JP3660806B2 - 乾式蝕刻装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造装置に係り、特に乾式蝕刻装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子の製造工程のうち、多くの工程がプラズマを使用する乾式蝕刻装置を使用して進行される。
プラズマを使用する乾式蝕刻装置を用いて蝕刻工程を進行するためには、先ず、乾式蝕刻装置内へ反応ガスを注入して外部で乾式蝕刻装置内のシリコンカソードとアノードとに高周波(Radio Frequency)電力を印加する。カソードとアノードとの間に形成された高周波電界により加速された電子が反応ガス分子と多数回の弾性衝突を経て高エネルギーを得て、次に反応ガスの分子と非弾性的に衝突して反応ガス分子を電離及び励気してプラズマを発生させる。このように作られたプラズマガスの中で陰の性質を帯びているプラズマガスは、カソードとアノードとの間の電圧差によりアノード側へ移って、アノード上部にローディングされているウェハと反応して蒸気圧の高い物質又は揮発性物質を生成することにより蝕刻工程が進行される。
蝕刻工程の進行過程から分かるように、乾式蝕刻装置で蝕刻反応が正確かつ効率的に起るようにするためにはプラズマの分布をアノード上のウェハにのみ制限し、プラズマ以外のその他の不純物が乾式蝕刻装置内に発生しないようにするのが重要である。
ところが、従来の乾式蝕刻装置を使用してウェハを加工した後乾式蝕刻装置を検査すれば、図1に示されているように、下部チャンバ10の静電型チャック(Electro Static Chuck:以下ESC)12の縁に形成されているリング14と上部チャンバ20のシリコンカソード22の縁を支えているプラズマ制限リング24上とにひまわり形態のポリマー及び汚染粒子30が異常蒸着されるという問題点があった。
【0003】
このようにひまわり形態に異常蒸着されるポリマー及び汚染粒子30は、乾式蝕刻工程の収率を減少させる主原因として作用する。
このようなポリマー及び汚染粒子30の異常蒸着は、主にプラズマ分布をウェハ上へ限定させる制限リング24を上部チャンバ20に固定させるねじ26と静電型チャック12の縁に形成され、プラズマ密度を均一にしてウェハを固定させる機能を有するアルミニウムリング14の間に発生する微細なアーキングに起因するという事実がつきとめられた。乾式蝕刻工程進行中のねじ26とアルミニウムリング14との間に微細なアーキングが発生すれば、微細なアーキングがシリコンカソード22及びシリコンカソード22の上部に設けられているアルミニウム気流調節装置(baffle、図示せず)内に形成されている気流調節用ホールに作用してアルミニウム又はシリコン粒子を発生させて汚染源を生成する。このように生成された汚染源は、乾式蝕刻工程が進行されるウェハ上に汚染粒子として作用し乾式蝕刻工程の収率を減少させる。又、プラズマをウェハ上にのみ分布させるプラズマ制限リング24がプラズマ分布を限定する役割を碌に遂行せず、下部チャンバのアルミニウムリング14上までプラズマが広がっていく現象も認められた。このように広がっていくプラズマ及び汚染源と結合したプラズマは微細なアーキングにより燃焼され、図1に図示されているようにひまわり形態のポリマー及び汚染粒子30を形成する。このようなポリマー及び汚染粒子30が乾式蝕刻工程の収率を減少させることは勿論である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、微細なアーキングが発生しない乾式蝕刻装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、プラズマの分布を工程対象物のウェハ上にのみ効果的に制限できる乾式蝕刻装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記技術的な課題の達成するための本発明による乾式蝕刻装置は、次の通りの構成要素で構成される。乾式蝕刻装置の下部にはウェハがローディングされるチャックが設けられる。チャックの周囲にはプラズマの密度を均一にするための金属リングが設けられる。乾式蝕刻装置の上部にはチャックに対向して一定の距離離れてカソードが設けられる。カソードの縁部にはカソードを支えてカソードの下方へ突出された形態に形成されている制限リングが形成される。そして、前記制限リングは前記金属リングとの距離が最大になる位置にねじを具備して前記制限リングを前記乾式蝕刻装置の上部に固定させる。
本発明において、前記金属リングは純粋金属又陽極酸化処理が施された金属で製造されて、前記金属リングの上部に絶縁物リングを更に具備することが望ましい。
