JPH1012599A - 半導体ウェハ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハに対するプラズマ分布を所望の
状態に保持でき、且つダストの発生を防止することがで
きるようにする。 【解決手段】 エッチングガスを用いて半導体ウェハの
エッチングを行うためのドライエッチング装置のエッチ
ング室内には、電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃからなる下
部電極１１と、電極１１ｃ上に配置された半導体ウェハ
１２に対して近接離間可能に設けられ、処理時には半導
体ウェハ１２に対して所定の隙間Ｄを開けて近接した状
態に位置決めされ、半導体ウェハ１２に対するプラズマ
分布を所望の状態に保持するためのプラズマ状態保持部
材１３と、プラズマ状態保持部材１３を上方から支持す
る昇降移動可能な上部電極１４とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドライエッチング
装置等、半導体製造工程において半導体ウェハの近傍に
プラズマを発生させて半導体ウェハの処理を行う半導体
ウェハ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体ウェハ処理装置と
してはドライエッチング装置がある。図４は、このドラ
イエッチング装置におけるエッチング室（真空チャン
バ）内の側断面構造を一部破断して表したものである。
この装置は、電極１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃからな
る下部電極１１１と、電極１１１ｃ上に配置された半導
体ウェハ１１２を位置決めするためのウェハ押さえ部材
１１３と、ウェハ押さえ部材１１３を支持する昇降移動
可能な上部電極１１４とを備えている。

【０００３】ウェハ押さえ部材１１３は円環状を成し、
その円環上にほぼ等間隔で設けられた複数の支持部１１
５によって上部電極１１４に連結している。支持部１１
５は圧縮ばね（図示せず）を内蔵しており、この圧縮ば
ねの作用によって、ウェハ押さえ部材１１３は上部電極
１１４から離れる方向に付勢されている。

【０００４】電極１１１ｂ上には、半導体ウェハ１１２
を囲むようにして円環状の当接部材１１６が配置され、
さらに、電極１１１ａ上には、この当接部材１１６を押
さえるようにして支持部材１１７が配設されている。

【０００５】ウェハ押さえ部材１１３は、内周部に、半
導体ウェハ１１２の外形形状に対応する形状の位置決め
用爪部１１３ａを有している。この位置決め用爪部１１
３ａは、上部電極１１４が下降端まで移動したときに半
導体ウェハ１１２の周辺部の表面に接触し、これを押さ
えるようになっている。この状態で、位置決め用爪部１
１３ａは支持部１１５に内蔵された圧縮ばねの作用によ
って、半導体ウェハ１１２に必要以上の圧力を加えない
ようになっている。

【０００６】また、上部電極１１４が下降端まで移動
し、位置決め用爪部１１３ａが半導体ウェハ１１２を押
さえている状態においては、ウェハ押さえ部材１１３の
下面は当接部材１１６の上面に当接するようになってお
り、位置決め用爪部１１３ａが半導体ウェハ１１２に過
度の押圧を与えることがないようになっている。

【０００７】半導体ウェハ１１２上には、所定パターン
のレジスト膜（図示せず）が予め形成されており、ウェ
ハ押さえ部材１１３の位置決め用爪部１１３ａはそのレ
ジスト膜の上から半導体ウェハ１１２を押さえるように
なっている。そして、この状態で、上下電極間に高周波
電界を印加し、プラズマを利用したエッチングを行うよ
うになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体ウェハ処
理装置は以上のように構成されていたので、次のような
問題があった。

【０００９】図５は、従来の半導体ウェハ処理装置の作
用上の問題点を説明するためのものである。上記の図４
に示したように、従来は、ウェハ押さえ部材１１３の位
置決め用爪部１１３ａが半導体ウェハ１１２の表面に接
触していたので、図５に示したように上部電極１１４が
上昇してウェハ押さえ部材１１３の位置決め用爪部１１
３ａが半導体ウェハ１１２から離れた際に、位置決め用
爪部１１３ａが接触していた半導体ウェハ１１２上のレ
ジスト膜１１８が剥がれ落ち、これがダストの原因とな
って製品の歩留りを低下させる一要因となる。

【００１０】そこで、この問題に対処すべく、ウェハ押
さえ部材１１３自体を使用しないでドライエッチングを
行う方法も考えられる。しかしながら、この場合には、
半導体ウェハ１１２の表面近傍のプラズマ分布が変化し
てしまい、半導体ウェハ１１２上におけるエッチング速
度分布に変化が生じ、均一なエッチングが困難となる。
また、ウェハ押さえ部材１１３を用いないと、最悪の場
合には、プラズマの異常放電によってレジスト膜が焼け
てしまうという問題もあった。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、半導体ウェハに対するプラズマ分布
を所望の状態に保持でき、且つダストの発生を防止する
ことができるようにした半導体ウェハ処理装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体ウェ
ハ処理装置は、被処理対象となる半導体ウェハの近傍に
プラズマを発生させて半導体ウェハの処理を行う半導体
ウェハ処理装置において、半導体ウェハを載置するため
のウェハ載置台と、このウェハ載置台上に載置された半
導体ウェハに対して近接離間可能に設けられ、処理時に
は半導体ウェハに対して所定の隙間を開けて近接した状
態に位置決めされ、半導体ウェハに対するプラズマ分布
を所望の状態に保持するプラズマ状態保持部材とを備え
たものである。

