に供給自在としている。この空
間（８）に供給された反応ガスを上記上部電極■を介し
て反応容器（υ内部へ流出する如く、上部電極■には複
数の孔（１０）が形成されている。また、この上部電極
■及び電極体■の周囲には絶縁リング（１１）が設けら
れており、この絶縁リング（１１）の下面から上記上部
電極■下面周縁部に伸びたシールドリング（１２）が配
設されている。このシールドリング（１２）は、エツチ
ング処理される被処理体例えば半導体ウェハ（１３）と
ほぼ同じ口径にプラズマを発生可能な如く、絶縁体例え
ば四弗化エチレン樹脂製で形成されている。

また、上記半導体ウェハ（１３）は上記上部電極０と対
向する位置に設けられた下部電極（１４）表面に設定自
在となっている。この下部電極（１４）は例えばアルミ
ニウム環で表面にアルマイト処理を施しである平板状の
ものであり、この下部電極（１４）の上面は中心部から
周縁部に多少傾斜するＲに形成即ち電極を凸形状として
いる。このような形状の下部電極（１４）の周縁部には
上記半導体ウェハ（１３）を押圧する押圧手段例えばク
ランプリング（１５）が配置しており、上記半導体ウェ
ハ（１３）の周縁部を下部電極（１４）表面の形状に沿
って当接させる如く半導体ウェハ（１３）の口径に適応
させている。このクランプリング（１７）は例えばアル
ミニウム環で表面にアルマイ１〜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
たもの或いは石英セラミック製であり、このクランプリ
ング（１５）は複数本例えば４本のシャフト（１６）に
接続しており、このシャフト（１６）は」二記反応容器
■外部に設けられたリング（１７）にビス止め等の手段
により接続して一体型となっている。このリング（１７
）を昇降駆動する昇降機構例えばエアーシリンダー（１
８）が設けられており、上記リング（１７）を昇降駆動
することにより上記クランプリング（１５）を昇降自在
としている。この昇降の際、上記シャフト（１６）が反
応容器（υ外部へ貫通し摺動するため、バッキング等を
設けて反応容器（１）内部のガスリークを防止している
。このクランプリング（１５）により半導体ウェハ（１
３）を下部電極（１４）へ押え付ける即ち保持する圧力
は、上記エアーシリンダー（１８）の１駆動圧を調整す
る圧力調整手段（１９）例えばエアーレギュレーターを
エアー供給管（２０）の途中に設け、所望圧力に設定自
在な如く構成されている。

この圧力調整手段（１９）はマニュアルで調整可能にし
てもよいし、或いは圧力センサー等で押圧力をモニター
し、この圧力センサーの信号に応じて自動調整、例えば
コン１−ロールバルブの開閉による調整でもよい。この
調整は、プラズマエツチング工程の前処理例えば拡散工
程や酸化工程などの処理温度に応じて予め最適な圧力に
設定しておくことが可能となる。また、上記下部′６ｉ
極（１４）の中心付近には図示しない昇降自在なりフタ
−ピンが設けられており、」ユ記半導体ウェハ（１３）
の搬送時における昇降を自在としている。また、この下
部電極（１４）には図示しない複数の孔が設けられてお
り、この複数の孔から半導体ウェハ（１３）冷却用ガス
例えばヘリウムガスを流出自在としている。また、この
下部電極（１４）には冷却機構例えば下部電極（１４）
下面に接して流路（２１）が設けられ、この流路（２１
）に接続した配管（２２）に連設している液冷装置（図
示せず）により冷却液例えば冷却水の循環による冷却手
段が設けられている。この冷却手段及び上記上部電極■
は、液冷機構に限定するものではなく放熱フィン等によ
る自然空冷、気体を冷却循環させる強制空冷、ペルチェ
効果素子等による電気的冷却等でも同様に行なうことが
できる。また、上記下部電極（１４）の側部から上記反
応容器■の内面までの隙間に排気孔（２３）を備えた排
気リング（２４）が嵌合しており、この排気リング（２
４）下方の反応容器■側壁に接続した排気管（２５）を
介して、図示しない排気装置等により反応容器（１）内
部のガスを排気自在としている。このような下部電極（
１４）及び上部電極■はＲ’Ｆ電源（２６）に電気的接
続状態で、エツチングの際に使用するプラズマ放電を発
生自在としている。このようにしてエツチング装置（２
７）が構成されている。

