JPH05144776A

JPH05144776A - ドライプロセス装置

Info

Publication number: JPH05144776A
Application number: JP30333791A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Noda; 周一野田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1991-11-19
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】アノード電極とカソード電極を備え、これら
が略平行かつ対向する配置を有する低気圧ガス放電を利
用するドライプロセス装置において、ウエハ搬送、ウエ
ハ押さえ機構を簡素化するとともに、処理に伴う容器内
部の汚れを簡単に取り除ける構造とする。【構成】内側容器２０とエッチング室１からなる２重
構造の真空処理容器を設け、内側容器２０は開口２１を
有し、内側容器２０の内外では反応ガスの出入りが自由
で同一気圧になるようにし、内側容器２０内にアノード
電極９を配置し、前記開口２１にウエハ５を載置して、
該ウエハ５をカソード電極８で押し付けて、前記開口２
１を封じ、内側容器２０内で放電処理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種半導体装置の製造
に用いるための、低気圧ガス放電を利用するドライプロ
セス装置に係り、特に、その処理容器の構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このようなドライプロセス装置と
しては、以下に示すようなものがあった。図２はかかる
従来のドライプロセス装置の構成断面図であり、ここで
は反応性イオンエッチング装置（以下、ＲＩＥという）
の、ごく一般的な例について説明する。

【０００３】この図において、２０１は試料（以下、ウ
エハという）をエッチング処理するための真空容器（エ
ッチング室）であり、２０２は処理前後のウエハを待機
させる真空容器（予備室）である。両室は、排気口２０
３、２０４を介して真空ポンプにより真空排気されてお
り、ウエハ２０５はゲートバルブ２０６を介して搬送ア
ーム２０７により両室間を真空中で移動できる構造とな
っている。

【０００４】エッチング室２０１では、高周波電源（以
下、ＲＦ電源という）２１０に電気的に接続されたカソ
ード電極２０８と、接地されたアノード電極２０９と
が、向かい合う形で取り付けられ、いわゆる平行平板Ｒ
ＩＥを構成している。このとき、反応ガスはアノード電
極２０９中を通り、カソード電極２０８に向き合う面に
設けられた多数の小孔より吹き出す構造になっている。

【０００５】ウエハ２０５はカソード電極２０８上に載
置して放電を生じせしめ、エッチング処理を行なうので
あるが、搬送アーム２０７からカソード電極２０８上に
ウエハ２０５を載せ換えるために、該カソード電極２０
８にはウエハ昇降ロッド２１１が設けられている。該カ
ソード電極２０８には、更に、放電中の昇温を抑える、
あるいは温度を一定に保つための循環水を流す蛇管２１
２が埋め込まれている。

【０００６】また、該カソード電極２０８にはウエハ２
０５との熱伝導を改善するために、該ウエハ２０５をカ
ソード電極２０８表面上に押し付けるための機構２１３
が設けられている場合もある。更には、より一層の熱伝
導の改善のため、該ウエハ２０５裏面からのＨｅガス導
入口２１４を設けている場合もある。その他、エッチン
グ室２０１には、圧力検出用口２１５、発光スペクトル
観察用窓２１６、残留ガス検出用口２１７等、プロセス
コントロールのための各種パラメータ測定用の窓や引込
口が多数設けられているのが普通である。

【０００７】上記構成のＲＩＥを用いれば、真空中でウ
エハの移動が可能であるため、外気の影響をうけない再
現性の良いエッチングが可能となり、ウエハの温度調節
や、その他のパラメータの制御が精密に行なえるため、
高精度のエッチングが可能となった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置では、ウエハ搬送系や電極部の構造・機構
が非常に複雑であり、処理容器も各種窓や引出口が多数
存在するため、入り組んだ形状となっている。このた
め、装置の機械的信頼性が低い。装置立ち上げ時の
調整が非常に繁雑である。複雑な形状であるため、ク
リーニングやメンテナンスが困難である。パーティク
ルの発生が多い。ウエハサイズの変更の場合には、大
がかりな改造が必要である。等の種々の問題がある。こ
のような問題は今後、装置の要求性能が高水準化するに
つれて増々大きくなっていくことも予想される。

