JP2005209885A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高いエッチングレートの均一性および面内均一性を有し、かつ、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置を提供する。
【解決手段】 エッチングチャンバー100と、高周波電源110a、110bと、ガス導入路120と、排気口130と、誘電コイル140と、電極150と、誘電コイル140直下のエッチングチャンバー100内壁に設けられた石英板等の誘電板160aと、ファラデーシールド170b上に配設された誘電板160bと、誘電コイル140と誘電板160aとの間に配設されたファラデーシールド170aと、誘電コイル140直下でないエッチングチャンバー100内壁上に配設されたファラデーシールド170bとを備え、ガス導入路120は誘電板160a内部に配設され、エッチングチャンバー100へのガス吹き出し口において、開口部にテーパ形状を有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、プラズマエッチング装置に関し、特に電磁誘導プラズマ型エッチング装置に関する。
近年、エレクトロニクス機器における小型化に伴って、それに付随する半導体装置も小型化が要求され、半導体装置のエッチングには高精度、超微細な加工技術が要求されている。従って、そのような要求に対応すべく、半導体製造装置としてプラズマエッチング装置が用いられている。
図4は、従来のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。
図4に示されるように、従来のプラズマエッチング装置は、真空のエッチングチャンバー400と、高周波電源410a、410bと、マスフローコントローラ(MFC)と接続され、エッチングチャンバー400内にガスを導入するガス導入路420と、ターボモレキュラーポンプ(TMP)およびディフュージョンポンプ(DP)と接続され、エッチングチャンバー400内のガスを排気する排気口430と、エッチングチャンバー400内に電磁波を導入するスパイラル・アンテナ状の誘電コイル440と、被処理体450aが載置される電極450と、誘電コイル440直下のエッチングチャンバー400内壁に設けられた石英板等の誘電板460とを備える。
上記構成を有するプラズマエッチング装置は、エッチングチャンバー400内に適当なガスを供給しつつ排気を行い、真空計により適当な圧力に保ちながら誘電コイル440および電極450に高周波電圧を印加し、エッチングチャンバー400内にプラズマを発生させて被処理体450aのエッチングを行うものである。
ところで、上記従来のプラズマエッチング装置においては、被処理体を囲むようにエッチングチャンバー側壁にガス導入路のガス吹き出し口が配設されているため、ガス吹き出し口を被処理体に対して均等に配置することができず、被処理体上のガス流速分布、圧力分布に不均一が生じ易い。よって、特に面積の大きな被処理体をエッチングする場合、エッチングレートの面内均一性(被処理体の面内におけるエッチングレートのばらつきの程度)にばらつきが生じるという問題がある。
また、上記従来のプラズマエッチング装置においては、Au、Ag、PtあるいはCu等の不揮発性の材料からなる被処理体をエッチングする場合、誘電コイル直下の誘電板上に反応生成物が付着する。よって、誘電コイルとエッチングチャンバー内のプラズマとの結合状態が変わり、エッチングレートのウエハ間における均一性にばらつきが生じたり、エッチングチャンバー内壁に付着した反応生成物が剥がれ落ちて処理体上に付着し、パーティクルが発生したりするという問題がある。
上記エッチングレートの面内均一性の問題を解決する先行技術として、例えば特許文献1に記載のプラズマエッチング装置がある。
図5は、特許文献1に記載のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。なお、図4と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
図5に示されるように、特許文献1に記載のプラズマエッチング装置は、エッチングチャンバー400と、高周波電源410a、410bと、誘電板460内部に配設されたガス導入路500と、排気口430と、誘電コイル440と、被処理体450aが載置される電極450と、石英等からなる誘電板460とを備える。
ここで、ガス導入路500は、例えば径φ4mmであり、図6(a)の誘電板460の鳥瞰図および図6(b)の断面図(図6(a)のB−B’における断面図)に示されるように、誘電板460外部から複数のガス吹き出し口600までガスを導入するように形成されている。このガス導入経路500は、ドリルにより誘電板460を貫通する貫通孔を形成した後に、貫通孔の両端を加熱して塞ぐことにより形成される。
上記構成を有するプラズマエッチング装置においては、被処理体上部の誘電板にガス導入路のガス吹き出し口が配設される。よって、ガス吹き出し口を被処理体に対して均等に配置することができ、被処理体上のガス流速分布、圧力分布の均一性を改善することができるので、エッチングレートの面内均一性を向上させることができる。
また、上記エッチングレートの均一性およびパーティクルの問題を解決する先行技術として、例えば特許文献2に記載のプラズマエッチング装置がある。
