JPH034528A - プラズマエッチング装置 - 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、プラズマ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および工程
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
利用して被処理物飼えば半導体ウェハのエツチングを行
なう装置である。

このようなエツチング装置は、例えば特開昭６１−２１
２０２３号、特開昭８２−１０５３４７号、実開昭８０
−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、上記前れの技術も被処理基板例えば半導体ウェハの
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、上述した従来のプラズマエッチング装置
では、被処理基板周縁部を保持するクランプ等の影響に
より、被処理基板周縁部において電界（シース）の歪み
が生じ、被処理基板周縁部のエツチングレートが著しく
低下し、エツチング処理の面内均一性（ユニフォーミテ
ィ−）が悪化するという問題があった。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、被処理基板周縁部におけるエツチングレートの低下を
防止することができ、被処理基板全面に亘って均一なエ
ツチングレートで均一な処理を行うことのできるプラズ
マ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） すなわち、本発明のプラズマエツチング装置は、被処理
基板を所定位置に保持する保持機構と、前記被処理基板
表面上にプラズマを発生させて該被処理基板面のエツチ
ングを行うプラズマ生起機構とを備えたプラズマエツチ
ング装置において、前記保持機構に保持された前記被処
理基板の周縁部に沿って磁界を形成する機構を設けたこ
とを特徴とする。

（作　用） 本発明のプラズマエツチング装置では、保持機構によっ
て保持された被処理基板の周縁部に沿って磁界を形成す
る機構が設けられている。

したがって、この磁界を前述した被処理基板周縁部の電
界の歪みを補正する如く作用させることによって、被処
理基板周縁部におけるエツチングレートの低下を防止す
ることができ、被処理基板全面に亘って均一なエツチン
グレートで均一な処理を行うことができる。

（実施例） 以下、本発明のプラズマエツチング装置の実施例を図面
を参照して説明する。

導電性材料、例えば表面にアルマイト処理を施したアル
ミニウムからなり、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、例えばエアーシリンダーや
ボールネジ等からなる昇降機構２に連結棒３を介して接
続され、昇降自在に構成された電極体４が設けられてい
る。

この電極体４は、例えば上記反応容器１と同様に表面に
アルマイト処理を施したアルミニウム等から構成されて
おり、この電極体４内部には、冷媒流路５が形成されて
いる。そして、配管６を介して上記反応容器１外部に設
けられた図示しない冷却手段により、この冷媒流路５内
に冷媒例えば冷却水を所定温度に制御して循環し、電極
体４を冷却可能に構成されている。

また、上記電極体４の下面には材質例えばアモルファス
カーボンからなる上部電極７が、上記電極体４と電気的
に接続された状態で設けられている。この上部電極７と
電極体４との間には空間８が形成されており、この空間
８にはガス供給管９が接続されている。そして、このガ
ス供給管９により、上記反応容器１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に供給し、この空間８に供給された反応ガス
を上記上部電極７に形成された複数の透孔１０を介して
反応容器１内部へ流出する如く構成されている。

さらに、この上部電極７及び電極体４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の下部
には、絶縁リング１１下面から上記上部電極７下面周縁
部に伸びるシールドリング１２が配設されている。この
シールドリング１２は、絶縁体例えば四弗化エチレン樹
脂等から環状に形成されており、エツチング処理される
被処理体例えば半導体ウェハ１３とほぼ同じ口径のプラ
ズマを発生可能な如くその内径が半導体ウェハ１３とほ
ぼ同径に構成されている。

また、上記上部電極７と対向する位置には、その上面に
上記半導体ウェハ１３を設定可能とする如く下部電極１
４が設けられている。この下部電極１４は例えば表面に
アルマイト処理を施したアルミニウム製の板からなり、
この下部電極１４の上面は中心部から周縁部に向って緩
やかに傾斜する如く凸球面状に形成されている。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の周縁部を押圧して下部電極１４上に保持する手
段として例えば環状に形成されたクランブリング１５が
配置されている。

このクランブリング１５は、例えば表面にアルマイト処
理を施して絶縁性のアルミナの被覆を設けたアルミニウ
ム、あるいは石英、セラミックス等から構成されており
、複数本例えば４本のシャフト１６および反応容器１外
部に設けられたリング１７を介して昇降機構例えばエア
ーシリンダー１８に接続され、昇降自在に構成されてい
る。

