JPH11310887A - 反応性イオンエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 搬送治具に膜やエッチング残さが堆積して障
害が発生するという問題があった。 【解決手段】 反応性イオンエッチング装置の下部電極
をチャンバ底部よりも高いところに設け、その電極端部
の下方側とチャンバ側壁との間に、アースシールドと基
板搬送用トレイの搬送機構を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反応性イオンエッチ
ング装置に関し、特に被加工物をチャンバの一端部から
他の端部に連続して搬送できる連続式反応性イオンエッ
チング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応性イオンエッチング装置には、枚葉
式とバッチ式がある。枚葉式では比較的小さいチャンバ
が１個もしくは複数個あり、真空内に置かれたロボット
で被加工物であるウェハの搬入と搬出を行う。この枚葉
式の反応性イオンエッチング装置では、チャンバが小さ
いため、比較的均一なエッチングができる。しかし、チ
ャンバが小さいことから、一つのチャンバの真空引き時
間は短いものの、連続して処理を行う場合、トータルの
真空引き時間とガスを流し始めてからプラズマ発生まで
の圧力安定時間は長くなる。

【０００３】これに対して、バッチ式では大きなチャン
バを用い、ウェハを多数乗せたトレイを一端部側から搬
入し、他の端部側から搬出することにより、大量に速く
処理を行うことができる。このバッチ式の欠点は、電極
が大きく、場所によってエッチング量や形状が不均一に
なることである。そのため、ＬＣＤやＬＳＩの生産など
のようなμｍ以下のパターンを正確に形成する必要があ
る用途には使用できない。しかし、太陽電池の表面反射
構造を形成する場合のように、微細で正確なパターンが
求められない工程では、この方式によるコスト的なメリ
ットは大きい。

【０００４】図５に、従来のバッチ式の反応性イオンエ
ッチング装置の基本構成を示す。ガスはチャンバー２１
の上部からマスフローコントローラ２２で流量を制御さ
れて導入され、側壁部の一方から排気される。排気管２
３の途中には、コントロールバルブ２４が取り付けら
れ、圧力を調整する。基板２５を載置するトレイ２６を
置く側がＲＦ電源２７となっており、チャンバ２１内の
他の部分は接地されている。

【０００５】ＲＦ電源２７の周波数は通常１３．５６Ｍ
Ｈｚである。チャンバ内部、特にＲＦ電源２７側の電極
２８には温度上昇防止のために、冷却水２９を流すのが
普通である。この装置では、プラズマによって雰囲気構
成ガスからラジカルと反応性イオンの両方を発生させて
基板２５の表面を所望のパターンにエッチングする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５に示す従来の反応
性イオンエッチング装置では、チャンバ２１の底面がそ
のまま電極２８となっているため、この構造では基板ト
レイ２６をチャンバ２１内に挿入するためには引きずっ
て入れるか、アーム（不図示）で外側から浮かせて入れ
て降ろすかのどちらかになる。これらの方法は、真空引
き予備室がない場合には可能だが、図６のように、真空
予備室３０がある場合にはアームなどを収める場所がな
く、難しくなる。量産装置の場合、タクトが重要であ
り、真空予備室３０は不可欠である。そのため、この構
造では量産装置には使えないという問題がある。なお、
図６中、３１は基板２５を真空予備室３０に搬出入する
ための扉、３２は真空予備室３０とエッチング室を仕切
るためのゲートバルブ、３３は絶縁物である。

【０００７】また、従来の反応性イオンエッチング装置
では、反応圧力、ガス、その流量、ＲＦパワー、ＤＣバ
イアス、さらにチャンバ２１そのものの構造などから、
チャンバ２１の側壁と基板トレイ２６の端部との間にプ
ラズマが発生することがある。その場合、滑車などの搬
送治具がプラズマの近くに存在していると、搬送治具に
膜やエッチング残さが堆積したりして、搬送機構に障害
となり、堆積した膜やエッチング残さを定期的に除去す
ることが必要になるという問題があった。

【０００８】本発明はこのような従来装置に鑑みてなさ
れたものであり、真空予備室がある場合には、アームな
どを収める場所がなく、量産には不向きであるととも
に、その代わりに搬送機構がある場合には、搬送治具に
膜やエッチング残さが堆積して障害が発生するという従
来装置の問題点を解消した反応性イオンエッチング装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る反応性イオンエッチング装置では、反
応性イオンエッチング装置のＲＦ電極をチャンバ底部よ
りも高いところに設け、その電極端部の下方側とチャン
バ側壁との間に、アースシールドと基板搬送用トレイの
搬送治具を設けた。

