JPH10335306A - 半導体エッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、エッチング過程において生成され
る反応生成物が上部電極下面に付着しエッチング処理中
のウェーハ上にダストとして降下することを防止して、
デバイス特性の悪化及び製造歩留りの低下を防止するこ
とができる半導体エッチング装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 平行平板型ＲＩＥ装置は、下部電極１２
上に搭載されたウェーハ１４上方の上部シリコン電極１
０に複数のガス穴１８、１８ａがウェーハ１４の大きさ
とほぼ同じ範囲に同心円状に開口され、これら同心円状
の複数のガス穴１８、１８ａ周囲の上部シリコン電極１
０下面にフォーカスリング２６が複数のガス穴１８、１
８ａの最外側のガス穴１８ａに近接して設置されてい
る。そして、フォーカスリング２６の内周側面がテーパ
形状をなしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体エッチング装
置に係り、特に平行平板型ＲＩＥ装置（ReactiveIon Et
ching System ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）やトランジス
タ等の半導体装置の製造過程においては、ウェーハ上に
形成された金属電極膜や絶縁酸化膜等の薄膜の全面又は
特定した場所を必要な厚さだけ除去するために、反応性
ガスプラズマ中のラジカルと反応性イオンの相乗効果に
よって薄膜をエッチングする平行平板型ＲＩＥ装置が使
用されている。

【０００３】従来の平行平板型ＲＩＥ装置を、図４を用
いて説明する。反応室内には、一対の平行平板型電極、
即ち上部シリコン電極３０及び下部電極３２が対向して
設置されている。そして、下部電極３２上にはウェーハ
３４を搭載すると共に、下部電極３２周囲に設置された
クランプリング３６を用いて、下部電極３２上に搭載さ
れたウェーハ３４を固定するようになっている。また、
このウェーハ３４上方の上部シリコン電極３０には、複
数のガス穴３８、３８ａがウェーハ３４の大きさと同じ
範囲に同心円状に開口され、これら複数のガス穴３８、
３８ａから上部シリコン電極３０と下部電極３２との間
に反応ガスとしてＣＦ₄ 、ＣＨＦ₃ 、Ａｒ等が導入され
るようになっている。

【０００４】また、上部シリコン電極３０は高周波電源
（図示せず）に接続され、下部電極３２は接地されてお
り、この高周波電源により上部シリコン電極３０に高周
波電力が供給されて、上部シリコン電極３０と下部電極
３２との間にプラズマが生成されるようになっている。

【０００５】また、複数のガス穴３８、３８ａ周囲の上
部シリコン電極３０下面には、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ （セラ
ミック）やＳｉＯ₂ （石英）によって作られ、内周の直
径がウェーハ３４の直径よりも大きいフォーカスリング
４０が設置され、下部電極３２上に搭載したウェーハ３
４上方に生成されるプラズマを均一化するようになって
いる。

【０００６】また、上部シリコン電極３０と下部電極３
２との間に導入された反応ガスの未反応分やウェーハ３
４表面の薄膜をエッチングする過程において生成される
反応生成物は、真空ポンプ等の排気ユニット（図示せ
ず）を用いてフォーカスリング４０とクランプリング３
６との間から排気されるようになっている。

【０００７】このような平行平板型ＲＩＥ装置を使用し
て、反応室内の上部シリコン電極３０と下部電極３２と
の間にＣＦ₄ 、ＣＨＦ₃ 等の反応ガスプラズマを生成
し、このプラズマ中のラジカルや反応性イオンとの化学
的及び物理的反応により下部電極３２上に搭載したウェ
ーハ３４表面の薄膜をエッチングする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の平行平板型ＲＩＥ装置においては、ウェーハ３４表
面の薄膜をエッチングする際、図４に示されるように、
同心円状に開口された複数のガス穴３８、３８ａのうち
の最外側のガス穴３８ａとフォーカスリング４０の内周
端部とに挟まれた上部シリコン電極３０下面に、エッチ
ング過程において生成される反応生成物４２が付着して
しまう。

【０００９】これは、最外側のガス穴３８ａとフォーカ
スリング４０の内周端部とに挟まれた領域の上部シリコ
ン電極３０にはガス穴が開口されていないことから、エ
ッチング種となるラジカルや反応性イオンの供給が少な
いため、上部シリコン電極３０下面のエッチングが殆ど
進行しないこと、また、上部シリコン電極３０下面とフ
ォーカスリング４０の内周側面とのなす角部には構造上
反応ガスが溜まり易いため、エッチング過程において反
応生成物が容易に生成される一方で、生成された反応生
成物を排気し難いことに起因するものである。

