JPH0691042B2 - エッチング装置 - Google Patents

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、エッチング装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体素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ッチング装置として、ガ
スプラズマ中の反応成分を利用したプラズマエッチング
装置が注目されている。

このプラズマエッチング装置は、気密容器内に配置され
一対の電極例えば電流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エハのエッチングを
行なう装置である。

この様なエッチング装置は、例えば特開昭61−212023
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、半導体ウエハを所望の真空中でエッ
チング処理するため、上記半導体ウエハの保持に真空吸
着機構を使用することができず、上記何れの技術も半導
体ウエ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、半導体ウエハを確実
に保持することは可能であるが、上記クランプリングの
押圧力が所定圧力で上記半導体ウエハを押圧しないと、
電極表面に半導体ウエハの当接面全面が均一に接触され
ず、エッチングが均一とならない問題が発生する。

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

一般に半導体ウエ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、エッチング処理時の半導体ウエハ
は夫々のウエ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、一定条件のウエハの設定ではこの半導
体ウエハの裏面全面が電極に接触することは困難となる
ため、上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、この電極に半導体ウエ
ハを設定して周縁部を電極方向へクランプさせることに
より半導体ウエハ裏面のほぼ全面を電極に接触させてい
る。この場合、半導体ウエ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エハ周縁部が電極と接触せ
ずに浮いた状態となり、上記したエッチングされない部
分が発生し、また、上記クランプ圧を所定圧力より高く
すると半導体ウエハの中心部分が電極から離れ、浮いた
た状態となり上記と同様にエッ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ッチング不
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ッチングを可能とし
たエッ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ッチング不
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ッチング不良を防止
し、均一なエッ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エハのエッチング処理に適
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（２）例えばエアーシリ
ンダーやボールネジ等と連結棒（３）を介して昇降可能
な電極体（４）が設けられている。この電極体（４）は
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
理を施したもので、この電極体（４）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（４）内
部に循環する流路（５）を形成し、この流路（５）を接
続した配管（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（４）の下面には例えばアモルファスカーボ
ン製上部電極（７）が、上記電極体（４）と電気的接続
状態で設けられている。この上部電極（７）と電極体
（４）との間には多少の空間（８）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（９）は上記反応容器（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（７）を介
して反応容器（１）内部へ流出する如く、上部電極
（７）には複数の孔（10）が形成されている。また、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
面から上記上部電極（７）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、エッチング処理される被処理体例えば半導体
ウエハ（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、上記半導体ウエハ（13）は上記上部電極
（９）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
アルミニウム製で表面にアルマイト処理を施してある平
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
は上記半導体ウエハ（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、上記半導体ウエハ
（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エハ（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）は上記反応容器（１）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（18）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（１）外部へ貫通し摺動す
るため、パ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
より半導体ウエハ（13）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そ、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。この調整は、プラズマエッ
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、上記下部電極（14）の中心付近には図
示しない昇降自在なリフターピンが設られており、上記
半導体ウエハ（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
孔が設られており、この複数の孔から半導体ウエハ（1
3）冷却用ガス例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（７）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（１）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（24）下方の反応容器（１）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（７）はRF電源（26）に電気
的接続状態で、エッ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。このようにしてエッチング装置
（27）が構成されている。

次に、上述したエッチング装置（27）の動作を説明す
る。まず、反応容器（１）の図示しない搬入部から被処
理体例えば半導体ウエハ（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
リフターピン（図示せず）を上昇させた状態で上記半導
体ウエハ（13）を受け取り、リフターピンを下降させて
下部電極（14）の表面に当接させる。そして、半導体ウ
エハ（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（18）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エハ（13）周縁部が下部電極
（14）と接触せずに浮いた状態によるエッチング不良の
発生、及び所定値より高圧となり上記半導体ウエハ（1
3）中心部が下部電極（14）から離れ浮いた状態による
エッ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。このエッチング不良の発生を夫々防止でき
る程度の半導体ウエハ（13）周縁部を押圧する荷重範囲
は、例えば５インチ半導体ウエハ（13）では２〜17kg f
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，本数等が適宜選択される。このエアーシリン
ダー（18）の圧力はエッチング装置（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
必要なる。この構成は第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
本シリンダー機構或いは第２図に示すようにリング（1
7）の周縁部に複数本例えば２本のエアーシリンダー（1
8）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（１）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32mm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32mm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20mm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20mm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インチ半導体ウエハ（13）
ではエッチング不良の発生を夫々防止できる半導体ウエ
ハ（13）周縁部を押圧する荷重範囲２〜17kg f程度で、
更にエッチング装置（27）使用場所における設備エアー
の使用圧力範囲例えば４〜6kg/cm²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
が判る。このような適当なエアーシリンダー（18）を使
用して半導体ウエハ（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エハ（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、半導体ウエハ（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10〜100μｍ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
に対応するナッ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ッチング
の均一性をより向上せることができる。このように上記
半導体ウエハ（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
予備室の使用により半導体ウエハ（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）
の所望の間隔例えば数mm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
けられた複数の孔（10）から上記半導体ウエハ（13）表
面へ流出する。同時にRF電源（26）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エハ（13）のエッチングを行な
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）内部に形成された流路（５）に
配管（６）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、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
導体ウエハ（13）の温度も変化し、エッチングに悪影響
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、上記半導体ウエハ（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、エッチング後の排ガス及び半導体ウエハ（13）搬送
時の反応容器（１）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（１）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エハ（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、上記半導体ウエハ（13）円周部に複数
個の爪を配設し、この爪により半導体ウエハ（13）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
部の浮上によるエッチング不良、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ッチ
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、エッチングの均一性の向上及びエッチング不
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ッチ
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……半導体ウエハ、14……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……圧力調整手段、27……エッチング装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。