JPH09283498A - 減圧処理装置 - Google Patents

減圧処理装置

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JPH09283498A
JPH09283498A JP11426196A JP11426196A JPH09283498A JP H09283498 A JPH09283498 A JP H09283498A JP 11426196 A JP11426196 A JP 11426196A JP 11426196 A JP11426196 A JP 11426196A JP H09283498 A JPH09283498 A JP H09283498A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 減圧雰囲気下で被処理基板に対して処理ガス
を供給して処理する場合、被処理基板が大型化したり、
真空度が高くなった場合でも、被処理基板の中心部と周
縁部との圧力差を緩和して、処理の均一性を良好に保
つ。 【解決手段】 処理容器内に設けられてウエハWを載置
するサセプタ6に対向する上部電極51に、処理ガスを
供給する供給口51aを形成する。サセプタ6のの下方
周辺部から排気するだけでなく、上部電極51における
周辺部に、供給口51aと混在して別途排気口51bを
形成し、この排気口51bからも排気する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板に対し
て、エッチング処理行うエッチング装置をはじめとし
て、その他減圧雰囲気の下で処理を施す際に用いる減圧
処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えばエッチング処理についていうと、
従来から例えば半導体製造プロセスにおいては、半導体
ウエハ(以下、「ウエハ」という)などの表面の絶縁膜
をエッチングするための装置としてエッチング装置が使
用されているが、その中でもとりわけ処理容器内の上下
に電極を配置したいわゆる平行平板型のエッチング装置
は、比較的大口径のウエハの処理に適していることから
数多く使用されている。
【0003】この平行平板型のエッチング装置は、例え
ば処理容器内の下部にウエハを載置する下部電極を兼ね
た載置台を具備し、処理容器内の上部には前記載置台と
対向して上部電極を兼ねたガス拡散板とを備えており、
この載置台の下方周辺部から例えばターボ分子ポンプ等
の真空引き手段によって排気して、処理容器内を所定の
減圧雰囲気にすることが可能なように構成されている。
そしてエッチング処理を行う際には、前記ガス拡散板か
ら所定のエッチング反応ガスを載置台上のウエハに供給
しつつ、少なくともいずれかの電極に高周波電力を印加
して、処理容器内にプラズマを発生させ、その際に生ず
る例えばエッチャントイオンによって、ウエハ表面をエ
ッチングするようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで今日では、半
導体デバイスの高集積化が一段と進み、そのためエッチ
ングをはじめとする各種処理も一段と高微細化が要求さ
れ、他方被処理基板であるウエハも大口径化されつつあ
る。このような点に鑑み、エッチング装置自体もより真
空度が高い(より真空に近い)減圧雰囲気で処理を行う
ことが要求されている。
【0005】ところが従来のように載置台の下方周辺部
のみから排気したのでは、いかに能力の大きい真空引き
手段を用いたとしても、例えば10mTorrという減
圧度まで真空引きし、それを維持するのはなかなか困難
であった。しかもたとえかかるレベルの減圧度を達成し
たとしても、ガスコンダクタンスが原因で、ウエハの中
心部と周縁部との圧力の差が大きくなってしまい、中心
部と周縁部とではこの圧力差が原因で処理が均一に行え
ないおそれがある。この傾向は、上下電極間のギャップ
が10mm〜20mm程度のいわゆるナロウギャップ型の装
置のように、上下電極間のギャップが狭くなったり、被
処理基板であるウエハが大口径化するに伴ってより顕著
になる。
【0006】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、処理容器内の圧力を、例えば10mTorr程度
