JP2000260748A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 互いに向き合う１対の電極を備えた半導体製
造装置において、プロセスに影響を与えることなく、電
極の消耗を低減し、電極の寿命を長くする。 【解決手段】 ドライエッチング装置１００は、内部に
下部電極１１を有するハウジング１と、このハウジング
１と共に処理チャンバ３を形成する電極ユニット２とを
備えている。電極ユニット２１は、下部電極１１と対向
するアルミニウム製のリング状の上部電極２１と、この
上部電極２１の内側に配置された反応ガス供給部２２
と、この反応ガス供給部２２を上方から覆う蓋部２３
と、上部電極２１及び反応ガス供給部２２の下面に着脱
自在に取り付けられ、上部電極２１と外壁部２５との境
界を含む所定領域を覆うためのアルミナ製のリング状の
電極板カバー３０とからなっている。電極板カバー３０
の表面には複数の凹部が形成されており、エッチング中
に発生する反応生成物を付着集塵しやすくしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行平板型ドライ
エッチング装置等、互いに向き合う１対の電極を備えた
半導体製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ドライエッチング装置の１つである平行
平板型ドライエッチング装置は、例えば、平行に対向配
置された１対の平板電極（上部電極及び下部電極）を備
えている。このような平行平板型ドライエッチング装置
では、上部電極及び下部電極の一方が接地されるととも
に他方には高周波が印加される。そして、支持台を兼ね
る下部電極上にウェハを載置した後、被エッチング材料
に応じたエッチングガス（反応ガス）を処理チャンバ内
に供給し、プラズマ放電励起によってエッチングガスを
活性化し、これによって反応を促進させてエッチングを
行う。上部電極及び下部電極の材質としては、一般的に
はアルミニウムが用いられる。

【０００３】このような平行平板型ドライエッチング装
置において、例えばウェハ表面に形成されたアルミニウ
ム膜をエッチングする場合には、エッチングガスとして
はアルミニウムと反応して揮発性物質を生成させるよう
な塩素系等が用いられる。このとき、上述したように上
部電極の材質がアルミニウムであると、上部電極にエッ
チングガスを導入するための導入路が形成されている場
合には、エッチングガスにより上部電極の表面、特にガ
ス吹き出し部が削られてしまう。

【０００４】そこで、従来における平行平板型ドライエ
ッチング装置には、例えば図４に示すような上部電極ユ
ニットが備えられている。同図において、上部電極ユニ
ット５０は、リング状の上部電極５１と、この上部電極
５１の内側に配置され、上部電極５０と下部電極（図示
せず）との間にエッチングガスを導入するための導入路
５２ａを有する反応ガス供給部５２とを備えている。こ
こで、上部電極５１の材質はアルミニウムであり、表面
にはアルマイト処理等が施されている。また、反応ガス
供給部５２の材質は、例えばセラミック（アルミナ）で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、上部電極５１とエッチングガスの導入路５２ａが形
成された反応ガス供給部５２とを備えた上部電極ユニッ
ト５０を設けることによって、ガス吹き出し部５２ｂ付
近の消耗を防止することができる。

【０００６】ところで、上部電極ユニット５０において
上部電極５１の占める割合が少ないと、上部電極５１は
電極としての機能を果たせなくなるため、反応ガス供給
部５２はあまり大きくすることはできない。このため、
上部電極５１と反応ガス供給部５２との境界位置は、ガ
ス吹き出し部５２ｂからわずかに外側とならざるを得
ず、この場合には、上部電極５１の内側部分がプラズマ
のエネルギー等によるダメージを受けて消耗する。特
に、上部電極５１の内側端部の下縁部（角部）５１ａは
それよりも外側の平坦部５１ｂに比べてアルマイト処理
が不十分になるのが避けられないため、プラズマダメー
ジ等による消耗が激しくなる。

【０００７】このような上部電極の消耗を防止するに
は、電極材をアルミニウム以外のものに変更するか、あ
るいはアルミニウム表面に形成されるアルマイト膜の膜
質処理の変更や膜厚量の増加で対処せざるを得なかっ
た。しかし、電極材の変更ではプロセスへの影響が大き
く、膜質の変更等では安定した寿命を得ることが困難で
あり、現実的ではなかった。

