JPH07211699A - 半導体処理装置用チャンバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チャンバー内のプラズマ密度を均一な状態と
してウエハの処理を行なうことによりデバイスの歩留を
低下させることのない半導体処理装置用チャンバーを提
供する。 【構成】 ウエハＷを保持するステージ４と、ステージ
４を上方から覆う半球状のベルジャー１５と、ベルジャ
ー１５の外周面を一定の厚みで覆う絶縁キャップ１６
と、絶縁キャップ１６の外周面に沿って螺旋状に巻回さ
れてチャンバー１２内にプラズマを発生させるための電
極１７と、隣接する互いの間隔が一定とされ、内部に電
極１７が装入される案内溝２４が形成され、絶縁キャッ
プ１６の外周面に沿って設置されて電極１７を外方側か
ら押さえる電極押さえ部材１８とにより構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング装
置、またはドライアッシング装置等の半導体処理装置に
用いて好適なチャンバーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の製造工程の一つであるド
ライエッチング工程、またはドライアッシング工程に用
いられる装置として、ヘリカルタイプと呼ばれる電極／
チャンバー構造を有する、例えば次に示すような装置が
知られている。

【０００３】図３は、ドライエッチング装置１の構成を
示す図であって、基台２上に軸３を介してステージ４が
支持されており、ステージ４上にウエハＷが保持される
ようになっている。なお、このステージ４は軸３を介し
て接地されている。

【０００４】また、石英製の半球状のベルジャー５がス
テージ４を上方から囲むように設けられており、銅パイ
プ製のコイル状の電極６がベルジャー５の外周面に沿う
ように螺旋状に巻回されている。そして、高周波発振器
７およびマッチングボックス８が電極６の上端部に接続
され、電極６の下端部は接地されており、電極６に高周
波を印加することによりチャンバー９内にプラズマを発
生させるようになっている。

【０００５】また、ガスノズル１０がベルジャー５の頂
部に設けられ、ここからチャンバー９内にエッチングガ
スが導入されるようになっている。一方、真空ポンプ
（図示せず）がチャンバー９下部に接続されており、こ
れによりチャンバー９内が真空排気されるようになって
いる。

【０００６】前記構成のドライエッチング装置１を用い
てウエハＷのエッチングを行なう際には、ウエハＷをス
テージ４上に載置してチャンバー９内を真空排気した
後、チャンバー９内にエッチングガスを導入するととも
に電極６に高周波を印加すると、チャンバー９内にプラ
ズマが発生し、エッチングガスからラジカルが生成され
て、このラジカルによりシリコン基板等がエッチングさ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のドラ
イエッチング装置１におけるベルジャー５は、通常、石
英を成形したものであり、その直径は、例えば７００ｍ
ｍといった程度のものである。そして、ベルジャー５の
作製は手作業によってなされるため、高い寸法精度を維
持することが困難であり、ベルジャー５の形状は平滑な
半球状とはならずに多少の歪みが生じるのが普通であ
る。

【０００８】そこで、ベルジャー５の外周面に銅パイプ
製の電極６を巻回するわけであるが、電極６も相当の硬
度を有しているため、図４に示すように、ベルジャー５
に歪みがある場合には電極６がその歪みにまで追従して
ベルジャー５表面に密着するように巻回することができ
ず、電極６とベルジャー５との間に隙間１１が生じてし
まう。すると、ベルジャー５の全面において、電極６と
ベルジャー５が密着した部分と密着していない部分とで
は電極６とベルジャー５との間のコンデンサ容量が異な
ることになる。

【０００９】このような状態のチャンバー９をドライエ
ッチング装置１に適用して、チャンバー９の内部にプラ
ズマを発生させると、電極６とベルジャー５が密着した
部分と密着していない部分の近傍でプラズマ状態が異な
る、すなわち、チャンバー９内のプラズマ密度が不均一
となる。そこで、ウエハＷの処理を行なうと、例えばプ
ラズマ密度の不均一に起因するウエハＷのチャージアッ
プ等、ウエハＷのデバイス特性に悪影響となる種々の問
題が発生する。したがって、このことによりデバイスの
生産歩留が低下するという半導体の製造にとって非常に
重大な問題が生じることになる。

