JPH11260805A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 保守作業が容易で、安定なプラズマエッチン
グが可能なプラズマエッチング装置を提供する。 【解決手段】 プラズマエッチング装置５０は、反応チ
ャンバ部５１の上部平板部５２の内面側に取り付けた石
英製平板部５３と、反応チャンバ部５１の側壁円筒部５
４の内側に設置された遮蔽円筒部５５と、下部電極５に
半導体ウェハ１０を押さえ付けるための押さえ爪１７
と、遮蔽円筒部５５に設けられた、押さえ爪１７を支持
するドーナツ状をした円形平板の支持部材５６と、支持
部材５６上面に載置され、遮蔽円筒部５５および支持部
材５６をプラズマ発生領域より隔離するために、遮蔽円
筒部５５および支持部材５６の内側に設けられた石英製
円筒部５７とを有して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
装置に関し、さらに詳しくは、保守作業が容易で、安定
なプラズマエッチングが可能なプラズマエッチング装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の製造における絶縁膜
や導電体膜等の被処理膜の加工手段として、プラズマエ
ッチング装置が多用されている。高集積化した半導体装
置の製造に用いるプラズマエッチング装置は、パターン
のエッチング精度、即ちエッチング時のマスクとなる、
例えばフォトレジストのパターンとの寸法変換量、即ち
ＣＤロス（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎ Ｌ
ｏｓｓ）が少ないこと、およびパターニングする絶縁膜
や導電体膜等の被処理膜のエッチング速度と、被処理膜
の下地膜のエッチング速度とのエッチング速度比、即ち
エッチング選択比が大きいこと等の性能が要望される。
更に、半導体製造装置においては、連続した作業が行わ
れるために、操作性の良い装置や、保守作業の容易な装
置、装置起因の半導体ウェハへの付着ダストの少ない装
置等の要望もされている。

【０００３】ここでは、従来の平行平板型のプラズマエ
ッチング装置の一例を、図５を参照して説明する。ま
ず、平行平板型のプラズマエッチング装置１は、図５に
示すように、筐体２と、筐体２上に位置する反応チャン
バ部３と、駆動装置（図示省略）により矢印Ａに示す上
下移動をする可動基板４と、加熱のための加熱ヒータ等
が内在した、被処理基板、例えば半導体ウェハ１０を載
置する載置基板、例えばウェハステージであり、又可動
基板４と絶縁部材１１により絶縁され、高周波電源７と
接続した下部電極５と、反応チャンバ部３内に反応ガス
を噴出すると共に、接地電位が与えられている上部電極
６と、反応ガスのプラズマを発生させる高周波電源７等
で概略構成されている。

【０００４】上述した反応チャンバ部３は、上部平板部
１２、側壁円筒部１３、および側壁円筒部１３の内側に
位置し、側壁円筒部１３内壁へのプラズマエッチング時
の反応生成物付着を回避して、反応生成物を除去するク
リーニング等の保守作業を容易にするための、表面をア
ルマイト加工したＡｌ製の遮蔽円筒部１４で構成されて
いる。反応チャンバ部３の上部平板部１２には、反応ガ
スを導入するための配管１５が取り付けられており、反
応チャンバ部３の側壁円筒部１３には、反応チャンバ部
３内を排気するための排気管１６が取り付けられてい
る。遮蔽円筒部１４の内壁周囲の数カ所、例えば４箇所
には、下部電極５に載置された半導体ウェハ１０を押さ
え付ける押さえ爪１７を取り付ける支持部材１８が設け
られている。

【０００５】なお、半導体ウェハ１０を載置する下部電
極５表面の、半導体ウェハ１０の載置領域の外側は、半
導体ウェハ１０の載置領域表面より一段低い位置の表面
になっていて、この部分に絶縁材料、例えば石英で形成
されたカバーリング１９がある。このカバーリング１９
は、プラズマエッチング時の異常放電防止と、プラズマ
密度の均一性を維持するために設けられている。また、
下部電極５と対向する上部電極６の下方面には、反応ガ
スを半導体ウェハ１０に向けて均一に噴出させるための
複数の小孔６ａが設けられている。

【０００６】次に、上述したプラズマエッチング装置１
による、半導体ウェハ１０の被処理膜のプラズマエッチ
ングの操作に関して述べる。まず、駆動装置（図示省
略）により、可動基板４を矢印Ａに示す下方移動をさせ
た後、半導体ウェハ１０を下部電極５上に載置し、その
後可動基板４を駆動装置により矢印Ａに示す上方移動を
させて、筐体２と密着させる。この可動基板４と筐体２
とを密着させた状態では、遮蔽円筒部１４に取り付けた
押さえ爪１７が半導体ウェハ１０を下部電極５表面に押
さえ付ける状態となる。