【０００８】本発明の目的は、プロセスに影響を与える
ことなく、電極の消耗を低減し、電極の寿命を長くする
ことができる半導体製造装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、内部に第１電極を有するハウジングと、
このハウジングと共に処理チャンバを形成する電極ユニ
ットとを備えた半導体製造装置であって、電極ユニット
は、第１電極と向き合う第２電極と、この第２電極に隣
接して配置され、反応ガスを導入するための導入路を有
する反応ガス供給部と、第２電極と反応ガス供給部との
境界部を含む領域を覆うように取り付けられ、第２電極
の材質よりも反応ガスに対して腐食されにくい材質で形
成された電極保護部材とを備える構成とする。

【００１０】このように電極保護部材を設けることによ
り、第２電極と反応ガス供給部との境界部を含む領域が
反応ガスによるダメージを受けることがなくなるので、
当該第２電極の消耗が低減される。したがって、プロセ
スに影響を与えることなく、当該第２電極の寿命を長く
することが可能となる。

【００１１】上記半導体製造装置において、好ましく
は、電極保護部材は、反応ガスによる反応生成物が付着
しやすいような表面処理がなされている構成とする。こ
れにより、反応ガスによる反応生成物が電極保護部材の
表面に付着集塵されるため、処理チャンバ内で反応生成
物が巻き散らされることが少なくなり、パーティクルの
発生が低減される。

【００１２】また、好ましくは、第２電極の材質はアル
ミニウムであり、電極保護部材の材質はアルミナであ
る。これにより、例えばウェハ表面に形成されたアルミ
ニウム膜をエッチングするためにアルミニウムと反応し
て揮発性物質を生成させるような反応ガスを使用して
も、電極の消耗は最小限に抑えられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明に係る半導体製造装置とし
て平行平板型ドライエッチング装置を概略的に示したも
のである。同図において、ドライエッチング装置１００
は、ハウジング１と、このハウジング１の上部に設けら
れ、当該ハウジング１と共に処理チャンバ３を形成する
電極ユニット２とを備えている。

【００１５】ハウジング１には、処理チャンバ３内の排
気を行うための真空ポンプ（図示せず）に接続される排
気口１ａが設けられている。また、ハウジング１内部に
は、円形の平板電極である下部電極１１が配置されてお
り、この下部電極１１には例えば１３．５６ＭＨｚの高
周波電源４が接続されている。また、下部電極１１は、
シリコンウェハＷが載置される載置台としての機能も兼
ねている。

【００１６】図２は電極ユニット２の中央部分の拡大断
面図であり、図３は電極ユニット２の平面図である。同
図において、電極ユニット２は、リング状の平板電極で
ある上部電極２１と、この上部電極２１の内側に配置さ
れた反応ガス供給部２２と、この反応ガス供給部２２を
上方から覆う蓋部２３と、上部電極２１及び反応ガス供
給部２２の下面に設けられ、上部電極２１と反応ガス供
給部２２との境界を含む所定領域をエッチングガス（後
述）から保護するためのリング状の電極板カバー（電極
板保護部材）３０とからなっている。

【００１７】上部電極２１は接地されている（図１参
照）。また、上部電極２１の材質はアルミニウムであ
り、その表面にはアルマイト処理が施されている。ま
た、反応ガス供給部２２の材質は例えばアルミナ（セラ
ミック）であり、蓋部２３の材質は例えばステンレスで
ある。さらに、電極板カバー３０の材質はアルミナであ
る。

【００１８】上部電極２１の内側端部には、段部２１ａ
及び２１ｂが形成されている。反応ガス供給部２２は、
上部電極２１の内側に配置されたリング状の外壁部２５
と、この外壁部２５の内側に配置された内壁部２６とか
らなっており、外壁部２５の上部には段部２５ａ及びフ
ランジ部２５ｂが形成され、内壁部２６の上部にはフラ
ンジ部２６ａが形成されている。また、蓋部２３の下端
部にはフランジ部２３ａが形成されている。そして、上
部電極２１の段部２１ｂに外壁部２５のフランジ部２５
ｂを載せ、その外壁部２５の段部２５ａに内壁部２６の
フランジ部２６ａを載せ、上部電極２１の段部２１ａに
蓋部２３のフランジ部２３ａを載せ、そのフランジ部２
３ａを上部電極２１にボルト３５で固定するようになっ
ている。なお、部材２８ａ〜２８ｃは、シール用のＯリ
ングである。

