JPH0766174A - プラズマ・エッチング・ツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 エッチング・ツールにおいて各ウェハの全表
面にわたるエッチングを対称にする。 【構成】 プラズマまたはRIEエッチング・ツールにお
いて、ウェハ２６を支持するペデスタルと共に使用す
る、独自に設計された輪３０を提供する。各輪またはカ
ラーは、選択された絶縁体から形成され、ウェハの端に
おけるまたはその近辺の垂直でない電界線をなくすかあ
るいは大幅に減らすために、プラズマシースおよびペデ
スタルの端の電界線の方向を変えるような、選択された
形、高さ、直径、厚さに形成される。プラズマから分離
しエッチングを行うイオンの方向を制御することによっ
て、エッチング・ツールの中の各ウェハの全表面にわた
るエッチングを対称にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハのプラズ
マ・エッチングまたは反応性イオン・エッチング（RIE
Reactive Ion Etching）、特に、プラズマまたはRIEエ
ッチング装置の改良された電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハのような製品をエッチング
するために、RIEおよびプラズマ・エッチング技術が広
く使用されている。これらの技術は基本的には、選択さ
れた領域における選択された表面材料、例えば半導体の
ウェハ表面の二酸化けい素、を取り除くために、プラズ
マでウェハを露光することを含む。不必要なエッチング
を防ぐエッチング・マスクとして、フォトレジストのよ
うな高分子材料が使用される。エッチングが化学的また
は物理的方法で実行される場合、エッチング処理は限定
されるので、選択された材料のエッチングは非常に緻密
に制御することができる。

【０００３】現在使用されているエッチング・ツールは
これまで大いに改良されてきており、ガス流、圧力、温
度、総体的な電界、およびプラズマ形成をより緻密に制
御できるようになってきたけれども、まだ非対称なエッ
チングが処理中に起こることがある。

【０００４】RIEまたはプラズマ・エッチングは、ウェ
ハ、ペデスタルおよびプラズマシース、すなわちプラズ
マ雲の端、の間に存在する電界によってイオンがプラズ
マから分離しエッチングを行うことにより起こる。プラ
ズマから分離したイオンは、電界線にそって進み、ウェ
ハの表面の選択された露光された領域に衝突し反応を起
こす。理想的にはこれらの電界線は、ウェハの全表面に
垂直でなければならない。しかし、工業的に使用されて
いる装置におけるウェハやペデスタルの端、およびいく
つかの装置において使用されているウェハ保持クリップ
は、プラズマシース、ウェハ、ペデスタルおよびクリッ
プ間の電界線の方向のひずみまたは変化を誘発する。ウ
ェハやペデスタルの歪曲は、電界およびプラズマシース
のひずみを悪化させる。したがって、ペデスタル設計
は、ウェハの端近くの電界をさらに曲げることがある。
このような電界の変化は、プラズマから分離しエッチン
グを行うイオンに影響し、ウェハの表面に対して鋭角ま
たは鈍角に作用を及ぼすようにさせる。イオン投射の角
度が垂直でないために、ウェハのエッチングが非対称に
なる。このような非対称なエッチングは、高レベル・プ
ラズマシースおよび、ウェハおよびペデスタルの端によ
って起こる電界線のひずみのために、ウェハの周囲で特
に激しい。

【０００５】現在まで、不均一性の問題を解決するため
の多くの試行が行われた。これらの試みの中には、クォ
ーツ・スペーサを使用して陰極からウェハを離すこと
や、ウェハの表面をカーブさせることや、プラズマ・ガ
スの流れを変えることや、領域の大きい平らな陽極が使
用された時陰極上のウェハの物理的位置に関してウェハ
・ペデスタルを様々な方向に変えることがある。また装
置それ自体も、従来技術の大きい平らな配電板を使用す
ることをやめ、ウェハが本質的に垂直方向に取り付けら
れる中央に置かれた六角形のポストに代えることによっ
て、変えられた。