【００１０】また、上記反応性イオンエッチング装置で
は、前記基板搬送用トレイの搬送治具を金属板で遮蔽で
きるようにすることが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明に係る反応
性イオンエッチング装置の概略構成を示す図、図２は断
面図であり、１は基板、２は電極、３はチャンバ、４は
搬送用トレイ、５は搬送治具、６はアースシールド、１
０は金属板である。

【００１２】図１に示す例では、左から順に基板設置部
（Ａ）、真空引き予備室（Ｂ）、第一のエッチング室
（Ｃ）、第二のエッチング室（Ｄ）、大気圧戻し予備室
（Ｅ）、基板取出部（Ｆ）となっている。

【００１３】基板１はチャンバ（Ｃ）（Ｄ）でエッチン
グされる。エッチング用チャンバが二つあるのは処理の
タクトを速めるためであり、真空引き予備室（Ｂ）での
真空引き時間および第一のエッチング室（Ｃ）での大気
戻し時間に比べてエッチング時間が十分短い場合には、
複数のエッチングチャンバを設ける必要はない。逆にエ
ッチング時間が長い場合には、複数のエッチングチャン
バを設ける利点は大きく、この例では２つのみだが、さ
らに多数のチャンバを連結させることもできる。また、
エッチングのプロセス条件は同じである必要はなく、異
なるプロセスでも連結できる。その場合は、チャンバ内
の汚染を防ぐために、一つのチャンバ内では同一の条件
で行うのがよい。

【００１４】さらに、このチャンバ部分の前後に真空引
き予備室（Ｂ）と大気戻し予備室（Ｅ）とをつないで、
連続的な搬送機構を備えることにより、真空引き時間や
大気戻し時間を実質的に短縮して処理スピードを向上さ
せる。

【００１５】図２に本発明による反応性イオンエッチン
グ装置のチャンバの断面図を示す。下部電極２をチャン
バ３の下端部よりも少し高いところに設け、チャンバ側
壁３ａとの間に隙間を設けている。その隙間には、基板
搬送用トレイ４の搬送治具５を設ける。この搬送治具５
としては、例えば滑車、ベルト、ウォーキングビームな
どがある。滑車５と基板搬送用トレイ４の電気的接触に
よって滑車５の周囲で放電しないように、滑車５は電気
的に接地されているか、絶縁物で構成される必要があ
る。

【００１６】また、下部電極２と搬送治具５あるいはチ
ャンバ側壁３ａとの間に、図２のように接地されたアー
スシールド６を設けて搬送治具５がプラズマにさらされ
ることを防ぐ。このアースシールド６の位置は搬送治具
５より電極２側でもチャンバ側壁３ａ側でもよい。アー
スシールド６により下部電極２の端部下方側がプラズマ
にさらされなくなること、また、搬送治具５もプラズマ
にさらされなくなることが必要である。

【００１７】次に、図１を用いてエッチング処理を行う
方法を説明する。まず、すべてのチャンバ（Ｂ）〜
（Ｅ）内を真空引きする。大気圧下で基板設置部（Ａ）
の滑車付きレール上に搬送用トレイ４を置き、その上に
被エッチング基板１を並べる。

【００１８】次に、真空引き予備室（Ｂ）内のみにＮ２
ガスを導入して大気圧に戻し、バルブａを開ける。搬送
用トレイ４をレールに沿って設置された滑車の上を滑ら
せてチャンバ（Ｂ）へ移動させる。バルブａを閉じてチ
ャンバ（Ｂ）を所望圧力にまで真空引きする。

【００１９】真空引きが終わったら、チャンバ（Ｂ）と
（Ｃ）の間のバルブｂを開け、搬送用トレイ４をレール
上の滑車に沿つてチャンバ（Ｃ）へ入れてバルブｂを閉
める。ここではすでに真空引きされているので、もう一
度真空引きする必要はない。バックグラウンド圧力をよ
り高真空にしたいときのみ、さらに真空引き時間を設け
ればよい。ある特定の圧力に達したら、必要なガスを流
し、マスフローコントローラー７で流量を制御し、コン
トロールバルブ８で一定の圧力に保持して排気し、高周
波電力をかけることにより、プラズマを発生させてＲＩ
Ｅ（反応性イオンエチング）処理を行う。所要のエッチ
ングが終了したら、ガスを止め、コントロールバルブ８
を全開にして必要な圧力まで排気する。