図7は、特許文献2に記載のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。なお、図4と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
図7に示されるように、特許文献2に記載のプラズマエッチング装置は、エッチングチャンバー400と、高周波電源410a、410b、700と、ガス導入路420と、排気口430と、誘電コイル440と、被処理体450aが載置される電極450と、誘電板460と、高周波電源700と接続され、誘電コイル440と誘電板460との間に配設されたファラデーシールド710とを備える。
上記構成を有するプラズマエッチング装置においては、ファラデーシールドに電圧が生じ、エッチングチャンバー内のプラズマとファラデーシールドとが容量結合的に結合し、ファラデーシールドの電界によって電子、イオンの加速が行われる。よって、誘電板表面が叩かれ、誘電コイル直下の誘電板表面に付着した反応生成物が除去されるので、エッチングレートのウエハ間における均一性を向上させ、パーティクルの発生を少なくすることができる。
特開2002−43289号公報 特開平10−275694号公報
しかしながら、エッチングレートの面内均一性、エッチングレートのウエハ間における均一性およびパーティクルの発生の問題を同時に解決するプラズマエッチング装置を実現するために、被処理体上部の誘電板にガス吹き出し口を形成し、その誘電板と誘電コイルとの間に高周波電源と接続されたファラデーシールドを配設した場合、新たな問題が生じる。すなわち、誘電板のガス吹き出し口に電荷が集中して異常放電が起こり、プラズマの面内均一性を乱し、エッチングレートの均一性を悪化させる。その結果、誘電板がプラズマにより削られ、誘電板を構成する材料が削れて脱落してパーティクルとなって、被処理体上に付着するのである。
また、上記特許文献1に記載のプラズマエッチング装置においては、誘電板にガス導入経路を加工し形成する際に、ガス導入経路内部にチッピングが生じる。しかし、ガス導入経路の穴径が小さく、またガス導入経路の距離が長いため、ガス導入経路内部を全面にわたって熱処理することができず、チッピングを除去することができない。よって、ガス導入経路内部のチッピングがエッチングチャンバー内へのガス導入と同時に運ばれ、被処理体上に付着し、パーティクルが発生するという問題もある。
さらに、上記特許文献2に記載のプラズマエッチング装置においては、誘電コイル直下の誘電板上に付着した反応生成物を除去することはできる。しかし、他のエッチングチャンバー内壁に付着した反応生成物を除去することはできないため、大気開放を伴う洗浄の工程が必要となり、装置の稼働率が低下するという問題もある。
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、高いエッチングレートの均一性および面内均一性を有し、かつ、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置を提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、装置の稼働率の低下を防止するプラズマエッチング装置を提供することを第2の目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のプラズマエッチング装置は、被処理体をプラズマエッチングする処理室と、前記処理室に電磁波を導入する誘電コイルと、前記誘電コイル直下の前記処理室内壁に設けられた第1の誘電板と、前記第1の誘電板と前記誘電コイルとの間に配設された第1のファラデーシールドと、前記第1のファラデーシールドおよび前記誘電コイルに高周波電圧を印加する高周波電源と、前記処理室内にエッチングガスを導入するガス導入手段とを備え、前記ガス導入手段は、前記第1の誘電板内部に配設された導入路と、前記処理室内へのガス吹き出し口とを含み、前記ガス吹き出し口の開口部はテーパ形状を有することを特徴とする。ここで、前記プラズマエッチング装置は、さらに、前記誘電コイル直下の前記処理室内壁に設けられた第2の誘電板と、前記第2の誘電板と前記誘電コイルとの間に配設された第2のファラデーシールドと、前記処理室内にエッチングガスを導入するガス導入手段とを備え、前記高周波電源は、さらに、前記第2のファラデーシールドに高周波電圧を印加し、前記ガス導入手段は、前記第2の誘電板内部に配設された導入路と、前記処理室内へのガス吹き出し口とを含み、前記ガス吹き出し口の開口部はテーパ形状を有してもよい。
これによって、ガス吹き出し口を被処理体に対して均等に配置することができ、また、誘電コイル直下の誘電板上に付着した反応生成物を除去することができるので、高いエッチングレートの面内均一性および均一性を有し、かつ、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置を実現することができる。さらに、ガス吹き出し口に電荷が集中せず、誘電板がプラズマにより削られないので、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置を実現することができる。