【００１０】このようにして最外側のガス穴３８ａとフ
ォーカスリング４０の内周端部とに挟まれた領域の上部
シリコン電極３０下面に付着した反応生成物４２は次第
に堆積されていく。そして、この上部シリコン電極３０
下面に堆積された反応生成物４２がエッチング処理中に
剥がれたりエッチングされたりしてプラズマ中に放出さ
れ、それがウェーハ３４上にダストとして降下し、デバ
イス特性の悪化及び歩留りの低下を招く原因となるとい
う問題があった。

【００１１】そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなさ
れたものであり、エッチング過程において生成される反
応生成物が上部電極下面に付着しエッチング処理中のウ
ェーハ上にダストとして降下することを防止して、デバ
イス特性の悪化及び製造歩留りの低下を防止することが
できる半導体エッチング装置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】上記課題は、以下の本発
明に係る半導体エッチング装置により達成される。即
ち、請求項１に係る半導体エッチング装置は、反応室内
に設置された一対の平行平板型の上部電極及び下部電極
と、上部電極に開口され、上部電極と下部電極との間に
エッチングガスを導入する複数のガス穴と、高周波を印
加して、上部電極と下部電極との間にプラズマを生成さ
せる高周波電源と、複数のガス穴の周囲の上部電極下面
に設置され、下部電極上に搭載したウェーハ上方に生成
されるプラズマを均一化するためのフォーカスリングと
を有する半導体エッチング装置であって、フォーカスリ
ングの内周側面が複数のガス穴の最外側のガス穴に近接
していることを特徴とする。

【００１３】このように請求項１に係る半導体エッチン
グ装置においては、フォーカスリングの内周側面と複数
のガス穴の最外側のガス穴とが近接していることによ
り、フォーカスリング内周側面近傍の下部電極にまでガ
ス穴が開口されているため、構造上反応ガスが溜まり易
い上部電極下面とフォーカスリングの内周側面との角部
がなくなり、エッチング過程において生成された反応生
成物が付着するスペース自体がなくなる。また、下部電
極上に搭載したウェーハに対向して露出している上部電
極下面全体に複数のガス穴からエッチング種となるラジ
カルや反応性イオンが絶えず供給されて、上部電極下面
のエッチングが進行し、反応生成物が付着することが防
止される。

【００１４】また、請求項２に係る半導体エッチング装
置は、上記請求項１に係る半導体エッチング装置におい
て、フォーカスリングの内周の直径が下部電極上に搭載
されたウェーハの直径よりも大きい構成とすることによ
り、下部電極に開口されるガス穴の数が従来より増加す
るものの、フォーカスリングにより周囲を囲まれた上部
電極下面と下部電極上に搭載したウェーハ表面との間に
生成されるプラズマの広がりが十分に確保されるため、
上記請求項１に係る半導体エッチング装置の場合の作用
に加えて、ウェーハ面内のエッチングレートの均一性が
確保される。

【００１５】また、請求項３に係る半導体エッチング装
置は、上記請求項１に係る半導体エッチング装置におい
て、フォーカスリングの内周側面がテーパ形状をなして
いる構成とすることにより、上部電極に開口されるガス
穴の数を増加させることなく、フォーカスリングにより
周囲を囲まれた上部電極下面と下部電極上に搭載したウ
ェーハ表面との間に生成されるプラズマの広がりが十分
に確保されるため、上記請求項２に係る半導体エッチン
グ装置の場合と同様の作用を奏する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。 （第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
る平行平板型ＲＩＥ装置の反応室内を示す概略断面図で
ある。図１に示されるように、本実施形態に係る平行平
板型ＲＩＥ装置の反応室内には、一対の平行平板型電
極、即ち上部シリコン電極１０及び下部電極１２が対向
して設置されている。そして、この下部電極１２上には
ウェーハ１４を搭載すると共に、下部電極１２周囲に設
置されたクランプリング１６を用いて、下部電極１２上
に搭載されたウェーハ１４を固定するようになってい
る。また、このウェーハ１４上方の上部シリコン電極１
０には、複数のガス穴１８、１８ａがウェーハ１４の大
きさとほぼ同じ範囲に同心円状に開口されており、これ
ら複数のガス穴１８、１８ａから上部シリコン電極１０
と下部電極１２との間に反応ガスとしてＣＦ₄ 、ＣＨＦ
₃ 、Ａｒ等が導入されるようになっている。

