JP3105467B2 - プラズマ蝕刻装置 - Google Patents

プラズマ蝕刻装置

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JP3105467B2 JP09108438A JP10843897A JP3105467B2 JP 3105467 B2 JP3105467 B2 JP 3105467B2 JP 09108438 A JP09108438 A JP 09108438A JP 10843897 A JP10843897 A JP 10843897A JP 3105467 B2 JP3105467 B2 JP 3105467B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ蝕刻装置に
関し、特に多数のウェーハを同時に処理することができ
るように構成したプラズマ蝕刻装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般的に半導体素子の製造工程のうちの
一つであるプラズマ蝕刻工程は蝕刻方法により湿式（ｗ
ｅｔ）及び乾式（ｄｒｙ）蝕刻方法に区分される。等方
性（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）蝕刻をするための湿式蝕刻は
化学溶液（ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）を使用し、乾式蝕刻は
主に非等方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）蝕刻を目的に
利用される。
【０００３】このうち乾式蝕刻はプラズマ（ｐｌａｓｍ
ａ）という状態においての反応を利用するためプラズマ
蝕刻と呼ばれる。プラズマ蝕刻工程のための一般的なプ
ラズマ蝕刻装置を図１を通じて説明すると次のとおりで
ある。
【０００４】図１に図示されたようにプラズマ蝕刻装置
の構成部材であるチヤンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）１は発生
されたプラズマによるウェーハの蝕刻工程が進行する空
間を備え、その上部には外部からの蝕刻ガス供給をする
ための蝕刻ガス供給管２が連結されている。
【０００５】チヤンバ１と蝕刻ガス供給管２は絶縁体８
により電気的に分離され，チヤンバ１の内部空間に位置
する蝕刻ガス供給管２の端部には蝕刻ガスをチヤンバ１
の内部空間に均一に分散させるための分散板３が連結さ
れている。
【０００６】この分散板３はプラズマ形成の際、高周波
電力発生器４から高周波電力（ＲＦｐｏｗｅｒ）を受け
るカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）電極としても利用され
る。一方、チヤンバ１内部空間の下部にはウェーハ６を
支持するためのウェーハ支持台５が設置される。
【０００７】ウェーハ支持台５は電気的に接地（ｇｒｏ
ｕｎｄ）された状態であり、プラズマ形成の際にアノー
ド（ａｎｏｄｅｅ）電極として利用される。チヤンバ１
の一側にはチヤンバ１内部を真空状態に保持するため真
空圧を供給する真空圧供給管７が連結され、この真空圧
供給管７は外部の真空排気ポンプ（図示されていない）
と連結される。
【０００８】このように構成された従来のプラズマ蝕刻
装置において蝕刻工程が行われる過程を説明すると次の
とおりである。
【０００９】まず、一枚のウェーハ６（上部に蝕刻用マ
スクが形成されている状態）をウェーハ支持台５にロー
デイング（ｌｏａｄｉｎｇ）したあと、蝕刻ガス供給管
２を通じてチヤンバ１内部空間に蝕刻ガスを供給する。
蝕刻ガスが分散板３を通じてチヤンバ１内部空間に分散
されると高周波電力発生器４が動作して分散板３に高周
波電力を供給する。
【００１０】これによりカソード電極として利用される
分散板３とアノード電極として利用されるウェーハ支持
台５間において電界が形成され、このように形成された
電界により蝕刻ガスはプラズマ化されて蝕刻イオン（ｒ
ａｄｉｃａｌ）が形成される。
【００１１】この時、プラズマがもつシース電位差（ｓ
ｈｅａｔｈｐｏｔｅｎｔｉａｌ）により蝕刻イオンはそ
の運動が加速され、加速化された蝕刻イオンはウェーハ
６の表面に物理的に衝突するためウェーハの蝕刻が行わ
れる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、蝕刻イオンが
速い運動加速度を有する状態でウェーハ６表面に衝突す
るためウェーハ６表面の損傷が発生し、結果的にこのよ