ここで、前記プラズマエッチング装置は、さらに、前記誘電コイル直下でない前記処理室内壁上に配設された第2のファラデーシールドと、前記第2のファラデーシールド上に配設された第2の誘電板とを備え、前記高周波電源は、さらに、前記第2のファラデーシールドに高周波電圧を印加してもよい。また、被処理体をプラズマエッチングする処理室と、前記処理室に電磁波を導入する誘電コイルと、前記誘電コイル直下でない前記処理室内壁上に配設された第1のファラデーシールドと、前記第1のファラデーシールド上に配設された第1の誘電板と、前記第1のファラデーシールドおよび前記誘電コイルに高周波電圧を印加する高周波電源とを備えてもよい。
これによって、誘電コイル直下以外の処理室内壁に反応生成物が付着するのを回避することができ、洗浄の工程を省略することができるので、装置の稼働率の低下を防止するプラズマエッチング装置を実現することができる。
また、本発明は、被処理体をプラズマエッチングする処理室に電磁波を導入する誘電コイル直下に配設され、第1の誘電板と第2の誘電板とからなり、前記処理室内にエッチングガスを導入するプラズマエッチング装置の誘電板の製造方法であって、前記第1の誘電板表面および前記第2の誘電板表面に溝を形成する溝形成ステップと、前記第2の誘電板の前記溝が形成されていない面から前記溝まで貫通する穴を形成する穴形成ステップと、前記第1の誘電板の前記溝が形成された面と、前記第2の誘電板の前記溝が形成された面とを張り合わせる張り合わせステップとを含み、前記溝形成ステップでは、前記張り合わせステップでの張り合わせによって端部が閉塞された中空路が形成されるように、前記第1の誘電板表面および第2の誘電板表面それぞれの位置に前記溝を形成することを特徴とするプラズマエッチング装置の誘電板の製造方法とすることもできる。ここで、前記溝形成ステップにおいて、前記溝を形成した後に前記第1の誘電板に熱処理を施し、第1の誘電板表面を平滑にし、前記穴形成ステップにおいて、前記穴を形成した後に前記第2の誘電板に熱処理を施し、第2の誘電板表面を平滑にしてもよいし、前記穴形成ステップにおいて、前記溝が形成されていない面の前記穴の側面をテーパ形状に加工してもよい。
これによって、第1の誘電板および第2の誘電板の加工が施された面に対して熱処理等の平滑化処理をおこない、ガス導入経路の形成に際して発生するチッピングを除去することができるので、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置の製造方法を実現することができる。
本発明に係るプラズマエッチング装置によれば、高いエッチングレートの均一性および面内均一性を有し、かつ、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置を実現できる。また、装置の稼働率の低下を防止するプラズマエッチング装置を実現できる。
よって、本発明により、高いエッチングレートの面内均一性を有し、かつ、パーティクルの発生を少なくするプラズマエッチング装置を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマエッチング装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。
プラズマエッチング装置は、電磁誘導プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)型エッチング装置であって、真空のエッチングチャンバー100と、高周波電源110a、110b、110cと、マスフローコントローラ(MFC)と接続され、エッチングチャンバー100内にガスを導入するガス導入路120と、ターボモレキュラーポンプ(TMP)およびディフュージョンポンプ(DP)と接続され、エッチングチャンバー100内のガスを排気する排気口130と、エッチングチャンバー100内に電磁波を導入するスパイラル・アンテナ状の誘電コイル140と、被処理体150aが載置される電極150と、誘電コイル140直下のエッチングチャンバー100内壁に設けられた石英板等の誘電板160aと、ファラデーシールド170b上に配設された誘電板160bと、誘電コイル140と誘電板160aとの間に配設されたファラデーシールド170aと、誘電コイル140直下でないエッチングチャンバー100内壁上に配設されたファラデーシールド170bとを備える。
ガス導入路120は、図2(a)、(b)の誘電板160aの鳥瞰図に示されるように、第1の誘電板200に形成され、誘電板160a外部から誘電板160aの略中心までガスを導入する例えば径φ4mmの中空路である第1のガス導入経路220と、第2の誘電板210に形成され、誘電板160aの略中心まで導入されたガスをガス吹き出し口240まで導入する例えば径φ4mmの中空路である第2のガス導入経路230とからなる。また、ガス吹き出し口240は、図2(c)の誘電板160aの断面図(図2(b)のA−A’線における断面図)に示されるように、開口部において側壁にテーパ形状を有し、その最大径、最小径、高さは、例えばφ8mm、φ0.5mm、5mmとされる。
次に、ガス導入路120の形成方法について、図3に示す誘電板160aの断面図を用いて説明する。なお、図2と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