もの高い真空度することが容易で、しかもこのような減
圧雰囲気でかつ前記したように上下電極間のギャップが
狭く、またウエハが12インチと大きいサイズのもので
あっても、被処理基板の中心部と周縁部との圧力差を緩
和できる減圧処理装置を提供して、前記問題の解決を図
ることをその目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1によれば、処理容器内に設けられた載置台
の下方周辺部から排気可能であり、かつ処理容器内の上
部に前記載置台と対向して設けた処理ガス供給部から、
前記載置台上の被処理基板に向けて処理ガスを供給し、
所定の減圧雰囲気の下で前記被処理基板に対して処理を
施す装置において、被処理基板上の圧力を制御する排気
部を、前記処理ガス供給部の周辺部に設けたことを特徴
とする、減圧処理装置が提供される。
【0008】このような構成の減圧処理装置において、
請求項2に記載したように、前記排気部は排気口とし、
また処理ガス供給部は供給口を多数有するガス拡散板と
して、前記排気口を当該ガス拡散板における周辺部にお
いて、前記供給口と混在させるようにしてもよい。
【0009】さらに前記各減圧処理装置において、請求
項3に記載したように、排気部からの排気量の方を、載
置台の下方周辺部から排気する量よりも多くするように
構成してもよい。
【0010】発明者らの知見によれば、載置台(即ち被
処理基板)に対向している処理容器内上部の処理ガス供
給部から被処理基板に向けて供給される処理ガスは、載
置台の下方周辺部から排気されているため、供給部(又
はガス拡散板)の中心部から周縁部にいくにつれてガス
通過流量が多くなる。そのため周縁部ほどガスコンダク
タンスが小さく、その結果、被処理基板の中心部と周縁
部とでは、圧力差が生じる。また前記小さいガスコンダ
クタンスにより、従来の技術では全体しても所定の高い
真空度まで減圧することができなかった。
【0011】この点本発明によれば、前記処理ガス供給
部の周辺部に被処理基板上の圧力を制御する排気部を設
けたので、この排気部からも排気して減圧することがで
きる。したがって、被処理基板周縁部近傍のガスコンダ
クタンスを増大することができ、結果として、被処理基
板の中心部と周縁部との圧力差を緩和する事が可能にな
る。また全体としても従来より高い真空度を実現するこ
とが容易である。
【0012】この場合、処理の均一性を保つために処理
ガス自体は、被処理基板に対して均一に供給する方が好
ましい。したがって、処理ガス供給部の周辺部に、排気
を行う排気部のみを設けるよりは、請求項2に記載した
ように、排気部の排気口と処理ガスの供給口とが混在し
た構成とした方が、処理の均一性は良好である。
【0013】また処理容器内を排気して減圧する場合、
請求項3に記載したように、処理ガス供給部に設けた排
気部からの排気量の方を、載置台下方周辺部からの排気
量よりも多くした方が、ガスコンダクタンスの関係上、
より高い真空度の実現が容易であり、また中心部と周縁
部との圧力差の緩和度合いが大きい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明をプラズマ雰囲気の
下で、被処理基板であるウエハWに対してドライエッチ
ングを行うエッチング装置に適用した実施の形態を、添
付図面に基づき説明する。図1は本実施の形態にかかる
エッチング装置1の断面を示しており、このエッチング
装置1における処理室2は、気密に閉塞自在な酸化アル
マイト処理されたアルミニウムなどからなる円筒形状の
処理容器3内に形成されている。またこの処理容器3自
体は、例えば接地線4を介して接地されている。前記処
理室2内の底部にはセラミックなどの絶縁支持板5が設
けられており、この絶縁支持板5の上部に、被処理基板
となる直径12インチのウエハWを載置する載置台を兼
ねた下部電極を構成する略円柱状のサセプタ6が、上下
動自在に収容されている。
【0015】前記サセプタ6は、前記絶縁支持板5及び
処理容器3の底部を遊貫する昇降軸7によって支持され
ており、この昇降軸7は、処理容器3外部に設置されて
いる駆動モータ8によって上下動自在となっている。従
ってこの駆動モータ8の作動により、前記サセプタ6