【００１７】また、上部シリコン電極１０は高周波電源
（図示せず）に接続され、下部電極１２は接地されてお
り、この高周波電源により上部シリコン電極１０に高周
波電力が供給されて、上部シリコン電極１０と下部電極
１２との間にプラズマが生成されるようになっている。
また、複数のガス穴１８、１８ａ周囲の上部シリコン電
極１０下面には、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ によって
作られ、内周の直径がウェーハ１４の直径とほぼ同じ程
度のフォーカスリング２０が設置され、下部電極１２上
に搭載したウェーハ１６上部に生成されるプラズマを均
一化するようになっているが、ここで、フォーカスリン
グ２０が複数のガス穴１８、１８ａの最外側のガス穴１
８ａに近接して設置されている点に本実施形態の特徴が
ある。

【００１８】また、上部シリコン電極１０と下部電極１
２との間に導入された反応ガスの未反応分やウェーハ１
４上の薄膜をエッチングする過程において生成される反
応生成物は、真空ポンプ等の排気ユニット（図示せず）
を用いてフォーカスリング２０とクランプリング１６と
の間から排気されるようになっている。

【００１９】以上のように本実施形態に係る平行平板型
ＲＩＥ装置によれば、上部シリコン電極１０に同心円状
に開口された複数のガス穴１８、１８ａの最外側のガス
穴１８ａとフォーカスリング２０の内周側面とが近接し
ていることにより、フォーカスリング２０内周側面に近
傍の下部電極１０にまでガス穴１８ａが開口されている
ため、構造上反応ガスが溜まり易い上部シリコン電極１
０下面とフォーカスリング２０の内周側面との角部がな
くなり、エッチング過程において生成された反応生成物
が付着するスペース自体がなくなる。また、下部電極１
２上に搭載したウェーハ１４に対向して露出している上
部シリコン電極１０下面全体にガス穴１８、１８ａから
エッチング種となるラジカルや反応性イオンが絶えず供
給されて、上部シリコン電極１０下面のエッチングが進
行する。

【００２０】従って、本実施形態に係る平行平板型ＲＩ
Ｅ装置を使用して、反応室内の上部シリコン電極１０と
下部電極１２との間にＣＦ₄ 、ＣＨＦ₃ 等の反応ガスプ
ラズマを生成し、このプラズマ中のラジカルや反応性イ
オンとの化学的及び物理的反応により下部電極１２上に
搭載したウェーハ１４上の薄膜をエッチングする際、エ
ッチング過程において生成される反応生成物が上部シリ
コン電極１０下面に付着することが防止されるため、上
部シリコン電極の寿命を向上させることができると共
に、付着物の増加によるトラブルが減少するため、装置
の稼働率を向上させることができる。また、上部シリコ
ン電極１０下面への付着物がエッチング処理中のウェー
ハ１４上にダストとして降下することが防止されるた
め、このダスト汚染に起因するデバイス特性の悪化及び
製造歩留りの低下を防止することができる。

【００２１】但し、上記第１の実施形態においては、フ
ォーカスリング２０の内周の直径がウェーハ１４の直径
とほぼ同じ程度であることにより、このフォーカスリン
グ２０により周囲を囲まれた上部シリコン電極１０下面
と下部電極１２上に搭載したウェーハ１４表面との間に
生成されるプラズマの広がりが従来の場合より小さくな
るため、ウェーハ１４面内のエッチングレートの均一性
が損なわれる恐れが生じる。この点を考慮して上記第１
の実施形態に改良を加えたものが、次に説明する第２の
実施形態に係る平行平板型ＲＩＥ装置である。

【００２２】（第２の実施形態）図２は本発明の第２の
実施形態に係る平行平板型ＲＩＥ装置の反応室内を示す
概略断面図である。なお、上記図１に示す平行平板型Ｒ
ＩＥ装置の構成要素と同一の要素には同一の符号を付し
て説明を省略する。図２に示されるように、本実施形態
に係る平行平板型ＲＩＥ装置は、上記第１の実施形態の
場合とほぼ同様の構造を有しており、下部電極１２上に
搭載されたウェーハ１４上方の上部シリコン電極１０に
は、複数のガス穴２２、２２ａが同心円状に開口されて
いると共に、これら同心円状の複数のガス穴２２、２２
ａ周囲の上部シリコン電極１０下面には、フォーカスリ
ング２４が複数のガス穴２２、２２ａの最外側のガス穴
２２ａに近接して設置されている。

【００２３】但し、図２から明らかなように、ウェーハ
１４上方の上部シリコン電極１０に複数のガス穴２２、
２２ａが同心円状に開口されている範囲がウェーハ１４
の大きさよりもかなり広く、従ってフォーカスリング２
４の内周の直径がウェーハ１４の直径よりも遥かに大き
くなっている点が上記第１の実施形態の場合と異なる点
であり、本実施形態の特徴である。

