(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波放射のための上部領域と蝕刻工程の進行のための下部領域よりなる表面波プラズマ蝕刻装置において、
前記上部領域は、
マイクロ波供給及び導入部と、
前記マイクロ波供給及び導入部と連結されて横長に設置された絶縁板と、
前記絶縁板と離隔して前記絶縁板と平行に設置された上部及び下部ガラス板と、
前記上部及び下部ガラス板の間に介在されたマイクロ波制限用板と、
前記絶縁板の外側表面と前記絶縁板、前記上部ガラス板及び前記マイクロ波制限用板の側壁に形成されたマイクロ波ガイドとを含み、
前記下部領域は、
前記上部領域を支持するチャンバ壁よりなった蝕刻チャンバを含み、
前記マイクロ波制限用板と前記上部ガラス板との間及び前記マイクロ波制限用板と前記下部ガラス板との間に付着力を向上させうるバッファ層を具備することを特徴とする表面波プラズマ蝕刻装置。
【請求項２】
前記絶縁板はフッ化炭素系ポリマー板よりなることを特徴とする請求項１に記載の表面波プラズマ蝕刻装置。
【請求項３】
前記上部及び下部ガラス板は石英であることを特徴とする請求項１に記載の表面波プラズマ蝕刻装置。
【請求項４】
前記マイクロ波制限用板は金属板よりなることを特徴とする請求項１に記載の表面波プラズマ蝕刻装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子製造用蝕刻装置に係り、特に表面波プラズマ蝕刻装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハが大径化するにつれて大径化したウェーハを処理できる半導体製造装置に対する要求が増大している。特に、大径化したウェーハ上に均一な大きさに正確な臨界寸法の微細パターンを形成するためには広い面積に亙ってプラズマを形成できる蝕刻装置が必要である。
【０００３】
このような要求に応じられる表面波プラズマ蝕刻装置がアキモト等の論文(Takeshi Akimoto, Eiji Ikawa, Toshiaki Sango, Kyouichi Komachi, Katuo Katayama and Tosiki Ebata. “Oxide Etching Using Surface Wave Coupled Plasma”. Jpn.J.Appl.Phys.Vol.33(1994) pp7037-7041)に開示されている。
【０００４】
この論文に開示されている表面波プラズマ蝕刻装置はマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）による励起によって広い面積に亙って均一にプラズマを生成する。絶縁板、例えばポリマー板を通じて表面波プラズマ蝕刻装置内に導入されたマイクロ波は接地された上部金属電極により限定された入射部位を通じて蝕刻チャンバ内に導入される。
【０００５】
ところが、従来の表面波プラズマ蝕刻装置内では下部電極に高周波電力のような高電力が印加されることが一般的である。従って、高電力が印加されると、プラズマは蝕刻対象物ばかりでなく、上部金属電極にも作用する。従って、プラズマによりスパッタリングされた金属粒子が金属汚染粒子として作用するだけでなく、蝕刻工程進行時蝕刻対象物のウェーハ上に落ちてパターンの異常を発生させてしまうことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が達成しようとする技術的課題は、金属汚染粒子が発生しない表面波プラズマ蝕刻装置を提供することである。
【０００７】
【課題を達成するための手段】
前記技術的課題を達成するための本発明に係る表面波プラズマ蝕刻装置は、マイクロ波放射のための上部領域と蝕刻工程進行のための下部領域よりなり、前記上部領域は、マイクロ波供給及び導入部、絶縁板、上部及び下部ガラス板、マイクロ波制限用板、マイクロ波ガイドよりなる。絶縁板は前記マイクロ波供給及び導入部と連結されて横長に設置される。上部及び下部ガラス板は前記絶縁板と離隔して前記絶縁板と平行に設置される。マイクロ波制限用板は上部及び下部ガラス板の間に介在される。マイクロ波ガイドは絶縁板の外側表面、上部ガラス板の側壁及びマイクロ波制限用板の側壁に形成される。下部領域は上部領域を支持するチャンバ壁よりなった蝕刻チャンバを含む。前記マイクロ波制限用板と前記上部ガラス板との間及び前記マイクロ波制限用板と前記下部ガラス板との間に付着力を向上させうるバッファ層を具備する。