【００１０】また、ベルジャー５の外周面へ電極６を巻
回する際に、螺旋状に巻回する電極６の各巻間のピッチ
Ｐをどの箇所でも同一となるように維持するのは非常に
困難であり、ピッチＰのバラツキが生じてしまうことが
避けられない。そして、そのバラツキが生じた状態のチ
ャンバー９をドライエッチング装置１に適用し、ウエハ
Ｗの処理を行なうと、ピッチＰが異なる箇所でプラズマ
の密度が異なるため、前記と同様、デバイスの生産歩留
が低下するという重大な問題が生じることになる。

【００１１】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであって、チャンバー内のプラズマ密度を均
一な状態としてウエハの処理を行なうことによりデバイ
スの生産歩留を低下させることのない半導体処理装置用
チャンバーを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の半導体処理装置用チャンバーは、
ウエハを保持するステージと、内部が真空排気可能とさ
れ、処理ガスが供給されるとともにプラズマを発生させ
ることにより前記ウエハの処理を行なうべく、前記ステ
ージを上方から覆う半球状のベルジャーと、該ベルジャ
ーの外周面を一定の厚みで覆う誘電体層と、該誘電体層
の外周面に沿って螺旋状に巻回され、一端に高周波電源
が接続されて前記ベルジャーの内部にプラズマを発生さ
せるための電極とにより構成されたことを特徴とするも
のである。

【００１３】また、請求項２記載の半導体処理装置用チ
ャンバーは、ウエハを保持するステージと、内部が真空
排気可能とされ、処理ガスが供給されるとともにプラズ
マを発生させることにより前記ウエハの処理を行なうべ
く、前記ステージを上方から覆う半球状のベルジャー
と、該ベルジャーの外周面に沿って螺旋状に巻回され、
一端に高周波電源が接続されて前記ベルジャーの内部に
プラズマを発生させるための電極と、隣接する互いの間
隔が一定とされ、内部に前記電極が装入される複数の案
内溝が形成され、前記ベルジャーの外周面に沿って設置
されて前記電極を前記ベルジャーの外方側から押さえる
電極押さえ部材とにより構成されたことを特徴とするも
のである。

【００１４】また、請求項３記載の半導体処理装置用チ
ャンバーは、ウエハを保持するステージと、内部が真空
排気可能とされ、処理ガスが供給されるとともにプラズ
マを発生させることにより前記ウエハの処理を行なうべ
く、前記ステージを上方から覆う半球状のベルジャー
と、該ベルジャーの外周面を一定の厚みで覆う誘電体層
と、該誘電体層の外周面に沿って螺旋状に巻回され、一
端に高周波電源が接続されて前記ベルジャーの内部にプ
ラズマを発生させるための電極と、隣接する互いの間隔
が一定とされ、内部に前記電極が装入される複数の案内
溝が形成され、前記誘電体層の外周面に沿って設置され
て前記電極を前記誘電体層の外方側から押さえる電極押
さえ部材とにより構成されたことを特徴とするものであ
る。

【００１５】また、請求項４記載の半導体処理装置用チ
ャンバーは、請求項１記載の半導体処理装置用チャンバ
ーにおいて、前記誘電体層に、隣接する互いの間隔が一
定とされ、内部に前記電極が装入される案内溝が形成さ
れたことを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】請求項１記載の半導体処理装置用チャンバーに
おいては、半球状のベルジャーの外周面に設けられた一
定の厚みの誘電体層上に電極が螺旋状に巻回されるの
で、ベルジャーの歪みが誘電体層によって補正されて誘
電体層の外周面は円滑な半球状となることにより誘電体
層と電極が密着した状態となる。したがって、電極をベ
ルジャーに直接巻回した場合と比べて、電極と誘電体層
との間のコンデンサ容量がベルジャーの全周面において
均一となる。さらに、ベルジャーが歪んだ箇所ではベル
ジャーと誘電体層との間に隙間が生じるが、ベルジャ
ー、誘電体層ともに誘電性材料のため、その隙間はベル
ジャーの広い全外周面におけるベルジャー、誘電体層の
２層からなる誘電層間のコンデンサ容量のわずかな差を
生じさせるのみである。したがって、電極をベルジャー
に直接巻回した場合の電極とベルジャーとの隙間による
コンデンサ容量の差に比べて、コンデンサ容量への隙間
の影響を低減させることができ、ベルジャー内に均一な
密度のプラズマを発生させることができる。