【０００７】次に、排気管１６に接続する不図示の排気
系により、反応チャンバ部３内を排気して、反応チャン
バ部３内を真空にする。その後、半導体ウェハ１０の被
処理膜をプラズマエッチングするための反応ガスを、配
管１５、上部電極６を通して、反応チャンバ部３内に導
入し、反応チャンバ部３内の圧力を所定圧力とする。次
に、高周波電源７をＯＮして、反応チャンバ部３内に反
応ガスのプラズマを発生させ、半導体ウェハ１０の被処
理膜をプラズマエッチングする。被処理膜のプラズマエ
ッチングが完了した段階で、高周波電源７をＯＦＦし、
反応ガスのプラズマ状態を消滅させる。その後、反応チ
ャンバ部３内への反応ガス導入を停止し、反応チャンバ
部３内を排気して、反応チャンバ部３内を真空にする。
その後、反応チャンバ部３内の排気を停止し、配管１５
よりＮ₂ ガス等を導入して、反応チャンバ部３内を常圧
にした後、可動基板４を、駆動装置により矢印Ａに示す
下方移動をさせ、その後下部電極５上の半導体ウェハ１
０を取り出すことで、被処理膜のプラズマエッチング工
程が完了する。

【０００８】上述したプラズマエッチング装置１による
被処理膜のプラズマエッチングの際に、反応ガスと被処
理膜や被処理膜上のパターニングされたフォトレジスト
膜等との反応による反応生成物が発生し、この反応生成
物が反応チャンバ部３の内壁である、上部平板部１２や
遮蔽円筒部１４の内壁に付着する。被処理膜のプラズマ
エッチング処理回数を重ねると、上部平板部１２や遮蔽
円筒部１４の内壁に付着した反応生成物膜の膜厚が増加
し、この膜が上部平板部１２や遮蔽円筒部１４の内壁よ
り剥離して、プラズマエッチングするために下部電極５
上に載置された半導体ウェハ１０上の付着ダストとなっ
て、被処理膜のエッチング不良を発生させるという問題
がある。このため、プラズマエッチング処理を所定回数
行った後には、上部平板部１２や遮蔽円筒部１４の内壁
に蓄積した反応生成物膜を除去するための保守作業を行
っている。

【０００９】しかしながら、ＳＵＳ製等の金属製の上部
平板部１２の内壁や、アルマイト加工をしたＡｌ製の遮
蔽円筒部１４の内壁に付着した反応生成物膜の除去は、
かなり困難であるという問題があった。また、半導体ウ
ェハ１０を下部電極５表面に押さえ付ける押さえ爪１７
を取り付ける支持部材１８は、金属製の材料なので、こ
の支持部材１８によるプラズマの異常放電が発生する虞
がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した如く、上記従
来のプラズマエッチングは、反応チャンバ部の上部平板
部の内壁や遮蔽円筒部の内壁に付着した反応生成物膜を
除去することが困難で、保守作業に多くの工数を必要と
するという問題があった。また、半導体ウェハを下部電
極表面に押さえ付ける押さえ爪を取り付ける支持部材に
よる、プラズマの異常放電が発生する虞があった。本発
明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目
的は、保守作業が容易で、安定なプラズマエッチングが
可能なプラズマエッチング装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマエッチ
ング装置は、上述の課題を解決するために提案するもの
であり、平行平板型のプラズマエッチング装置におい
て、反応チャンバ部の上部平板部の内面側に取り付けた
石英製平板と、反応チャンバ部の側壁円筒部の内側に設
置された遮蔽円筒部と、被処理基板を載置する載置基板
に被処理基板を押さえ付けるための押さえ部材と、遮蔽
円筒部に設けられた、押さえ部材を支持する支持部材
と、支持部材上に載置され、遮蔽円筒部および前記支持
部材をプラズマ発生領域より隔離するために、遮蔽円筒
部および前記支持部材の内側に設けられた石英製円筒部
とを有することを特徴とするものである。

【００１２】本発明によれば、プラズマエッチング装置
を上述の如き構成とすることにより、被処理膜のプラズ
マエッチングの際の反応生成物は、反応チャンバ部の内
壁となる、石英製平板や石英製円筒部に付着することに
なる。この反応生成物が付着した反応生成物膜は、プラ
ズマエッチング処理の処理回数を重ねることで膜厚が厚
くなって剥離し、半導体ウェハの付着ダストとなるた
め、プラズマエッチング処理の所定処理回数後には反応
生成物膜を除去する保守作業が行われるが、本発明のプ
ラズマエッチング装置においては、反応生成物の付着面
が石英であるために、従来のプラズマエッチング装置に
比べて、反応生成物膜を除去する保守作業が容易にな
る。また、石英製円筒部の下方円筒部が、金属製の材料
である支持部材をプラズマ発生領域より隔離する構成と
なっているため、プラズマの異常放電の発生を抑制する
ことができる。従って、保守作業が容易で、安定なプラ
ズマエッチングが可能なプラズマエッチング装置が実現
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
例につき、添付図面を参照して説明する。なお従来技術
の説明で参照した図５中の構成部分と同様の構成部分に
は、同一の参照符号を付すものとする。

