(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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９mm乃至１２mm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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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７mm乃至９mm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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【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
【図１】
0003660806.tif 000002
【図２】
0003660806.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003660806.tif 000005
【図５】
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