【００１７】また、請求項２記載の半導体処理装置用チ
ャンバーにおいては、電極押さえ部材がベルジャーの外
周面に沿って巻回される電極を上方から押さえることに
より電極の位置を固定するとともに、隣接する互いの間
隔が一定とされた案内溝に電極を装入することにより螺
旋状に巻回する電極の各巻間のピッチをどの箇所におい
ても一定に保持することができるので、ベルジャー内に
均一な密度のプラズマを発生させることができる。

【００１８】また、請求項３記載の半導体処理装置用チ
ャンバーにおいては、請求項１記載のものと同様、ベル
ジャーの外周面に設けた誘電体層が、電極と誘電体層と
の間のコンデンサ容量をベルジャーの全周面において均
一に保持し、ベルジャーの歪みによるコンデンサ容量へ
の影響を低減させるとともに、請求項２記載のものと同
様、電極押さえ部材が、螺旋状に巻回する電極のピッチ
を一定に保持するので、双方の作用によりベルジャー内
に均一な密度のプラズマを発生させることができる。

【００１９】また、請求項４記載の半導体処理装置用チ
ャンバーにおいては、請求項１記載の半導体処理装置用
チャンバーにおける誘電体層に、隣接する互いの間隔が
一定とされ、電極が装入される案内溝を形成した構成と
したため、請求項１記載の半導体処理装置用チャンバー
の作用に加えて、螺旋状に巻回する電極のピッチを一定
に保持することができるので、ベルジャー内に均一な密
度のプラズマを発生させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の半導体処理装置用チャンバー
の一実施例を図１および図２を参照して説明する。図１
は、本実施例のチャンバー１２（半導体処理装置用チャ
ンバー）を適用したドライエッチング装置１３の構成を
示す図であり、図中符号１２はチャンバー、１４はステ
ージ、Ｗはウエハである。そして、本実施例におけるチ
ャンバー１２は、ベルジャー１５、絶縁キャップ１６
（誘電体層）、電極１７、電極押さえ部材１８により構
成されている。

【００２１】ステージ１４が基台２５上に軸２６を介し
て支持されており、エッチング処理を行なうべきウエハ
Ｗはステージ１４上に保持されるようになっている。な
お、ステージ１４は軸２６を介して接地されている。

【００２２】石英製の半球状のベルジャー１５が、ステ
ージ１４を上方から囲むように設けられており、ベルジ
ャー１５下部に形成されたフランジ部１５ａを後述する
絶縁キャップ１６で挟持することによりベルジャー１５
が基台２５に固定されるようになっている。そして、ガ
スノズル２１が、ベルジャー１５の頂部にその先端を鉛
直方向下方、すなわちステージ１４方向に向けて設置さ
れており、装置の外部に設けられた、例えばＣＦ4 、Ｃ
ＨＦ3 等のエッチングガスが封入されたガスボンベ等の
エッチングガス供給手段（図示せず）に接続されてい
る。これにより、チャンバー１２内にはガスノズル２１
を介してエッチングガスが供給されるようになってい
る。また、ベルジャー１５には真空ポンプ等の真空排気
手段２７が接続されるとともに、ベルジャー１５下部の
フランジ部１５ａと基台２５との間にはシール部材２２
が介装されており、ベルジャー１５内部が真空排気され
るとともに、内部の気密状態が保持されるようになって
いる。