まず、図3(a)に示されるように、第1の誘電板200に溝加工を施して第1のガス導入経路220を形成する。そして、第1の誘電板200に熱処理を施して第1の誘電板200表面を平滑にする。これによって、第1のガス導入経路220内部のチッピングは除去される。
次に、図3(b)に示されるように、第2の誘電板210に溝加工を施して第2のガス導入経路230を形成する。
次に、図3(c)に示されるように、第2の誘電板210の第2のガス導入経路230が形成された面と反対側の面から第2のガス導入経路230まで貫通する穴300をドリル等により形成する。
次に、図3(d)に示されるように、第2の誘電板210の第2のガス導入経路230が形成された面と反対側の面の穴300の側壁をドリル等によりテーパ形状に加工してガス吹き出し口240を形成する。そして、第2の誘電板210に熱処理を施して第2の誘電板210表面を平滑にする。これによって、ガス吹き出し口240および第2のガス導入経路230内部のチッピングは除去される。
次に、図3(e)に示されるように、第1の誘電板200の第1のガス導入経路220が形成された面と、第2の誘電板210の第2のガス導入経路230が形成された面とを対向させ、荷重をかけながら加熱して張り合わせる。
誘電コイル140は、高周波電源110aと接続される。
ファラデーシールド170a、170bは、高周波電源110bと接続される。なお、ファラデーシールド170a、170bは、高周波電源110bという同一電源に接続されるとしたが、別々の電源に接続されてもよい。
上記構成を有するプラズマエッチング装置における被処理体150aのエッチング処理について、以下で順に説明する。
まず、エッチングチャンバー100内を一定の圧力に保ちながら、ガス導入路120を介してエッチングガスを供給し、排気口130から排気する。
次に、高周波電源110a、110cにより誘電コイル140および電極150にそれぞれ高周波電力を供給して、エッチングガスをプラズマ化させ、被処理体150aのエッチング処理を進行させる。このとき、高周波電源110bによりファラデーシールド170a、170bにも高周波電力を供給して、誘電板160a、160b表面にもプラズマを引き付けさせ、誘電板160a、160b表面に付着した反応生成物を除去させる。
以上のように本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、ガス吹き出し口240は被処理体150a上部の誘電板160aに形成され、高周波電源110bと接続されたファラデーシールド170aがその誘電板160aと誘電コイル140との間に配設される。よって、ガス吹き出し口を被処理体に対して均等に配置することができ、また、誘電コイル直下の誘電板上に付着した反応生成物を除去することができるので、高いエッチングレートの面内均一性および均一性を有し、かつ、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置を実現することができる。
また、本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、ガス吹き出し口240は、開口部において側壁にテーパ形状を有する。よって、ガス吹き出し口に電荷が集中せず、誘電板がプラズマにより削られないので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置を実現することができる。
また、本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、ガス導入路120は、第1のガス導入経路220を第1の誘電板200に形成し、第2のガス導入経路230およびガス吹き出し口240を第2の誘電板210に形成した後、第1の誘電板200と第2の誘電板210とを張り合わせることにより形成される。よって、第1の誘電板および第2の誘電板の加工が施された面に対して熱処理等の平滑化処理をおこない、ガス導入経路の形成に際して発生するチッピングを除去することができるので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、パーティクルの発生を防止するプラズマエッチング装置を実現することができる。
また、本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、被処理体150aを囲むように、誘電コイル140直下でないエッチングチャンバー100内壁上に、高周波電源110bと接続されたファラデーシールド170bが配設され、そのファラデーシールド170b上に誘電板160bが配設される。よって、誘電コイル直下以外のエッチングチャンバー内壁に反応生成物が付着するのを回避することができ、洗浄の工程を省略することができるので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、装置の稼働率の低下を防止するプラズマエッチング装置を実現することができる。
本発明は、プラズマエッチング装置に利用でき、特に電磁誘導プラズマ型エッチング装置等に利用することができる。