【００１４】本実施の形態例は、平行平板型のプラズマ
エッチング装置に本発明を適用した例であり、これを図
１〜図４を参照して説明する。まず、平行平板型のプラ
ズマエッチング装置５０の基本的な構成は、図１に示す
ように、従来例と同様で、筐体２と、筐体２上に位置す
る反応チャンバ部５１と、駆動装置（図示省略）により
矢印Ａに示す上下移動をする可動基板４と、加熱のため
の加熱ヒータ等が内在した、被処理基板、例えば半導体
ウェハ１０を載置する載置基板、例えばウェハステージ
であり、又可動基板４と絶縁部材１１により絶縁され、
高周波電源７と接続した下部電極５と、反応チャンバ部
５１内に反応ガスを噴出すると共に、接地電位が与えら
れている上部電極６と、反応ガスのプラズマを発生させ
る高周波電源７等で概略構成されているので、従来例と
同様な部分の説明は省略し、本発明の特徴部分である反
応チャンバ部５１に関して詳述する。

【００１５】本発明の反応チャンバ部５１は、石英製平
板部５３を取り付けた、金属製の上部平板部５２と、側
壁円筒部５４と、側壁円筒部５４の内側に配置された遮
蔽円筒部、例えば表面をアルマイト加工したＡｌ製の遮
蔽円筒部５５と、遮蔽円筒部５５の内側に配置され、遮
蔽円筒部５５に設けられた支持部材５６上に載置される
石英製円筒部５７とで概略構成されている。なお、上述
した遮蔽円筒部５５の支持部材５６には、下部電極５に
載置された半導体ウェハ１０を押さえ付ける数個、例え
ば４箇の押さえ爪１７が取り付けられている。

【００１６】上述した石英製平板部５３は、図２に示す
ように、中央に孔部５３ａがある円板状平板である。孔
部５３ａは、上部電極６を上部平板部５２に取り付ける
際の、取り付け部が挿入される部分である。円形状の石
英製平板部５３の径Ｄ₁ は、後述する石英製円筒部５７
の上方円筒部５７ｂの外径Ｄ₂ と略等しくする。なお、
石英製平板部５３は、上部平板部５２の、石英製平板部
５３の外縁部を支持するように設けられた支持部材（図
示省略）により、上部平板部５２に取り付けられる。

【００１７】また、石英製円筒部５７は、図３に示すよ
うに、ドーナツ状の平坦部５７ａと、平坦部５７ａの外
縁部より上方に位置する断面の大きな、円筒状の上方円
筒部５７ｂと、平坦部５７ａの内縁部より下方に位置す
る断面の小さい、円筒状の下方円筒部５７ｃとで構成さ
れている。上方円筒部５７ｂの上部の排気管１６（図１
参照）に対応する位置には、排気口部５７ｄが設けられ
ている。上述した上方円筒部５７ｂの外径Ｄ₂ は、遮蔽
円筒部５５の僅か内側となる外径とし、下方円筒部５７
ｃの外径Ｄ₃ は、支持部材５６の内側先端より、僅か内
側となる外径とする。

【００１８】図４は、上述した反応チャンバ部５１の、
図１のＢ−Ｂ部における概略断面図である。側壁円筒部
５４の内側の、僅かな距離を隔てて設置されている、従
来例と同様の遮蔽円筒部５５には、図４に示すように、
半導体ウェハ１０を下部電極５に押さえつける押さえ爪
１７を支持する支持部材５６が設けられている。なお、
この支持部材５６は、ドーナツ状の円形平板となってい
て、この支持部材５６上面には石英製円筒部５７の平坦
部５７ａが載置される。

【００１９】上述したプラズマエッチング装置５０によ
る、半導体ウェハ１０の被処理膜のプラズマエッチング
の操作に関しては、従来例で説明したプラズマエッチン
グ装置１によるプラズマエッチングの操作と全く同様な
ので、説明を省略する。