【０００６】上記の解決策により、全エッチングの対称
性が改善されたが、しかし本発明に至るまでは、ウェハ
の全表面上の対称なエッチングは実現されなかった。

【０００７】さらに高密度の半導体装置に対する要求が
増加するにつれ、表面のエッチングされた穴が少しでも
対称でなければ、その表面は装置を不完全にすることに
なる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プラ
ズマシースおよびウェハの間の電界線を全ウェハ表面に
わたり本質的に垂直にしてウェハの全表面にわたるエッ
チングを対称にすることによって、プラズマ・エッチン
グ装置におけるエッチングの対称性を改善することであ
る。

【０００９】本発明の他の目的は、ウェハ表面のすべて
の領域におけるすべてのフィーチャ（feature）のエッ
チングが、ウェハ上の領域の位置に関係なく対称にエッ
チングされることを保証する配置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】バッチ型エッチング・ツ
ールにおいて、各ウェハを支持する、一意的な輪または
カラーを持つペデスタルを提供することにより、エッチ
ング・ツールの中の各ウェハの全表面において対称なエ
ッチングが得られ、従来技術における非対称の欠陥をな
くすことができる。

【００１１】この重要な改良は、エッチング・ツールに
おいて、一意的に設計された輪を持つ、各ウェハを支持
するペデスタルを提供することにより、行うことができ
る。各輪またはカラーは以下に詳述されるように、プラ
ズマシースを変更しペデスタルの端における電界線の方
向を変えるために、選択された絶縁または誘電性の材料
から、選択された高さ、直径、厚さに形成される。この
ような変更は、ウェハの端におけるまたは端近くの垂直
でない電界線をなくすかあるいは大幅に減らし、したが
って、プラズマから分離しエッチングを行うイオンの方
向を特に制御する。

【００１２】

【実施例】本発明は、従来技術における非対称の問題
を、従来の装置において存在する電磁界のひずみを排除
するように設計された内部直径、高さ、厚さ、形を持つ
輪またはカラーを持つ各ペデスタルにウェハを設置する
ことによって、解決する。このようなひずみを本質的に
排除することによって、エッチングされるウェハの全表
面にわたる本質的に均一なプラズマシースが達成され、
それにより、プラズマから分離しウェハの表面に衝突す
るイオンの方向が適切なものとなり、より緻密に均一な
エッチングが可能となる。

【００１３】今日、ウェハ製品は一般にバッチ型でエッ
チングされる。図１は、半導体産業において一般に使用
されるバッチ型プラズマ・エッチング装置の内部の概略
図である。このような装置の市販のものには、アプライ
ド・マテリアル社のモデル８３１０がある。この装置
は、低圧力でバッチ型のウェハの反応性イオン・エッチ
ング・ツールである。ここに示されるように、この装置
は、通常ステンレス・スチールあるいは他の適当な金属
で作られた圧力室１０を持つ。この室１０の中には、筒
型の陽極電極１２があり、中央には、各面に垂直に一直
線に並ぶ先細になった複数のペデスタル１８を持つ六角
形の陰極１４がある。エッチングされるウェハ１６は、
先細にされたペデスタル１８の上に置かれる。陽極およ
び陰極は、適当な高周波（RF）電源１７に接続される。
適当なエチング・ガスが、適当な源（示されていない）
からチューブ１５を通して室１０に送られる。室が適当
な圧力でこのようなガスで満たされ、RF源１７から電力
を印可すると、プラズマが形成される。必要な場合、ガ
スは真空ポンプ（示されていない）に連結するコンセン
ト・チューブ１９を通して室１０から抜き出される。上
記のように、このような装置は半導体産業において広く
使用され市販されているので、そのフィーチャおよび使
用方法に関してここでは詳述しない。