【００１３】この半導体ウェハ処理装置では、処理時に
は、プラズマ状態保持部材が、半導体ウェハに対して所
定の隙間を開けて近接した状態に位置決めされ、これに
より半導体ウェハに対するプラズマ分布が所望の状態に
保持される。また、プラズマ状態保持部材は、半導体ウ
ェハに対して接触しないので、半導体ウェハ上に形成さ
れたレジスト膜の剥がれ等によるダストの発生が防止さ
れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図３は、本発明の一
実施の形態に係る半導体ウェハ処理装置としてのドライ
エッチング装置の概略構成を表すものである。この装置
は、これからドライエッチング処理を行う半導体ウェハ
がセットされたローダカセット５１が載置され、ローダ
カセット５１より半導体ウェハを１枚ずつ取り出すカセ
ットローダ５２と、カセットローダ５２によってローダ
カセット５１より取り出された半導体ウェハを１枚ずつ
搬送するための搬送アーム５３と、搬送アーム５３によ
って搬送されてきた半導体ウェハを収容し、予め大気圧
から所定の真空度にまで排気される入口側予備室として
のエントランスロードロック室５４と、所定の真空度に
保持され、実際のエッチングプロセスが行われるプロセ
スチャンバ５５と、半導体ウェハをエントランスロード
ロック室５４からプロセスチャンバ５５に搬送するため
の搬送アーム５６と、エッチングプロセスの終了した半
導体ウェハを収容し、大気圧まで戻す出口側予備室とし
てのイグジットロードロック室５７と、半導体ウェハを
プロセスチャンバ５５からイグジットロードロック室５
７に搬送するための搬送アーム５８と、エッチングプロ
セスの終了した半導体ウェハをアンローダカセット６１
に収納するカセットアンローダ６２とを備えている。

【００１５】エントランスロードロック室５４は、バル
ブ７１を開けることにより、図示しない真空ポンプによ
って排気される一方、バルブ７１を閉じてベントライン
７２の図示しないバルブを開けることにより、窒素ガス
が室内に導入され、大気圧にまで戻されるようになって
いる。

【００１６】プロセスチャンバ５５は、スロットルバル
ブ７３の開度調節により、図示しない高真空ポンプによ
る排気速度が調節できるようになっている。また、プロ
セスチャンバ５５には、エッチングプロセス時におい
て、上部に連結されたガス導入ライン７４から所定のエ
ッチングガスが導入されるようになっている。このプロ
セスチャンバ５５内には、半導体ウェハが載置される下
部電極１１と、下部電極１１に対向して配置された上部
電極１４とが配設されている。

【００１７】イグジットロードロック室５７は、バルブ
７８を開けることにより、図示しない真空ポンプによっ
て排気される一方、バルブ７８を閉じてベントライン７
９の図示しないバルブを開けることにより、窒素ガスが
室内に導入され、大気圧にまで戻されるようになってい
る。

【００１８】次に、このような構成のドライエッチング
装置の動作を簡単に説明する。

【００１９】まず、半導体ウェハをローダカセット５１
に収納しカセットローダ５２に載せる。カセットローダ
５２は、ローダカセット５１より半導体ウェハを１枚ず
つ取り出し、搬送アーム５３に引き渡す。搬送アーム５
３は、半導体ウェハを１枚ずつ搬入ゲート（図示せず）
からエントランスロードロック室５４に搬送する。半導
体ウェハをエントランスロードロック室５４内に搬送し
たのち、搬入ゲートを閉じ、バルブ７１を開けることに
よってエントランスロードロック室５４内がプロセスチ
ャンバ５５内と同圧となるまで排気する。

【００２０】エントランスロードロック室５４内とプロ
セスチャンバ５５内とが同圧になったのち、両室間のゲ
ート（図示せず）を開け、搬送アーム５６によってエン
トランスロードロック室５４内の半導体ウェハをプロセ
スチャンバ５５内に搬送し、下部電極１１のステージ上
に載せる。そして、上記のゲートとバルブ７１を閉じ、
エントランスロードロック室５４にベントライン７２か
ら窒素ガスをパージして大気圧に戻す。