【００２０】上述したプラズマエッチング装置５０によ
れば、反応ガスと被処理膜や被処理膜上のパターニング
されたフォトレジスト膜等との反応により発生した反応
生成物は、反応チャンバ部５１の内壁である、上部平板
部５２に取り付けられた石英製平板部５３、および石英
製円筒部５７の内面側に付着する。被処理膜のプラズマ
エッチング処理回数を重ねると、石英製平板部５３およ
び石英製円筒部５７の内面側に付着した反応生成物膜の
膜厚が増加し、この膜が石英製平板部５３や石英製円筒
部５７の内壁より剥離して、半導体ウェハ１０上の付着
ダストとなり、被処理膜のエッチング不良を発生させる
という問題があるので、反応生成物膜を除去する定期的
な保守作業の必要性があることは従来例と同様である。

【００２１】しかしながら、上述したプラズマエッチン
グ装置５０においては、反応生成物が付着する石英製平
板部５３および石英製円筒部５７は材質が石英であるた
めに、内壁に付着した反応生成物膜の除去が、従来の材
質の金属製である上部平板部１２の内壁および遮蔽円筒
部１４の場合に比較して、容易である。また、石英製円
筒部５７の下方円筒部５７ｃが、金属製の材料である支
持部材５７をプラズマ発生領域より隔離する構成となっ
ているため、プラズマの異常放電の発生を抑制すること
ができる。従って、保守作業が容易で、安定なプラズマ
エッチングが可能なプラズマエッチング装置が実現でき
る。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマエッチング装置は、被処理膜のプラズマエッ
チングの際の反応生成物は、反応チャンバ部の内壁とな
る、石英製平板や石英製円筒部に付着することになる。
この反応生成物が付着した反応生成物膜は、プラズマエ
ッチング処理の処理回数を重ねることで膜厚が厚くなっ
て剥離し、半導体ウェハの付着ダストとなるため、プラ
ズマエッチング処理の所定処理回数後には反応生成物膜
を除去する保守作業が行われるが、本発明のプラズマエ
ッチング装置においては、反応生成物の付着面が石英で
あるために、従来のプラズマエッチング装置に比べて、
反応生成物膜を除去する保守作業が容易になる。また、
石英製円筒部の下方円筒部が、金属製の材料である支持
部材をプラズマ発生領域より隔離する構成となっている
ため、プラズマの異常放電の発生を抑制することができ
る。従って、保守作業が容易で、安定なプラズマエッチ
ングが可能なプラズマエッチング装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマエッチング装置の概略断面図
である。

【図２】本発明のプラズマエッチング装置の反応チャン
バ部の、金属製の上部平板部に取り付ける石英製平板部
の概略図で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図
である。

【図３】本発明のプラズマエッチング装置の反応チャン
バ部の、遮蔽円筒部の内側に配置される石英製円筒部の
概略斜視図である。

【図４】本発明のプラズマエッチング装置の、図１のＢ
−Ｂ部の概略断面図である。

【図５】従来例のプラズマエッチング装置の概略断面図
である。

【符号の説明】

１，５０…プラズマエッチング装置、２…筐体、３，５
１…反応チャンバ部、４…可動基板、５…下部電極、６
…上部電極、６ａ…小孔、７…高周波電源、１０…半導
体ウェハ、１１…絶縁部材、１２，５２…上部平板部、
１３，５４…側壁円筒部、１４，５５…遮蔽円筒部、１
５…配管、１６…排気管、１７…押さえ爪、１８，５６
…支持部材、１９…カバーリング、５３…石英製平板
部、５３ａ…孔部、５７…石英製円筒部、５７ａ…平坦
部、５７ｂ…上方円筒部、５７ｃ…下方円筒部、５７ｄ
…排気口部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行平板型のプラズマエッチング装置に
   おいて、 反応チャンバ部の、金属製上部平板部の内面側に取り付
   けられた円形状の石英製平板部と、 前記反応チャンバ部の、円筒状の金属製側壁円筒部の内
   側に設置された金属製遮蔽円筒部と、 被処理基板を載置する載置基板に前記被処理基板を押さ
   え付けるための押さえ部材と、 前記遮蔽円筒部に設けられた、前記押さえ部材を支持す
   る支持部材と、 前記支持部材の上面に載置され、前記遮蔽円筒部および
   前記支持部材をプラズマ発生領域より隔離するための、
   前記遮蔽円筒部および前記支持部材の内側に設置される
   石英製円筒部とを有することを特徴とするプラズマエッ
   チング装置。
2. 【請求項２】 円形状の前記石英製平板部の径は、前記
   石英製円筒部上端の外径と略等しい径であることを特徴
   とする、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
3. 【請求項３】 前記石英製円筒部は、前記支持部材上に
   載置される円形状の平坦部と、前記平坦部の外縁部より
   上方に位置する上方円筒部と、前記平坦部の内縁部より
   下方に位置する下方円筒部とで構成されることを特徴と
   する、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。