前記制限リングはプラズマ分布を前記チャック上にローディングされるウェハ上にのみ限定できる物理的な障壁として作用して、この制限リングの高さは前記物理的な障壁の機能に適した高さ、例えば7mm乃至9mmで形成される。そして、前記制限リングはセラミック又は乾式蝕刻装置内に形成されるプラズマにより損傷されない材質、例えば陽極酸化されたアルミニウムまた石英で製造されて、前記カソードとの接触時汚染粒子を発生させないようにポリテトラフルオロエチレンでコーティングされることが望ましい。
【0006】
前記ねじは乾式蝕刻装置内に形成される高周波電界の影響が最小化される位置又影響が及ばない位置、例えば前記チャックの末端に対向する前記制限リングの位置から9mm乃至12mm程外側へ離れた位置に設けられる。又、前記ねじは陽極酸化処理された金属又固定力の保たれる絶縁物、例えばポリテトラフルオロエチレン(登録商標:テフロン)などで製造される。望ましくは、前記ねじは絶縁物のキャップを更に具備して、絶縁物のキャップの真空ホールは前記金属リングと方向水平になる位置に形成される。
本発明による乾式蝕刻装置を使用する場合、乾式蝕刻工程の時望まない微細なアーキングが発生しないだけではなく、プラズマがウェハ上にのみ作用するので乾式蝕刻工程の進行の途中汚染粒子の発生を防止し乾式蝕刻工程の収率を向上させ得ることになる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を説明することにより本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は以下に開示される実施の形態に限られることなく、相異なる多様な形態に具現され、単に本実施の形態は本発明の開示を完全にし、通常の知識を持った者に発明の範ちゅうを完全に示すために提供されるものである。図面で乾式蝕刻装置を構成している部品等の大きさと位置は明瞭性のために強調した。図面で同一参照符号は同一部材を示す。
本発明の一実施の形態による乾式蝕刻装置を図2に示している断面図を参照して説明する。
乾式蝕刻装置100の下部にはウェハ118がローディングされてアノードとして機能する静電型チャック112が設けられており、静電型チャック112の縁にはプラズマ密度を均一にするためのリング(focus ring)114A,114B,116が設けられている。金属リング114Bはプラズマ密度を均一にするためのリングとして機能する。そして、金属リング114Bは純粋なアルミニウム金属で製造されることもあるが、微細なアーキングを防止するために陽極酸化(anodizing:金属表面を滑らかにする処理)処理されたアルミニウム又はステンレススチールで製造されることが望ましい。金属リング114B上には金属リング114Bがプラズマに直接露出されることを防止してアーキングの発生をある程度防止するための絶縁物リング114Aが設けられている。そして、金属リング114B及び絶縁物リング114Aの縁には絶縁体の役割を果たす絶縁リング116が設けられている。静電型チャック112の上面には乾式蝕刻工程を進行するためのウェハ118がローディングされ、静電型チャック112の縁のリング114A,114B,116はウェハ118を固定させてウェハの離脱を防止する機能も備えている。
【0008】
乾式蝕刻装置100の上部にはカソード122と気流調節装置128とが順次積層して設けられる。カソード122は制限リング124上に載置される方法で乾式蝕刻装置100の上部に設けられる。制限リング124は、プラズマを下部のウェハ118上にのみ分布させるためにカソード122の下方へ一定の高さHの突出させた形態に形成される。制限リング124はセラミック又はプラズマにより損傷されない材質、例えば陽極酸化されたアルミニウム又は石英で製造されることが望ましい。又、制限リング124は制限リング124の上に載置されるシリコンカソード122との直接的な摩擦によりシリコン粉が発生することを防止するためにテフロン(登録商標)等でコーティングして形成することが望ましい。
そして、制限リング124はねじ126により上部のシーリングプレート130に固定されることにより乾式蝕刻装置100の上部の構造を完成する。ねじ126は固定力が維持される範囲内で高周波(RF)電界の焦点合わせのための金属リング114Bとの距離D1が最大になるようにしてプラズマ形成領域即ち、高周波電界の形成領域と遠く離れた位置に設けられる。ねじ126は微細なアーキングの発生を防止するために陽極酸化処理された金属で製造されるか、十分な固定力が確保される範囲内で絶縁物、例えばポリテトラフルオロエチレン(登録商標:テフロン)などで製造されることが望ましい。又、ねじ126は、ねじ126を構成する金属物質が直接露出されることを防止して微細なアーキングを一定の程度で防止するための絶縁物キャップ(図示せず)を更に具備することが望ましい。又、絶縁物キャップの真空ホールは、下部の金属リング114Bに対向せずに水平方向になる位置に形成され、ねじ126がプラズマに露出されることを防止するのが望ましい。
