JPH07111965B2 - エッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、エッチング装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体素子の複雑な製造工程の簡略化、工程の自
動化を可能とし、しかも微細なパターンを高精度で形成
することが可能な各種薄膜のエッチング装置として、ガ
スプラズマ中の反応成分を利用したプラズマエッチング
装置が注目されている。

このプラズマエッチング装置とは、反応槽内に配置され
た一対の電極例えば高周波電極に高周波電力を印加する
ことで反応槽内に導入した反応気体例えばアルゴンガス
等の反応気体をプラズマ化し、このガスプラズマ中の活
性成分を利用して基板例えば半導体ウエハのエッチング
を行なう装置である。

この様な従来のエッチング装置では、特開昭61−206225
号公報に開示される如く、半導体ウエハを凸形状の電極
に押し付けて半導体ウエハを電極に密着保持する機構等
が用いられており、半導体ウエハの絶縁破壊等を防止し
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した特開昭61−206225号公報に開示
される様な電極周辺に配置された半導体ウエハを電極に
密着保持する機構等は、一般に、剛性等の必要から一部
部材に金属等の導電性部材を使用しなければならなかっ
た。

そこで、プラズマ化したガス中の電荷やイオンが電極周
辺の導電性部材に回り込み、プラズマを拡散させてしま
い、対向した電極間にプラズマ化したガスが集中できな
くなり、エッチング速度やエッチングの均一性が低下し
てしまうという課題があった。

本発明は、上記点に対処してなされたもので、対向した
電極間のプラズマ化したガスを集中化し、エッチング速
度と均一性を向上し安定したエッチング装置を提供する
ものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の請求項１は、真空容器内に設けられ被処理体を
載置する載置台と、この載置台に設けられた電極と前記
被処理体を間に設けて対向配置された電極との間に電圧
を印加してプラズマを生起する電極と、前記被処理体の
外周部を前記載置台に押圧して前記被処理体を保持する
クランプリングと、このクランプリングを昇降させるリ
ング昇降機構とを備え、前記クランプリングは、金属に
より形成され、この金属を絶縁部材で被覆したことを特
徴とするエッチング装置にある。

また、前記クランプリングは、好ましくは、アルミニウ
ム製で、表面に絶縁性のアルミナの被覆を設けたことを
特徴とする。さらに好ましくは、前記被処理体を載置す
る載置台に設けられた電極の載置面には、導電性部材を
絶縁被覆する手段が設けられていることを特徴とする。

（作 用） 本発明のエッチング装置では、対向した電極周辺に剛性
等の必要性から設けられた金属等の導電性部材を絶縁被
覆したので、プラズマ化したガス中のイオンや電荷が導
電性部材に回り込み等により吸引され、プラズマ化した
ガスが拡散するのを防止し、対向した電極間にプラズマ
化したガスを集中することができる。

（実施例） 以下、本発明装置を半導体製造工程に適用した実施例に
つき図面を参照して説明する。

Al製で表面をアルマイト処理した円筒状真空容器（１）
内の上部には、電極昇降機構（２）例えばエアシリンダ
やボールネジ等と連結棒（３）を介して昇降可能な上部
電極（４）が設けられている。その上部電極（４）は、
Al製で表面にアルマイト処理を施してある平板状で、図
示しないガス供給源からの反応ガス例えばアルゴンやフ
レオン等を導入する反応ガス供給パイプ（５）に接続さ
れている。また、上部電極（４）下部表面には多数の図
示しない小孔が設けられ、この小孔から真空容器（１）
内に反応ガスを流出可能となっている。しかも、上部電
極（４）はプラズマ発生用で例えば電力が500Wで13MHz
程度の高周波電源（６）に接続されており、また、上部
電極（４）上側には、この上部電極（４）を循環冷却液
例えば水等で冷却可能な如く、図示しない冷却液循環器
から冷却液パイプ（７）を介して冷却液を循環可能な円
板状上部電極冷却ブロック（８）が設けられている。