【００２４】以上のように本実施形態に係る平行平板型
ＲＩＥ装置によれば、ウェーハ１４上方の上部シリコン
電極１０に同心円状に開口された複数のガス穴２２、２
２ａの最外側のガス穴２２ａとフォーカスリング２４の
内周側面とが近接していると共に、このフォーカスリン
グ２４の内周の直径がウェーハ１４の直径よりも遥かに
大きいことにより、上記第１の実施形態の場合と同様の
効果を奏することに加えて、フォーカスリング２４によ
り周囲を囲まれた上部シリコン電極１０下面と下部電極
１２上に搭載したウェーハ１４表面との間に生成される
プラズマの広がりが上記第１の実施形態の場合より大き
くなるため、ウェーハ１４面内のエッチングレートの均
一性を確保することができる。

【００２５】但し、上記第２の実施形態においては、ウ
ェーハ１４上方の上部シリコン電極１０に複数のガス穴
２２、２２ａが同心円状に開口されている範囲が、ウェ
ーハ１４の大きさより広い範囲であることにより、ガス
穴２２、２２ａの数が従来の場合より多くなるため、こ
れら複数のガス穴２２、２２ａを上部シリコン電極１０
に同心円状に開口する手間がかかる。この点を考慮し
て、上記第２の実施形態に改良を加えたものが、次に説
明する第３の実施形態に係る平行平板型ＲＩＥ装置であ
る。

【００２６】（第３の実施形態）図３は本発明の第３の
実施形態に係る平行平板型ＲＩＥ装置の反応室内を示す
概略断面図である。なお、上記図１に示す平行平板型Ｒ
ＩＥ装置の構成要素と同一の要素には同一の符号を付し
て説明を省略する。図３に示されるように、本実施形態
に係る平行平板型ＲＩＥ装置は、上記第１及び第２の実
施形態の場合とほぼ同様の構造を有しており、下部電極
１２上に搭載されたウェーハ１４上方の上部シリコン電
極１０には、複数のガス穴１８、１８ａが同心円状に開
口されていると共に、これら同心円状の複数のガス穴１
８、１８ａ周囲の上部シリコン電極１０下面には、フォ
ーカスリング２６が複数のガス穴１８、１８ａの最外側
のガス穴１８ａに近接して設置されている。

【００２７】また、ウェーハ１４上方の上部シリコン電
極１０に複数のガス穴１８、１８ａが同心円状に開口さ
れている範囲がウェーハ１４の大きさとほぼ同じである
点も上記第１の実施形態の場合と同様であり、従って上
記第２の実施形態の場合とは異なっているが、図３から
明らかなように、フォーカスリング２６の内周側面がテ
ーパ形状をなしている点が上記第１及び第２の実施形態
の場合と異なる点であり、本実施形態の特徴である。

【００２８】以上のように本実施形態に係る平行平板型
ＲＩＥ装置によれば、ウェーハ１４上方の上部シリコン
電極１０にウェーハ１４の大きさと同じ範囲に同心円状
に開口された複数のガス穴１８、１８ａの最外側のガス
穴１８ａとフォーカスリング２６の内周側面とが近接し
ていると共に、このフォーカスリング２６の内周側面が
テーパ形状をなしていることにより、上記第１の実施形
態の場合と同様の効果を奏することに加えて、内周側面
がテーパ形状をなしているフォーカスリング２６により
周囲を囲まれた上部シリコン電極１０下面と下部電極１
２上に搭載したウェーハ１４表面との間に生成されるプ
ラズマの広がりが上記第１の実施形態の場合より大きく
なるため、上部シリコン電極１０に同心円状に開口する
ガス穴１８、１８ａの数を増加させることなく、上記第
２の実施形態の場合と同様の効果を奏することが可能に
なる。

【００２９】更に、フォーカスリング２６の内周側面の
テーパ形状により、複数のガス穴１８、１８ａから上部
シリコン電極１０と下部電極１２との間に導入されるＣ
Ｆ₄、ＣＨＦ₃ 、Ａｒ等の反応ガスの流れがよくなり、
エッチング種となるラジカルや反応性イオンがスムーズ
に供給されるため、上記第２の実施形態の場合よりも良
好なエッチング特性を得ることが可能になる。