また、上記エアーシリンダー１８に駆動用エアーを供給
するエアー供給管２０には、圧力調整手段として例えば
エアーレギュレーター１９が設けられており、このエア
ーレギュレーター１９でエアーシリシダー１８の駆動圧
力を制御することにより、クランブリング１５による半
導体ウエノ＼１３周縁部の下部電極１４に対する押圧力
を制御可能に構成されている。

なお、この圧力調整はマニュアルで調整するようにして
もよいし、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、例えばコントロ
ールバルブの開閉による調整でもよい。なお、反応容器
１の上記シャフト１６貫通部には、反応容器１内部のガ
スリークを防止するため、図示しないシール機構が設け
られている。

さらに、第２図および第３図にも示すように、上記クラ
ンブリング１５には、エツチング処理される被処理体す
なわち半導体ウェハ１３の周縁部に沿って磁場を形成す
る機構として多数の永久磁石２１が設けられている。

すなわち、クランブリング１５には、所定間隔例えばク
ランブリング１５の中心角にして１２度おきに下側から
円孔２２が多数（この場合３０個）穿設されており、こ
れらの円孔２２に永久磁石２１が挿入配置されている。

また、この永久磁石２１は、直径および高さが例えば数
ミリ乃至数十ミリ程度の円柱形状に構成されており、そ
の両側端部のＮ極およびＳ極付近に例えば３キロガウス
程度の磁場が形成されるよう構成されている。

これらの永久磁石２１は、クランブリング１５による半
導体ウェハ１３の周縁部における電界（シース）の歪み
によりこの部位のエツチングレートが著しく低下するこ
とを防止するためのものであるが、例えば半導体ウェハ
１３の直径、クランブリング１５の形状、その他の反応
容器１内部の形状、エツチングの条件等により最適な磁
場の強度および最適な磁場の形状等が変化する。このた
め、予め実験等によりこれらの条件を設定しておくこと
が必要である。

この場合、例えば第４図に示すように、永久磁石２１を
配置する間隔を開けて調節したり、第５図に示すように
隣接する永久磁石２１の磁極が異なるように永久磁石２
１の上下を変えること、あるいは半導体ウェハ１３の周
縁部と永久磁石２１との間隔を変える（永久磁石２１を
配列する径を変える）、永久磁石２１の形状、大きさ強
度等を変えること等によって半導体ウェハ１３の周縁部
におけるエツチングレートを調節することができる。

さらに、下部電極１４の下部には、冷却機構として、例
えば冷媒流路２３が設けられ、この冷媒流路２３に接続
した配管２４によって、液冷装置（図示せず）により冷
媒例えば冷却水を循環可能に構成されている。なお、こ
の下部電極１４の冷却機構および前述した上部電極７の
冷却機構は、液冷機構に限定するものではなく、例えば
放熱ファン等による自然空冷、気体を冷却循環させる強
制空冷、ベルチェ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１の内
面までの間隙には、排気孔２５を備えた排気リング２６
が嵌合されており、この排気リング２６下方の反応容器
１側壁に接続した排気管２７を介して、図示しない排気
装置等により反応容器１内部のガスを排気可能に構成さ
れている。

このような下部電極１４および上部電極７は、ＲＦ電源
２８に電気的に接続され、エツチングの際に使用するプ
ラズマ放電を発生可能に構成されている。

次に、上述したエツチング装置の動作を説明する。

まず、反応容器１の図示しない開閉機構を開とし、この
開閉機構を介して被処理体例えば半導体ウェハ１３を反
応容器１内に搬入する。

そして、下部電極１４の中心付近に下部電極１４を貫通
して設けられた昇降自在なリフタービン（図示せず）を
上昇させた状態で、このリフタービン上に半導体ウェハ
１３を載置し、この後リフタービンを下降させて下部電
極１４の表面に半導体ウェハ１３を載置する。