次に、上述したエツチング装置（２７）の動作を説明す
る。まず１反応容器（υの図示しない搬入部から被処理
体例えば半導体ウェハ（１３）を搬入し、下部電極（１
４）の中心付近に下部電極（１４）を貫通して昇降自在
なりフタ−ピン（図示せず）を上昇させた状態で上記半
導体ウェハ（１３）を受は取り、リフタービンを下降さ
せて下部電極（１４）の表面に当接させる。そして、半
導体ウェハ（１３）の周縁部をクランプリング（１５）
の下降により下部電極（１４）方向へ押圧する。この押
圧動作はエアーシリンダー（Ｉ８）の駆動により行なわ
れるが、この押圧力はエアーシリンダー（１８）にエア
ー供給管（２０）から供給されるエアーの圧力を圧力調
整手段（１９）により所望圧力に制御している。この所
望圧力は、所定値より低圧となり上記半導体ウェハ（１
３）周縁部が下部ｆ６．極（１４）と接触せずに浮いた
状態によるエツチング不良の発生、及び所定値より高圧
となり上記半導体ウェハ（１３）中心部が下部電極（１
４）から離れ浮いた状態によるエツチング不良の発生を
夫々防止できる程度の圧力範囲に制御する。このエツチ
ング不良の発生を夫々防止できる程度の半導体ウェハ（
１３）周縁部を押圧する荷重範囲は、例えば５インチ半
導体ウェハ（■３）では２〜１７ｋｇｆ程度に設定され
るように上記エアシリンダー（１８）の圧力。

内径９本数等が適宜選択される。このエアーシリンダー
（１８）の圧力はエツチング装置（２７）使用場所にお
ける設備エアーの使用圧力範囲に限定され。

この使用圧力範囲内で使用できる構成のエアーシリンダ
ー（１８）が必要となるにの構成は第１図に示すように
リング（１７）の中心部に下向きにエアーシリンダー（
１８）を設ける１本シリンダー機構域いは第２図に示す
ようにリング（１７）の周縁部に複数本例えば２本のエ
アーシリンダー（１８）を設ける２本シリンダー機構と
し、各々に応じてエアーシリンダー（１８）の内径を選
択する。この時、エアーシリンダー（１８）の下方向へ
の不規則な動きを抑止するために上記反応容器α）とリ
ング（１７）の間にコイルスプリング（図示せず）を設
けてもよい。このようなシリンダー機構の特性例を第３
図に示す。

Ａは内径３２ｍｍのシリンダー１本で上記コイルスプリ
ングを設けていない構成、Ｂは内径３２ｍｏ＋のシリン
ダー１本でコイルスプリングを設けた構成、Ｃは内径２
０ｎｎのシリンダー２本でコイルスプリングを設けた構
成、Ｄは内径２ｏｆｆ１１のシリンダー１本でコイルス
プリングを設けていない構成、Ｅは内径２０ｎｍのシリ
ンダー１本でコイルスプリングを設けた構成の特性例で
あり、例えば５インチ半導体ウェハ（Ｉ３）ではエツチ
ング不良の発生を夫々防止できる半導体ウェハ（１３）
周縁部を押圧する。荷重範囲は２〜１７１ｇ（ｆ程度で
、更にエツチング装置１ｉ（２７）使用場所における設
備エアーの使用圧力範囲例えば４〜６　ｋｇ／ｄである
ことからこの場合の適当なシリンダーの構成はＤ或いは
Ｅであることが伴る。

このように適当なエアーシリンダー（１８）を使用して
半導体ウェハ（１３）を押圧するが、このシリンダー（
１８）に供給するエアー圧を圧力調整手段（１９）例え
ばエアーレギュレーターをエアー供給管（２０）の途中
に設け、所望圧力に調整する。この調整はマニュアルで
もよいし、圧力検出手段例えば圧力センサー等で押圧力
をモニターし、この圧力センサーの信号に応じての自動
調整例えばコントロールバルブの開閉による調整でもよ
い。

このような半導体ウェハ（１３）の押圧動作は上記選択
されたエアーシリンダー（１８）でリング（１７）、シ
ャフト（１６）　、クランプリング（１５）を駆動して
所定圧力で押圧する。この時、シャフト（１６）を複数
本でクランプリング（１５）を駆動しているため、半導
体ウェハ（１３）周縁部にクランプリング（１５）が各
点において、一定圧で当接されない場合が、メカ的な誤
差等により発生する。そのため、この誤差を上記シャフ
ト（１６）の長さを変化させることにより調整する。こ
の長さの調整は例えばシャフト（１６）とリング（１７
）との接続部の間にシム例えば厚さ１０〜１００−程度
のＳＵＳ製の薄板を挿入したり。

