JPS6261331A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体製造装置に係り、特にガスプラズマを利
用して試料に所定の処理を施こすのに好適な半導体製造
装置に関するものである。

〔発明の背景〕

ガスプラズマを利用して試料に所定の処理を施こす半導
体製造装置の一つに試料である半導体基板（以下、ウェ
ハと記す。）を所定のパターンにエツチングするドライ
エツチング装置がある。この装置では精密で、かつ均一
なエツチングを行うことが生産効率向上のため重要であ
る。ウニ／Ｘの均一エツチングには種々の因子が影響し
、特にラジカル濃度分布やガス流れが重要な因子である
。

従来のドライエツチング装置の中には、真空室。

対向電極、試料電極、高周波電源および処理ガスの導入
、排気手段により構成され、対向電極に１ないし複数の
ガス分散手段を設けることにより、ウェハ上でのガス流
れを均一化し処理の均一性向上を図ったものが知られて
いる。（実開昭５７−１９６１６１号公報、特開昭５７
−１８５９８２号公報、特開昭５８−６１３４号公報、
特開昭６０−４６０２９号公報） この場合、酊述したように対向電極からはガス分散手段
により、処理ガスがはぼ均一なガス流れとなって試料電
極上に供給される。しかしガス供給範囲はほぼ？ＩＸ極
全面にわたっており、このことがエツチング処理不均一
のｔ因となっていた。すなわち、ウェハ上ではグロー放
電により発生したに ラジカルが被エツチング夛との反応により消費されるが
ウェハが設置されていない試料電極上では被エツチング
物とラジカルとの反応はほとんど生じないためラジカル
濃度はウェハ上に較べ高い。

このため、ウェハ外周部より外側の電極上からウェハ中
心部に向って拡散によりラジカル成分が多量に持込まれ
るためにウェハ外局部付近でのラジカル濃度が高（なる
。このため、ウェハ周辺部で反応が進み、エツチング逮
反が高くなり、ウェハ直径方向でのエツチングの均一性
は十分満足できる値ではなく、エツチング条件によって
は±１０〜２０％に達することもあった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、対向１ｊＬ極にガス供給範囲調節手段
を設ける二とにより、試料の被処理面上でのラジカル成
分度分布を適正にコントロールできるように供給ガスの
範囲を調節することで、試料被処理向における処理の均
一性を向上できる半導体製造装置ｄを提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、真空容器内に試料電極と対向して配設された
対向電極にガス供給範囲調節手段を設けることを特徴と
するもので、ガス供給範囲調節手段により試料の被処理
面上のラジカル濃度分布を適切に調節することで処理の
均一性向上を図るものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例をｍ１図により説明する。

第１図において、真空室１０には、対向型極美と試料電
極父とが放電空間類を有し、この場合、上下方向に対向
して内設されている。対向電極Ｉは、一端面（第１図で
は下端面）が開放され他端面（第１図では上端面）Ｉこ
ガス流通路１１を有する軸１２が連結されたケーシング
２１と、ケーシングｎの一端面（＠１図では下端面）に
構設されたガス流通路１１と連通した空室４１をケーシ
ング■と形成する第２分散板ごと、空室４１をガス流通
路１１側の空室（以下、ｆｆ１ｌ空室と略）４２と第２
分散板ｎ側の空室（以下、第２空室と略）４３と壷こ連
通可能に分離して空室４１に内設された第１分散板ると
、ケーシング２１と第１分散板ｎとの間に設置されるガ
ス供給範囲調節板冴と、第２分散板ごと第１分散板コと
の間に設置されるガス供給範囲調節板５とで形成される
。

この場合、軸Ｉ２は、ケーシングｎの他端面の中心部に
連結され、またガス供給装置１に連結されたガス導管２
がガス流通路１１と連通して軸１２に連結されている。

分散板ｎ、２３は多孔体で形成され、ガスがウェハ上に
均一に供給されるに適する孔間ｕ’Ｚのものが用いられ
る。

なお、対向電極墓、試料電極加の側面並びに放電空間切
と反対側面は、電気絶縁体３１．３２で被覆されている
。また、試料電極（９）の放電空間類と反対側面には、
電気絶縁体３１で外周面を被覆され、一端部が真空室１
０内に突出しその底壁に気密に設けられた軸１３が連結
されている。試料？Ｉｔ極３０１こは、熱媒溝おが形成
され、軸１３には、熱媒溝オに連通して熱媒流通路１４
ａ、１４ｂが形成されている。軸１３には、ｍ源、例え
ば、高周波電源間が接続されている。また、真空室１０
の底壁には、排気ノズル１５が設けられ、排気ノズル１
５は、真空室１０外に設置された真空排気装置７０１こ
連結されている。また、真空室１０は、外部との間でウ
ェハ閏を搬入可能な構造となっている。

