JPH06333877A

JPH06333877A - エッチング装置

Info

Publication number: JPH06333877A
Application number: JP13897293A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Kamoshita; 和良鴨志田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体ウエハの重金属汚染を防ぎ、しかも、
チャージが起こったり半導体ウエハにパーティクルが生
じたりすることがないようにする。【構成】クランプリング１４を、イオンの進行方向上
流側を向く表面がセラミック２２によって被覆された金
属リング２１によって形成した。イオンは金属リング２
１には衝突せず、重金属汚染の防止を図れる。金属リン
グ２１が半導体ウエハ１に接触し両者が導通されてチャ
ージを防ぐ。半導体ウエハ１にセラミックよりは軟弱な
金属が触れるので、パーティクルの発生を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタエッチング用
チャンバー内で半導体ウエハにイオンを衝突させてウエ
ハ表面のエッチングを行うエッチング装置に関し、特に
半導体ウエハをチャンバー内に保持するクランプ部材の
構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ上に多層配線を形成するに
当たっては、半導体ウエハとこの半導体ウエハ上に重ね
られる配線用金属との間や、半導体ウエハ上の配線用金
属とこの配線用金属に重ねられる別の配線用金属との間
に酸化膜が存在しないようにすることが電気特性を確保
するために必要である。従来では、この酸化膜をスパッ
タエッチングによって除去していた。

【０００３】このスパッタエッチングは、例えばアルゴ
ンガスが導入された高真空状態のチャンバー内で高周波
放電を起こさせてチャンバー内にアルゴンイオンを発生
させ、このアルゴンイオンを半導体ウエハ等の被エッチ
ング物の表面に衝突させて酸化膜を被エッチング物から
たたき出すものである。

【０００４】酸化膜をスパッタエッチングによって除去
するに当たっては、図４に示すようにして行っていた。
図４は多層配線が形成される従来の半導体ウエハの拡大
断面図で、同図（ａ）はスパッタエッチング前の状態を
示し、同図（ｂ）はスパッタエッチングを行っていると
きの状態を示し、同図（ｃ）はエッチング後に金属配線
を設けた状態を示す。

【０００５】図４において、１は半導体ウエハ、２はこ
の半導体ウエハ１内に形成された拡散層、３は半導体ウ
エハ１上に形成された絶縁膜、４は前記絶縁膜３上に堆
積された第１層金属配線、５は絶縁膜、６は自然酸化
膜、７は第２層金属配線である。

【０００６】半導体ウエハ１上に多層配線を形成するに
は、先ず、半導体ウエハ１にトランジスタ、キャパシタ
等の素子（図示せず）を形成した後、高温で絶縁膜３を
半導体ウエハ１の上面に全面にわたって堆積させる。次
に、絶縁膜３における拡散層２と対応する部位にコンタ
クトホール３ａを開口させ、この半導体ウエハ１の上面
の全域に第１層金属配線４を堆積させる。その後、パタ
ーン形成、エッチング等のリソグラフィ工程を経て第１
層金属配線４を所定のパターン形状に形成する。このよ
うにパターン形成を行った後、第１層金属配線４上およ
び前記パターン化により露出した絶縁膜３上に低温で絶
縁膜５を堆積させる。そして、絶縁膜５を堆積させた
後、パターン形成、エッチング等のリソグラフィ工程を
経て絶縁膜５にスルーホール５ａを開口させる。この状
態を図４（ａ）に示す。

【０００７】次に、このスルーホール５ａの底部に露出
した自然酸化膜６をエッチングによって除去する。この
エッチングはマルチチャンバースパッタ装置（図示せ
ず）内のエッチング装置を用いて行われ、このエッチン
グ装置内の電極に半導体ウエハ１を載置固定させた状態
で図４（ｂ）に示すようにアルゴンイオン８を半導体ウ
エハ１へ向けて加速させて行っていた。すなわち、高真
空中でアルゴンイオン８が自然酸化膜６に衝突すること
によって、この自然酸化膜６を構成する分子が第１層金
属配線４上からたたき出されることになり、自然酸化膜
６がエッチングされて除去されることになる。

【０００８】このようにエッチングを行った後、エッチ
ング装置での真空状態を保ちつつエッチング装置内で第
２層金属配線７を堆積させ、図４（ｃ）に示すように、
パターン形成、エッチング等のリソグラフィ工程を経て
この第２層金属配線７を所定のパターン形状に形成す
る。これによって二層金属配線が半導体ウエハ１上に形
成されることになる。なお、上述した工程を繰り返すこ
とによって、多層配線が形成可能である。