は、図1中の往復矢印に示したように、上下動自在とな
っている。なお処理室2の気密性を確保するため、前記
サセプタ6と絶縁支持板5との間には、前記昇降軸7の
外方を囲むように伸縮自在な気密部材、例えばベローズ
9が設けられている。
【0016】前記サセプタ6は、表面が酸化処理された
アルミニウムからなり、その内部には、温度調節手段、
例えばセラミックヒータなどの加熱手段(図示せず)
や、外部の冷媒源(図示せず)との間で冷媒を循環させ
るための冷媒循環路(図示せず)が設けられており、サ
セプタ6上のウエハWを所定温度に維持することが可能
なように構成されている。またかかる温度は、温度セン
サ(図示せず)、温度制御機構(図示せず)によって自
動的に制御される構成となっている。
【0017】また前記サセプタ6上には、ウエハWを吸
着保持するための静電チャック11が設けられている。
この静電チャック11は、図2に示したように、導電性
の薄膜12をポリイミド系の樹脂13によって上下から
挟持した構成を有し、処理容器3の外部に設置されてい
る高圧直流電源14からの電圧が前記薄膜12に印加さ
れると、その際に生ずるクーロン力によってウエハW
は、静電チャック11の上面に吸着保持されるようにな
っている。もちろんそのような静電チャック11によら
ず、機械式クランプによってウエハWの周縁部を押圧す
るようにして、サセプタ6上にウエハWを保持する構成
としてもよい。またウエハWを静電チャック11上に突
き上げるためのリフターピン15が、上下動自在にサセ
プタ6内に適宜数設けられている。
【0018】前記サセプタ6上の周辺には、静電チャッ
ク11を囲むようにして、平面が略環状の内側フォーカ
スリング21が設けられている。この内側フォーカスリ
ング21は導電性を有する単結晶シリコンからなってい
る。この内側フォーカスリング21は、プラズマ中のイ
オンを効果的にウエハWに入射させる機能を有してい
る。
【0019】前記内側フォーカスリング21の外周に
は、さらに平面が略環状の外側フォーカスリング22が
設けられている。この外側フォーカスリング22は絶縁
性を有する石英からなり、またその外周上縁部は、外側
に凸の湾曲形状に成形され、ガスが澱まず円滑に排出さ
れるようになっている。この外側フォーカスリング22
は、サセプタ6と後述の上部電極51との間に発生した
プラズマの拡散を抑制する機能を有している。
【0020】前出サセプタ6の周囲には、図2に示した
ように、絶縁性の材質からなるバッフル板23が配さ
れ、さらにこのバッフル板23の内周部は、石英の支持
体等を介しボルト等の手段によってサセプタ6に固定さ
れている。従って、サセプタ6の上下動に伴ってこのバ
ッフル板23も上下動する構成となっている。このバッ
フル板23には多数の透孔23aが形成されており、ガ
スを均一に排気する機能を有している。
【0021】前出処理室2の上部には、アルミナからな
る絶縁支持材31a、アルミニウムからなる第1の冷却
プレート32、第2の冷却プレート33を介して、エッ
チングガスやその他の処理ガス等を処理室2内に導入す
るための拡散部材34が設けられている。なお上側に配
置される前記第1の冷却プレート32内の上部には冷媒
循環路(図示せず)が形成されており、外部から供給さ
れる冷媒をこの冷媒循環路に循環させることによって、
第2の冷却プレート33を通じて後述の上部電極51を
所定温度にまで冷却する機能を有している。なお絶縁支
持材31aの外周には、フッ素系の合成樹脂からなる絶
縁リング31bが設けられている。
【0022】前記拡散部材34は、図2にも示したよう
に、多数の拡散孔35aを有するバッフル板35を下面
側に持った中空構造を有しており、内部にバッフル空間
Sを形成している。この拡散部材34の中央にはガス導
入口36が設けられ、さらにバルブ37、ガス導入管3
8、バルブ39、流量調節のためのマスフローコントロ
ーラ40を介して、処理ガス供給源41からのエッチン
グガス、例えばCF4ガスが、前記導入口36を通じ
て、拡散部材34における前記バッフル空間S内に導入
されるようになっている。また第2の冷却プレート33
にも、バッフル板35の拡散孔35aに接続される吐出
口33aが多数形成されている。
【0023】前記第2の冷却プレート33の下面には、