そして、真空容器（１）の下部には、上部電極（４）と
同様に図示しない冷却液循環器から冷却液パイプ（９）
を介して冷却液例えば水等を循環可能な円板状下部電極
冷却ブロック（10）が設けられており、この下部電極冷
却ブロック（10）の上面と接する如く、Al製で表面にア
ルマイト処理を施してある平板状下部電極（11）が設置
されていて、この下部電極（11）は接地されている。

ここで、真空容器（１）は図示しない開閉機構例えばゲ
ートバルブ機構等により開閉可能で、また、図示しない
搬送機構例えばハンドアーム等で内部に被処理体例えば
半導体基板（12）を搬送し、下部電極（11）上に半導体
基板（12）を載置可能となっている。しかも、真空容器
（１）は、図示しない開閉機構を閉じると気密状態とな
り、内部を図示しない真空ポンプで所望の真空状態例え
ば数10mTorr〜数10Torr程度とすることが可能となって
いる。ここで、図示しない搬送機構を真空予備室内に設
置して、真空容器（１）と気密に連結すると、半導体基
板（12）の搬送後に真空容器（１）内を図示しない真空
ポンプで所望の真空度とする時間が短縮できる。

それから、下部電極（11）上側外周には、載置した半導
体基板（12）外周部を下部電極（11）に圧着可能なAl製
で表面にアルマイト処理を施してあるクランプリング
（13）が、連結棒（14）を介してリング昇降機構（15）
例えばエアシリンダ等で昇降可能に設置されていて、ク
ランプリング（13）と連結棒（14）とリング昇降機構
（15）は被処理体例えば半導体基板（12）を上部電極
（４）と下部電極（11）の対向した電極間に保持するク
ランプ機構（16）の部材である。

このクランプ機構（16）は、第２図に示す如く、Al製で
表面にアルマイト処理を施し、このアルマイト処理によ
り表面に絶縁性のアルミナの被覆を設けたクランプリン
グ（13）と、円柱状SUS製棒（17）の表面を絶縁性の四
弗化エチレン樹脂製筒（18）で被覆した連結棒（14）
を、SUS製ねじ（19）で接続している。また、このねじ
（19）も、絶縁性の四弗化エチレン樹脂製の絶縁部材
（20〜22）で被覆されていて、導電性部材例えばAlやSU
Sの金属等はすべて絶縁被覆されている。

また、下部電極（11）の中央付近の内部には、半導体基
板（12）を下部電極（11）に対して昇降可能な如く、連
結部（23）を介してピン昇降機構（24）例えばエアシリ
ンダ等に連結された例えば３本のSUS製リフトピン（2
5）が設けられている。これら、リフトピン（25）と連
結部（23）とピン昇降機構（24）は第３図に示す如き構
成となっている。即ち、ポリイミド樹脂製ねじ（26）で
下部電極（11）下方に四弗化エチレン樹脂製絶縁部材
（27）を介して設けられたSUS製ばね（28）で、リフト
ピン（25）を螺着により設けたSUS製平板（29）は、ピ
ン昇降機構（24）の昇降動作をSUS製棒（30）とＵ字状
四弗化エチレン樹脂製絶縁部材（31）を介して確実に伝
達可能となっていて、リフトピン（25）やばね（28）や
棒（30）の金属である導電製部材は各々が電気的に接続
されていないフロート状態となっている。

そして、リフトピン（25）は、下部電極（11）内に穿設
された孔（32）の一部を利用して下部電極（11）内に挿
入されている。また、孔（32）は、図示しない冷却ガス
供給源からの冷却ガス例えばヘリウムガスを半導体基板
（12）裏面に供給可能な如く冷却ガス供給パイプ（33）
に接続されている。