本発明の実施の形態のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。 (a)誘電板160aの鳥瞰図である。(b)誘電板160aの鳥瞰図である。(c)誘電板160aの断面図(図2(a)のA−A’線における断面図)である。 ガス導入路120の形成方法を説明するための誘電板160aの断面図である。 従来のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。 従来のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。 (a)誘電板460の鳥瞰図である。(b)誘電板460の断面図(図6(a)のB−B’における断面図)である。 従来のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。
符号の説明
100、400 エッチングチャンバー
110a、110b、110c、410a、410b、700 高周波電源
120、420、500 ガス導入路
130、430 排気口
140、440 誘電コイル
150、450 電極
150a、450a 被処理体
160a、160b、460 誘電板
170a、170b、710 ファラデーシールド
200 第1の誘電板
210 第2の誘電板
220 第1のガス導入経路
230 第2のガス導入経路
240、600 ガス吹き出し口
300 穴

Claims (7)

  1. 被処理体をプラズマエッチングする処理室と、
    前記処理室に電磁波を導入する誘電コイルと、
    前記誘電コイル直下の前記処理室内壁に設けられた第1の誘電板と、
    前記第1の誘電板と前記誘電コイルとの間に配設された第1のファラデーシールドと、
    前記第1のファラデーシールドおよび前記誘電コイルに高周波電圧を印加する高周波電源と、
    前記処理室内にエッチングガスを導入するガス導入手段とを備え、
    前記ガス導入手段は、前記第1の誘電板内部に配設された導入路と、前記処理室内へのガス吹き出し口とを含み、前記ガス吹き出し口の開口部はテーパ形状を有する
    ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
  2. 前記プラズマエッチング装置は、さらに、
    前記誘電コイル直下でない前記処理室内壁上に配設された第2のファラデーシールドと、
    前記第2のファラデーシールド上に配設された第2の誘電板とを備え、
    前記高周波電源は、さらに、前記第2のファラデーシールドに高周波電圧を印加する
    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. 被処理体をプラズマエッチングする処理室と、
    前記処理室に電磁波を導入する誘電コイルと、
    前記誘電コイル直下でない前記処理室内壁上に配設された第1のファラデーシールドと、
    前記第1のファラデーシールド上に配設された第1の誘電板と、
    前記第1のファラデーシールドおよび前記誘電コイルに高周波電圧を印加する高周波電源とを備える
    ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
  4. 前記プラズマエッチング装置は、さらに、
    前記誘電コイル直下の前記処理室内壁に設けられた第2の誘電板と、
    前記第2の誘電板と前記誘電コイルとの間に配設された第2のファラデーシールドと、
    前記処理室内にエッチングガスを導入するガス導入手段とを備え、
    前記高周波電源は、さらに、前記第2のファラデーシールドに高周波電圧を印加し、
    前記ガス導入手段は、前記第2の誘電板内部に配設された導入路と、前記処理室内へのガス吹き出し口とを含み、前記ガス吹き出し口の開口部はテーパ形状を有する
    ことを特徴とする請求項3に記載のプラズマエッチング装置。
  5. 被処理体をプラズマエッチングする処理室に電磁波を導入する誘電コイル直下に配設され、第1の誘電板と第2の誘電板とからなり、前記処理室内にエッチングガスを導入するプラズマエッチング装置の誘電板の製造方法であって、
    前記第1の誘電板表面および前記第2の誘電板表面に溝を形成する溝形成ステップと、
    前記第2の誘電板の前記溝が形成されていない面から前記溝まで貫通する穴を形成する穴形成ステップと、
    前記第1の誘電板の前記溝が形成された面と、前記第2の誘電板の前記溝が形成された面とを張り合わせる張り合わせステップとを含み、
    前記溝形成ステップでは、前記張り合わせステップでの張り合わせによって端部が閉塞された中空路が形成されるように、前記第1の誘電板表面および第2の誘電板表面それぞれの位置に前記溝を形成する
    ことを特徴とするプラズマエッチング装置の誘電板の製造方法。
  6. 前記溝形成ステップにおいて、前記溝を形成した後に前記第1の誘電板に熱処理を施し、第1の誘電板表面を平滑にし、
    前記穴形成ステップにおいて、前記穴を形成した後に前記第2の誘電板に熱処理を施し、第2の誘電板表面を平滑にする
    ことを特徴とする請求項5に記載のプラズマエッチング装置の誘電板の製造方法。
  7. 前記穴形成ステップにおいて、前記溝が形成されていない面の前記穴の側面をテーパ形状に加工する
    ことを特徴とする請求項5又は6に記載のプラズマエッチング装置の誘電板の製造方法。
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