(57)【要約】      （修正有）【課題】  ウエハ縁部のエッチング均一性をも向上できるとともに、ウエハの端面及び裏面のエッチングを防止できるドライエッチング装置を提供する。【解決手段】  ウエハ７が載置される下部電極３と、下部電極３との間にプラズマを発生させるための上部電極４とを備えたドライエッチング装置において、下部電極３は内側印加部３ａと外側印加部３ｂとに分割されて互いに電気的に絶縁され、少なくとも下部電極３の外周を囲んで配置された絶縁リング９と、絶縁リング９の外周側に配置された周辺部電極１３と、上部電極４に高周波電力を印加する高周波電源１１と、下部電極３の内側印加部３ａと外側印加部３ｂにそれぞれ高周波電力を印加する高周波電源１０ａ，１０ｂと、周辺部電極１３に高周波電力を印加する高周波電源１４とを有した構造とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハが載置される下部電極と、前記下部電極との間にプラズマを発生させるための上部電極とを備えたドライエッチング装置において、
前記下部電極は内側印加部と外側印加部とに分割されて互いに電気的に絶縁され、
少なくとも前記下部電極の外周を囲んで配置された絶縁リングと、
前記絶縁リングの外周側に配置された周辺部電極と、
前記上部電極に高周波電力を印加する第１の高周波電源と、
前記下部電極の内側印加部と外側印加部にそれぞれ高周波電力を印加する第２および第３の高周波電源と、
前記周辺部電極に高周波電力を印加する第４の高周波電源と
を有したドライエッチング装置。
【請求項２】
下部電極にウエハを静電吸着するための直流高圧電力を印加する直流高圧電源を有した請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
絶縁リングと周辺部電極との間に導電性リングが配置された請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
周辺部電極に低周波電力を印加する低周波電源を、第４の高周波電源に代えて、あるいは第４の高周波電源と切り替え自在に有した請求項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し、特に加工対象のウエハの面内均一性を確保し、端面及び裏面のエッチングを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程で使用される従来のドライエッチング装置を図６に示す。このドライエッチング装置１は、気密な処理室２内に下部電極３と上部電極４とを備えた平行平板型の装置であり、エッチングガスをガス導入部５より導入しつつ排気口６から排気して所定の圧力に制御する状態において、上部電極４に所定の高周波電力を印加して放電プラズマを発生させることにより、下部電極３に載置された半導体ウエハ７（以下、ウエハ７と呼ぶ）などの対象物をスパッタエッチングする。
【０００３】
その際のウエハ７の面内温度分布、それに依存するエッチングレートの均一性を向上させるために、下部電極３に、ウエハ７を吸着保持する静電吸着機構が採用されている。静電吸着機構は、下部電極３を例えばポリイミド製の薄膜で挟持し、高圧直流電源８を接続したもので、高圧直流電力が印加されるとウエハ７が静電チャックされるようになっている。９は下部電極３の周囲を囲むように配置された絶縁リング、１０，１１はそれぞれ高周波電源、１２は上部天板である。
【０００４】
エッチングレートの均一性を向上させる他の手法として、特許文献１に、高周波電源が接続される下部電極を、その平面方向に沿って分割し相互間を電気的に絶縁して複数の電力印加部とすることにより、下部電極に掛かる高周波電力を面内で分割させて、ウエハ表面に引き込むイオン数を調整し、面内均一性を向上させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１６９７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
下部電極の電力印加部を分割する従来の手法では、高周波電力をウエハ面内に関して分割させることは可能であり、エッチングのウエハ面内均一性をマクロに向上させることはできるものの、ウエハ縁部といったミクロな部分での均一性を向上させることはできない。
【０００６】
また一般に、ウエハ縁部はウエハ中央部に比べてエッチング面積が小さくなるため、プラズマに対する誘電率が異なり、電界が集中することでガスが解離することにより発生するイオンがウエハ縁部に集中するため、異常エッチングが生じ易い。またそのためにウエハ表面温度が上昇し、ラジカルによる化学反応も促進される。これらの現象が相乗されるため、エッチングの面内均一性の制御は極めて困難である。
【０００７】