【００２１】エッチングプロセスを実行する際には、プ
ロセスチャンバ５５内にガス導入部７４からエッチング
ガスを導入する。エッチングガスとしては、臭化水素
（ＨＢｒ）、塩素（Ｃｌ₂ ）、または６フッ化硫黄（Ｓ
Ｆ ₆）等を用いる。プロセスチャンバ５５内をエッチン
グガスで満たしたのち、上部電極１４に高周波電圧を印
加し、エッチングを開始する。この際、プロセスチャン
バ５５内の圧力は、スロットルバルブ７３の開度調節に
より一定とする。

【００２２】エッチングが終了すると、今度は、スロッ
トルバルブ７３を全開にすることにより、プロセスチャ
ンバ５５内を全排気し、エッチング開始前の圧力に戻
す。

【００２３】次に、バルブ７８を開けることにより、イ
グジットロードロック室５７内を排気し、その圧力をプ
ロセスチャンバ５５内と同圧にする。両室内の圧力が同
圧になったのち、両室間のゲート（図示せず）を開き、
エッチングプロセスの終了した半導体ウェハを搬送アー
ム５８によってイグジットロードロック室５７内に搬送
する。そして、上記のゲートを閉じたのち、ベントライ
ン７９から窒素ガスをパージしてイグジットロードロッ
ク室５７内を大気圧に戻す。そして、搬出ゲート（図示
せず）を開き、搬送アーム５８によって半導体ウェハを
エントランスロードロック室５４から搬出し、カセット
アンローダ６２によってアンローダカセット６１に収納
する。

【００２４】このようにして、１枚の半導体ウェハにつ
いての一連のエッチングプロセスが終了する。

【００２５】次に、図１を参照して、図３に示したドラ
イエッチング装置の要部について説明する。図１は、図
３に示したドライエッチング装置におけるエッチング室
（真空チャンバ５５）内の側断面構造を一部破断して表
したものである。この図に示したように、真空チャンバ
５５内には、電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃからなる下部
電極１１と、電極１１ｃ上に配置された半導体ウェハ１
２に対して近接離間可能に設けられ、処理時には半導体
ウェハ１２に対して所定の隙間を開けて近接した状態に
位置決めされ、半導体ウェハ１２に対するプラズマ分布
を所望の状態に保持するためのプラズマ状態保持部材１
３と、プラズマ状態保持部材１３を上方から支持する昇
降移動可能な上部電極１４とが設けられている。

【００２６】本実施の形態では、プラズマ状態保持部材
１３として、従来のウェハ押さえ部材を利用している。
従って、プラズマ状態保持部材１３は、図２に示したよ
うな円環状を成し、その内周部には、半導体ウェハ１２
の外形形状に対応する形状の位置決め用爪部１３ａが設
けられ、その円環上には、ほぼ等間隔で穴１３ｂが設け
られ、ここにそれぞれ固着される複数の支持部１５によ
って上部電極１４により支持されるようになっている。
また、位置決め用爪部１３ａの内側には開口部１３ｃが
形成されている。図１において、支持部１５は圧縮ばね
（図示せず）を内蔵しており、この圧縮ばねの作用によ
って、プラズマ状態保持部材１３は上部電極１４から離
れる方向（下方向）に付勢されるようになっている。

【００２７】電極１１ｂ上には、半導体ウェハ１２を囲
むようにして、処理時にプラズマ状態保持部材１３を半
導体ウェハ１２に対して所定の隙間を開けて近接した状
態に位置決めするための位置決め部材として、円環状の
薄いスペーサ２０を介して円環状の当接部材１６が配置
され、さらに、電極１１ａ上には、この当接部材１６を
押さえるようにして支持部材１７が配設されている。図
示のように、スペーサ２０の存在により、当接部材１６
の上面位置は従来（図４）よりも僅かに高くなってい
る。スペーサ２０は、例えば、セラミック等によって形
成されている。また、支持部材１７は、真空排気に伴う
電極周囲のガスの流れを円滑にするためのものであり、
例えば、セラミック等によって形成されている。

【００２８】上記したように、当接部材１６の下にスペ
ーサ２０を配置したことにより、当接部材１６の上面位
置は従来（図４）の場合よりも僅かに高くなっている。
このため、上部電極１４が下降端まで移動した状態で
は、プラズマ状態保持部材１３の下面が当接部材１６の
上面に当接し、プラズマ状態保持部材１３の位置決め用
爪部１３ａが半導体ウェハ１２の表面に接触することは
なく、両者間には、例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度
の微小な隙間Ｄが存在している。

【００２９】以上のような構成の半導体ウェハ処理装置
の作用を説明する。

【００３０】半導体ウェハ１２上には、所定パターンの
レジスト膜（図示せず）が予め形成されているが、プラ
ズマ状態保持部材１３の位置決め用爪部１３ａは、半導
体ウェハ１２上のレジスト膜には接触していない。そし
て、この状態で、エッチングガスを導入して上下電極間
に高周波電界を印加し、プラズマを利用したエッチング
を行う。これにより、レジスト膜を塗布した領域以外の
部分のみがエッチングされる。

