(57)【要約】【課題】複数の基板に対して均一なエッチング処理の可能なドライエッチング装置を提供する。【解決手段】ドライエッチング装置は、真空排気可能なチャンバ５と、チャンバ５に搭載されエッチング作用を有する化学種３を発生する化学種発生源２と、チャンバ５内に配され処理対象となる基板４を複数個保持して化学種３に暴露するための基板保持部材１とを有し、各基板４表面のエッチング処理を行う。基板保持部材１は、エッチング作用をなす化学種３の密度分布に沿うように複数の基板４を保持可能な形状を有し、各基板４のエッチング処理を均一化する。例えば基板保持部材４はその形状が、円、楕円、双曲線又は放物線の回転対称体の一部をなすドーム状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能なチャンバと、該チャンバに搭載されエッチング作用を有する化学種を発生する化学種発生源と、該チャンバ内に配され処理対象となる基板を複数個保持して該化学種に暴露するための基板保持部材とを有し、各基板表面のエッチング処理を行うドライエッチング装置において、
前記基板保持部材は、エッチング作用をなす該化学種の密度分布に沿うように複数の基板を保持可能な形状を有し、各基板のエッチング処理を均一化することを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記基板保持部材はその形状が、円、楕円、双曲線又は放物線の回転対称体の一部をなすドーム状であることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記基板保持部材はその形状が、円、楕円、双曲線又は放物線の並進対称体の一部をなすトンネル状であることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドライエッチング装置に関する。より詳しくは、ドライエッチングの処理対象となる基板を複数個保持してチャンバ内に配置する為の基板保持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチング装置は、反応性イオンエッチング方式とプラズマエッチング方式に大別される。反応性イオンエッチングは、処理対象となる基板を載置した電極に高周波電力を印加し、発生した負の自己バイアス電圧により、プラズマから生成したイオンを加速して基板に衝撃させ、その表面のエッチング処理を行う。これに対しプラズマエッチングは、処理対象となる基板にバイアスを印加せずに、プラズマより生成したラジカルを利用して基板表面をエッチングする。また近年、高アスペクト比の微細加工や高いエッチングレートで処理が可能な、反応性イオンビームエッチングを用いた手法も提案されている。従来のドライエッチング装置は、半導体製造装置として発展したものが主流であり、基板としてシリコンウエハーを用いる例が多い。シリコンウエハーのドライエッチング処理で最も重要な点は、均一なエッチングレートの実現である。この目的で、イオン源などの化学種の発生源を改良し、エッチング分布の均一化を測ったドライエッチング装置が知られている。また基板保持機構の改良により、エッチングの均一性を高める方式も知られており、例えば基板回転機構を持つものなどが標準的な技術として実用化されている。
【０００３】
従来のドライエッチング装置は、複数個の基板を同時処理可能な装置も実用化されている。この場合も、複数個の基板のエッチング処理を均一化する事が最も重要な事項である。複数個の基板のエッチング処理を均一化するための手法が、例えば以下の特許文献１や特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平０５‐２４３１８９号公報
【特許文献２】特開平０１‐１１９０２５号公報
【０００４】
図４は、特許文献１に開示されたドライエッチング装置を示す模式的な断面図である。図示するように、カソード電極１３は球面体構造をしており、その内側に加工対象となる基板４をローディングする。アノード電極１２も球面体構造をしており、カソード電極１３の中心部に設置されている。カソード電極１３には電源１４が接続する一方、アノード電極１２は接地されている。この構造によれば、カソード電極１３及びアノード電極１２はどこも同じ構造の為、アノードとカソード間の電界分布はどの位置においてもほぼ均等となるので、基板４の加工ばらつきは低減される。特許文献１に開示されたドライエッチング装置によると、カソード電極１３とアノード電極１２がほぼ球面構造となっている為、電界分布がカソード電極上どの位置でも均一となり、基板面内および基板のローディング位置に依存する事なく、均一な加工をする事ができる。
【０００５】