例えば、真空室１０は、真空排気装置により所定圧力ま
で減圧排気される。この減圧排気完了後、真空室１０に
は、外部よりウェハ父が搬入され、二のウェハ関は、こ
の場合、試料電極Ｉの中央部に載置される。一方、ガス
供給装置からのガスはガス導管を介してガス流通路１１
に供給され、ガス流通路１１を流通した後１こ、第１空
室４２、第２空室招を順次通過して放電空間類、つまり
、ウェハ５０表面に供給される。

この場合、ガス流通路１１を流通した後に第１空室４２
に供給されたガスは第１分散板る、第２空室招、第２分
散板ｎを通ってウェハ上へ均一に供給されるが供給範囲
はガス供給範囲調節板冴、２５によって適当に調節され
る。

二のようなガスの供給と共に、真空室１０内が処理に必
要な圧力に調節される。その後、高周波電源間が入力さ
れ対向電極加と試料１！極（９）との間にグロー放電が
生じ、この放電によりガスはプラズマ化される。このプ
ラズマによりウェハ関が所定の処理され、ウェハ５ｏ表
面に供給されたガスは、試料電極間を迂回して排気ノズ
ル１５を通った後に真空排気装ｒａ、７０により排気さ
れる。

このようなプラズマによる処理の際、ウェハ父は所定温
度に調整される。すなわち、真空室ｌＯ外に設置された
熱媒温度制御装ｆｉｇ（図示省略）によって温度を制御
された熱媒は、熱媒流通路１４　ａを経て熱媒溝おに供
給され熱媒溝おを流通する。この間に熱媒は、試料ＷＬ
極（資）を介しウェハ（資）の温度を所定温度に調整す
る。その後、熱媒溝おを流通した熱媒は、熱媒流通路１
４　ｂを経て熱媒温度制御装置１こ戻される。

本発明による半導体製造装置では対向電極内にガス分散
板とリング状のガス供給範囲調節板冴。

５を設置ｉイする構成としたことにより、次に示す作用
を行うことができる。すなわち、第１図に示すように対
向電極加をケーシング２】、ガス供給範囲調節板２４，
２５、ガス分散板ｎ、２３で構成することにより、供給
ガスはガス供給範囲調節板冴、２５の内側からガスをウ
ェハ父上にラジカル濃度分布が適正分布となるようにガ
スの供給、流れを調節することができる。したがって、
ウェハ関の被処理面の外周部とウェハ父の被処理面の中
心部とのラジカル濃度差を小さくでき、エツチングの均
一性を向上できる。

本実施例では５インチアルミ膜のエツチング暑こおいて
Ｂ　Ｃｊ’３＋（Ｊ’２＋　ＣＣＩ！、混合ガス流値１
３５ω／　ｖ−、印加電力密度１．１Ｗ／ｃｒｉ、圧力
０．２　Ｔｏｒｒ。

ａ極間隔３０ｍの条件下でガス供給範囲調節板の内径を
７５．とじた場合に均一性は±８〜１０％となり従来に
較べ大幅に向上した結果が得られた。

なお、この種の装Ｕでのエツチング処理条件の操作因子
としては反応ガス流値、ガス混合比率。

印加重力密反、操作圧力、＠極間隔等があり、これら因
子が相互に密接に関連しており、また被エツチング面積
、マスクパターンや被エツチング材の材質によっても微
妙に最適条件が異なる。このため、個々の条件に応じて
適正なガス供給範囲の大きさが決定される。