【０００９】前記図４（ｂ）で示したようにエッチング
を行うスパッタエッチング装置では、半導体ウエハ１を
電極上に固定するに当たっては半導体ウエハ１の上面
（回路形成面）外周部にクランプリングをあてがい、こ
のクランプリングによって電極へ半導体ウエハ１を押し
付けて行っていた。このクランプリングとしてはステン
レス合金によって形成されたものが主に使用されてい
た。ステンレス合金を採用することが多いのは、ステン
レス合金は剛性が高い割りに加工し易く、しかも安価で
あるなどの理由からである。なお、クランプリングとし
ては、ステンレス合金によって形成されたものの他に、
セラミックによって形成されたものもあった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、クランプリ
ングによって半導体ウエハ１を電極上に固定するに当た
っては、以下のような問題があった。（１）クランプリングの材質としてステンレス合金等の
金属を採用すると、半導体ウエハ１の周縁部をクランプ
している金属材料がアルゴンイオンによってエッチング
されてしまい、クランプリングからたたき出された金属
分子が半導体ウエハ１上に堆積されることがあった。ス
テンレス合金を用いた場合には構成元素であるＦｅやＣ
ｒ，Ｎｉ等によって半導体ウエハ１が汚染されてしま
う。すなわち、重金属汚染によって高集積、高速のデバ
イスのリーク電流が増加したり、配線がショートする原
因になる。

【００１１】（２）クランプリングの材質としてセラミ
ックを採用した場合には、セラミックはエッチングされ
難い関係から上述したような重金属汚染は起こり難い反
面、強度が弱い、加工しずらい、セラミックは絶縁体で
あるためにエッチング時にチャージ（充電現象）が起き
易い等の問題が生じる。チャージが起こると、半導体ウ
エハ１に形成された半導体内部の薄いゲート酸化膜が破
壊されてしまう。また、半導体ウエハ１とセラミック製
クランプリングとの相対位置がずれた場合には、半導体
ウエハ１の側壁を硬いセラミック製クランプが擦り、パ
ーティクルが発生する原因となる。パーティクルが発生
すると、この半導体ウエハ１から得られるＬＳＩの歩留
りが低下してしまう。

【００１２】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、半導体ウエハが重金属によって汚染
されることがなく、しかも、チャージが起こったり半導
体ウエハにパーティクルが生じたりすることのないエッ
チング装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るエッチング
装置は、半導体ウエハをチャンバー内で保持するクラン
プ部材を、イオンの進行方向上流側を向く表面がセラミ
ックによって被覆された金属材によって形成したもので
ある。

【００１４】

【作用】イオンはクランプ部材の金属部分には衝突しな
くなり、この金属部分が半導体ウエハに接触し、両者が
電気的に接続されると共に半導体ウエハにはセラミック
よりは軟弱である金属が触れるようになる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３に
よって詳細に説明する。図１は本発明に係るエッチング
装置の断面図、図２は本発明に係るエッチング装置に用
いるクランプリングの平面図、図３はクランプリングに
よって半導体ウエハを固定している状態を示す斜視図
で、同図はクランプリングおよび半導体ウエハを図２に
おけるIII−III線で破断した状態を示している。

【００１６】これらの図において、１１は本発明に係る
エッチング装置で、このエッチング装置１１は、チャン
バー１２内に半導体ウエハ支持台１３およびクランプリ
ング１４を装着させて構成されている。チャンバー１２
は不図示のアルゴンガス供給源に連通されたガス導入口
１５が上部に設けられると共に、側部に排気口１６が開
口されている。この排気口１６は不図示の真空ポンプに
連通されている。また、前記半導体ウエハ支持台１３
は、上部に半導体ウエハ１を載置させるための電極１７
が取付けられており、チャンバー１２の内側底部に固定
されている。

【００１７】この電極１７は半導体ウエハ１の下面が全
面にわたって接触するように半導体ウエハ１の形状に合
わせて略円形に形成されている。そして、この電極１７
はコンデンサ１８およびチュナー１９を介してＲＦ電源
２０に接続されている。

【００１８】クランプリング１４は前記電極１７に載置
された半導体ウエハ１を上方から電極１７へ押し付けて
固定するためのもので、半導体ウエハ１の周縁部を上方
から覆う構造になっている。クランプリング１４の構造
を詳述すると、このクランプリング１４は、半導体ウエ
ハ１の外径より僅かに小さい内径をもって形成された金
属リング２１と、この金属リング２１の上面を全域にわ
たって被覆するセラミック２２とから形成されている。

【００１９】金属リング２１はステンレス合金からな
り、内周部分が半導体ウエハ１の上面側へ臨むと共に外
周部分が半導体ウエハ１の径方向外側に位置するように
形成されている。また、この金属リング２１の内面（少
なくとも半導体ウエハ１と対向する部分）は、電解研磨
等によって鏡面となるように仕上げられている。