図５は、特許文献２に記載されたイオンビームエッチング装置を示す模式図である。この装置は、イオン源２ａと、このイオン源２ａより取り出されたイオンビーム３ａと、このイオンビーム３ａによりエッチングされる基板４を配置固定する為の試料台１ａとを含んでいる。ここで、イオン源２ａから放射されるイオンビーム３ａは発散しており、複数の基板４が試料台１ａの上に配置固定されている。試料台１ａはその上面部１ｓが凹湾曲形状に形成されており、その中心部より外周に行くほど上方に傾斜を大きくしている。この試料台１ａの凹湾曲形状の傾斜は、上面部１ｓに配置された各々の基板４とこれらに入射してくるイオンビーム３ａとの成す角度が全てほぼ等しくなる様に形成してある。この構造によれば、イオン源２ａより基板４側に放射されるイオンビーム３ａに対して、複数の基板４の各々に照射されるイオンビーム３ａの入射角がほぼ等しくなる様に基板４を配置してエッチング加工するものである。この為、イオン源２ａの構造に依存する事なくイオンビームエッチングの速度、形状の差を小さくでき、且つ高アスペクト比のエッチングが可能とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたドライエッチング装置は、平行する２つのほぼ球形状の電極を使って、電界分布の均一化を図るものである。しかしながら、チャンバ内でエッチング作用を成す化学種の分布によっては、必ずしも均一なエッチングを実現する事ができない場合がある。また特許文献２に記載されたドライエッチング装置は、基板に対するイオンビームの入射角度を均一化している。この方式でもチャンバ内でエッチング作用を成す化学種の分布によっては、均一にエッチング処理が成されないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は複数の基板に対して均一なエッチング処理の可能なドライエッチング装置を提供する事を目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、真空排気可能なチャンバと、該チャンバに搭載されエッチング作用を有する化学種を発生する化学種発生源と、該チャンバ内に配され処理対象となる基板を複数個保持して該化学種に暴露するための基板保持部材とを有し、各基板表面のエッチング処理を行うドライエッチング装置において、前記基板保持部材は、エッチング作用をなす該化学種の密度分布に沿うように複数の基板を保持可能な形状を有し、各基板のエッチング処理を均一化することを特徴とする。
【０００８】
好ましくは前記基板保持部材はその形状が、円、楕円、双曲線又は放物線の回転対称体の一部をなすドーム状である。或いは前記基板保持部材はその形状が、円、楕円、双曲線又は放物線の並進対称体の一部をなすトンネル状である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ドライエッチング装置の基板保持機構を、エッチング作用を成す化学種の密度分布に沿った形状にしている。これにより、チャンバ内で発生源から生じた化学種の分布の形状に関わらず、複数の基板に対して均一なエッチング処理を成す事ができる。この為、個々の基板に与える悪影響を低減したエッチング処理が可能である。また簡便な化学種発生源の構造で均一なエッチング処理を得る事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかるドライエッチング装置の構造を示す模式的なブロック図である。図示するように、本ドライエッチング装置は、基本的な構成として、基板保持部材１と化学種発生源２とチャンバ５とを備えている。チャンバ５は真空ポンプ７に接続されており、真空排気可能である。化学種発生源２はチャンバ５内に搭載されており、エッチング作用を有する化学種３を発生する。発生した化学種３は真空排気されたチャンバ５内で所定の密度分布を呈する。基板保持部材１は化学種発生源２と対向するようにチャンバ５内に配されており、処理対象となる基板４を複数個保持して化学種３に暴露し、以って各基板４の表面のエッチング処理を行うものである。
【００１１】
本発明の特徴事項として、基板保持部材１は、エッチング作用を成す化学種３の密度分布に沿うように複数の基板４を保持可能な形状を有し、各基板４のエッチング処理を均一化している。一態様では、基板保持部材１はその形状が、円、楕円、双曲線または放物線の回転対称体の一部を成すドーム状である。他の態様では、基板保持部材１はその形状が、円、楕円、双曲線または放物線の並進対称体の一部を成すトンネル状である。
【００１２】
引き続き図１を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。本実施例では、チャンバ５内に、イオン化ユニットである化学種発生源２と、被エッチング物である炭素膜がコートされたシリコンウエハーからなる基板４が投入されている。基板４は複数個が基板保持部材１によって保持されている。チャンバ５内は、真空ポンプ７によって約２Ｐａの真空状態となっており、アルゴンと酸素を導入可能なガス導入系６がチャンバ５に接続されている。
【００１３】
続いてエッチング処理を詳細に説明する。基板保持部材１は球冠状ドーム型で外形が３００ｍｍ、高さが約５０ｍｍ、曲率半径が約２５０ｍｍである。このドーム型基板保持部材１に中心から３０ｍｍ，６０ｍｍ，９０ｍｍ，１２０ｍｍの位置に炭素膜がコートされた２０×２０ｍｍのシリコンウエハーからなる基板４をそれぞれ保持する。開始時の真空度を２．０Ｐａに設定し、ガス導入系６からアルゴンを約１０ｓｃｃｍ流入させ、パルスバイアスを各基板４に印加して約２５分エッチングを行なった。その結果、１２０ｍｍの位置に保持した基板４はややオーバーエッチング気味であったが、３０ｍｍ，６０ｍｍ，９０ｍｍに保持した基板４はいずれもほぼ均一にエッチングが成された。これは、エッチング作用を成す化学種３の密度分布がほぼ球冠形状である為、全体的に均一なエッチングが成されたものと考えられる。但し、完全に球冠形状と相似ではなかった為、保持位置とのずれが生じ、１２０ｍｍの位置に配した基板４に僅かではあるがオーバーエッチングが生じたものと考えられる。