本発明の第２の実施例を第２図により説明する。

本実施例による半導体製造装置では対向電極を導電性材
料（例えばステンレス鋼、銅、アルミニウム、炭素、モ
リブデン、タングステン、チタン。

タンタル等）として構成することにより次に示す作用を
行うことができる。すなわち、ケーシング２１と第２分
散板あが４電性材料で構成され、ケーシング２１と第２
分散板がとが心気的に結合され、第２分散板３のプラズ
マ発生面を平坦暑こすることにより、第２分散板３のプ
ラズマ発生面側は同電位面を形成する。このため、第２
分散板３のプラズマ発生面側での電界の不均一さは絶縁
性第２分散板（例えば石英、焼結アルミナ等）を用いる
場合に比較してはるかに低減される。絶縁性第２分散板
を用いた場合にはケーシングをガス供給範囲調節板が導
電性材料で構成され、一方第２空室ｌには処理ガスが供
給され、ガス供給範囲調節板６と■２空室４との間口は
導電性の差による電界の不均一が生ずる。このため、高
周波電力を入力した状態でも対向電極プラズマ面側での
電界の不均一は改善されない。

以上、旧述したように本実施例（こよる半導体製造装置
では、従来より対向′ル極プラズマ面での電界分布の均
一性が向上する。エツチング処理の均一化のためには？
１ｔＶ１．分布の均一化も重要な因子である。

ゆ 本実施例によれば１Ｍ述のべ巣に加うるに電界分布の均
一化によりさらにエツチング処理の均一性を向上できる
効果がある。

本発明の第３の実施例は第２分散板３の材質を導磁性で
かつグロー放電に対して汚染、腐食の少い材料を用いて
構成される。製品の歩留り向上には均一性の向上はどう
に及ばず処理装置内の汚染。

腐食醗こよる異物での製品不良率の低減が重要であり、
本実施例ではプラズマ発生面側での第２分散板３の汚染
、腐食を抑制し、異物の発生を極力減少することによっ
て均一性の向上効果と合せ異物による製品不良の抑制が
達成できるため、さらに製品の歩留り向上が達成できる
。

導電性でかつ処理ガスとの反応性に乏しい材料としてス
テンレス鋼、銅、炭素、モリブデン、タングステン、タ
ンタル、チタンより選択し構成する二とが好ましい。

本発明の第４の実施例を第３図により説明する。

本実施例では分散板ｎを重金属汚染等で処理ウェハ素子
の心気的特性を低下させないプラズマ保護膜で÷鯉桝巻
形成し、導電性分散板心と亀ね合せるように構成される
。このような構成とすることで、エツチングの均一性に
すく゛れ、異物の発生も少くまた素子の特性低下も生じ
ないため高い歩留りが得られるという効果がある。

本発明の第５の実施例を第４図により説明する。

本実施例では４１！性分散板謳のプラズマ発生向側に１
１１記プラズマ保護膜あを被覆するように構成される。

このような構成とすることで前記効果に加うるに、プラ
ズマ保護膜製ガス分散板ｎの製作が不安でかつ瓜ね合せ
時の組立ｍ＊が不要となるため製作費の低減ができる効
果がある。

本発明の第６の実施例は第１分散板、第２分散板あるい
は前述の分散板とプラズマ保護膜の開孔範囲を調節する
ことにより構成される。このような構成とすることによ
り分散板およびプラズマ保護膜にてガス供給範囲の調節
が可能となり、前述した効果に加えさらにガス供給範囲
調節板の製作が不要となり製作費の低減ができる効果が
ある。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように減圧排気される真空室内
に試料電極と対向して配設された対向電極にガス供給範
囲調節手段を設ける構成としたことで、試料の被処理面
奢二対してラジカル濃度分布を適切に調節する二とがで
きるので、試料の被処理向における処理の均一性を向上
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による半導体製造装置の一実施例を示
す真空室部の縦断面図、第２図〜第４図は、本発明によ
る半導体製造装置の第２．第４゜第５の実施例をそれぞ
れ示す第２分散板の縦断面図である。 １・・・・・・ガス供給装置、１０・・・・・・真空室
、Ｉ・・・−・・対向電極、２４．２５・・・・・・ガ
ス供給範囲調節板、（９）曲・・試料電康、ω・・・・
・・高周波電源、７０・・・・・・真空排気装置 代理人　弁理士　　小　川　勝　男、−＼才１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、対向電極と試料電極とが放電空間を有して対向して
   内設された真空容器と、該真空容器内に処理ガスを前記
   対向電極を介して導入する手段と、前記両電極間に放電
   を生ぜしめる手段と、前記真空容器内を減圧排気する真
   空排気手段とを具備し、前記対向電極にガス供給範囲を
   調節するガス供給範囲調節手段を設けたことを特徴とす
   る半導体製造装置。