うなウェーハ６表面の損傷により素子の信頼性が低下す
る。
【００１３】更にプラズマ蝕刻装置においてはウェーハ
６がチヤンバ１内部空間下部、即ち分散板３下部に水平
に位置されるためウェーハ６にカソード電極及びプラズ
マから発生するパーチクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）が直接
的に吸着されるため素子の信頼性に大きな影響を及ぼす
ことになる。
【００１４】また、１回の工程により一枚のウェーハの
みを蝕刻するように構成された装置を利用する場合、各
々のウェーハに対する蝕刻工程を行うためには、その都
度プラズマを新たに発生させなければならない問題点が
ある。このため各ウェーハを蝕刻するための工程条件、
例を挙げると供給される蝕刻ガスの量等と条件が互いに
異なるように現れるためウェーハ間の蝕刻均一度が低下
する。
【００１５】本発明はウェーハに対する蝕刻工程の際に
発生する上述の問題点を解決するためのものであり、１
回のプラズマ発生で多数のウェーハを処理することは勿
論、ウェーハ損傷防止及びパーチクルの影響を最小化す
ることができるプラズマ蝕刻装置を提供することにその
目的がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ための本発明は多数の真空圧供給管が連結されている多
数の側壁を有するチヤンバと、チヤンバ内部空間に蝕刻
ガスを供給する蝕刻ガス供給管と、蝕刻ガス供給管の終
端に連結され蝕刻ガスをチヤンバ内部に均一に分散させ
る分散板と、分散板に高周波電力を供給するための高周
波電力発生器と、チヤンバ内部の下部に位置し電気的に
接地されたアノード電極と、チヤンバ内部に固定されウ
ェーハを垂直に支持する多数のウェーハ支持台と、各ウ
ェーハ支持台の前面に固定され蝕刻イオンを各ウェーハ
支持台に支持された各ウェーハ方向に移動させるための
磁気場を形成する磁界形成手段によりなる。
【００１７】本発明による更に別の形態のプラズマ蝕刻
装置は多数の真空圧供給管が連結され多数の側壁を有す
るチヤンバと、チヤンバ上部に連結されチヤンバ内部空
間に蝕刻ガスを供給する蝕刻ガス供給管と、蝕刻ガス供
給管と連結され供給される蝕刻ガスをチヤンバ内部に均
一に分散させる分散板と、分散板に高周波電力を供給す
る高周波電力発生器と、チヤンバ内部に固定されウェー
ハを一定の角度に傾斜するように支持し電気的に接地す
る多数のウェーハ支持台と、各ウェーハ支持台に支持さ
れた各ウェーハの上部、下部及び側部に対応する状態で
チヤンバの外部に位置し蝕刻イオンを各ウェーハ方向に
移動させるための磁気場を形成する磁界形成手段とによ
りなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明を詳細に説明する。
【００１９】図２は本発明の実施例によるプラズマ蝕刻
装置断面構成図であり、便宜上２個のウェーハ支持台の
みを図示し、図３は図２の線３−３に沿って切り取った
状態の断面図である。蝕刻工程が行われるチヤンバ10の
上部にはチヤンバ10内部空間に蝕刻ガスを供給するため
の蝕刻ガス供給管12が連結され、チヤンバ10とガス供給
管12は絶縁体18により電気的に分離される。
【００２０】チヤンバ10内部に位置する蝕刻ガス供給管
12の終端には蝕刻ガスをチヤンバ10内部空間に均一に分
散させるための分散板13が連結され、この分散板13はプ
ラズマ形成の際に高周波電力発生器14から高周波電力が
供給されるカソード電極として利用される。更にチヤン
バ10内部空間の下部には電気的に接地されたアノード電
極15が設置される。
【００２１】チヤンバ10は図３に図示されたように多数
の側壁11を有する多角形態でなる。チヤンバ10の内部に
は多数のウェーハ支持台20がアノード電極15を中心とし
て放射型に位置し、特にアノード電極15と垂直の各ウェ
ーハ支持台20は分散板13とアノード電極15間の空間に位
置する。
【００２２】更に各側壁11の上部及び下部にはチヤンバ
10の内部を真空状態に保持するため真空排気ポンプ（図
示されていない）と連結された真空圧供給管17が形成さ
れている。各側壁11の上部及び下部に真空圧供給管17を
連結したことはチヤンバ10の内部空間を均一な真空状態
に保持するためである。
【００２３】一方、ウェーハ支持台20には蝕刻イオンを
ウェーハ16の方向に移動させるため磁気場を形成する磁
界形成手段19が設置される。図４は図２中Ａ部の正面図
であり、磁界形成手段19の構成及びウェーハ16との関係
を図示した。本発明において磁界形成手段19に円筒型に