【００１４】
比較例として、直径が３００ｍｍの円盤平面型の基板保持部材を用いてエッチング処理を行った。この比較例では、円盤型基板保持部材１の中心から３０ｍｍ，６０ｍｍ，９０ｍｍ，１２０ｍｍの位置に炭素膜がコートされた２０×２０ｍｍのシリコンウエハーからなる基板４を装着した。処理開始時真空度２．０Ｐａとしガス導入系６からアルゴンを約１０ｓｃｃｍ流入させ、パルスバイアスを基板に印加して約２５分エッチングを行なった。その結果、中心から３０ｍｍ及び６０ｍｍに設置した基板４は、綺麗にエッチングがなされた。しかし９０ｍｍに配置した基板４では少し炭素膜のコートの残りが見られ、１２０ｍｍに配置した基板４ではあまりエッチングが進んでいなかった。処理時間を４０ｍｉｎにしてエッチングを行なったところ、３０ｍｍに保持した基板４はオーバーエッチング気味となり、逆に１２０ｍｍではオーバーエッチング気味となりコート残りが見られた。よって、球冠状ドーム型の基板保持部材を用いた実施例に比べ、円盤状平面型の基板保持部材を用いた比較例では、各基板のエッチング処理が均一に行えない。
【００１５】
上述の実施形態では、化学種発生源２として、熱イオンを発生させるフラメントとイオンを引き出すアノードを備えたイオン化ユニットを用いた。導入ガスはアルゴン及び酸素の一方またはこれらの混合気体を用いている。他にも、チャンバ５内に導入したガスのイオンやラジカルなどからなる化学種を発生させる為、プラズマガンやイオンビームなどが利用可能である。導入ガスも、他の希ガスなどの不活性ガス、酸素やフッ素系ガスなどの反応性ガスなどの使用も考えられる。
【００１６】
基板４の種類は問わず、シリコンウエハー、ガラス板、金型、合成樹脂部品などでも利用可能である。また、各種保護膜、光学薄膜、導電性膜など様々な機能性薄膜のエッチングに利用する事ができる。
【００１７】
また基板保持部材１に対し、一定のバイアス電荷をかける事でよりエッチングレートを高める事ができる。前述した実施例では、バイアス電圧約１ｋＶ、周波数２ｋＨｚのパルスバイアスを基板保持部材１に印加してある。他にもＲＦバイアス、パルスバイアス、直流バイアスなどを印加する場合もある。必要に応じ１つまたは複数の作用電極を設置することも可能である。
【００１８】
基板保持部材１の形状は、化学種３の持つ一定の密度分布にほぼ沿う形状に作られる。例えば化学種発生源２が点状であり密度分布が球になる場合、基板保持部材２は球面の一部を成すドーム形状となる。図２に示すように、密度分布の経度方向の断面が楕円や双曲線または放物線などを成す場合、その回転対称体が一部を成すドーム形状の基板保持部材１を用いる。この場合基板保持部材１は回転対称体なので、回転機構を併設する事も可能で、より均一なエッチングが望める。
【００１９】
また化学種発生源２が線状であり密度分布が半円柱形上の場合は、基板保持部材１は半円柱形のトンネル形状となる。また図３のように、化学種の密度分布の断面が楕円や双曲線または放物線などを成す場合も、同様に基板保持部材１は並進対称体の一部を成すトンネル形状となる。
【００２０】
また化学種発生源２によりチャンバ内に生じた化学種３の密度分布が自由曲面形状に沿ったものとなる場合、基板保持部材１はその密度分布に沿う自由曲面形状とすればよい。また、化学種３の密度分布と基板保持部材１の形状は必ずしも完全に相似な形状でなくても良い。例えば、化学種３の分布の断面が楕円形となる場合、基板保持部材１は球の一部を成す形状にするなど近い形状にする事で、比較例に示した平面形状よりもエッチングレートの分布を均一化する事が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかるドライエッチング装置を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかるドライエッチング装置に用いられる基板保持部材の形状を示す模式的な斜視図である。
【図３】同じく基板保持部材の形状を示す模式的な斜視図である。
【図４】従来のドライエッチング装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】従来のドライエッチング装置の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１・・・基板保持部材、２・・・化学種発生源、３・・・化学種、４・・・基板、５・・・チャンバ、６・・・ガス導入系、７・・・真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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