【０００９】本発明は、以上述べた問題点を解決するた
め、ウエハ搬送、ウエハ押さえ機構を簡素化するととも
に、処理に伴う容器内部の汚れを簡単に取り除ける構造
とし、機械的信頼性、処理性能の安定性の高いドライプ
ロセス装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、アノード電極とカソード電極を備え、こ
れらが略平行でかつ対向する配置を有する低気圧ガス放
電を利用するドライプロセス装置において、内側容器と
外側容器からなる２重構造の真空処理容器を設け、前記
内側容器は開口を有し、該内側容器の内外では反応ガス
の出入りが自由で同一気圧になるようにし、前記内側容
器内に前記アノード電極を配置し、前記開口上にウエハ
を載置して、該ウエハを前記カソード電極で押し付けて
前記開口を封じ、前記内側容器内で放電処理を行なうよ
うにしたものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、上記のように、ガス放電を利
用して、ウエハを処理するドライプロセス装置におい
て、処理室を２重構造とし、内側容器内で放電、処理を
行なうのと同時に、内側容器の所定の構造部をウエハ押
さえと兼用にしたので、装置全体を簡素化することがで
きる。また、内側容器は、簡単な手段で着脱可能とし、
クリーニングを容易に行なうことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示すド
ライプロセス装置の構成断面図であり、ここでは、ＲＩ
Ｅの例を示している。まず、構造について説明する。真
空室構成は、従来例で説明したものと同様であり、エッ
チング室（外側容器）１、予備室２からなり、それぞれ
は排気口３、４を介して真空ポンプにより真空排気され
る。前記両真空室は、ゲートバルブ６を介して接続され
ており、ウエハ（基板）５は搬送アーム７により両真空
室間を移動できる構造となっている。

【００１３】エッチング室１には圧力検出用口１５、発
光スペクトル観察用窓１６、残留ガス検出用口１７が取
り付けられている。ウエハ５の載置されるカソード電極
８は、この実施例では、放電面を下方にし、エッチング
室１の上部に絶縁体１３により挟み取り付けられ、ＲＦ
電源１０に接続されている。この時、カソード電極８の
放電面は、好ましくは凸球面とすると、後に述べる方法
でウエハ５を押さえ付けた時に、該カソード電極８の放
電面との密着性が良くなり、ウエハ５の温度制御性が格
段に向上する。

【００１４】カソード電極８の内部には温度調節機より
の循環水を流すための蛇管１２が埋め込まれ、更にウエ
ハ５とカソード電極８間の熱伝導を向上するために、Ｈ
ｅガスの導入口１４が設けられている。アノード電極９
は後で詳述する開口２１を有する内側容器２０内に固定
されている。アノード電極９を含む内側容器２０の部分
全体は、昇降ロッド１１により上下動する機構となって
おり、ベローフランジ１８により気密が保たれる。反応
ガスは昇降ロッド中空部より導入され、アノード電極９
内部を通り、該アノード電極９表面に設けられた多数の
小孔より吹き出す構造となっている。

【００１５】以上述べたような構造にすると、従来カソ
ード電極８周辺に密集していたウエハ搬送機構をとり除
くことができるため、カソード電極自体は非常に簡単な
構造とすることが可能となる。また、カソード電極自体
に他の機能（例えば、ヒータを埋め込み高温で処理可能
とする。液体窒素を入れる経路を加え極低温で処理す
る。カソードにイオンエネルギー分析器を組み込む。
等）を付加することが容易に実現できるようになる。

【００１６】次に動作について順を追って説明する。（１）予備室２内に被処理面を下方に向けて（フェイス
ダウン）装填されたウエハ５は、ゲートバルブ６を開
け、エッチング室１中に移動させる〔図１（ａ）参
照〕。（２）内側容器２０を昇降ロッド１１により押し上げ
〔図１（ａ）参照〕、ウエハ５をすくい上げた後、搬
送アーム７を元に戻す。

【００１７】（３）内側容器２０の上部の開口２１にウ
エハ５を載せたまま、更に、カソード電極８に接触する
まで押し上げると、ウエハ５はそのカソード電極８の放
電面に押し付けられる。この時、内側容器２０は封じら
れ、内側容器２０の内部でエッチング室を構成する構造
となる〔図１（ｂ）参照〕。（４）次に、反応ガスを流しながら、内側容器２０内ガ
ス圧力を適当に調節しながら、カソード電極８にＲＦ電
力を印加すると、放電が起きるが、放電プラズマ３０
は、ほぼ完全に内側容器２０内部に閉じ込められる〔図
１（ｂ）参照〕。

【００１８】通常、エッチングプロセスでは、種々の気
相反応やエッチング材料等のスパッタにより、エッチン
グ室内壁に堆積物を生じ、再現性を劣化させる原因とな
っているが、本発明の場合には、上述のように内側容器
２０内に放電プラズマが閉じ込められているため、内側
容器２０内壁にのみ堆積物が生じる。内側容器２０は後
述するように、容器に着脱、分解が可能なため、クリー
ニング作業は非常に容易であり、安定な性能が維持でき
る。