【００２０】次に、チャンバー（Ｃ）と（Ｄ）の間のバ
ルブｃを開け、搬送用トレイ４をレール上の滑車に沿っ
てチャンバ（Ｄ）に移動させ、バルブｃを閉める。チャ
ンバ（Ｄ）において、チャンバ（Ｃ）と同様にＲＩＥ処
理を行う。条件は同じでも異なっても良い。

【００２１】ＲＩＥ処理終了後に、全てのガスを止め、
必要圧力まで排気し、チャンバ（Ｄ）と（Ｅ）との間の
バルブｄを開け、搬送用トレイ４をレール上の滑車に沿
ってチャンバ（Ｅ）に移動させ、バルブｄを閉める。チ
ャンバー（Ｅ）内にＮ２ガスを導入して大気圧に戻す。

【００２２】バルブｅを開け、搬送用トレイ４をレール
上の滑車に沿って基板取出部（Ｆ）に移動させてバルブ
ｅを閉める。

【００２３】最後に基板取出部（Ｆ）で基板１を搬送用
トレイ４から取り出す。なお、搬送用トレイ４が移送さ
れるときは滑車５が持ち上がって下部電極２から搬送用
トレイ４を浮かし、外部の動力により滑車５が回転する
ことで行う。移送した搬送用トレイ４を電極板２に降ろ
すときは、逆に滑車５を下に下げる。

【００２４】この例では搬送用トレイ４の搬送機構はレ
ールとそれに固定された滑車５によっているが、搬送が
行えれば特に限定されない。また、一つの搬送用トレイ
４のみに絞って説明したが、複数の搬送用トレイ４を同
時に扱うことにより、この装置でのタクトが大きく向上
する。例えば、チャンバ（Ｃ）とチャンバ（Ｄ）の両方
で同時にエッチングすることもできるし、タイミングに
よっては（Ａ）〜（Ｆ）まで全て搬送用トレイ４が入る
ことも可能である。

【００２５】ＲＩＥ処理時に温度を制御したい場合に
は、チャンバ（Ｃ）、（Ｄ）にヒーター及びチラーを設
けるか、あるいはヒーター及びチラーを経由する循環熱
媒体の管を設けるなどして行う。また、基板１までの熱
交換が遅いようであれば、エッチング前のチャンバ
（Ｂ）にもそのような装置を取り付けることが可能であ
る。

【００２６】次に、他の実施形態を説明する。上記実施
形態による装置では、反応圧力、ガス、その流量、ＲＦ
パワー、ＤＣバイアス、さらにチャンバそのものの構造
などの原因により、チャンバ側壁３ａと搬送用トレイ４
の端部との間、あるいは搬送用治具と搬送用トレイ４端
部との間にプラズマが発生することがある。その場合、
滑車などの搬送治具５がプラズマの近くに存在している
と、搬送治具５に膜やエッチング残さが堆積して、搬送
機構に障害を及ぼすことがある。それを回避するために
は、堆積した膜やエッチング残さを定期的に除去するこ
とが必要になる。もしくは膜やエッチング残さが堆積し
ないような位置まで、搬送治具５を下部電極２よりもか
なり低い位置に配置して、プラズマから遠ざける方法が
考えられるが、この方法ではチャンバ３の容積がむやみ
に大きくなり、真空引き時間がかかったり内壁のメンテ
ナンス領域が増えるなどのデメリットが生じるので現実
的ではない。このような真空装置ではチャンバ３内を大
気圧に戻すことにより、水分などがチャンバ内壁に吸着
し、メンテナンス後に十分真空引きするのに非常に時間
がかかる。ＲＩＥ装置では、チャンバ３内の到達真空度
を最低でも１×１０−３Ｔｏｒｒ程度にする必要がある
ことが多い。そのため、搬送機構部がプラズマ領域近傍
に存在して膜や残さの堆積を強いられることはメンテナ
ンスコストの増大につながる。

【００２７】そこで、この実施形態では、搬送治具５を
設けている領域の上部に、搬送機構部を取り囲むように
電気的に接地された全属板１０を設ける。この場合、搬
送治具５自体も電気的に接地させる。つまり、搬送治具
５とその周りを取り囲む壁全体を接地するように構成す
る。このように構成すると、エッチング時に、その壁よ
りも下側には電気的に浮遊しているものやＲＦ電源１１
に接続されているものは一切なく、搬送治具５の近傍で
はプラズマが発生しない。ただし、この領域は完全に密
閉された状態である必要はない。逆に、不完全な状態で
密閉するよりも、密閉しない方が好ましい。密閉する場
合は、完全にする必要がある。中途半端に密閉すると、
真空引きの際にこの領域内のガスの抜けが悪くなり、チ
ャンバー内が到達真空度まで達する時間が長くなって、
全体のタクトタイムが長くなる。