構成された磁界コイル（ｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｉｌ）を
利用し、各ウェーハ支持台20に固定する。ウェーハ支持
台20に装着されるウェーハ16は磁界形成手段19内部に位
置する。
【００２４】図３においてはチヤンバ10内部に６枚のウ
ェーハ16を同時に装着できるように６個のウェーハ支持
台20が設置されたことを図示したが必要に応じてその数
を適切に調節することもできる。
【００２５】上述したように構成されたチヤンバ10内に
おいて行われる蝕刻工程を説明すると次のとおりであ
る。
【００２６】先ず、上部に蝕刻マスクが形成された多数
のウェーハ16を各ウェーハ支持台20に各々装着した後
（各ウェーハは磁界形成手段である磁界コイル内部に位
置）蝕刻ガス供給管12を通じてチヤンバ10内に蝕刻ガス
を供給する。
【００２７】蝕刻ガスが分散板13を通じてチヤンバ10内
部に分散されると高周波電力発生器14を動作させて分散
板13に高周波電力が供給されるようにする。そうすると
カソード電極として利用される分散板13とアノード電極
15間において分子の衝突運動により蝕刻ガスはイオン化
されたプラズマ状態になる。
【００２８】更に磁界形成手段19により形成される磁気
場によりプラズマ内に存在する化学結合力が大きい蝕刻
イオンがウェーハ16方向に移動してウェーハ16の露出さ
れた部分を蝕刻する。
【００２９】図５は本発明の更に別の実施例によるプラ
ズマ蝕刻装置の内部構成を図示した断面図で、本実施例
において利用されたチヤンバ30にも多数のウェーハ支持
台39が設置されるが便宜上４個のウェーハ支持台のみを
図示した。
【００３０】蝕刻工程が行われるチヤンバ30の上部には
チヤンバ30内部空間に蝕刻ガスを供給するための蝕刻ガ
ス供給管32が連結され、チヤンバ30とガス供給管32は絶
縁体38により電気的に分離される。
【００３１】チヤンバ30内部空間に位置する蝕刻ガス供
給管32の終端部には供給される蝕刻ガスをチヤンバ30内
部空間に均一に分散させるための分散板33が装着され、
この分散板33はプラズマ形成時に高周波電力発生器34か
ら高周波電力が供給されるカソード電極として利用され
る。
【００３２】チヤンバ30は図３に図示された実施例と同
様に多数の側壁31を有する多角形態でなり、チヤンバ30
の内部には多数のウェーハ支持台39が分散板33を中心と
して放射形に位置する。特に、各ウェーハ支持台39は上
部が側壁31の方向に傾斜した状態に設置されるため各ウ
ェーハ支持台39に支持される各ウェーハ36は分散板33を
向くようになる。
【００３３】更に各ウェーハ支持台39は接地された状態
でアノード電極の機能を遂行する。一方、各側壁31の上
部及び下部にはチヤンバ30の内部を真空状態に保持する
ため真空排気ポンプ（図示されていない）と連結された
真空供給管37が各々形成される。
【００３４】チヤンバ30の外部面には磁界形成手段であ
る磁界コイル40が捲かれて、捲かれた各磁界コイル40は
各ウェーハ支持台39の上部及び下部更に両側部に対応す
ることになる。本実施例においてもチヤンバ30内部に６
枚のウェーハ36を同時に装着できるように６個のウェー
ハ支持台39が設置（断面図である図５には４個のウェー
ハ支持台のみを図示）されていることを図示したが、必
要に応じてその数を適切に調節することができる。
【００３５】上述したように構成されたチヤンバ内で行
われる蝕刻工程を説明すると次のとおりである。
【００３６】先ず、上部に蝕刻マスクが形成された多数
のウェーハ36を各ウェーハ支持台39に各々装着した後、
蝕刻ガス供給管32を通じてチヤンバ30内に蝕刻ガスを供
給する。蝕刻ガスが分散板33を通じてチヤンバ30内部に
分散されると高周波電力発生器34を動作させ分散板33に
高周波電力が供給されるようにする。
【００３７】そうするとカソード電極として利用される
分散板33とアノード電極機能を遂行する各ウェーハ支持
台39間において分子の衝突運動により蝕刻ガスはイオン
化されたプラズマ状態になる。更に磁界形成手段である
磁界コイル40により形成される磁気場によりプラズマ内
に存在する化学結合力が大きい蝕刻イオンは各ウェーハ
36の方向に移動してウェーハ36の露出された部分を蝕刻
する。
【００３８】図５に図示されたように、各ウェーハ36の
上下部及び側部周辺には磁界コイル40による磁気場が形
成されているため蝕刻イオンは各ウェーハ36の全面に均
一に移動され、特に各ウェーハ36が分散板33方向に傾斜