【００３１】このとき、プラズマ状態保持部材１３の位
置決め用爪部１３ａは半導体ウェハ１２の表面から離れ
てはいるものの、その離間距離は微小であるため、半導
体ウェハ１２の表面近傍におけるプラズマ分布は、図４
に示した従来の場合とほとんど変わりなく、ベストモー
ドから大きくずれることがない。このため、半導体ウェ
ハ１２上のエッチング速度分布は均一性を保ち、均一な
エッチングが可能となる。これにより、均一なエッチン
グ深さのエッチングパターンが得られる。

【００３２】このようにしてエッチング処理が終了した
のち、半導体ウェハ１２をイグジットロードロック室５
７（図３）に搬送するために、図５の場合と同様に上部
電極１４を上昇させる。この場合、位置決め用爪部１３
ａは半導体ウェハ１２のレジスト膜に接触していなかっ
たので、位置決め用爪部１３ａが半導体ウェハ１２から
上昇する際に半導体ウェハ１２からレジスト膜が剥がれ
ることがない。したがって、従来のようなレジスト膜の
剥がれによるダストの発生がなく、製品の歩留り向上に
効果がある。しかも、非接触としたことにより、半導体
ウェハ１２の周辺部における傷の発生防止にも効果があ
る。また、本実施の形態によれば、従来の構成に対して
スペーサ２０を追加しただけの簡単な構成で、上記効果
を得ることが可能となる。

【００３３】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
く、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、半
導体ウェハ１２と位置決め用爪部１３ａとの間の微小隙
間Ｄを、０．１〜０．４ｍｍ程度としたが、本発明にお
ける微小隙間Ｄはこの範囲に限定されるものではなく、
半導体ウェハ１２上のエッチング速度分布が許容範囲内
に入る限りにおいて変更可能である。具体的には、例え
ば、１ｍｍ以下の範囲で適宜設定できる可能性がある。

【００３４】また、本実施の形態では、当接部材１６の
上面位置を従来よりも高くするために、スペーサ２０を
別途用意して当接部材１６の下に配設するようにした
が、本発明はこれに限定されず、当接部材１６自体の高
さを僅かに高く形成するようにしてもよい。但し、当接
部材１６自体の寸法を変更することは装置コストアップ
の大きな要因となるので、別途スペーサ２０を製作する
ようにした方がコスト上有利である。

【００３５】また、実施の形態では、半導体ウェハ処理
装置としてドライエッチング装置を例を挙げたが、本発
明は、半導体ウェハの近傍にプラズマを発生させて半導
体ウェハの処理を行うＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit
ion ）装置やスパッタリング装置等の他の装置にも適用
することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体ウ
ェハ処理装置によれば、処理時には、プラズマ状態保持
部材が、半導体ウェハに対して所定の隙間を開けて近接
した状態に位置決めされて半導体ウェハに対するプラズ
マ分布を所望の状態に保持するので、半導体ウェハに対
するプラズマ分布を所望の状態に保持でき、且つ、プラ
ズマ状態保持部材は半導体ウェハに対して接触しないの
で、半導体ウェハ上に塗布されたレジスト膜の剥がれ等
によるダストの発生を防止することができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る半導体ウェハ処理
装置としてのドライエッチング装置の要部の構造を表す
一部破断の側面図である。

【図２】図１におけるプラズマ状態保持部材の平面構成
を表す平面図である。

【図３】本発明の実施の一形態に係る半導体ウェハ処理
装置としてのドライエッチング装置の概略構成を表す正
面図である。

【図４】従来のドライエッチング装置の要部の構造を表
す一部破断の側面図である。

【図５】従来のドライエッチング装置の作用上の問題点
を説明するための一部破断の側面図である。

【符号の説明】

１１…下部電極、１１ｃ…電極、１２…半導体ウェハ、
１３…プラズマ状態保持部材、１３ａ…位置決め用爪
部、１４…上部電極、１６…当接部材、２０…スペーサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理対象となる半導体ウェハの近傍に
   プラズマを発生させて前記半導体ウェハの処理を行う半
   導体ウェハ処理装置において、 前記半導体ウェハを載置するためのウェハ載置台と、 このウェハ載置台上に載置された半導体ウェハに対して
   近接離間可能に設けられ、処理時には半導体ウェハに対
   して所定の隙間を開けて近接した状態に位置決めされ、
   半導体ウェハに対するプラズマ分布を所望の状態に保持
   するプラズマ状態保持部材とを備えたことを特徴とする
   半導体ウェハ処理装置。