【００１４】図２および図３は、ペデスタル１８とその
上に取り付けられたウェハ１６の拡大図である。図２
は、ウェハ１６を固定したペデスタル１８の表面の図で
ある。現在のアプライド・マテリアル社の装置におい
て、ウェハは複数のＳ字型の保持クリップ２０によって
固定される。他のプラズマ・エッチング装置は、異なる
保持方法を使用することがある。図３は、上記のアプラ
イド・マテリアル社の装置における、ペデスタル１８、
ウェハ１６、プラズマシース２２および、シースとペデ
スタル、ウェハの間ある電界線２４の側面断面図であ
る。図３から、ペデスタル１８の下部１８ａは上部１８
ｂより厚く、ペデスタルの表面が中央の陰極１４に対し
て角度を持つことが解る。ペデスタル１８のこの傾斜し
た表面１８ｃは、ペデスタル上にウェハを置いたりそこ
からウェハを取り除いたりするために現在使用されてい
る取り扱い方法のために必要とされる。陰極１４の垂直
な表面に対してペデスタルの表面１８ｃが傾斜している
ので、プラズマシースのひずみおよび電界の屈折がさら
に悪化される。その影響は、全ペデスタルの周辺部で起
こり、ペデスタルの材料によって変化する。クリップ２
０がペデスタル上のウェハを保持するために使用される
と、電界線はその周りでわずかにゆがむことがある。し
かし、クリップの周りのひずみはとても小さいので、ウ
ェハの表面でエッチングされる隣接するフィーチャの対
称性には影響しない。

【００１５】図３に示されるように、ペデスタルの端は
ウェハとペデスタルの端の近くでプラズマシースのひず
みを起こし、電界線２４のウェハ１６の表面に対する角
度を偏向させ、垂直でないようにする。このひずみの影
響は、ウェハの端から２５mm離れたところまで及ぶ。こ
こに示されるように、電界線２４の角度は、ウェハの端
およびペデスタルの端に接近するにつれますます垂直で
なくなる。これらの垂直でない電界線は、２４ａで示さ
れる。上記のようにプラズマから分離したイオンは電界
線にそって進むので、ウェハの表面に垂直でない電界線
は、ウェハの表面のエッチングされるフィーチャ、例え
ば穴または開口を非対称にする。直径が１２５mmのウェ
ハ上では、このウェハ上に製造されたチップの４０％に
影響を与えることがある。

【００１６】この非対称は、図４および図５によってさ
らに明らかに示される。図４および図５は、従来の装置
を使用して半導体ウェハの表面にエッチングされた穴２
１の走査電子顕微鏡（SEM）写真である。図４は穴２１
の断面図であり、図５は同じ穴２１の平面図である。こ
の穴２１は、一連のフォトレジストおよびエッチング処
理によって、半導体ウェハ１６の表面に作成された。穴
２１の底面の中心から垂直に伸びる軸２３（図４）に対
する非対称の影響は、第２のエッチング処理の後の図５
における穴２１の左側２１ａにおいて特に顕著である。
これらの図から、ウェハの表面に垂直に引いた線に対し
て、穴の左側の壁が右側の壁より大きい角度を形成し、
そのために穴が非対称となっていることが解る。この非
対称は、エッチング処理が繰り返されるにつれさらにひ
どくなる。

【００１７】図６は、ウェハ２６を取り付けられたペデ
スタル２８の側面断面図である。このペデスタル２８
は、本発明の一意的な輪３０を備えている。図８により
詳しく示される輪３０は、セラミックまたはプラスチッ
クのような絶縁性または誘電性の材料で形成される。

【００１８】輪３０は、より厚い下部のふち３２およ
び、より薄く筒型の上部の壁３４を持つ。下部のふち３
２は、図６に示されるようにふちが囲むペデスタルのテ
ーパーと適合するために、図９に示されるようにその直
径に沿って先細になっている。保持クリップが使用され
る時、輪３０はさらに、ふちの円周上にクリップ２０と
隣接する複数の溝３３を備える。