サセプタ6と対向するようにして上部電極51が固定さ
れている。この上部電極51は、例えば導電性を有する
単結晶シリコンからなっており、ボルト(図示せず)に
よって第2の冷却プレート33の下面周辺部にて固着さ
れ、第2の冷却プレート33とは電気的に導通してい
る。そしてこの上部電極51にも、多数の供給口51a
が形成されており、これら各供給口51aは第2の冷却
プレート33の吐出口33aと気密に接続されている。
従って、バッフル空間S内に導入されたガスは、拡散孔
35a、吐出口33a及び供給口51aを通じて、サセ
プタ6上のウエハWに対して吐出されるようになってい
る。
【0024】前記供給口51aは、図3に示したよう
に、上部電極51に放射状に形成されており、この上部
電極51は、いわばシャワーヘッド形式のガス拡散板を
構成している。したがって、前記バッフル空間S内に導
入されたガスは、これらガス供給口51aを通じてサセ
プタ6上のウエハWに対して均一に供給することが可能
である。
【0025】上部電極51における周辺部には、前記供
給口51aよりも径の大きい排気口51bが環状に形成
されている。この供給口51bは、図3に示したよう
に、最外周の供給口51aの内側と外側に夫々環状に形
成されると共に、最外周においては、供給口51aより
も設置間隔が密になっている。上部電極51の上面で接
している第2の冷却プレート33、及びこの第2の冷却
プレート33の上面に設けられている第1の冷却プレー
ト32内には、前記バッフル空間Sとは隔離され、これ
ら排気口51bと通ずる排気路52が形成されており、
さらにこの排気路52は、排気管53を通じて、ターボ
分子ポンプなどの真空引き手段54に通じている。した
がって、真空引き手段54の作動により、上部電極51
の周辺部、即ちウエハWの周縁部近傍から排気して減圧
することができる。
【0026】また処理容器3の下部には、ターボ分子ポ
ンプなどの真空引き手段55に通ずる排気管56が接続
されており、この真空引き手段55の作動により、サセ
プタ6の周囲に配置された前出バッフル板23を介し
て、処理容器3内を、サセプタ6の下方周辺部から排気
して減圧することができる。なお前記真空引き手段と5
4とこの真空引き手段55とは、例えば適宜のコントロ
ーラ(図示せず)によって、各々独立して排気量調整す
ることが可能である。したがって、上部電極51の周辺
部からの排気量を、サセプタ6の下方周辺部からの排気
量よりも多く排気することが可能である。なおこれら真
空引き手段54、55を同一の真空引き手段で構成した
場合には、各排気経路、即ち排気管53、56に可変バ
ルブを設け、このバルブ調整で各排気量の調整を行って
もよい。
【0027】次にこのエッチング装置1の高周波電力の
供給系について説明すると、まず下部電極となるサセプ
タ6に対しては、周波数が数百kHz程度、例えば80
0kHzの高周波電力を出力する高周波電源61からの
電力が、整合器62を介して供給される構成となってい
る。一方上部電極51に対しては、整合器63を介し
て、周波数が前記高周波電源61よりも高い1MHz以
上の周波数、例えば27.12MHzの高周波電力を出
力する高周波電源64からの電力が、第1の冷却プレー
ト32、第2の冷却プレート33を介して供給される構
成となっている。
【0028】なお前記した構成のエッチング装置1の処
理容器3の側部には、図1に示したように、ゲートバル
ブ71を介してロードロック室72が隣接している。こ
のロードロック室72内には、被処理基板であるウエハ
Wを処理容器3内の処理室2との間で搬送するための、
搬送アームなどの搬送手段73が設けられている。
【0029】本実施の形態にかかるエッチング装置1の
主要部及びその周辺は以上のように構成されており、例
えばシリコンのウエハWの酸化膜(SiO2)に対して
エッチング処理する場合のプロセス等について説明する
と、まずゲートバルブ71が開放された後、搬送手段7
3によってウエハWが処理室2内に搬入される。このと
き駆動モータ8の作動により、サセプタ6は下降すると
共にリフターピン15が上昇してウエハWの受け取り待
機状態にある。そして搬送手段73によってウエハWが
リフターピン15上に載置された後、搬送手段73は待