【００１９】更に、外側の真空容器に対しては、堆積物
の付着はかなり軽減されるので、形状の複雑さはあまり
問題ではなくなり、また、バルクプラズマの影響が小さ
いため、他の付加機能（例えば、永久磁石を組み込みプ
ラズマを高密度化する。電子ビーム発生源を組み込みプ
ラズマを高密度化する。各種物理化学的計測をｉｎ−ｓ
ｉｔで行なうための機構を設ける。等）を設ける際の制
約はなくなる。また、ウエハに関しては、フェイスダウ
ンで固定され、処理されるので、パーティクルの付着に
よる欠陥は軽減される。

【００２０】図３は本発明の実施例を示す内側容器の構
造の詳細を示す構成図であり、図３（ａ）はその内側容
器の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ方向から見た
内側容器の上面斜視図、図３（ｃ）はそのＢ方向から見
た内側容器の裏面斜視図である。これらの図において、
内側容器２０はベース部３０３、メッシュ部３０４、カ
バー部３０２より構成され、底部にアノード電極９を載
置する。材質はステンレス、あるいはアルミを用いる。
カバー部３０２のカソード電極に接触する側の面はテフ
ロン等の絶縁膜３０１で被覆されている。

【００２１】カバー部３０２は図３（ｂ）に示すよう
に、ネジ３０７により固定されており、着脱可能であ
る。ウエハはカバー部３０２の開口部に被処理面を下方
にして載せられる。アノード電極９を含む内側容器２０
全体は、図示した箇所で昇降ロッド１１の取り付け台座
上にネジ３０５によりネジ止め固定される。反応ガスは
昇降ロッド１１の中空部に設けられた導入管３０６より
アノード電極９の中空部へ導かれ、該アノード電極９表
面に開けられた小孔より内側容器２０内部へ吹き出す。
エッチング反応後の廃ガスはメッシュ部３０４を通して
排気される。

【００２２】図３（ｂ）に示すように、内側容器２０の
表面には搬送アームのスライド用溝３０８が形成されて
いる。また、内側容器２０は、前にも述べたように昇降
ロッド１１の取り付け台座の合わせ面Ｃ〔図３（ｃ）参
照〕よりネジ３０５により着脱可能であり、カバー部３
０２も取り外し可能な構造となっているため、大部分の
堆積物が付着する内側容器２０をクリーニングすること
は非常に容易である。

【００２３】また、図３（ｃ）に示すように、内側容器
２０の裏面には、その中心に反応ガスの導入孔３０７が
形成され、そのまわりに前記したネジ３０５が螺合され
るネジ孔３０９が形成されている。この部分に前記した
昇降ロッド１１の取り付け台座が取り付けられる。以
上、本発明の実施例としてＲＩＥの場合ついて説明した
が、これはＲＩＥについてのみ限定されるものではな
く、構造上類似した形式で、他のドライプロセス装置、
例えばプラズマＣＶＤ、スパッタ等にも適用可能なもの
である。

【００２４】図４は本発明の他の実施例を示すドライプ
ロセス装置の内側容器の構成図であり、図４（ａ）はそ
の断面図、図４（ｂ）はその内側容器のアノード電極の
他の変形例であり、図４（ｃ）はその内側容器のアノー
ド電極の更なる他の変形例である。図中で、図３と同じ
部分については番号、説明を省略する。エッチングやＣ
ＶＤ等のドライプロセスでは、活性なプラズマと容器内
壁との相互作用が大きな障害となったり、逆に有効な役
割を持ったりすることが多いが、本発明のように放電室
を形成する内側容器が容易に着脱、分解可能であれば、
様々な種類の材料で４００に示すように、簡単にプラズ
マ接触面を覆うことが可能となる。ここで、４０３はカ
バー部裏面のコーティング、４０１は筒状形成物、４０
２は穴付板状形成物である。したがって、内壁を覆う材
料を種々選択できるため、より優れたプロセスが実現さ
れる。

【００２５】また、通常のドライプロセスでは電極面周
辺の電界集中や、ラジカルの拡散等様々な理由でウエハ
面上で同心円状の分布をもつことが多い（分布傾向や程
度は、反応ガス、被処理材料の組合せ、条件等により多
種多様であるが、いずれにしても同心円状となることが
多い）。このような場合、ウエハの対向電極（つまりア
ノード９電極）の形状を変えるのも対策として有効であ
る。本発明の場合、アノード電極９は内側容器底部に載
置、ネジ止めするだけの構造となっているため、図４
（ｂ）に示すように、凸面アノード電極９ａ、図４
（ｃ）に示すように、凹面アノード電極９ｂに交換する
のは非常に容易である。

【００２６】したがって、より精度の高いドライプロセ
ス処理が可能となる。なお、本発明は上記実施例に限定
されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変
形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するも
のではない。