【0009】
乾式蝕刻装置100の上部には反応ガスを注入するためのガス注入口140が形成されており、下部には反応が完了したガスを排気するためのガス排出口170が形成されている。そして、カソード122及びアノード112には高周波電源150が接続されている。
ガス注入口140内へ反応ガスを注入して、高周波電源150を通じてカソード122及びアノード112に電源を印加すれば、カソード122及びアノード112の間に高周波電界が形成されて高周波電界により反応ガスがプラズマ160に変化される。形成されたプラズマ160はアノード112上のウェハ118に作用して乾式蝕刻工程が進行される。
プラズマ160をウェハ118上にのみ分布するようにする制限リング124の構造及び制限リング124を上部のシーリングプレート130に連結するねじ126の位置については図2のA領域を拡大して図示した図3を参照して説明する。
図3を参照すれば、制限リング124がプラズマを下部のウェハ118上にのみ分布させる機能はカソード122下方へ突出された制限リング124の高さHにより決定される。従って、制限リング124はプラズマが下部のウェハ118上にのみ分布されるに適した物理的な障壁高さHに形成される。例えば、本発明の乾式蝕刻装置のその他の部品の大きさを従来の乾式蝕刻装置のように形成する場合には、制限リングの高さを従来の5mmより2mm乃至4mm程度増加させた7mm乃至9mmに形成する。このように制限リング124の高さを増加させることによりプラズマの分布を効果的にウェハ118上にのみ限定させ得る。
【0010】
そして、制限リング124を上部のシーリングプレート130に結合させ、乾式蝕刻装置100の上部構造を完成させるねじ126は固定機能を遂行できる範囲内で、RF電界形成領域とは遠く離れた位置に設けられる。従って、ねじ126はウェハが置かれる静電型チャック112の末端に対応する制限リングの位置PからD3程離れた位置に設けられる。そして、下部の金属リング114Bとの距離D1が最大になる位置に設けられる。例えば、本発明の乾式蝕刻装置のその他の部品の大きさを従来の乾式蝕刻装置のように形成した場合には、従来のねじの位置より2mm乃至5mm程度高周波電界の領域の外側へ移動させて設置する。従って、従来の乾式蝕刻装置で静電型チャック112の末端に対応する制限リングの位置Pからねじ126’間の距離D2が7mmだったら、本発明による乾式蝕刻装置で静電型チャック112の末端に対応する制限リングの位置Pからねじ126間の距離D3は9mm乃至12mmになる。このようにねじ126の位置を設定することにより、ねじ126は高周波電界の影響圏の外側へ位置する。又、もしねじ126が電界の影響を多少受けたとしてもねじ126と金属リング114Bとの距離D1が最大化するので微細なアーキングが発生しない。
従って、本発明による乾式蝕刻装置を使用する場合、プラズマを用いた乾式蝕刻の時望まない微細なアーキングが発生しないだけではなく、プラズマをウェハ上にのみ分布させ得る。そして、乾式蝕刻工程の進行の途中汚染粒子が発生することを防止して乾式蝕刻工程の収率を向上させ得ることになる。
【0011】
本発明は下記の実験例を参考に更に詳細に説明され、この実験例が本発明を制限しようとするものではない。
<実験例1>
本発明による乾式蝕刻装置を使用して乾式蝕刻を遂行する場合、乾式蝕刻装置内にどれぐらい多くの汚染粒子が発生するかを調べるために次の通り実施した。先ず、図2に示されたように構造の乾式蝕刻装置100に厚さ1500Åの酸化膜が形成されたウェハ118を静電型チャック112上にローディングした後、ガス注入口140を通じてCF4、CHF3、及びArガスを注入した後、高周波(RF)電源150を通じてカソード122とアノード112にRF電力を印加してプラズマを生成して酸化膜を蝕刻した。この際、高周波(RF)電力の印加時間を0分から3750分まで変化させながら一定の時間おきに乾式蝕刻装置100内に発生した汚染粒子の数を測定した。その結果を図4のグラフに示した。
本発明の乾式蝕刻装置を使用する場合の効果を調べるためにその他の工程条件は前記実験例のようにして、図1に図示したような従来の乾式蝕刻装置を用いて高周波(RF)電源の印加時間別に乾式蝕刻装置内に発生した汚染粒子の数を測定してその結果を図5のグラフに示した。
【0012】
図4と図5との結果から明らかに分かるように、本発明による乾式蝕刻装置100を使用する場合、乾式蝕刻装置100内に発生する汚染粒子の数は10以下で、ほとんど汚染粒子が発生しないことが分かる。
反面、従来の乾式蝕刻装置を使用する場合には全般的に多数の汚染粒子が発生することが分かり、この数も50以上と、非常に大きいことが分かる。