した状態に支持されるためその効果を更に多きくするこ
とができる。
【００３９】
【発明の効果】以上のような本発明を利用して蝕刻工程
を行う場合蝕刻イオンは磁界形成手段により形成された
磁気場によりチヤンバ内において水平方向に移動し蝕刻
イオンは物理的エネルギをもたないため衝突時に各ウェ
ーハ表面に損傷が発生しない。
【００４０】更に、各ウェーハが垂直状態に装着されて
いるためプラズマ発生時に生成されたパーチクルがウェ
ーハ表面に直接的な影響を及ぼすことはない。このほか
にも１回のプラズマ発生により多数のウェーハを同時に
蝕刻処理することにより工程効率が向上されるとともに
多数のウェーハの蝕刻精度が均一になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なプラズマ蝕刻装置の内部構成を図示し
た断面図である。
【図２】本発明の実施例によるプラズマ蝕刻装置の内部
構成を図示した断面図である。
【図３】図２の線３−３により切り取った状態の断面図
である。
【図４】図２のＡ部の正面図である。
【図５】本発明の別の実施例によるプラズマ蝕刻装置内
部構成を図示した断面図である。
【符号の説明】
１，10，３０…チヤンバ 12，32…蝕刻ガス供給管 13，33…分散板 14，34…高周波電力発生器 17，37…真空圧供給管 20，39…ウェーハ支持台 19，40…磁界形成手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ蝕刻装置において、 多数の真空圧供給管が連結されている多数の側壁を有す
    るチヤンバと、 前記チヤンバ内部空間に蝕刻ガスを供給する蝕刻ガス供
    給管と、 前記蝕刻ガス供給管の終端に連結され蝕刻ガスを前記チ
    ヤンバ内部に均一に分散させる分散板と、 前記分散板に高周波電力を供給するための高周波電力発
    生器と、 前記チヤンバ内部の下部に位置し、電気的に接地された
    アノード電極と、 前記チヤンバ内部に固定され、ウェーハを垂直に各々支
    持する多数のウェーハ支持台と、 前記各ウェーハ支持台の前面に固定され、蝕刻イオンを
    前記各ウェーハ支持台に支持され、各ウェーハ方向に移
    動させるための磁気場を形成する磁界形成手段とからな
    ることを特徴とするプラズマ蝕刻装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記チヤンバと前記蝕刻ガス供給管は絶縁体により電気
    的に分離されることを特徴とするプラズマ蝕刻装置。
  3. 【請求項３】 請求項１において、 前記磁界形成手段は円筒形の磁界コイルで、前記各ウェ
    ーハ支持台に固定する際内部にウェーハが位置すること
    を特徴とするプラズマ蝕刻装置。
  4. 【請求項４】 請求項１において、 前記各真空圧供給管は前記各側壁の上部及び下部に連結
    されることを特徴とするプラズマ蝕刻装置。
  5. 【請求項５】 プラズマ蝕刻装置において、 多数の真空圧供給管が連結されている多数の側壁を有す
    るチヤンバと、 前記チヤンバ上部に連結され、前記チヤンバ内部空間に
    蝕刻ガスを供給する蝕刻ガス供給管と、 前記蝕刻ガス供給管と連結され、供給される蝕刻ガスを
    前記チヤンバ内に均一に分散させる分散板と、 前記分散板に高周波電力を供給する高周波電力発生器
    と、 前記チヤンバ内部に固定され、ウェーハを一定の角度に
    傾斜するように支持し、電気的に接地される多数のウェ
    ーハ支持台と、 前記各ウェーハ支持台に支持された各ウェーハの上部、
    下部及び側部に対応する状態で前記チヤンバの外部に位
    置し蝕刻イオンを前記各ウェーハを向いて移動させるた
    めの磁気場を形成する磁界形成手段からなることを特徴
    とするプラズマ蝕刻装置。
  6. 【請求項６】 請求項５において、 前記各ウェーハ支持台は前記分散板方向に傾斜するよう
    に設置され、各ウェーハを前記分散板方向に傾斜した状
    態になるように支持することを特徴とするプラズマ蝕刻
    装置。
  7. 【請求項７】 請求項５において、 前記チヤンバと前記蝕刻ガス供給管は絶縁体により電気
    的に分離されることを特徴とするプラズマ蝕刻装置。
  8. 【請求項８】 請求項５において、 前記磁界形成手段は前記チヤンバの外部に捲かれた磁界
    コイルであることを特徴とするプラズマ蝕刻装置。
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