JPH11111690A - 半導体製造用エッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英ベルジャの特定部位の曇りを解消して装
置の稼働率を向上させることができる半導体製造用エッ
チング装置を提供すること。 【解決手段】 石英ベルジャ１３の外側表面全域に加熱
した窒素ガスを供給する供給用配管１８と、当該ガスを
外部へ排気するガス排気系を設ける。ガス排気系は、磁
気コイル部１４の開口（採光口）１４ａより下方に位置
する環状溝３１と、排気用通路１９と、環状溝３１と排
気用配管１９とを連通させる排気通路３２とから構成さ
れる。これにより、石英ベルジャ１３の表面温度差が原
因で起こる採光口として形成された磁気コイル部１４の
開口１４ａに近接する石英ベルジャ１３の部位の曇り
（失透）の進行を抑制することができ、装置の稼働率の
向上およびスループットの向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造用エッチ
ング装置に関し、さらに詳しくは、マイクロ波と磁場に
より高密度プラズマを発生させるイオン源を用いて反応
性ガスイオンと中性活性種を生成し、ウェーハに照射し
エッチングする有磁場マイクロ波エッチング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種の従来技術を示してい
る。本体７の上部には、内部にエッチング処理室８を画
成する透明な石英ベルジャ３が載置され、この石英ベル
ジャ３の周囲には磁気コイル部４が配設されている。ま
た、エッチング処理室８にマイクロ波を供給するマイク
ロ波発生手段としてのマグネトロン１が設けられ、蓋部
材６に取り付けられた導波管２を介してマイクロ波を供
給するようにしている。エッチング処理室８には図示せ
ずとも被エッチング処理基板である半導体ウェーハが収
容されており、マグネトロン１から発せられるマイクロ
波電力を送り込むことによりエッチング処理室８に導入
される反応性ガスを放電させ、かつ磁気コイル部４によ
り発生される磁場でもってプラズマを制御し、半導体ウ
ェーハ上の被エッチング膜（例えばＡｌ（アルミニウ
ム）膜）を除去するようにしている。このとき、公知の
ように外部磁場により回転運動する電子の回転周波数と
マイクロ波の周波数を一致させて電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）現象を起こし、効率良く放電を発生させる
ようにしている。

【０００３】エッチング終点検出はエッチング終点検出
センサ（Ｅｎｄ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＥＰ
Ｄセンサ）５を用いて行われ、エッチング処理時の発光
強度を電圧に変換し、電圧がある設定条件を満たしたと
きエッチング終点と判定している。例えば、窒化膜の上
に成膜されたＡｌ膜をエッチングするとき、窒化膜が露
出したときに生じるプラズマ発光波長の変化を電圧変化
としてとらえ、これによりＡｌ膜のエッチング処理の終
了を判定するようにしている。このエッチング終点検出
センサ５は石英ベルジャ３の近傍に設けられるため、磁
気コイル部４の一部に形成した開口４ａに取り付けられ
る。すなわち、この開口４ａをプラズマ発光の採光口と
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この開
口（採光口）４ａが原因で、以下のような問題が発生す
る。すなわち、この種のエッチング装置では、エッチン
グ連続処理に伴い、プラズマによるダメージが原因で石
英ベルジャ３を変質させてしまい、もともと透明であっ
た石英に曇り（失透）を生じさせる。このとき、磁気コ
イル部４の開口４ａに近接する石英ベルジャ３の周辺温
度が他の部分の表面温度に比べて低くなることによっ
て、開口４ａ近傍における石英ベルジャ３の曇りが他の
部分に比べて早く進行する。これは、磁気コイル部４の
内部に発生する熱が開口４ａを介して外部へ逃げてしま
うのが原因で、開口４ａ近傍の温度が低くなるからであ
ると考えられている。