【００２３】また、半球状の絶縁キャップ１６が、ベル
ジャー１５の外周面に接触するように嵌合されている。
絶縁キャップ１６は、絶縁性を有するとともに加工性、
耐熱性が良好な、例えばテフロン等の合成樹脂を成形し
たものであり、頂部にはガスノズル２１を挿通させるた
めの孔１６ａが形成されており、高い加工精度で歪みが
ほとんどない半球状に作製されたものである。

【００２４】そして、銅パイプ製のコイル状の電極１７
が、絶縁キャップ１６の外周面に沿うように螺旋状に巻
回されている。そして、電極１７の上端は、接続部２３
を介して装置の外部に設置された高周波発振器７および
マッチングボックス８に接続されるとともに、電極１７
の下端は接地された状態になっている。

【００２５】また、電極１７は、絶縁キャップ１６の外
方側から電極押さえ部材１８により固定されている。電
極押さえ部材１８は、絶縁キャップ１６の外周面を頂部
と下部を結ぶ方向に延びる一対の半環状部材１８ａが頂
部で接合されたものであって、接合部にはガスノズルを
挿通させるための孔１８ｂが形成されている。そして、
電極押さえ部材１８の内面側には、電極１７の外径にほ
ぼ一致した幅で電極１７が装入可能とされ、かつ、隣接
するもの同士のピッチＰ1 が一定とされた案内溝２４が
形成されており、この案内溝２４に電極１７が装入され
ることにより絶縁キャップ１６上に螺旋状に巻回される
電極１７の位置が固定されるようになっている。この電
極押さえ部材１８は、絶縁キャップ１６と同様、テフロ
ン等の合成樹脂により成形されたものである。

【００２６】前記構成のチャンバー１２の組み立て作業
を行なう際には、電極押さえ部材１８を内面側、すなわ
ち案内溝２４側が上方を向くように任意の固定台（図示
せず）上に固定した後、パイプ状の電極１７を９０°づ
つ４方向に延びた電極押さえ部材１８の各案内溝２４内
に装入しつつ螺旋状に巻回していく。また一方で、ベル
ジャー１５に絶縁キャップ１６を嵌合させておき、電極
１７を装着した電極押さえ部材１８を絶縁キャップ１６
に嵌合させ、これを固定ネジ（図示せず）により固定す
る。

【００２７】このドライエッチング装置１３を用いてウ
エハＷのエッチング処理を行なう際には、まず、ウエハ
Ｗをステージ１４上に載置し、真空ポンプ２７を作動さ
せてチャンバー１２内を所定の真空度まで排気する。そ
して、チャンバー１２内が所定の真空度に到達した後、
ガスノズル２１を介してエッチングガスをチャンバー１
２内に所定の流量で供給するとともに、高周波発振器に
より電極１７に高周波を印加すると、チャンバー１２内
にプラズマが発生する。ここで、エッチングガスはプラ
ズマ中で解離してラジカルを生成し、これがシリコン基
板、シリコン酸化膜等をエッチングする。

【００２８】本実施例のチャンバー１２においては、ベ
ルジャー１５の外周面に絶縁キャップ１６が設けられて
いるので、ベルジャー１５の歪みが絶縁キャップ１６に
よって覆われて絶縁キャップ１６の外周面は平滑な半球
状に形成されることにより、絶縁キャップ１６とその外
側に巻回される電極１７とが密着した状態となる。した
がって、歪んだベルジャー１５に電極１７を直接巻回し
た場合と比べて、電極１７と絶縁キャップ１６との間の
コンデンサ容量が全周面において均一になる。

【００２９】さらに、ベルジャー１５が歪んだ箇所では
ベルジャー１５と絶縁キャップ１６との間に隙間が生じ
るが、ベルジャー１５、絶縁キャップ１６ともに誘電性
材料のため、その隙間はベルジャー１５の広い全外周面
におけるベルジャー１５、絶縁キャップ１６の２層から
なる誘電層間のコンデンサ容量のわずかな差を生じさせ
るのみである。したがって、電極１７をベルジャー１５
に直接巻回した場合の電極１７とベルジャー１５との隙
間によるコンデンサ容量の差に比べて、コンデンサ容量
への隙間の影響を低減させることができ、チャンバー１
２内に均一な密度のプラズマを発生させることができ
る。