避してゲートバルブ71は閉鎖され。また駆動モータ8
の作動によってサセプタ6は所定の処理位置まで上昇す
ると共に、リフターピン15が下降してウエハWを静電
チャック11上の所定位置に載置させる。
【0030】次いで処理室2内が、真空引き手段54に
よってウエハWの周縁部近傍から減圧されると共に、真
空引き手段55によって、サセプタ6の下方周辺部から
減圧されていき、所定の減圧度になった後、処理ガス供
給源41から、所定の処理ガスとなるエッチングガス
(例えばCF4ガス)がウエハW上に供給され、処理室
2の圧力が、例えば10mTorrに設定、維持され
る。
【0031】そして上部電極51に対して高周波電源6
4から周波数が27.12MHzの高周波電力が供給さ
れると共に、サセプタ6に対して高周波電源61から周
波数が800kHzの高周波電力が供給される。そうす
ると、処理室2内にプラズマが生成され、発生したプラ
ズマによって処理室2内に供給された前記エッチングガ
スが解離し、その際に生ずるエッチャントイオンが、サ
セプタ6側に印加されたバイアス電圧によってその入射
速度がコントロールされつつ、ウエハW表面のシリコン
酸化膜(SiO2)をエッチングしていく。
【0032】ところでこのようなプラズマを発生させて
エッチング処理を行う際には、ウエハWに対して均一に
エッチングする必要があり、そのためプラズマ密度を均
一にしたり、ウエハ面内の温度分布を均一にすることが
重要である。またウエハW上に供給されるガスの量、即
ちガス分子の数を均一にするために、ウエハW上の圧力
をできるだけ均一にすることが重要である。
【0033】この点、本実施形態にかかるエッチング装
置1によれば、サセプタ6の下方周辺部から排気して減
圧するだけでなく、真空引き手段54によって上部電極
51における周辺部からも排気して減圧しているので、
ウエハW上のガスコンダクタンスを改善して、ウエハW
上における中心部と周縁部との圧力差を従来よりも緩和
している。したがって、供給口51aからウエハWに対
して均一に供給されるエッチングガスは、均一性が向上
した圧力の下で解離し、その結果このウエハWに対する
エッチング処理の均一性は良好である。
【0034】また上部電極51とウエハWとのギャップ
が、例えば10mm程度のいわゆるナロウギャップの場合
や、被処理基板であるウエハWのサイズが大きい場合に
は、特に従来ウエハWの中心部と周縁部との圧力差が大
きくなっていたが、本実施形態にかかるエッチング装置
1によれば、前記したように、中心部と周縁部との圧力
差を緩和させることができるので、ナロウギャップ型の
装置であっても、均一な処理が行える。
【0035】しかも本実施形態にかかるエッチング装置
1によれば、被処理基板であるウエハWのサイズが拡大
して、処理室2の容積が大きくなっても、サセプタ6の
下方周辺部からの排気だけでなく、上部電極51におけ
る周辺部からも排気して減圧しているので、12インチ
ウエハWを処理する装置であっても、10mTorrと
いう高い真空度を容易に実現できる。
【0036】また前記実施形態にかかるエッチング装置
1における上部電極51には、その周辺部において供給
口51aと排気口51bが混在した構成であるから、処
理ガス供給の均一性を阻害させることはない。したがっ
て処理の均一性がさらに向上している。
【0037】もちろん供給口51aと排気口51bとの
位置関係は、図3に示したものに限らず、例えば図4〜
図6に示した種々のパターンのものが採用できる。なお
説明の都合上、図4〜図6に示した例における供給口5
1aの形成パターンは、全て同一である。
【0038】図4に示した上部電極81においては、供
給口51aと排気口51bとの周辺部における混在パタ
ーンを変更した例を示しており、上部電極81における
周辺部で所定角度の円弧部分に対応して、供給口51a
と排気口51bのゾーンを形成するように、供給口51
aと排気口51bとが形成されている。
【0039】図5に示した上部電極82においては、放
射状に形成した供給口51aにおける最外周に環状に形
成されている供給口51aと供給口51aとの各相互間
に、環状に排気口51bを形成した例を示している。
【0040】これら図4、図5に示した例においても、
供給口51aと供排気口51bとは、ガス拡散板を兼ね