【０００５】したがって、エッチング終点検出用の覗き
窓部分に相当する部位の石英ベルジャ３の曇りが原因で
プラズマ発光波長の採光が十分に行われなくなってしま
うので、この開口（採光口）４ａに近接する部分の石英
の曇り具合でエッチングチャンバ（特に石英ベルジャ
３）のメンテナンス頻度が決定されることになる。つま
り、この曇りが原因で装置稼働時間の向上が制限される
と共に、スループットの向上を図ることができないとい
う問題がある。

【０００６】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、石英
ベルジャの特定部位の曇りを解消して装置の稼働時間を
向上させることができる半導体製造用エッチング装置を
提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、石英ベルジャ
の外側表面全域に加熱したガスを供給するガス供給系
と、上記ガスを外部へ排気するガス排気系とを設け、温
められたガスが石英ベルジャの外側表面全域を通って外
部へ排気されるというガスの流れを形成することによっ
て石英ベルジャの外側表面の温度ムラを低減し、石英ベ
ルジャの特定部位の曇り、すなわちエッチング終点検出
センサが設けられる採光口に近接する部分の曇りの抑制
を図っている。これによりエッチングチャンバのメンテ
ナンスサイクルを長くすることができるので、装置の稼
働時間およびスループットを向上させることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【０００９】図１〜図３は、クリーンルーム内に配置さ
れた本発明の実施の形態による半導体製造用エッチング
装置を模式的に示しており、全体として参照符号１０で
示される。本体１７の上部には透明な石英ベルジャ１３
が載置され、内部にエッチング処理室２８を画成してい
る。石英ベルジャ１３の周囲には磁気コイル部１４が配
設されると共に、石英ベルジャ１３を介してエッチング
処理室２８に供給されるマイクロ波を発生するためのマ
グネトロン１１が設けられている。マイクロ波は蓋部材
１６に取り付けられた導波管１２を介してエッチング処
理室２８に供給される。エッチング終点検出センサ１５
は従来と同様、磁気コイル部１４の一部に形成した開口
１４ａに取り付けられると共に、このエッチング終点検
出センサ１５の出力はエッチング終点検出ユニット２１
に供給される。

【００１０】蓋部材１６には、石英ベルジャ１３の外側
表面全域に加熱した窒素ガスを供給するためのステンレ
ス製の供給用配管１８の供給端部１８ａが設けられてい
る。供給用配管１８の供給端部１８ａは４本に分岐さ
れ、石英ベルジャ１３の頂部近傍に対向するように導波
管１２の周りに配設されている（図３参照）。供給用配
管１８にはヒータユニット（加熱部）２０が設けられ、
ここで配管１６の内部を流れる窒素ガスが、本実施の形
態では５０℃に加熱されるようになっている。これら供
給用配管１８およびヒータユニット２０により本発明に
係るガス供給系が構成される。

【００１１】他方、図２を参照して、磁気コイル部１４
の内周部における開口１４ａより下方の位置には環状溝
３１が形成されると共に、この環状溝３１に一端が連通
する排気通路３２が磁気コイル部１４の内部を貫通して
形成され、この排気通路３２の他端部にステンレス製の
排気用配管１９が接続されている。これら環状溝３１、
排気通路３２および排気用配管１９により本発明に係る
ガス排気系が構成される。そこで、本実施の形態では排
気用配管１９を、クリーンルーム内にて発生する熱を外
部へ排気する図示しない熱排気ラインに接続している。

【００１２】磁気コイル部１４には水平方向に延びる支
持部材２５の一端部が固定されており、この支持部材２
５の他端部に駆動機構２３のロッド部２３ａを固定する
ことによって、図１において一点鎖線で示す位置まで支
持部材２５を上昇移動させることができるようになって
いる。また、この上昇・下降移動は当該支持部材２５を
貫通する軸部材２２に沿って案内され、また、この軸部
材２２の周りに支持部材２５を回動させることができる
ようになっている。なお、このとき供給用配管１８およ
び排気用配管１９は、それぞれの配管途中に設けられる
継手２６および２７を境に取り外されるようになってい
る。すなわち、これらの操作は、エッチングチャンバの
メンテナンス時に磁気コイル部１４等を他の所定位置へ
待機させておくために行われる。また、供給用配管１８
および排気用配管１９の所定の箇所には、例えば石綿な
どの耐熱性を有する材料で成る保護カバー（図示せず）
が設けられている。