【００１９】また、蓋部２３及び反応ガス供給部２２に
は、上部電極２１と下部電極１１との間にエッチングガ
ス（反応ガス）を導入するためのガス導入路２９が設け
られている。このガス導入路２９は、蓋部２３に形成さ
れ、エッチングガスを側方から取り込んで下方に送るた
めのＬ字型の管路２９ａと、内壁部２６の上面に開口
し、管路２９ａにつながるガス停滞用凹部２９ｂと、こ
のガス停滞用凹部２９ｂにつながる複数のポート２９ｃ
と、外壁部２５と内壁部２６との間の隙間で形成され、
ポート２９ｃとつながる環状のガス吹き出し部２９ｄと
からなっている。ここで、内壁部２６にガス停滞用凹部
２９ｂを設けたのは、管路２９ａを介して送られてきた
エッチングガスの流れを一旦停滞させ、エッチングガス
が環状のガス吹き出し部２９ｄから均一に出るようにす
るためである。なお、反応ガス供給部２２に設けられる
ガス吹き出し部は環状でなくてもよく、例えば上下方向
に延びる複数の管路であってもよい。

【００２０】電極板カバー３０は、上部電極２１の下面
におけるプラズマダメージ（後述）が局所的に強い領域
をカバーできるような寸法を有しており、複数個（ここ
では４個）のボルト３２により外壁部２５に着脱自在に
取り付けられている。また、電極板カバー３０の表面に
は、径が例えば数μｍ程度の凹部が複数個形成されてお
り、当該表面を粗くしてエッチング中に発生する反応生
成物（後述）を付着しやすくしている。

【００２１】以上のように構成したドライエッチング装
置１００を用いて、ウェハＷ表面に形成されたアルミニ
ウム膜のエッチング処理を行う場合、下部電極１１上に
ウェハＷを載置し、高周波電源４により下部電極１１に
高周波を付与するとともに、ガス導入路２９を介してエ
ッチングガスを上部電極２１と下部電極１１との間に供
給する。ここでは、エッチングガスとして、被エッチン
グ材であるアルミニウムと反応して揮発性物質（ＡｌＣ
ｌ₃）を生成させるような塩素系等が用いられる。この
エッチングガスは上部電極２１と下部電極１１との間の
プラズマ放電励起によって活性化し、これによりウェハ
Ｗの表面化学反応が促進され、反応生成物が排気除去さ
れる。

【００２２】以上において、上部電極２１の材質は被エ
ッチング材と同じアルミニウムであるため、上部電極２
１の下面を何らかの手段で保護しないと、上部電極２１
の下面部がプラズマのエネルギー等によるダメージを受
けて消耗する。特に、アルマイト処理が不十分な上部電
極２１の内側端部の下縁部（角部）では、プラズマダメ
ージによる消耗が激しくなる。

【００２３】また、上部電極２１の表面にはアルマイト
処理が施されているので、その表面は比較的滑らかであ
り、このため、エッチングにより排気除去された反応副
生成物が上部電極２１の表面に付着しにくく、たとえ付
着してもはがれやすい。この場合には、処理チャンバ３
内で反応生成物が巻き散らされ、パーティクル発生の要
因となる。

【００２４】本実施形態では、上部電極２１と外壁部２
５との境界部を含む所定領域を覆うためのリング状の電
極板カバー３０を電極ユニット２の下面に着脱自在に取
り付けたので、プラズマダメージ等による当該領域の消
耗は防止される。つまり、電極板カバー３０の材質は、
上部電極２１の材質であるアルミニウムよりも塩素系の
エッチングガスに対して腐食されにくいアルミナである
ため、アルミニウム表面に形成されたアルマイト膜が消
耗することはほとんどない。なお、電極板カバー３０で
保護される領域の外側はプラズマダメージによる影響は
ほとんど受けない領域であるため、その領域の消耗もほ
とんど無い。

【００２５】また、電極板カバー３０の表面に径が数ミ
クロン程度の複数の凹部を形成し、当該表面を粗くした
ので、エッチングにより発生する反応生成物が電極板カ
バー３０の表面に付着集塵され、処理チャンバ３内で反
応生成物が巻き散らされることはない。

【００２６】以上のように本実施形態にあっては、電極
板カバー３０を電極ユニット２の下面に取り付けるだけ
で上部電極２１の消耗を防止できるので、プロセスに影
響を与えることなく、上部電極２１の寿命を長くするこ
とができる。これにより、ドライエッチング装置１００
の運用費用、例えば部品代や平板電極の交換に要する人
権費を低減できる。また、エッチングにより発生する反
応生成物が電極板カバー３０の表面に付着集塵しやすく
なるので、処理チャンバ３内で反応生成物が巻き散らさ
れる量が減少し、パーティクルの発生が低減する。以上
により、エッチング後の製品歩留まりが向上する。