【００１９】輪を設計する際、壁の高さは、プラズマシ
ースがウェハの全表面にわたって均一であるようにする
ように選択される。壁が高過ぎると、例えば約６cmであ
ると、プラズマシースは同様にゆがめられ輪の効果が失
われる。壁の厚さは、使用される材料の特性を維持しな
がら、できる限り薄くしなければならない。したがっ
て、セラミックのようないくつかの塑型材料はその材料
の特性のために、機械処理されたプラスチックより厚い
壁を必要とすることがある。最後に、壁の内部直径は、
ウェハの端から２０mm以上離れず、２．５mm以上近づか
ないことが好ましい。

【００２０】本発明の好ましい実施例で説明される結果
を達成するために使用される輪は、ゼネラル・エレクト
リック社が販売しているLEXAN（商品名）のポリカーボ
ネート・プラスチックから形成された。アプライド・マ
テリアル社のモデル８３１０で使用される輪３０は、ふ
ち３２の内部直径が１４．７０cmであり、上部に拡張す
る壁３４の内部直径が１４．４５cm、ペデスタル表面１
８ｂより上の高さが１．７８cm、厚さが０．５０８cmで
ある。壁３４の内部直径は、下部のふちの内部直径より
小さく、下部のふち３２の内部表面に被さりペデスタル
２８の端を覆うことに留意する必要がある。溝３３は、
高さ１．７０cm幅２．５４cmで、溝の頂点はふちと壁の
境界で終わる。これらの溝３３は、ペデスタルの表面に
ウェハを挿入したり置いたりそこから取り除いたりする
ために開かれる保持クリップ２０を自由に動かせるよう
にする。保持クリップを使用しない他の装置を使用する
場合、これらの穴は必要でないことに注意されたい。１
２５mmウェハと共に使用される時、輪３０は、図７に示
されるように全ウェハ表面上のすべての電界線３６がウ
ェハ表面に本質的に垂直であるように、電界を変える。

【００２１】図６および図７に参照し、本発明による輪
３０によって変更されたプラズマシース３８をさらに説
明する。図７は特に、輪３０と接触するシース３８とペ
デスタル２８の間の電界線３６が、ウェハの端の領域に
おいて、本発明の輪３０によってどのように変更される
かを示す。図７において、輪３０特にその上部の壁３４
がプラズマシース３８を変更すること、すなわち、ペデ
スタルの端においてシースが下向きに曲がることを防ぐ
ことによって、シース３８を全ウェハ表面にわたって本
質的に平らにしていることが解る。したがって輪３０は
本質的に、ペデスタルの端によってプラズマシース３８
および電界線３６に及ぼされる影響を排除する。ペデス
タルの端の影響を変更することによって、ウェハの端に
おける電界線３６が、ウェハの表面に対して本質的に垂
直な方向をとるようになる。このことは、輪３０が効果
的にペデスタルの端の影響をなくし、プラズマシースが
全ウェハ表面にわたって本質的に平らなままであるよう
強制することにより、起こる。ウェハの直径がペデスタ
ルの直径より小さいので、シースとペデスタルの表面の
間の高さにわずかな差が生じ、プラズマシースは輪３０
の壁３４に沿って上昇し始める前にわずかに下降する。
しかしこの下降は、ウェハの表面に形成されたフィーチ
ャの対称にはたいして影響しない。上記のように、プラ
ズマから分離したイオンは電界線に沿って進むので、垂
直でない電界線３６に続くどのイオンもウェハの端から
遠ざけられ、ウェハの表面でエッチングされるフィーチ
ャの非対称を起こさない。

【００２２】対称なフィーチャ、すなわち本発明の輪３
０を使用して半導体ウェハの表面に形成された穴が、半
導体ウェハ２６の表面にエッチングされた穴４０の写真
である図１０および図１１に示される。図１０は穴の断
面図であり、図１１は同じ穴の平面図である。この穴
は、図４および図５に示される非対称な穴２１を作成す
るために行った処理と全く同じ処理を行って、半導体ウ
ェハの同じ領域にエッチングされたものである。図１０
および図１１で穴の中央からウェハの表面に垂直に伸び
る軸２３と比較すると、非対称を排除する輪３０の効果
は明らかである。したがって、すべての壁がウェハの表
面に垂直に引かれた線に関して同じ角度であることが明
らかである。