た上部電極における周辺部で両者が混在した構成を有し
ている。したがって、前記実施形態にかかるエッチング
装置1における上部電極51と同等の処理の均一性が得
られる。
【0041】また図3〜図5に示したように、ガス拡散
板を兼ねた上部電極における周辺部で、給口51aと排
気口51bとが混在した形態でなくとも、図6に示した
ように、最外周に位置する供給口51aの外周に、環状
に排気口51bを形成してもよい。かかる例でも、ウエ
ハWの中心部と周縁部近傍との圧力差を緩和させること
が可能である。
【0042】前記した実施の形態は、ウエハ表面をエッ
チングするエッチング装置として具現化されたものであ
ったが、これに限らず、本発明は減圧雰囲気下で所定の
処理を行う他の処理装置に対しても適用することができ
る。例えば、アッシング装置、成膜装置、スパッタリン
グ装置としても具体化できる。また被処理基板も、ウエ
ハに限らず、LCD基板であってもよい。そして本発明
は、既述したように、極めて高い真空度の下で、比較的
大きい被処理基板に対して処理ガスを導入して処理を行
う装置に対して特に有効である。
【0043】
【発明の効果】請求項1〜3の発明によれば、被処理基
板周縁部近傍のガスコンダクタンスを改善して、プロセ
ス時における被処理基板の中心部と周縁部との圧力差を
緩和することができる。したがって処理の均一性が向上
する。また従来よりも高い真空度を実現することが容易
である。特に請求項2の場合、処理ガス供給部の周辺部
においては、排気部の排気口と処理ガスの供給口とが混
在した構成としているので、処理の均一性はさらに良好
である。そして請求項3によれば、より高い真空度の実
現が容易であって、また中心部と周縁部との圧力差の緩
和度合いが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかるエッチング装置の
断面説明図である。
【図2】図1のエッチング装置における上部電極付近の
要部拡大説明図である。
【図3】図1のエッチング装置に用いた上部電極の底面
図である。
【図4】図1のエッチング装置に使用できる他の上部電
極の底面図である。
【図5】図1のエッチング装置に使用できる他の上部電
極の底面図である。
【図6】図1のエッチング装置に使用できる他の上部電
極の底面図である。
【符号の説明】
1 エッチング装置 2 処理室 3 処理容器 6 サセプタ 11 静電チャック 41 処理ガス供給源 51 上部電極 51a 供給口 51b 排気口 52 排気路 53、56 排気管 54、55 真空引き手段 61、64 高周波電源 W ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── 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 C23F 4/00 C23F 4/00 A C30B 33/12 C30B 33/12 H01L 21/205 H01L 21/205 // H01L 21/203 21/203 S

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理容器内に設けられた載置台の下方周
    辺部から排気可能であり、かつ処理容器内の上部に前記
    載置台と対向して設けた処理ガス供給部から、前記載置
    台上の被処理基板に向けて処理ガスを供給し、所定の減
    圧雰囲気の下で前記被処理基板に対して処理を施す装置
    において、被処理基板上の圧力を制御する排気部を、前
    記処理ガス供給部の周辺部に設けたことを特徴とする、
    減圧処理装置。
  2. 【請求項2】 前記排気部は排気口であり、前記処理ガ
    ス供給部は供給口を多数有するガス拡散板であって、前
    記排気口が当該ガス拡散板における周辺部において、前
    記供給口と混在していることを特徴とする、請求項1に
    記載の減圧処理装置。
  3. 【請求項3】 排気部からの排気量の方が載置台の下方
    周辺部から排気する量よりも多いことを特徴とする、請
    求項1又は2に記載の減圧処理装置。
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