【００２７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、従来のドライプロセス装置に対し処理容器を２
重構造とし、内側容器内で放電を起こし、ドライプロセ
ス処理を行なわせるようにしたものであり、該内側容器
の底面にアノード電極を載置し、これと向かい合う真空
容器の上面をカソード電極とする配置とし、更にウエハ
搬送、ウエハ固定機能は内側容器の動作で行なえるよう
にした。また、内側容器自体は簡単に着脱、分解できる
ようにした。

【００２８】したがって、以下のような効果を奏するこ
とができる。（１）従来カソード電極部分に密集していたウエハ搬
送、押さえ機構が取り除かれたため、機械的信頼性が向
上する。（２）同様に、カソード電極部分に機械的部品がなくな
ったために、他の付加的機能（例えば、ヒータを埋め込
み高温処理を行なう。液体窒素を流し、極低温でエッチ
ングを行なう。イオンエネルギー分析器等の測定子を組
み込む。等）を取り入れるのが容易になる。

【００２９】（３）内側容器の中で放電処理を行なうの
で、堆積物はその内側容器内にのみ付着するようにな
り、その内側容器は簡単に着脱、分解ができるためにク
リーニング作業が非常に容易で、充分なクリーニングが
できるため再現性の良いプロセスが実現される。（４）同様な理由から、内外容器間の空間は、清浄な状
態が保たれ、バルクプラズマの影響が小さくなることに
より、外側容器形状の複雑さは問題なくなり、各種の付
加的機能（各種物理化学的計測をｉｎ−ｓｉｔで行なう
機構を外側容器の内外に取り付ける。永久磁石を容器内
部に入れプラズマを高密度化する。電子ビーム発生源を
組み込みプラズマを高密度化する。等）を設けることが
可能となる。

【００３０】（５）ウエハはフェイスダウンで固定され
るので、パーティクルによる欠陥が減少する。（６）内側容器及びアノード電極部分は、簡単に着脱分
解可能なため、内側容器内壁を覆うための部品の挿入や
交換が容易で、様々な材料でこれを行なうことができ、
ドライプロセスの目的、用途に応じて最適な状態を得る
ことができる。また、ウエハ面内の処理分布を改善する
ために、種々の表面形状のアノード電極を適宜交換する
ことができるため、均一性の良い処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すドライプロセス装置の構
成断面図である。

【図２】従来のドライプロセス装置の構成断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例を示す内側容器の構造の詳細を
示す構成図である。

【図４】本発明の他の実施例を示すドライプロセス装置
の内側容器の構成図である。

【符号の説明】

１エッチング室２予備室３，４排気口５ウエハ６ゲートバルブ７搬送アーム８カソード電極９アノード電極９ａ凸面アノード電極９ｂ凹面アノード電極１０ＲＦ電極１１昇降ロッド１２蛇管１３絶縁体１４Ｈｅガスの導入口１５圧力検出用口１６発光スペクトル観察用窓１７残留ガス検出用口１８ベローフランジ２０内側容器２１開口３０１絶縁膜３０２カバー部３０３ベース部３０４メッシュ部３０５，３０７ネジ３０６導入管３０８搬送アームのスライド用溝４０１筒状形成物４０２穴付板状形成物４０３カバー部裏面のコーティング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アノード電極とカソード電極を備え、こ
れらが略平行でかつ対向する配置を有する低気圧ガス放
電を利用するドライプロセス装置において、（ａ）内側容器と外側容器からなる２重構造の真空処理
容器を設け、（ｂ）前記内側容器は開口を有し、該内側容器の内外で
は反応ガスの出入りが自由で同一気圧になるようにし、
前記内側容器内に前記アノード電極を配置し、前記開口
上にウエハを載置し、該ウエハを前記カソード電極で押
し付けて、前記開口を封じ、前記内側容器内で放電処理
を行なうようにしたことを特徴とするドライプロセス装
置。
【請求項２】前記内側容器は、その内側底面に前記ア
ノード電極を載置し、前記内側容器の上部の開口に被処
理面が該アノード電極と対向するように被処理体を下向
きに載置できる構造とし、前記内側容器全体が昇降する
機構を備え、前記アノード電極と対向する向きで上方に
配置されているカソード電極面に被処理体裏面を押し付
ける機構を具備することを特徴とする請求項１記載のド
ライプロセス装置。
【請求項３】前記内側容器の昇降機構に、ウエハ搬
送、受け渡しの機能を兼用させることを特徴とする請求
項１記載のドライプロセス装置。
【請求項４】前記カソード電極の表面は凸球面である
ことを特徴とする請求項１又は２記載のドライプロセス
装置。
【請求項５】前記内側容器の内部には、任意の材質の
覆いを挿入できる構造としたことを特徴とする請求項１
記載のドライプロセス装置。
【請求項６】前記内側容器内に配置するアノード電極
は、任意の形状のものと交換可能となるようにしたこと
を特徴とする請求項１記載のドライプロセス装置。