【００３０】また、本実施例においては、電極押さえ部
材１８の案内溝２４によって絶縁キャップ１６上におけ
る電極１７の位置が固定されることにより、螺旋状の電
極１７の各巻間のピッチＰ1 がどの箇所においても一定
に保持されるので、この作用によってさらにチャンバー
１２内に発生するプラズマの密度を均一とする効果を奏
することができる。

【００３１】このようにプラズマの密度を均一とし得る
本実施例のドライエッチング装置１３を用いて、実際に
直径８インチのウエハのエッチング処理を行なった結
果、ウエハ内におけるエッチング量バラツキを±２％程
度に抑さえることができ、エッチング量バラツキが±６
〜１０％程度生じていた従来のドライエッチング装置に
比べて、ウエハ内におけるエッチング量バラツキを低減
させることができた。すなわち、エッチングのウエハ内
均一性が向上したことにより、デバイスの生産歩留を向
上させることができた。

【００３２】また、本実施例の構成によれば、チャンバ
ー１２の組立作業を行なうに際して、パイプ状の電極１
７を４方向に延びる電極押さえ部材１８の各案内溝２４
に装入するように巻回していけば、電極１７の形状を滑
らかな螺旋状とするとともに、各巻間のピッチＰ1 を一
定とすることができるので、電極押さえ部材のない従来
のドライエッチング装置の場合と比較して、電極１７の
巻回作業、ひいてはチャンバー１２の組立作業を短時間
に能率良く行なうことができる。

【００３３】なお、本実施例においては、絶縁キャップ
１６と電極押さえ部材１８の双方を設けることにより、
チャンバー１２内に発生させるプラズマの密度を均一に
するように構成したが、この構成に限るものではなく、
絶縁キャップ１６と電極押さえ部材１８のいずれか一方
のみを備えたものでもよく、その場合でも従来装置に比
べてプラズマ密度の均一性を十分向上させることができ
る。また、案内溝２４が形成された電極押さえ部材１８
を設ける代わりに絶縁キャップ１６側に案内溝２４を形
成してもよい。また、絶縁キャップ１６および電極押さ
え部材１８の材料については、絶縁性を有し、高い加工
精度を確保できるものであれば、テフロン等の合成樹脂
に限らず、種々の材料を用いることができる。さらに、
本実施例では、チャンバー１２をドライエッチング装置
１３に適用した場合について説明したが、チャンバー内
でプラズマを発生させてウエハの処理を行なう他の装
置、例えばドライアッシング装置、プラズマＣＶＤ装置
等の装置にも本発明を適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
記載の半導体処理装置用チャンバーにおいては、ベルジ
ャーと電極との間に一定の厚みの誘電体層が設けられた
ことにより、誘電体層の全外周面にわたって電極と誘電
体層とが確実に接触して電極と誘電体層との間のコンデ
ンサ容量を均一にするとともに、ベルジャーの歪みのコ
ンデンサ容量への影響を低減することで、チャンバー内
に発生するプラズマの密度を均一にすることができる。
したがって、チャンバー内のウエハをバラツキが少なく
均一に処理できるため、デバイスの生産歩留を向上させ
ることができる。

【００３５】また、請求項２記載の半導体処理装置用チ
ャンバーにおいては、ベルジャーの外周面に螺旋状に巻
回される電極が装入される案内溝を有する電極押さえ部
材が設けられたことにより、電極の各巻間のピッチがど
の箇所においても一定となることで、チャンバー内に発
生するプラズマの密度を均一にすることができる。した
がって、チャンバー内のウエハをバラツキが少なく均一
に処理できるため、デバイスの生産歩留を向上させるこ
とができる。