【００２３】好ましい実施例がウェハの表面に穴をエッ
チングすることに関して記述されたけれども、本発明
は、部品の表面から出ているあるいは部品の表面からへ
こんでいる他のフィーチャを残すために、適当な部品の
表面をエッチングするのに使用することもできることに
留意する必要がある。本発明を使用することにより、こ
のように形成されたフィーチャは、部品の表面に垂直に
引かれた軸に対して同じ角度である壁を持つ。

【００２４】したがって本発明は、プラズマまたはRIE
エッチング装置において輪３０を使用することによっ
て、エッチング装置の中の位置あるいは部品表面上のフ
ィーチャの位置に関係なく、部品の表面または部品の中
のフィーチャの対称なエッチングが得られることを開示
する。

【００２５】このことは、輪の中のプラズマシースのひ
ずみを排除することによって、輪３０が部品表面に対し
てプラズマシースを均一にすることにより、達成され
る。

【００２６】本発明がバッチ型エッチング装置で使用さ
れるように記述されたが、本発明はまた、単一ウェハ・
エッチング装置または異なる機械構成のペデスタルを持
つエッチング装置においても使用することもできること
が、理解される。このような他の環境において、輪３０
の下部のふち３２がペデスタルの機械構成に適合し、壁
３４がペデスタルの端に重なることが好ましい。

【００２７】本発明が好ましい実施例に関して記述され
たが、この分野の技術者には、本発明の精神および有効
範囲からはずれないで他の変更を行うことができること
が理解される。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、プラズマシースおよびウェハの間の電界線を
全ウェハ表面にわたり本質的に垂直にして、ウェハの全
表面にわたるエッチングを対称にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を効率よく使用することができるエッチ
ング装置全体の概略図である。

【図２】クリップによってウェハを固定した、図１の装
置の中で使用されるウェハ保持ペデスタルの平面図であ
る。

【図３】プラズマシースがペデスタルを囲み、電界線が
シースとウェハの間にのびる、図１の装置の中で使用さ
れるウェハ支持ペデスタルの断面図である。

【図４】ウェハが図２および図３に示されるペデスタル
に置かれた時のウェハの表面にエッチングされた穴の顕
微鏡写真である。

【図５】図４のエッチングされた穴の顕微鏡写真であ
る。

【図６】本発明による輪を追加した、図１の装置の中で
使用されるウェハ保持ペデスタルの断面図である。

【図７】ペデスタルに本発明による輪を取り付けること
によってどのように電界線およびプラズマシースが変更
されるかを示す、図６の部分拡大図である。

【図８】本発明による輪の等大図である。

【図９】使用される装置のペデスタルに適応するために
輪がどのように先細になっているかを示す、本発明によ
る輪の断面図である。

【図１０】図１のエッチング装置の中で使用されるペデ
スタルに図６および図７に示されるのように本発明によ
る輪を取り付けた時の、ウェハの表面にエッチングされ
た穴の顕微鏡写真である。

【図１１】図１０のエッチングされた穴の顕微鏡写真で
ある。

【符号の説明】

１０ 圧力室 １２ 陽極 １４ 陰極 １６、２６ ウェハ １７ 高周波電源 １８、２８ ペデスタル ２０ 保持クリップ ２２、３８ プラズマシース ２４、３６ 電界線 ３０ 輪 ３２ ふち ３３ 溝 ３４ 壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック アンドレ ブリン フランス国 75014 パリ ルー ルイ モラール ８ (72)発明者 ティモシー エドワード ネアリ アメリカ合衆国 05452 バーモント州 エセックス ジャンクション マーガレッ ト ストリート 34 (72)発明者 シルビア ローズ レイベル トゥスレイ アメリカ合衆国 05403 バーモント州 サウス バーリングトン スペア ストリ ート 112 (72)発明者 アーサー クリフォード ウィンスロー アメリカ合衆国 05452 バーモント州 エセックス ジャンクション クローバー ドライブ 48