【００２８】さらに、この金属板１０を動かせる構造と
する。例えばチャンバ側壁３ａ側から下部電極２側を往
復可能な構造としたり、この金属板１０が倒れる構造と
すればよい。これらはチャンバ３の外部にモーターなど
の動力を備えて軸などでチャンバ３内に伝達してギアな
どを用いてこの金属板１０に動力を伝達することで遠隔
操作を可能にできる。また、こうすることで不純物汚染
の原因となる動力源をチャンバ３内部に入れずにすむ。

【００２９】図４に、この実施形態の動作を示す。これ
は搬送用トレイ４が搬送されてチャンバ（Ｃ）内に入っ
てからエッチングされる時の位置に納まるまでの搬送機
構の動きを表している。同図（ａ）は搬送治具５によ
り、真空予備室（Ｂ）から搬送用トレイ４が移動してき
てチャンバ（Ｃ）内で停止している図、同図（ｂ）は搬
送治具５が下がって搬送用トレイ４を電極板２上におい
た図、同図（ｃ）は金属板１０がスライドして搬送治具
領域を取り囲んだ図である。この状態でプラズマをかけ
て目的のＲＩＥを行う。下部電極２の横にあるアースシ
ールド６と本発明による金属板１０との間隔は２ｍｍで
あるが、プラズマが搬送治具領域に発生しないような条
件ならば、この間隔はどのようであってもよい。搬送用
トレイ４がチャンバ（Ｃ）から出るときには逆の順で作
業が行われる。

【００３０】これら搬送系を動かすための動力として
は、チャンバ外部に設けられたモーターなどを用い、側
壁を貫いて動力をギアなどで内部に伝えて利用すること
ができる。また、エッチング後に搬送用トレイ４がチャ
ンバから出ていく方向は、入ってきた方向でも逆でもよ
い。

【００３１】上記のように構成すると、連続式ＲＩＥ装
置であることでＲＩＥ処理のスピードが向上するのに加
え、チャンバ３内に設けられた金属板１０でプラズマ領
域と搬送治具５の領域を分割することにより、搬送治具
５に膜や残さが堆積されるのを防止することができ、搬
送治具５のメンテナンス頻度を少なくすることができ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る反応性イオ
ンエッチング装置によれば、反応性イオンエッチング装
置の下部電極をチャンバ底部よりも高いところに設け、
その電極端部の下方側とチャンバ側壁との間に、アース
シールドと搬送用トレイの搬送治具を設けたことから、
チャンバ側壁と搬送用トレイの端部の間、あるいは搬送
治具と搬送用トレイの端部との間にプラズマが発生する
ことがなく、搬送治具に膜やエッチング残さが堆積した
り、搬送機構に障害となることがない。もって、ＲＩＥ
装置での処理スピードが飛躍的に向上させることができ
る。

【００３３】また、ＲＩＥ装置での大量処理が可能な構
造で、チャンバ内の搬送構造がプラズマにさらされない
ようになるため、搬送系のメンテナンス頻度がより少な
くなり、装置の稼働率の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反応性イオンエッチング装置の概
略構成を示す図である。

【図２】本発明に係る反応性イオンエッチング装置の断
面図である。

【図３】本発明に係る反応性イオンエッチング装置の搬
送機構部分を拡大して示す図である。

【図４】本発明に係る反応性イオンエッチング装置の他
の搬送機構部分を拡大して示す図である。

【図５】従来の反応性イオンエッチング装置を示す図で
ある。

【図６】従来の他の反応性イオンエッチング装置を示す
図である。

【符号の説明】

１‥‥‥基板、２‥‥‥電極、３‥‥‥チャンバ、４‥
‥‥搬送用トレイ、５‥‥‥搬送治具、６‥‥‥アース
シールド、１０‥‥‥金属板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応性イオンエッチング装置のＲＦ電極
   をチャンバ底部よりも高いところに設け、その電極端部
   の下方側とチャンバ側壁との間に、アースシールドと基
   板搬送用トレイの搬送治具を設けたことを特徴とする反
   応性イオンエッチング装置。
2. 【請求項２】 前記基板搬送用トレイの搬送治具を金属
   板で遮蔽できるようにしたことを特徴とする請求項１に
   記載の反応性イオンエッチング装置。