【００３６】また、請求項３記載の半導体処理装置用チ
ャンバーにおいては、ベルジャーと電極との間に一定の
厚みの誘電体層が設けられ、かつ、電極が装入される案
内溝を有する電極押さえ部材が設けられたことにより、
誘電体層の全外周面にわたって電極と誘電体層とが確実
に接触して電極と誘電体層との間のコンデンサ容量が均
一になるとともに、ベルジャーの歪みのコンデンサ容量
への影響が低減すること、および電極の各巻間のピッチ
がどの箇所においても一定となることの双方の作用で、
チャンバー内に発生するプラズマの密度を均一にするこ
とができる。したがって、チャンバー内のウエハをバラ
ツキが少なく均一に処理できるため、デバイスの生産歩
留を向上させることができる。

【００３７】また、請求項４記載の半導体処理装置用チ
ャンバーにおいては、請求項１記載の半導体処理装置用
チャンバーにおける誘電体層に、電極が装入される案内
溝が形成されたことにより、電極の各巻間のピッチを一
定とすることができ、チャンバー内に発生するプラズマ
の密度を均一にすることができる。したがって、チャン
バー内のウエハをバラツキが少なく均一に処理できるた
め、デバイスの生産歩留を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体処理装置用チャンバーの一実施
例を示す側断面図である。

【図２】従来の半導体処理装置用チャンバーの一例を示
す側断面図である。

【図３】同チャンバーの一部を拡大視した側断面図であ
る。

【符号の説明】 １２ チャンバー（半導体処理装置用チャンバー） １３ ドライエッチング装置 １４ ステージ １５ ベルジャー １６ 絶縁キャップ（誘電体層） １７ 電極 １８ 電極押さえ部材 ２４ 案内溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハを保持するステージと、 内部が真空排気可能とされ、処理ガスが供給されるとと
   もにプラズマを発生させることにより前記ウエハの処理
   を行なうべく、前記ステージを上方から覆う半球状のベ
   ルジャーと、 該ベルジャーの外周面を一定の厚みで覆う誘電体層と、 該誘電体層の外周面に沿って螺旋状に巻回され、一端に
   高周波電源が接続されて前記ベルジャーの内部にプラズ
   マを発生させるための電極とにより構成されたことを特
   徴とする半導体処理装置用チャンバー。
2. 【請求項２】 ウエハを保持するステージと、 内部が真空排気可能とされ、処理ガスが供給されるとと
   もにプラズマを発生させることにより前記ウエハの処理
   を行なうべく、前記ステージを上方から覆う半球状のベ
   ルジャーと、 該ベルジャーの外周面に沿って螺旋状に巻回され、一端
   に高周波電源が接続されて前記ベルジャーの内部にプラ
   ズマを発生させるための電極と、 隣接する互いの間隔が一定とされ、内部に前記電極が装
   入される複数の案内溝が形成され、前記ベルジャーの外
   周面に沿って設置されて前記電極を前記ベルジャーの外
   方側から押さえる電極押さえ部材とにより構成されたこ
   とを特徴とする半導体処理装置用チャンバー。
3. 【請求項３】 ウエハを保持するステージと、 内部が真空排気可能とされ、処理ガスが供給されるとと
   もにプラズマを発生させることにより前記ウエハの処理
   を行なうべく、前記ステージを上方から覆う半球状のベ
   ルジャーと、 該ベルジャーの外周面を一定の厚みで覆う誘電体層と、 該誘電体層の外周面に沿って螺旋状に巻回され、一端に
   高周波電源が接続されて前記ベルジャーの内部にプラズ
   マを発生させるための電極と、 隣接する互いの間隔が一定とされ、内部に前記電極が装
   入される複数の案内溝が形成され、前記誘電体層の外周
   面に沿って設置されて前記電極を前記誘電体層の外方側
   から押さえる電極押さえ部材とにより構成されたことを
   特徴とする半導体処理装置用チャンバー。
4. 【請求項４】 請求項１記載の半導体処理装置用チャン
   バーにおいて、 前記誘電体層に、隣接する互いの間隔が一定とされ、内
   部に前記電極が装入される案内溝が形成されたことを特
   徴とする半導体処理装置用チャンバー。