ここで、下部電極（11）の半導体基板（12）載置面は、
半導体基板（12）にクランプリング（13）で加えた力
が、半導体基板（12）に等分布荷重として加わったと仮
定した時の半導体基板（12）の変形曲線となる如く、凸
形状に形成してある。

また、下部電極（11）と半導体基板（12）載置面間に
は、半導体基板（12）とこの半導体基板（12）を保持す
る電極即ち下部電極（11）間のインピーダンスを一様に
する如く、合成高分子フィルム（34）例えば厚さ20μｍ
〜100μｍ程度の耐熱性ポリイミド系樹脂が、下部電極
（11）の半導体基板（12）載置面に耐熱性アクリル樹脂
系粘着剤で接着することにより設けられている。

そして、下部電極（11）外周と真空容器（１）間には、
反応ガスを真空容器（１）側壁の排気パイプ（35）に排
気する如く、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂製で多数
の排気孔（36）を有する排気リング（37）が設けられて
いる。

ここで、下部電極（11）に保持した半導体基板（12）と
ほぼ同じ大きさにプラズマを発生可能な如く、上部電極
（４）外周には、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂製の
シールドリング（38）が設けられている。また、上記構
成のエッチリング装置は図示しない制御部で動作制御及
び設定制御される。

次に、上述したエッチング装置による半導体基板（12）
のエッチング方法を説明する。

まず、図示しない開閉機構で真空容器（１）を開け、ピ
ン昇降機構（24）と連結部（23）により上昇したリフト
ピン（25）上に、図示しない搬送機構で搬送した半導体
基板（12）を受け取る。この後、リフトピン（25）を降
下して半導体基板（12）を下部電極（11）上に載置し、
リング昇降機構（15）と連結棒（14）により上昇してい
たクランプリング（13）を下降させ、半導体基板（12）
を下部電極（11）に圧着する。

この時既に、真空容器（１）の図示しない開閉機構は閉
じられており、真空容器（１）内は図示しない真空ポン
プで所望の真空状態となっている。

そして、電極昇降機構（２）と連結棒（３）により、上
部電極（４）は降下し、下部電極（11）との電極間隔が
所望の間隔例えば数mm程度となる如く設定される。

次に、図示しないガス供給源より反応ガス例えばアルゴ
ン等がガス供給パイプ（５）を介して上部電極（４）に
供給され、反応ガスは上部電極（４）下面の図示しない
小孔より真空容器（１）内に流出する。同時に、高周波
電源（６）により上部電極（４）へ高調波電圧を印加
し、接地した下部電極（11）との間にプラズマを発生さ
せ、このプラズマで下部電極（11）上の半導体基板（1
2）をエッチング処理する。