或いは上記シャフト（１６）の外周にネジ山を形成し。

これに対応するナツト状体を回転させるマイクロメータ
のような形式としてもよい。この高さ調整によりエツチ
ングの均一性をより向上させることができる。このよう
に上記半導体ウェハ（１３）を下部電極（１４）表面に
支持した後、上記反応容器■内部を気密に設定し、内部
を所望の真空状態に設定する。この真空動作は、周知で
ある予備室の使用により半導体ウェハ（１３）搬送時に
予め実行しておいてもよい。

次に、昇降機構■により連結棒■を介して電極体（４）
を下降させ、上部電極■と下部電極（１４）の所望の間
隔例えば数ｍ程度に設定する。そして、図示しないガス
供給源より反応ガス例えばアルゴンガス等をガス供給管
０を介して空間（ハ）へ供給する。

この空間（８）へ供給された反応ガスは上部電極■に設
けられた複数の孔（１０）から上記半導体ウェハ（１３
）表面へ流出する。同時にＲＦ電源（２６）により上部
電極■と下部電極（１４）との間に高周波電力を印加し
て上記反応ガスをプラズマ化し、このプラズマ化した反
応ガスにより上記半導体ウェハ（１３）のエツチングを
行なう。この時、この高周波電力の印加により上部電極
■及び下部電極（１４）が高温となり熱膨張が発生する
。この場合、この上部電極■の材質はアモルファスカー
ボン製であり、これと当接している電極体け）はアルミ
ニウム製であるため、熱膨張係数が異なり、ひび割れが
発生する原因となる。このひび割れの発生を防止するた
め電極体に）内部に形成された流路■に配管０を介して
連設している冷却手段（図示せず）から冷却水を流し１
間接的に上部電極■を冷却している。

また、下部電極（１４）が高温になっていくと、半導体
ウェハ（ｆ３）の温度も変化し、エツチングに悪影響を
与えてしまうため、この下部電極（１４）も下部に形成
された流路（２１）に配管（２２）を介して連設してい
る冷却装置（図示せず）から冷却水等を流すことにより
冷却している。この時、上記半導体ウェハ（１３）を一
定で処理するために、上記冷却水は夫々２０〜７０℃程
度に制御している。

尚、エツチング後の排ガス及び半導体ウェハ（１３）搬
送時の反応容器■内の排気は、排気リング（２４）に設
けられた排気孔（２３）及び排気管（２５）を介して反
応容器ω外部に設けられた排気装置（図示せず）により
適宜排気される。

上記実施例では半導体ウェハ（１３）を押圧する手段と
して複数本のシャフト（１６）に接続したクランプリン
グ（１５）により押圧する構成で説明したが、これに限
定するものではなく、上記半導体ウェハ（１３）円周部
に複数個の爪を配設し、この爪により半導体ウェハ（１
３）を押圧する構成にしても同様な効果を得ることがで
きる。

以上述べたようにこの実施例によれば被処理体を電極に
押圧する手段の押圧力を所望圧力に設定自在な圧力調整
手段を設けたことにより、所定圧力への調整を容易とし
、押圧力が所定圧力より低下した場合の被処理体周縁部
の浮上によるエツチング不良、及び押圧力が所定圧力よ
り上昇した場合の被処理体中心部の浮上によるエツチン
グ不良を防止することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被処理体を電極表
面に接触させる押圧手段の押圧力が調整自在であるため
、上記被処理体の裏面全面を電極表面に接触させること
ができ、エツチングの均一性の向上及びエツチング不良
の防止が可能となる。

そのため、被処理体の歩留まりを向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するためのエツチ
ング装置の構成図、第２図は第１図の他の実施例説明図
、第３図は第１図の一実施例であるエアーシリンダーの
特性例の図である。 １３・・・半導体ウェハ、　　１４・・・下部電極。 １５・・・クランプリング、　１Ｇ・・・シャフト、１
７・・・リング、　　　　　　１８・・・エアーシリン
ダー。 １９・・・圧力調整手段、　　２７・・・エツチング装
置。 特許出願人　東京エレクトロン株式会社第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　所定の間隔を開けて対向配置した電極の一方に設定さ
   れた被処理体を押圧手段で上記電極表面に押圧し、この
   電極間に電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、この
   プラズマ化した処理ガスにより上記被処理体をエッチン
   グする装置において、上記押圧手段の押圧力を所望圧力
   に設定自在にした圧力調整手段を具備したことを特徴と
   するエッチング装置。