即ち、本発明による乾式蝕刻装置の場合、制限リング124を上部のシーリングプレート130に固定させて乾式蝕刻装置100の上部構造を完成させるねじ126は、固定機能を遂行できる範囲内で高周波電界の影響圏の外側に位置し、プラズマの密度を均一にするための金属リング114Bとの距離D1が最大になる位置に設けられる。従って、乾式蝕刻工程の進行中にねじ126と金属リング114Bとの間に微細なアーキングが発生しないことになる。そして、ねじ126及び金属リング114Bの表面に絶縁物キャップ及び絶縁物リングを更に具備し、ねじ126及び金属リングを陽極酸化された金属で製造することにより微細なアーキングをより効果的に防止できる。又、プラズマを下部のウェハ118上にのみ限定させるための制限リング124の高さがプラズマを下部のウェハ118にのみ限定させるのに適した物理的な障壁の高さHに形成されるので、プラズマの分布を効果的にウェハ118上にのみ限定させ得る。
【0013】
【発明の効果】
前述したように、本発明による乾式蝕刻装置を使用する場合、乾式蝕刻工程の時所望ではない微細なアーキングが発生しないだけではなく、プラズマがウェハにのみ作用されるので乾式蝕刻工程の進行の途中汚染粒子の発生を防止して乾式蝕刻工程の収率を向上させ得ることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の乾式蝕刻装置内に形成されたポリマー及び汚染粒子を示す乾式蝕刻装置の斜視図である。
【図2】 本発明の一実施の形態による乾式蝕刻装置の断面図である。
【図3】 図2のA領域の拡大断面図である。
【図4】 図2に示されている乾式蝕刻装置を使用して測定した高周波電力の印加時間と汚染粒子の発生との関係のデータを示すグラフである。
【図5】 従来の図1に示されている乾式蝕刻装置を使用して測定した高周波電力の印加時間と汚染粒子の発生との関係のデータを示すグラフである。
【符号の説明】
10 下部チャンバ
12 静電型チャック
14 アルミニウムリング
20 上部チャンバ
22 シリコンカソード
24 プラズマ制限リング
26 ねじ
30 汚染粒子
100 乾式蝕刻装置
112 静電型チャック
114A 絶縁物リング
114B 金属リング
116 絶縁リング
118 ウェハ
122 シリコンカソード
124 制限リング
126 ねじ
126’ ねじ
128 気流調節装置
130 シーリングプレート
140 ガス注入口
150 高周波電源
160 プラズマ
170 ガス排出口
D1 ねじと金属リングとの距離
D2 Pとねじとの距離
D3 Pとねじとの距離
H 障壁高さ
P 制限リングの位置
Claims (9)
- 乾式蝕刻装置の下部に設けられてウェハがローディングされるチャックと、
前記チャックの周囲に沿って形成されており、プラズマの密度を均一にするための金属リングと、
前記乾式蝕刻装置の上部に設けられて前記チャックに対向して一定の距離で離れているカソードと、
前記カソードの縁部に沿って前記カソードを支えており、前記カソードの下方へ突出された形態で形成されている制限リングと、
前記制限リングを前記乾式蝕刻装置の上部に固定させるために前記制限リング内に設けられて前記チャックの末端に対向する前記制限リングの位置から9 mm 乃至12 mm 外側へ離れた位置に設けられるねじと、
前記金属リングの上部に設けられ、前記金属リングがプラズマに直接露出されることを防止するための絶縁物リングと、を備えることを特徴とする乾式蝕刻装置。 - 前記金属リングは、陽極酸化処理された金属で製造されたことを特徴とする請求項1に記載の乾式蝕刻装置。
- 前記制限リングはプラズマ分布を前記チャック上にローディングされるウェハ上にのみ限定できる物理的な障壁として作用し、該制限リングの高さは7 mm 乃至9 mmで形成されることを特徴とする請求項1に記載の乾式蝕刻装置。
- 前記制限リングは、セラミック又は陽極酸化されたアルミニウム又は石英で製造されることを特徴とする請求項1に記載の乾式蝕刻装置。
- 前記制限リングは、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングされ、前記制限リングと前記カソード間で汚染粒子を発生させないことを特徴とする請求項1に記載の乾式蝕刻装置。
- 前記ねじは、陽極酸化処理された金属で製造されたことを特徴とする請求項1に記載の乾式蝕刻装置。
- 前記ねじは、絶縁物キャップを更に備えることを特徴とする請求項6に記載の乾式蝕刻装置。
- 前記絶縁物キャップの真空ホールは、前記金属リングと水平方向になる位置に形成されることを特徴とする請求項7に記載の乾式蝕刻装置。
- 前記ねじは、絶縁物で製造されたことを特徴とする請求項1に記載の乾式蝕刻装置。
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