この時、半導体基板（12）はクランプリング（13）で下
部電極（11）に圧着されているが、ミクロ的には、表面
粗さ等の為、第４図に示す如く下部電極（11）と半導体
基板（12）の間には空隙（40）が存在する。この空隙
（40）による半導体基板（12）と下部電極（11）間のイ
ンピーダンスは小さいが均一性が悪くばらつきが大き
い。また、下部電極（11）表面のアルマイトによる絶縁
層は多孔性であるので、半導体基板（12）と下部電極
（11）間のインピーダンスの均一性はより悪くなる。し
かしながら、第４図の如く、半導体基板（12）とこの半
導体基板（12）を保持する電極即ち下部電極（11）間の
インピーダンスを一様にする手段として、半導体基板
（12）と下部電極（11）間に合成高分子フィルム（34）
を設け、例えば、厚さ20μｍ〜100μｍ程度の耐熱性ポ
リイミド系樹脂を下部電極（11）に厚さ25μｍ程度の耐
熱性アクリル樹脂系粘着剤で接着した。この空隙（40）
と下部電極（11）間の合成高分子フィルム（34）のイン
ピーダンスは空隙（40）のインピーダンスより十分に大
きいので、半導体基板（12）と下部電極（11）間のイン
ピーダンスのばらつきを小さくできるので、このインピ
ーダンスを均一で一様とすることができる。また、合成
高分子フィルム（34）はアルマイトの様に多孔性ではな
いので、半導体基板（12）との接触性がよく、空隙（4
0）のばらつきも小さくでき、空隙（40）のインピーダ
ンスの均一性を向上するという効果もある。これらによ
り、半導体基板（12）と下部電極（11）間のインピーダ
ンスは一様となり、このことにより、半導体基板（12）
のエッチングの均一性を向上させることができる。ここ
で、真空度2.4Torr、高周波電源（６）出力500W、フレ
オンガス流量80cc/min、アルゴンガス流量500cc/min、
上部電極（４）温度20℃、下部電極（11）温度８℃以下
の時に、アルマイトの絶縁膜厚15μｍの下部電極（11）
上に厚さ25μｍの耐熱性アクリル樹脂系粘着剤を介して
厚さ25μｍの合成高分子フィルム（34）である耐熱性ポ
リイミド系樹脂を接着した時の合成高分子フィルム（3
4）枚数とエッチング速度とエッチングの均一性を第５
図に示す。この第５図より、エッチング速度は十分実用
範囲であり、エッチングの均一性が顕著に向上している
ことが明らかである。また、合成高分子フィルム（34）
は、表面が密で安定した材料なので、空隙（40）のイン
ピーダンスのばらつき等による異常放電を防止でき、異
常放電による半導体基板（12）にダメージを与えること
はなく、安定したエッチング処理を行える。

ここで、エッチング処理時に、図示しない冷却液循環器
による冷却液で、冷却パイプ（7,9）と上部電極冷却ブ
ロック（８）と下部電極冷却ブロック（10）を介して、
上部電極（４）及び下部電極（11）を所望の温度に冷却
すると、エッチング速度が向上する。また、図示しない
冷却ガス供給源からの冷却ガスを、冷却ガス供給パイプ
（33）と孔（32）を介して半導体基板（12）と合成高分
子フィルム（34）間に所定の圧力と流量例えば数cc/min
程度で供給し、半導体基板（12）裏面を冷却することに
より、半導体基板（12）の温度均一性が向上し、この結
果、エッチングの均一性が向上する。

また、上部電極（４）外周部に設けた絶縁性のシールド
リング（38）と下部電極（11）外周部に設けた絶縁性の
クランプリング（13）により、半導体基板（12）の処理
面とほぼ同じ大きさにプラズマを発生することができる
ので、プラズマの拡散を防止でき、安定したエッチング
処理を行える。

そして、処理後の反応ガスを、排気リング（37）の排気
孔（36）を介して排気パイプ（35）から排出する。

ここで、プラズマ化したガス中のイオンや電荷は、周辺
の金属等導電性部材に吸引される如く回り込み、プラズ
マ化したガスを拡散させやすいが、上部電極（４）及び
下部電極（11）周辺の導電性部材を、例えば、第２図の
如く、半導体基板（12）を上部電極（４）と下部電極
（11）間に保持するクランプ機構（16）の導電性の部材
である棒（17）やねじ（19）に、四弗化エチレン樹脂の
筒（18）や絶縁部材（20〜22）又はアルミナの被覆を行
い、絶縁被覆したので、高周波電圧を印加した上部電極
（４）に対して下部電極（11）が最も近い接地部とな
り、対向した上部電極（４）と下部電極（11）間からプ
ラズマ化したガスが拡散するのを防止でき、プラズマ化
したガスを集中できるので、エッチング速度と均一性を
向上させることができ、安定したエッチング処理をする
ことができる。

また、半導体基板（12）に近く、接触するクランプ機構
（16）の導電性部材を絶縁被覆すると、この導電性部材
に電荷が蓄積されて、半導体基板（12）へ放電するのを
防止でき、半導体基板（12）の放電破壊を未然に防ぐこ
とができる。