【００２０】前記セラミック２２は、アルミナを主成分
として構成され、アルミナをプラズマ溶射法等により金
属リング２１の上面に堆積させることによって形成され
ている。なお、このセラミック２２の材料としては、可
動イオン（例えば、ナトリウムやカリウム等）を含まな
い高純度のものを使用する必要がある。

【００２１】また、このクランプリング１４には半導体
ウエハ１のオリエンテーションフラット部分をエッチン
グされないように保護するためのオリフラカバーが一体
に形成されている。このオリフラカバーを図２中に符号
２３で示す。

【００２２】そして、このクランプリング１４は、金属
リング２１が支持部材２４を介してクランプリング上下
機構２５に連結され、このクランプリング上下機構２５
によって昇降自在に支持されている。クランプリング１
４の設置位置は電極１７と軸心が略一致する位置に設定
されている。前記クランプリング上下機構２５はチャン
バー１２の底部に装着されており、前記支持部材２４が
固着された上端部のアーム２６を昇降させることによっ
てクランプリング１４を昇降させる構造になっている。
なお、支持部材２４における前記アーム２６に連結され
る部分には絶縁体２７が介装されている。このようにす
ることでクランプリング１４がクランプリング上下機構
２５に対して絶縁されることになる。

【００２３】すなわち、半導体ウエハ１を電極１７に載
置させた状態でクランプリング１４を下降させ、クラン
プリング１４を半導体ウエハ１に上方から押し付けるこ
とによって、半導体ウエハ１が電極１７上に固定される
ことになる。また、半導体ウエハ１を電極１７から外す
には、クランプリング１４を上昇させた状態で行う。

【００２４】次に、上述したように構成されたエッチン
グ装置によって半導体ウエハ１の上面をエッチングする
手順について説明する。先ず、半導体ウエハ１を電極１
７に載置させる。この半導体ウエハ１は、前記図４
（ａ）に示したような自然酸化膜が上面に露出している
状態のものを用いる。半導体ウエハ１を電極１７に載置
させるに当たっては、クランプリング１４をクランプリ
ング上下機構２５により電極１７より十分に上方へ移動
させ、その状態でロボットを用いた搬送機構（図示せ
ず）等によって前工程の装置（図示せず）から電極１７
上へ移載させる。

【００２５】次に、クランプリング１４をクランプリン
グ上下機構２５によって下降させ、半導体ウエハ１の周
縁部に上方から押し付ける。これによって半導体ウエハ
１は電極１７に上方から付勢されて固定される。このと
き、クランプリング１４における下側に位置する金属リ
ング２１が半導体ウエハ１の上面に接触することにな
る。

【００２６】このように半導体ウエハ１を固定した後、
真空ポンプを作動させてチャンバー１２内を高真空とな
るように減圧させる。続いて、ガス導入口１５からアル
ゴンガスをチャンバー１２内に導入させ、チャンバー１
２の内圧を数mTorr 一定とする。しかる後、電極１７に
ＲＦ電源２０から給電してチャンバー１２内にプラズマ
を発生させ、このプラズマをチュナー１９やコンデンサ
１８で安定にする。このプラズマを図１中に符号２８で
示す。

【００２７】プラズマ２８が発生すると、プラズマ２８
と半導体ウエハ１との間のシース２９で生じるセルフバ
イアスによりプラズマ中のアルゴンイオンが半導体ウエ
ハ１へ向けて加速され、半導体ウエハ１の上面に露出し
ている金属表面の酸化膜にたたきつけられてこの酸化膜
がエッチングされる。このとき、電極１７の上方に位置
するクランプリング１４もエッチングされるが、クラン
プリング１４におけるアルゴンイオンの進行方向上流側
を向く表面はセラミック２２によって被覆されており、
セラミック２２は金属に較べてエッチング速度が約１／
１０程度と低くいため、半導体ウエハ１が重金属によっ
て汚染されることはない。また、このようにエッチング
速度が低い関係から、プラズマ溶射法によって形成され
た薄いセラミックであっても長時間使用することができ
る。さらに、クランプリング１４は金属リング２１が半
導体ウエハ１に接しているためにエッチング時に起こる
チャージが少なくなる。このため、チャージによって半
導体ウエハ１内の薄いゲート酸化膜が破壊されるという
問題も解消される。

【００２８】表１に本発明に係るクランプリング１４を
使用してエッチングを行った場合の重金属汚染量と、従
来のステンレス合金製クランプリングを使用してエッチ
ングを行った場合の重金属汚染量を示す。

【００２９】

【表１】表１に示したように、従来のステンレス合金製クランプ
リングを用いた場合にはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒの重金属が半
導体ウエハ上に１×１０¹²〜１０¹³atoms／cm²存在し
た。これに対して、セラミックを被覆した本発明のクラ
ンプリングを用いた場合はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒの重金属は
測定限界以下であった。なお、重金属汚染量を測定する
に当たっては、全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いた。ま
た、測定に当たり行ったエッチングの深さは熱酸化Ｓｉ
換算で３０ｎｍとした。