しかる後、クランブリング１５を下降させ、このクラン
ブリング１５により半導体ウェハ１３の周縁部を下部電
極１４方向へ押圧して半導体ウェハ１３を保持する。

この押圧動作はエアーシリンダー１８の駆動により行わ
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エアーレギュレ
ーター１９により調節して制御する。この押圧力は、所
定値より低圧となり半導体ウェハ１３周縁部が下部電極
１４と接触せずに浮いた状態になること、および所定値
より高圧となり半導体ウェハ１３中心部が下部電極１４
から離れ浮いた状態になることにより、エツチングの不
良が発生することを夫々防止できる程度の圧力範囲に制
御する。

このようにして上記半導体ウェハ１３を下部電極１４表
面に支持した後、上記反応容器１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、周知である予備真空室の使用により半
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２により連結棒３を介して電極体４を下
降させ、上部電極７と下部電極１４との間隔を所定の間
隔例えば数■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９を介して空間８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９に設けら
れた複数の透孔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２８により上部電極７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７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７の材質は例えば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４は例えばアルミニ
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４内部に形成された冷媒流路５に配管６から冷却
水を循環させ、間接的に上部電極７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１３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、そこで、この下部電極１４も、下部電極１
４の下部に設けられた冷媒流路２３に配管２４を介して
冷却水等を循環することにより、冷却している。

この時、半導体ウェハ１３を一定温度で処理するため、
上記冷却水は夫々２０〜７０℃程度に制御している。

なお、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１内の排気は、排気リング２６に設けられ
た排気孔２５及び排気管２７を介して反応容器１外部に
設けられた排気装置（図示せず）により適宜行われる。

すなわち、この実施例のプラズマエツチング装置では、
半導体ウェハ１３の周縁部に沿って磁場を形成する如く
クランブリング１５に多数の永久磁石２１が設けられて
いるので、クランブリング１５による半導体ウェハ１３
の周縁部における電界（シース）の歪みによりこの部位
のエツチングレートが著しく低下することを防止するこ
とができる。

したがって、半導体ウェハ１３全面に亘って均一なエツ
チングレートで均一な処理を行うことができる。

なお、上記実施例では、半導体ウェハ１３の周縁部に沿
って磁場を形成する手段としてクランプリング１５に環
状に多数の永久磁石２１を配列した例について説明した
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、
例えば電磁石を用いて磁場を形成しても、あるいはクラ
ンブリング１５以外の部位に設けた磁石により磁場を形
成するよう構成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のプラズマエツチング装置
によれば、被処理基板周縁部におけるエツチングレート
の低下を防止することができ、被処理基板全面に亘って
均一なエツチングレートで均一な処理を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のプラズマエツチング装置の
構成を示す図、第２図は第１図のプラズマエツチング装
置のクランプリングの構成を示す図、第３図は第２図の
クランブリングの要部構成を示す図、第４図および第５
図は第２図のクランブリングの変形例の構成を示す図で
ある。 １・・・・・・反応容器、２・・・・・・昇降機構、３
・・・・・・連結棒、４・・・・・・電極体、５・・・
・・・冷媒流路、６・・・・・配管、７・・・・・・上
部電極、８・・・・・・空間、９・・・・・・ガス共給
管、１０・・・・・・透孔、１１・・・・・・絶縁リン
グ、１２・・・・・・シールドリング、１３・・・・・
・半導体ウェハ、１４・・・１１、下部電極、１５・・
・・・・クランプリング、１６・・・・・・シャフト、
１７・・・・・・リング、１８・・・・・・エアーシリ
ンダー　１９・・・・・・エアーレギュレーター　２０
・・・・・・エアー供給管、２１・・・・・・永久磁石
、２２・・・・・・円孔、２３・・・・・・冷媒流路、
２４・・・・・・配管、２５・・・・・・排気孔、２６
・・・・・・排気リング、２７・・・・・・排気管、２
８・・・・・・ＲＦ電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基板を所定位置に保持する保持機構と、前
   記被処理基板表面上にプラズマを発生させて該被処理基
   板面のエッチングを行うプラズマ生起機構とを備えたプ
   ラズマエッチング装置において、 前記保持機構に保持された前記被処理基板の周縁部に沿
   って磁界を形成する機構を設けたことを特徴とするプラ
   ズマエッチング装置。