そして、第３図の如く、半導体基板（12）を下部電極
（11）に対して昇降する機構の導電性部材であるリフト
ピン（25）やばね（28）や平板（29）や棒（30）は、絶
縁性であるポリイミド樹脂のねじ（26）や四弗化エチレ
ン樹脂の絶縁部材（27,31）で接続してあるので、導電
性部材の電気容量を小さくでき、このことにより、プラ
ズマ化したガスの回り込み等を防止でき、また、導電性
部材の電荷蓄積による半導体基板（12）の放電破壊を防
止できる。

しかも、処理後の反応ガスを排気する排気リング（37）
が絶縁性の四弗化エチレン樹脂となっているので、排気
時にプラズマ化したガス中のイオンや電荷が回り込み、
プラズマを拡散するのを防止し、プラズマを上部電極
（４）と下部電極（11）間に集中させることができる。

次に、図示しない開閉機構で真空容器（１）を開け、ク
ランプリング（13）とリフトピン（25）を上昇し、リフ
トピン（25）上の半導体基板（12）を図示しない搬送機
構で搬送し、動作が終了する。

上記実施例では絶縁被覆する導電性部材を被処理体を電
極間に保持するクランプ機構の部材で説明したが、電極
周辺の導電性部材であればよく、上記実施例に限定され
るものではない。

また、上記実施例では絶縁被覆する手段として四弗化エ
チレン樹脂やアルミナの被覆を用いて説明したが、電極
周辺の導電性部材を絶縁被覆できれば何れでもよく、ポ
リイミド樹脂を用いてもよく、上記実施例に限定される
ものでないことは言うまでもない。

以上述べたようにこの実施例によれば、真空容器内に設
けられた対向した電極の間に被処理体を保持し、対向し
た電極に電圧を印加してプラズマ化したガスを発生さ
せ、対向した電極間にプラズマ化したガスが集中する様
に電極周辺の導電性部材を絶縁被覆する手段を設け、被
処理体を電極間に集中しプラズマ化したガスでエッチン
グするので、プラズマ化したガス中のイオンや電荷が電
極周辺の導電性部材に回り込み、プラズマ化したガスが
拡散するのを防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被処理体を処理す
るプラズマに晒される虞のあるクランプリングを金属に
より形成したので、被処理体を載置台に押圧する際に、
十分な剛性をクランプリングに持たすことができる。さ
らに、金属のクランプリングの表面を絶縁部材で被覆し
ているので、プラズマ化したガスの回り込みを防止で
き、被処理体のプラズマによる放電破壊を防止できると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエッチング装置を説明する為の構成
図、第２図は第１図のクランプ機構を説明する図、第３
図は第１図の被処理体を下部電極に対して昇降させる機
構を説明する図、第４図は第１図の合成高分子フィルム
の働きを説明する為の図、第５図は第１図のエッチング
速度と均一性と合成高分子フィルム枚数との関係を示す
図である。 図において、 １……真空容器、４……上部電極 11……下部電極、12……半導体基板 16……クランプ機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内に設けられ被処理体を載置する
   載置台と、この載置台に設けられた電極と前記被処理体
   を間に設けて対向配置された電極との間に電圧を印加し
   てプラズマを生起する電極と、前記被処理体の外周部を
   前記載置台に押圧して前記被処理体を保持するクランプ
   リングと、このクランプリングを昇降させるリング昇降
   機構とを備え、前記クランプリングは、金属により形成
   され、この金属を絶縁部材で被覆したことを特徴とする
   エッチング装置。
2. 【請求項２】前記クランプリングは、アルミニウム製
   で、表面に絶縁性のアルミナの被覆を設けたことを特徴
   とする請求項１記載のエッチング装置。
3. 【請求項３】前記被処理体を載置する載置台に設けられ
   た電極の載置面には、導電性部材を絶縁被覆する手段が
   設けられていることを特徴とする請求項１記載のエッチ
   ング装置。