【００３０】表２に本発明に係るクランプリング１４を
使用してエッチングを行った場合のチャージに起因する
不良個数と、セラミックのみによって形成されたクラン
プリングを使用した場合のチャージに起因する不良個数
を示す。

【００３１】

【表２】なお、このチャージによるダメージを評価するに当たっ
てはＭＯＳダイオードを用いた。このＭＯＳダイオード
は、ゲート酸化膜厚が９ｎｍで、アンテナ面積／ゲート
面積比をアンテナ比とした。また、一枚に５２個のＭＯ
Ｓダイオードが形成された半導体ウエハを使用した。こ
のため、表２中の数値は、５２チップ中の不良チップ数
を示している。さらに、測定に当たり行ったエッチング
の深さは熱酸化Ｓｉ換算で３０ｎｍとした。

【００３２】表２に示したように、セラミックのみによ
って形成されたクランプリングを用いた場合には、アン
テナ比を１×１０³〜１０⁵にするとゲート酸化膜破壊に
よる不良チップが４個から７個生じた。これに対して、
セラミックを被覆した本発明に係るクランプリングを使
用した場合は、アンテナ比を高く設定してもゲート酸化
膜破壊は起こらなかった。

【００３３】上述したようにエッチングを行い、プラズ
マ２８を消滅させた後は、クランプリング１４をクラン
プリング上下機構２５によって上昇させて半導体ウエハ
１の固定を解除し、次工程の操作が行われる。

【００３４】したがって、金属リング２１にセラミック
２２を被覆させたため、アルゴンイオンはクランプリン
グ１４の金属リング２１には衝突しなくなる。このた
め、重金属汚染を防ぐことができる。これに加えて、金
属リング２１が半導体ウエハ１に接触するため、両者が
電気的に接続されると共に、半導体ウエハ２１にはセラ
ミックより軟弱なステンレス合金が触れることになる。
このため、チャージが起こったり半導体ウエハにパーテ
ィクルが生じたりすることがない。

【００３５】また、本実施例にしめしたようにクランプ
リング１４における半導体ウエハ１に接する部分（金属
リング２１の内面）を電解研磨等の手法を用いて鏡面仕
上げすると、半導体ウエハ１に金属リング２１が接触し
てパーティクルが発生するのをより一層抑えることがで
きる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るエッチ
ング装置は、半導体ウエハをチャンバー内で保持するク
ランプ部材を、イオンの進行方向上流側を向く表面がセ
ラミックによって被覆された金属材によって形成したた
め、イオンはクランプ部材の金属部分には衝突しなくな
るから、半導体ウエハが重金属によって汚染されるのを
確実に防ぐことができる。なお、セラミックは金属より
エッチング速度が小さいので、プラズマ溶射法によって
形成された薄いものであっても長時間使用することがで
きる。

【００３７】また、クランプ部材の金属部分が半導体ウ
エハに接触し、これら両者が電気的に接続されるから、
エッチング時にチャージが起こることがない。このた
め、エッチング時に半導体ウエハ内部の薄いゲート酸化
膜が破壊されることがなく、歩留りを向上させることが
できる。さらに、半導体ウエハにはセラミックよりは軟
弱である金属が触れることになるので、半導体ウエハと
クランプ部材との相対的な位置がずれたとしても半導体
ウエハにはパーティクルは生じ難い。

【００３８】さらに、クランプ部材の母材となるのは金
属であるため、加工性および強度に優れ、半導体ウエハ
に接する部分の鏡面仕上げが可能である。そのようにす
ることでより一層パーティクルの発生を抑えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエッチング装置の断面図である。

【図２】本発明に係るエッチング装置に用いるクランプ
リングの平面図である。

【図３】クランプリングによって半導体ウエハを固定し
ている状態を示す斜視図で、同図はクランプリングおよ
び半導体ウエハを図２におけるIII−III線で破断した状
態を示している。

【図４】多層配線が形成される従来の半導体ウエハの拡
大断面図で、同図（ａ）はスパッタエッチング前の状態
を示し、同図（ｂ）はスパッタエッチングを行っている
ときの状態を示し、同図（ｃ）はエッチング後に金属配
線を設けた状態を示す。

【符号の説明】

１半導体ウエハ１１エッチング装置１２チャンバー１４クランプリング１７電極２１金属リング２２セラミック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタエッチング用チャンバー内に保
持された半導体ウエハにイオンを衝突させてエッチング
を行うエッチング装置において、前記半導体ウエハをチ
ャンバー内で保持するクランプ部材を、イオンの進行方
向上流側を向く表面がセラミックによって被覆された金
属材によって形成したことを特徴とするエッチング装
置。