【００３０】即ち、本実施形態に係る平行平板型ＲＩＥ
装置を使用してウェーハ１４上の薄膜をエッチングする
際に、エッチング過程において生成される反応生成物が
上部シリコン電極１０下面に付着してエッチング処理中
のウェーハ１４上にダストとして降下することを防止
し、それに起因するデバイス特性の悪化及び製造歩留り
の低下を防止することができると共に、ウェーハ１４面
内のエッチングレートの均一性を確保しつつ良好に薄膜
のエッチングを行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る半導体エッチング装置によれば、次のような効果を奏
することができる。即ち、請求項１に係る半導体エッチ
ング装置によれば、フォーカスリングの内周側面と複数
のガス穴の最外側のガス穴とが近接していることによ
り、フォーカスリング内周側面近傍の下部電極にまでガ
ス穴が開口されているため、構造上エッチング過程にお
いて生成された反応生成物が付着するスペース自体がな
くなることから、またウェーハに対向して露出している
上部電極下面全体にガス穴からエッチング種となるラジ
カルや反応性イオンが絶えず供給されて上部電極下面の
エッチングが進行することから、上部電極下面に反応生
成物が付着することを防止することができる。従って、
上部電極下面への反応生成物の付着による上部電極の寿
命の短縮化を防止することができると共に、付着物の増
加に伴うトラブルが減少して、装置の稼働率を向上する
ことができる。また、下部電極上に搭載したウェーハ表
面の薄膜をエッチングする際に、エッチング過程におい
て生成される反応生成物が上部電極下面に付着しエッチ
ング処理中のウェーハ上にダストとして降下することに
起因するデバイス特性の悪化及び製造歩留りの低下を防
止することができる。

【００３２】また、請求項２に係る半導体エッチング装
置は、フォーカスリングの内周の直径が下部電極上に搭
載されたウェーハの直径よりも大きいことにより、フォ
ーカスリングにより周囲を囲まれた上部電極下面と下部
電極上に搭載したウェーハ表面との間に生成されるプラ
ズマの広がりが十分に確保されるため、上記請求項１に
係る半導体エッチング装置の場合の効果を奏することに
加えて、ウェーハ面内のエッチングレートの均一性を確
保することができる。

【００３３】また、請求項３に係る半導体エッチング装
置は、上記請求項１に係る半導体エッチング装置におい
て、フォーカスリングの内周側面がテーパ形状をなして
いることにより、上部電極に開口されるガス穴の数を増
加させることなく、内周側面がテーパ形状をなしている
フォーカスリングにより周囲を囲まれた上部電極下面と
下部電極上に搭載したウェーハ表面との間に生成される
プラズマの広がりが十分に確保されるため、上記請求項
２に係る半導体エッチング装置の場合と同様の作用を奏
すると共に、エッチング種となるラジカルや反応性イオ
ンがスムーズに供給されるため、良好なエッチング特性
を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る平行平板型ＲＩ
Ｅ装置の反応室内を示す概略断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る平行平板型ＲＩ
Ｅ装置の反応室内を示す概略断面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係る平行平板型ＲＩ
Ｅ装置の反応室内を示す概略断面図である。

【図４】従来の平行平板型ＲＩＥ装置の反応室内を示す
概略断面図である。

【符号の説明】

１０…上部シリコン電極、１２…下部電極、１４…ウェ
ーハ、１６…クランプリング、１８…複数のガス穴、１
８ａ…最外側のガス穴、２０…フォーカスリング、２２
…複数のガス穴、２２ａ…最外側のガス穴、２４…フォ
ーカスリング、２６…フォーカスリング、３０…上部シ
リコン電極、３２…下部電極、３４…ウェーハ、３６…
クランプリング、３８…複数のガス穴、３８ａ…最外側
のガス穴、４０…フォーカスリング、４２…反応生成
物。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室内に設置された一対の平行平板型
   の上部電極及び下部電極と、前記上部電極に開口され、
   前記上部電極と前記下部電極との間にエッチングガスを
   導入する複数のガス穴と、高周波を印加して、前記上部
   電極と前記下部電極との間にプラズマを生成させる高周
   波電源と、前記複数のガス穴の周囲の前記上部電極下面
   に設置され、前記下部電極上に搭載したウェーハ上方に
   生成されるプラズマを均一化するためのフォーカスリン
   グとを有する半導体エッチング装置であって、 前記フォーカスリングの内周側面が前記複数のガス穴の
   最外側のガス穴に近接していることを特徴とする半導体
   エッチング装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体エッチング装置に
   おいて、 前記フォーカスリングの内周の直径が、前記下部電極上
   に搭載されたウェーハの直径よりも大きいことを特徴と
   する半導体エッチング装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体エッチング装置に
   おいて、 前記フォーカスリングの内周側面が、テーパ形状をなし
   ていることを特徴とする半導体エッチング装置。