【０００８】
本発明において、絶縁板はフッ化炭素系ポリマー板で、上部及び下部ガラス板は蝕刻工程のオン／オフによって温度が急激に変化しない温度耐性が大きい物質、例えば石英で、マイクロ波制限用板は金属板で形成することが望ましい。特に、下部ガラス板は蝕刻工程のオン／オフによる急激な温度変化を抑制するために一定の温度を維持できる厚さで形成されることが望ましい。
【００１０】
また、前記蝕刻チャンバは蝕刻対象物がローディングされる下部電極及び前記下部電極に連結された高周波電源を具備し、前記チャンバ壁は前記高周波電源から印加される高周波電力に対して接地機能をすることができる体積を有するように形成されることが望ましい。
【００１１】
本発明によれば、マイクロ波制限用板が上部及び下部ガラス板の間に介在され、プラズマによりマイクロ波制限用板がスパッタリングされて汚染粒子として作用する問題点が防止される。
【００１２】
【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形態を説明することによって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形態に限らず相異なる多様な形態で具現でき、単に本実施形態は本発明の開示を完全にし、通常の知識を有する者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されることである。添付した図面で多数の構成要素の厚さは明瞭性のために強調されたものである。また、図面で同一な参照符号は同一な部材を示す。
【００１３】
図１には本発明の第１実施形態に係る表面波プラズマ蝕刻装置の断面図が、図２には図１のＡ領域を拡大した拡大断面図が示されている。以下、図１及び図２を参考して本発明に係る表面波プラズマ蝕刻装置を説明する。
【００１４】
表面波プラズマ蝕刻装置は磁場なしにマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）による励起によりプラズマを生成し、これを利用して蝕刻工程を進行する装置である。本発明に係る表面波プラズマ蝕刻装置は大きく上部領域１００と下部領域２００よりなる。上部領域１００はマイクロ波を導入し、表面マイクロ波を生成し、マイクロ波を制限する機能をする領域である。下部領域２００は上部領域１００から導入されたマイクロ波により形成されたプラズマを使用して蝕刻工程を進行する蝕刻チャンバである。
【００１５】
上部領域１００はマイクロ波供給及び導入部１０２、マイクロ波ガイド１０４及び１０６、絶縁板１０８、上部ガラス板１１０、下部ガラス板１１４、及びマイクロ波制限用板１１６よりなっている。
【００１６】
マイクロ波供給及び導入部１０２は上部領域１００の上端外側に設置され、絶縁板１０８はマイクロ波供給及び導入部１０２と連結されて横長に上部領域１００の上端に設置される。マイクロ波供給及び導入部１０２は表面波プラズマ蝕刻装置内にマイクロ波を供給及び導入させる。絶縁板１０８は導入されたマイクロ波を伝達し表面波を発生させる。絶縁板１０８はフッ化炭素系ポリマー、例えばテフロンで形成されることが望ましい。
【００１７】
マイクロ波ガイド１０４、１０６は絶縁板１０８の上面と、絶縁板１０８、上部ガラス板１１０及びマイクロ波制限用板１１６の側面に設置される。マイクロ波ガイド１０４、１０６はマイクロ波が蝕刻チャンバの外部に放射されることを防止する役割をする。従って、マイクロ波ガイド１０４、１０６はマイクロ波が透過できない金属板で形成されることが望ましい。さらに望ましくはアルミニウム板または陽極酸化処理されたアルミニウム板で形成されることが望ましい。
【００１８】