【００１３】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。

【００１４】上述と同様な原理で石英ベルジャ１３の内
部において半導体ウェーハの所定のエッチング処理が開
始されると、供給用配管１８の供給端部１８ａからヒー
タユニット２０にて加熱された窒素ガスが石英ベルジャ
１３の上方部から供給されると共に、クリーンルームの
熱排気ラインとの接続により排気用配管１９を介しての
窒素ガスの排気作用が行われる。このとき窒素ガスは、
図２および図３において符号Ｐで示すように石英ベルジ
ャ１３の外側表面全域を覆うように流れる。すなわち、
窒素ガスは石英ベルジャ１３の外側表面に沿って下方の
環状溝３１へ至り、ここから排気通路３２を介して排気
用配管１９に流出する。このような窒素ガスの連続的な
流れの形成により、石英ベルジャ１３の外側表面全域に
加熱された窒素ガスの層が形成される。これにより、エ
ッチング終了検出センサ１５が取り付けられる開口（採
光口）１４ａに近接する石英ベルジャ１３の周辺温度
と、他の部分の表面温度との間に温度差が生じることな
く、石英ベルジャ１３の外側表面全域にわたって表面温
度が一様となる。

【００１５】したがって本実施の形態によれば、開口
（採光口）１４ａと対向する石英ベルジャ１３の表面温
度差による曇り（失透）を解消することができるので、
エッチングチャンバのメンテナンスサイクルを従来より
大幅に長くすることができ、よって、装置の稼働時間の
延長に基づくスループットの向上を図ることができる。
また、窒素ガスの導入により石英ベルジャ１３が冷却さ
れ過ぎると、エッチング処理時に発生する反応生成物の
ベルジャ内壁への付着が顕著となるのであるが、本実施
の形態によれば、石英ベルジャ１３に供給される窒素ガ
スは所定温度（例えば５０℃）に加熱されているので、
石英ベルジャ１３の内壁への上述した反応生成物の付着
を防止でき、エッチング終了検出センサ１５の誤作動や
エッチングレート（単位時間当たりのエッチング量）の
低下を招くことはない。

【００１６】また、本実施の形態によれば、限られたス
ペースで行われるエッチングチャンバのメンテナンス時
に作業者が誤って供給用配管１８または排気用配管１９
に触れるようなことがあっても、これら配管１８、１９
には保護カバーで覆われているので安全である。さら
に、クリーンルームの中では一般に、温度、湿度、室中
のダスト数、室中の気流の方向等を制御しているが、生
産設備（高周波電源のように熱が発生する機器）から発
生する熱をそのままクリーンルーム内に放熱してしまう
と室中の温度、湿度等が制御しにくくなるため、このよ
うな熱を室外へ排出させる処置すなわち熱排気ラインを
設けている。そこで本実施の形態では、石英ベルジャ１
３に供給した窒素ガスを排気するガス排気系を、上記ク
リーンルーム内の熱排気ラインに接続して窒素ガスの排
気作用を行うようにしているので、別途、排気用のポン
プ等を設置することなく、簡便なシステムで行うことが
できる。

【００１７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００１８】例えば以上の実施の形態では、磁気コイル
部１４の内周部に環状溝３１を形成し、これと排気用配
管１９とを連通させる排気通路３２を磁気コイル部１４
の内部に形成したが、これに代えて、石英ベルジャ１３
と磁気コイル部１４との間に形成される環状の本体１７
の上面に、図４に示すように環状溝４１を形成すると共
に、この環状溝４１と排気用配管１９とを連通させる排
気通路４２を本体１７の内部に形成するようにしてもよ
い。なお図において、上述の実施の実施の形態と対応す
る部分については同一の符号を付するものとし、その詳
細な説明は省略する。