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ・エッチング・ツールにおけ
   る、エッチングされるウェハを保持するための電極であ
   って、 上記電極上に取り付けられた環状のペデスタルと、該ペ
   デスタルに取り付けられた絶縁材料からなる輪とを備
   え、 上記ペデスタルが、選択された直径および、予め選択さ
   れた位置でエッチングされるように上記ウェハを保持す
   る端を持つ表面を持ち、 上記輪の高さおよび幅が、プラズマと上記ウェハの間の
   すべての電界線が上記ウェハの表面に本質的に垂直にな
   るように選択され、イオンによって上記ウェハのすべて
   の領域に形成されるフィーチャが該フィーチャの中心に
   おける上記ウェハの表面に垂直な軸に対して本質的に対
   称になるように、プラズマから分離したイオンの方向が
   制御される、電極。
2. 【請求項２】 直径１２５mmの半導体ウェハを保持する
   ように設計された上記ペデスタルを使用する場合、上記
   輪が、上記ペデスタルの表面より上に１．７８cm拡張し
   内部直径が１３０mmから１６５mmで厚さが０．５０８cm
   である壁を持つ、請求項１に記載の電極。
3. 【請求項３】 上記輪の上記壁の内部直径が、上記ペデ
   スタルの外部直径より小さく上記ペデスタルの表面の端
   を保護し、上記壁の内部のプラズマシースを変えて上記
   ウェハの表面のフィーチャのエッチングが対称になるよ
   うにした、請求項２に記載の電極。
4. 【請求項４】 プラズマ・エッチング・ツールにおいて
   使用するための、電界を調節するための装置であって、 ウェハを保持する選択された直径を持つ環状のペデスタ
   ルを持ち、 上記ペデスタルの上記直径と等しい内部直径を持つ下部
   のふちおよび、上記ペデスタルの上記直径より小さい内
   部直径を持つ該ふちからのびる上部の壁を持つ輪を備え
   る、装置。
5. 【請求項５】 上記輪が絶縁体で形成されている、請求
   項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 上記ペデスタルの上記ウェハを支える表
   面が水平に先細になり、上記輪の上記下部のふちが上記
   ペデスタル表面と同じ角度で先細になるようにした、請
   求項４に記載の装置。
7. 【請求項７】 上記ペデスタルが、上記ウェハを上記ペ
   デスタルの表面に固定するための複数の保持クリップを
   持ち、上記輪が、各々が上記ペデスタルの表面の該保持
   クリップと一直線に並ぶ複数の溝を持つ、請求項４に記
   載の装置。
8. 【請求項８】 電極手段と、 プラズマを生成する手段と、 選択された直径を持つ環状の部品を上記電極手段の予め
   選択された位置に保持する手段と、 誘電体材料からなり上記保持手段に取り付けられる輪
   と、を含み、 上記輪が上記部品の直径より少なくとも２．５mm大きい
   内部直径を持つようにした、プラズマ・エッチング・ツ
   ール。
9. 【請求項９】 上記輪が、プラズマと上記部品間のすべ
   ての電界線が上記部品の表面に本質的に垂直になるよう
   にするために選択された高さおよび幅を持ち、プラズマ
   から分離したイオンの方向が、イオンによって上記部品
   のすべての領域に形成されるフィーチャが、フィーチャ
   の中心における上記部品の表面に垂直な軸に対して本質
   的に対称になるよう制御される、請求項８に記載のツー
   ル。
10. 【請求項１０】 上記輪の上記内部直径と上記部品の直
    径の差が４０mm未満である、請求項８に記載のツール。