上部ガラス板１１０は絶縁板１０８と平行に所定距離に離隔して配置され、絶縁板１０８と上部ガラス板１１０との間の領域１１２は空気で満たされる。下部ガラス板１１４も上部ガラス板１１０と平行に配置される。上部ガラス板１１０と下部ガラス板１１４は絶縁板１０８と下部領域２００とを構成する真空状態の蝕刻チャンバの間にマイクロ波をカップリングするために設置される。上部ガラス板１１０と下部ガラス板１１４は蝕刻工程のオン／オフにより温度が急激に変化しない温度耐性の大きな物質で形成されることが望ましい。従って、石英で形成されることが望ましい。特に下部ガラス板１１４は温度が急激に変化してポリマーが吸着される問題点を防止するために、急激に温度が変化しなく一定の温度を維持できる厚さに形成する。
【００１９】
マイクロ波制限用板１１６は上部ガラス板１１０と下部ガラス板１１４との間に設置される。マイクロ波制限用板１１６は蝕刻対象物上にだけプラズマが形成されるように、絶縁板１０８から放射されるマイクロ波を蝕刻対象物に対応する領域に制限する機能をする。従って、マイクロ波制限用板１１６はマイクロ波の透過されない金属板よりなり、蝕刻対象物の領域に当る部位を除外した領域にだけ形成される。従って、マイクロ波制限用板１１６はアルミニウムまたは陽極酸化処理されたアルミニウムで形成されることが望ましい。
【００２０】
また、バッファ層１１７、１１９をマイクロ波制限用板１１６と上、下部ガラス板１１０、１１４との間にさらに具備して、マイクロ波制限用板１１６と上、下部ガラス板１１０、１１４との間の付着力を向上させることが望ましい。バッファ層１１７、１１９は窒化チタン膜またはタンタル膜などを使用して形成することが望ましい。
【００２１】
下部領域２００はチャンバ壁２０２、下部電極２０８、高周波電源２１２及び排気口２１８よりなる。
【００２２】
チャンバ壁２０２は蝕刻チャンバを構成し、上部領域１００を支持する。また、チャンバ壁２０２は高周波電源２１２から印加される高周波電源に対する接地役割ができる体積を有するように形成されることが望ましい。
【００２３】
下部電極２０８は絶縁板１０８と対向するように蝕刻装置の底面に設置される。下部電極２０８には高周波電源２１２が連結されて高周波電力が印加される。下部電極２０８上には蝕刻対象物２１０がローディングされる。
【００２４】
図１に示された表面波プラズマ蝕刻装置を使用した蝕刻方法を簡単に説明すれば次の通りである。まずマイクロ波供給及び導入部１０２から導入されたマイクロ波は絶縁板１０８から上、下部ガラス板１１０、１１４方向に放射される。放射されたマイクロ波は上部ガラス板１１０と下部ガラス板１１４との間に設置されているマイクロ波制限用板１１６により制限されて下部領域２００に入射される。入射されたマイクロ波２１４は蝕刻ガスを励起させてプラズマ２１６を生成する。このように生成されたプラズマ２１６が下部電極２０８上にローディングされた蝕刻対象物２１０に作用して蝕刻工程が進行される。この時、下部電極２０８には高周波電源２１２を通して高周波電力が印加されて蝕刻対象物に入射されるプラズマのエネルギーを調節する。反応が完了され、残留するプラズマ２１６は排気口２１８を通じて排気される。
【００２５】
図３は本発明の第２実施形態に係る表面波プラズマ蝕刻装置を示す部分拡大断面図である。
【００２６】
第２実施形態による装置はマイクロ波ガイド１０６、上部ガラス板１１０及びマイクロ波制限用板１１６が支持部２０４によって支持され、下部ガラス板１１４はチャンバ壁２０３によって支持され、チャンバ壁２０３と支持部２０４はＯ−リング２０６により連結されている点を除いて、その他は図１の構成要素と同一である。
【００２７】
このように支持部２０４をさらに多く設置することによって支持機能をさらに強化させ、チャンバ壁２０３と支持部２０４とをＯ−リング２０６により連結することによってチャンバ内部をより確実に真空状態にしうる。
【００２８】
本発明は下記の実験例を参照してより詳細に説明するが、この実験例が本発明を制限することではない。
【００２９】
＜実験例１：上部電極の除去された表面波プラズマ蝕刻装置を用いた蝕刻工程＞