【００１９】また、以上の実施の形態では石英ベルジャ
１３の外側表面に供給するガスとして窒素ガスを適用し
たが、これに代えて、クリーンルーム用に気中の水分を
調整したドライエアを適用することができる。また、石
英ベルジャ１３の上方部からガスを供給すると共に、石
英ベルジャ１３の下部からガスを排気するようにした
が、これを逆にしてもよい。すなわち、石英ベルジャ１
３の下部から上方部に向けてのガスの流れを形成するよ
うにしても、上述した実施の形態と同様な効果が期待で
きる。

【００２０】さらに、以上の実施の形態では石英ベルジ
ャ１３の外側表面に供給する窒素ガスの温度を５０℃と
したが、ガス温度を更に高温とすれば、石英ベルジャ１
３自体の曇り（失透）の抑制が図られる。すなわち、石
英ベルジャ１３の内外温度差による改善を図ることによ
ってベルジャ１３を構成する石英の変質を抑制が図ら
れ、これにより更なる装置稼働率の向上を図ることがで
きる。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体製造
用エッチング装置によれば、石英ベルジャの外側表面全
域に加熱したガスを供給するガス供給系と、当該ガスを
外部へ排気するガス排気系とを設けることにより、当該
ガスの流れにより石英ベルジャの表面の温度ムラを解消
することができるので、石英ベルジャの特定部位の曇り
（失透）、すなわち、採光口に近接する領域の変質を防
止してエッチングチャンバのメンテナンスサイクルを延
長して装置の稼働率を向上させることができると共に、
スループットの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による半導体製造用エッチ
ング装置の全体を示す模式図である。

【図２】同要部の拡大図である。

【図３】図２における［３］−［３］線方向の矢視図で
ある。

【図４】本発明の変形例を示す図２と同様な拡大図であ
る。

【図５】従来の半導体製造用エッチング装置の要部を示
す拡大図である。

【符号の説明】

１０………エッチング装置、１１………マグネトロン、
１３………石英ベルジャ、１４………磁気コイル部、１
４ａ………開口（採光口）、１５………エッチング終了
検出センサ、１８………供給用配管、１９………排気用
配管、２０………ヒータユニット、２８………エッチン
グ処理室、３１………環状溝、３２………排気通路、４
１………環状溝、４２………排気通路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波発生手段と、内部にエッチン
   グ処理室を画成する石英ベルジャと、この石英ベルジャ
   の周囲に配設される磁気コイル部と、この磁気コイル部
   の一部に形成した開口に取り付けられ前記エッチング処
   理室内における所定のエッチング処理の終了を検出する
   エッチング終点検出センサとを備えた半導体製造用エッ
   チング装置において、 前記石英ベルジャの外側表面全域に加熱したガスを供給
   するガス供給系と、 前記ガスを外部へ排気するガス排気系とを設けたことを
   特徴とする半導体製造用エッチング装置。
2. 【請求項２】 前記ガス供給系は、供給端部が前記石英
   ベルジャの頂部近傍に対向する供給用配管と、この供給
   用配管を加熱する加熱部とから成り、 前記ガス排気系は、前記開口より下方の位置において前
   記磁気コイル部の内周部に形成される環状の溝と、この
   溝に一端が連通する排気通路と、この排気通路の他端に
   接続される排気用配管とで成ることを特徴とする請求項
   １に記載の半導体製造用エッチング装置。
3. 【請求項３】 前記ガス排気系は、クリーンルーム内に
   て発生した熱を外部へ排気する熱排気ラインに接続され
   ることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造用エッ
   チング装置。
4. 【請求項４】 前記ガス供給系の供給用配管および前記
   ガス排気系の排気用配管のそれぞれに耐熱保護カバーが
   設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体製
   造用エッチング装置。
5. 【請求項５】 前記ガスは、窒素ガスであることを特徴
   とする請求項１に記載の半導体製造用エッチング装置。