【００２７】また、外壁部２５にネジ加工を行うこと
で、上部電極２１の形状や容積を変更することなく、ボ
ルト３２により容易に電極板カバー３０を取り付けるこ
とができる。

【００２８】なお、本実施形態においては、電極板カバ
ー３０の表面を粗くして、エッチングにより排気除去さ
れる反応生成物を付着集塵させやすくする構成とした
が、排気除去される反応生成物が比較的少なく、処理チ
ャンバ３内で巻き散らされることがほとんど無いような
場合には、電極板カバーの表面を鏡面研磨することで反
応生成物が付着しにくいようにすることも可能である。

【００２９】また、上記本実施形態では、被エッチング
材料がアルミニウムの場合について説明したが、本発明
は、被エッチング材料がアルミニウム以外のもの、例え
ばポリシリコン等であっても適用できる。被エッチング
材料がポリシリコンの場合は、電極板カバーの材質とし
て、例えばＳｉＣ、シリコン等を用いる。

【００３０】また、上記のものでは、電極ユニット２の
上部電極２１が処理チャンバ３の一部を形成する構造と
なっているが、本発明は、特にこれに限られず、例えば
電極ユニットが処理チャンバの上面部を形成する蓋部材
を有し、その蓋部材の下部に上部電極が取り付けられる
構造のものにも適用可能である。

【００３１】その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない
範囲で種々変形可能である。例えば、上記実施形態の半
導体製造装置は平行平板型ドライエッチング装置である
が、本発明は、互いに向き合う１対の電極を備えたＣＶ
Ｄ装置、ＰＶＤ装置等、他の半導体製造装置にも適用可
能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、第２電極と反応ガス供
給部との境界部を含む領域に、第２電極の材質よりも反
応ガスに対して腐食されにくい材質で形成された電極保
護部材を取り付けたので、プロセスに影響を与えること
なしに、第２電極の消耗を軽減し、当該第２電極の寿命
を長くすることができる。これにより、半導体製造装置
の部品代や平板電極の交換に要する人権費等を削減でき
る。

【００３３】また、電極保護部材の表面に複数の凹部を
形成して表面を粗くした場合には、反応ガスによる反応
生成物が電極板カバーの表面に付着しやすくなるので、
パーティクルの発生を低減できる。

【００３４】以上のような平板電極の消耗低減やパーテ
ィクルの低減により、エッチング後の製品歩留まりを向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体製造装置として平行平板型
ドライエッチング装置を概略的に示した断面図である。

【図２】図１に示す電極ユニットの中央部分の拡大断面
図である。

【図３】図１に示す電極ユニットの平面図である。

【図４】従来の半導体製造装置に設けられた電極ユニッ
トの中央部分の拡大断面図である。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…電極ユニット、３…処理チャン
バ、１１…下部電極（第１電極）、２１…上部電極（第
２電極）、２２…反応ガス供給部、２３…蓋部、２９…
ガス導入路、３０…電極板カバー（電極保護部材）。

フロントページの続き (72)発明者 長井 博之 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 深町 輝昭 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 4M104 DD33 DD44 HH20 5F004 AA00 BA04 BA09 BB13 BB18 BB28 BB29 BB30 BC08 DA00 DB02 DB09 DB16 EB02 5F045 AA08 DP01 DP02 DP03 DQ10 EH04 EH05 EH08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に第１電極を有するハウジングと、
   このハウジングと共に処理チャンバを形成する電極ユニ
   ットとを備えた半導体製造装置であって、 前記電極ユニットは、前記第１電極と向き合う第２電極
   と、この第２電極に隣接して配置され、反応ガスを導入
   するための導入路を有する反応ガス供給部と、前記第２
   電極と前記反応ガス供給部との境界部を含む領域を覆う
   ように取り付けられ、前記第２電極の材質よりも前記反
   応ガスに対して腐食されにくい材質で形成された電極保
   護部材とを備える半導体製造装置。
2. 【請求項２】 前記電極保護部材は、前記反応ガスによ
   る反応生成物が付着しやすいような表面処理がなされて
   いる請求項１記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記第２電極の材質はアルミニウムであ
   り、前記電極保護部材の材質はアルミナである請求項１
   または２記載の半導体製造装置。