上部電極がプラズマによりスパッタリングされる問題点を解決するために、アキモト等の論文(Takeshi Akimoto et al. supra)に開示されている表面波プラズマ蝕刻装置から上部電極を除去した後、この装置を使用して蝕刻工程を進行した。
【００３０】
その結果、上部電極がスパッタリングされて金属汚染粒子が発生する問題点は解決されたが、チャンバ壁の上部がスパッタリングに弱くなる新たな問題点が発生した。
【００３１】
これよりプラズマを一定に制限する必要性があることが分かった。
【００３２】
＜実験例２：上部電極の表面に石英薄板が形成された表面波プラズマ蝕刻装置を用いた蝕刻工程＞
今度は上部電極がプラズマに露出されることを防止するためにアキモト等の論文(Takeshi Akimoto et al.supra)に開示されている表面波プラズマ蝕刻装置でプラズマに露出される上部電極表面にガラス板を形成した。本実験例ではガラス板を２ｍｍ厚さの石英薄板を使用した。このように形成された装置を使用して蝕刻工程を進行した。その結果、上部電極が石英薄板によりプラズマから保護されるため、金属汚染粒子の発生は顕著に減少したが、石英薄板の温度が蝕刻工程のオン／オフに応じて７０℃乃至２８０℃に急激に変化し、石英薄板の表面にポリマーが多量吸着された。
【００３３】
ポリマーが多量吸着される理由は石英薄板の温度が急激に変化して高温状態を維持できないからである。
【００３４】
これより、プラズマに露出されるガラス板は急激に温度が変化しなく蝕刻時に一定の温度を維持してポリマーの吸着を防止可能に形成されるべきことが分かった。
【００３５】
＜実験例３：上部電極が除去され、上部ガラス板及び下部ガラス板の間にマイクロ波制限用板が設置された表面波プラズマ蝕刻装置を用いた蝕刻工程＞
前述した実験例１及び２の結果を基にして本発明の第１実施形態のように、上部ガラス板及び下部ガラス板の間にマイクロ波制限用板が設置された表面波プラズマ蝕刻装置を形成した。このように形成された表面波プラズマ蝕刻装置を使用して蝕刻工程を実施した。
【００３６】
実験の結果、マイクロ波制限用板によりプラズマが蝕刻対象物上にだけ形成されてチャンバの上段がスパッタリングされる問題点が解決され、マイクロ波制限用板が下部ガラス板によりプラズマから保護されてスパッタリングにより金属汚染粒子を形成する問題点も解決された。そして、下部ガラス板を蝕刻工程時急激に温度が変化せず、一定の温度を維持できる厚さに形成したので、ポリマーが吸着され、これらが再び汚染源として作用する問題点も防止された。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る表面波プラズマ蝕刻装置はマイクロ波制限用板によりプラズマを蝕刻対象物に集中させうる。従って、プラズマがチャンバの上段をスパッタリングさせる問題点が防止される。また、マイクロ波制限用板が一対のガラス板の間にサンドウィッチ状に設置されるので、マイクロ波制限用板が蝕刻途中プラズマに露出されない。従ってプラズマによりマイクロ波制限用板がスパッタリングされて汚染粒子、例えば金属汚染粒子を発生させる問題点も防止される。またマイクロ波制限用板をプラズマより保護する下部ガラス板を温度が急激に変化しない構造に形成することによって、願わないポリマーが吸着されることも防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態による表面波プラズマ蝕刻装置の断面図である。
【図２】  図１のＡ領域を拡大した断面図である。
【図３】  本発明の第２実施形態に係る表面波プラズマ蝕刻装置の拡大断面図である。
【符号の説明】
１００  上部領域
１０２  マイクロ波供給及び導入部
１０４、１０６  マイクロ波ガイド
１０８  絶縁板
１１０  上部ガラス板
１１２  絶縁板と上部ガラス板との間の領域
１１４  下部ガラス板
１１６  マイクロ波制限用板
１１７、１１９  バッファ層
２００  下部領域
２０２  チャンバ壁
２０８  下部電極
２１０  蝕刻対象物
２１２  高周波電源
２１８  排気口
【図１】
0003651564.tif 000002
【図２】
0003651564.tif 000003
【図３】
0003651564.tif 000004