またウエハ端面及び裏面も同様にエッチングされてしまい、次工程の処理及び設備にパーティクル等の影響を及ぼす可能性があり、Turn Around Timeの短縮及び設備稼働率向上の妨げになり易い。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するもので、ウエハ縁部のエッチング均一性をも向上できるとともに、ウエハの端面及び裏面のエッチングを防止できるドライエッチング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のドライエッチング装置は、ウエハが載置される下部電極と、前記下部電極との間にプラズマを発生させるための上部電極とを備えたドライエッチング装置において、前記下部電極は内側印加部と外側印加部とに分割されて互いに電気的に絶縁され、少なくとも前記下部電極の外周を囲んで配置された絶縁リングと、前記絶縁リングの外周側に配置された周辺部電極と、前記上部電極に高周波電力を印加する第１の高周波電源と、前記下部電極の内側印加部と外側印加部にそれぞれ高周波電力を印加する第２および第３の高周波電源と、前記周辺部電極に高周波電力を印加する第４の高周波電源とを有した構造としたことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、下部電極の内側印加部と外側印加部と周辺部電極とに印加する電圧をそれぞれ制御することにより、ウエハに衝突するイオンの面内均一性をマクロに向上させることができるとともに、ウエハ縁部といったミクロな部分に関しては、ウエハ周辺部のイオンを周辺部電極に衝突させて、ウエハの端面及び裏面にイオンが入射すること、および縁部の過剰なエッチングを防止することができる。
【００１１】
下部電極にウエハを静電吸着するための直流高圧電力を印加する直流高圧電源を有しているのが好ましい。
絶縁リングと周辺部電極との間に導電性リングが配置されているのが好ましい。これによれば、ウエハ周辺部のラジカルが導電性リングに集まることになり、ウエハの端面及び裏面のエッチングは抑制され、その結果、ラジカルの制御性も向上し、ウエハ縁部のエッチングの制御性が向上する。
【００１２】
周辺部電極に低周波電力を印加する低周波電源を、第４の高周波電源に代えて、あるいは第４の高周波電源と切り替え自在に有したことを特徴とする。これによれば、周辺部電極に低周波電力を印加することにより、周辺部電極にイオンが引き込まれやすくなり、イオンによるエッチングはウエハ中央部に比べてウエハ縁部の方が促進される。一般にラジカルによるエッチングはウエハ縁部に比べてウエハ中央部の方が促進される傾向にあるので、エッチングレートのバランスが取れることになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のドライエッチング装置は、エッチングレートに関して、ウエハのマクロな面内均一性を精度よく制御できるとともに、ウエハ縁部の面内均一性を制御することができるので、面内均一性が高い高精度の加工が可能であり、ウエハの端面及び裏面のエッチングも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態１のドライエッチング装置の概略構成を示す断面図である。先に図６を用いて説明した従来のドライエッチング装置と同様の作用を有する部材に図６と同じ符号を付している。
【００１５】
ドライエッチング装置１は、気密な処理室２内に下部電極３と上部電極４とを備えた平行平板型の装置である。処理室２は、ガス導入部５および排気口６を有し、接地されており、処理室２に蓋をするような形で上部天板１２が配置されている。ウエハ７の載置台を兼ねた下部電極３は上部天板１２に対向するように配置され、上部電極４は上部天板１２の背面側に配置され、高周波電源１１に接続されている。
【００１６】
下部電極３はウエハ７より若干小さめであり、ウエハ７を吸着保持するための静電吸着機構、すなわち下部電極３を挟持するポリイミドなどの薄膜および高圧直流電源８が設けられている。下部電極３の周囲を少なくとも囲むように石英などの絶縁性材料からなる絶縁リング９が配置されている。
【００１７】
このドライエッチング装置が従来のものと相違するのは、下部電極３がその平面方向に沿って内側印加部３ａと外側印加部３ｂという同心状の２部材に分割され、その間が電気的に絶縁されていて、内側印加部３ａと外側印加部３ｂにそれぞれ高周波電力を印加する高周波電源１０ａ，１０ｂが設けられている点である。上記した高圧直流電源８も内側印加部３ａ，外側印加部３ｂの両方に印加するようになっている。
【００１８】
また下部電極３の外周側に絶縁リング９を介してリング状の周辺部電極１３が配置され、この周辺部電極１３に高周波電力を印加する高周波電源１４が設けられている点である。
【００１９】
上記構成における作用を説明する。
搬送機構(図示せず)によってウエハ７を下部電極３上に載せ、排気口６を通じて処理室２を真空引きするとともに、高圧直流電源８より下部電極３に高圧直流電力を印加してウエハ７を下部電極３上に静電チャックする。その後に、反応性エッチングガスや不活性ガスなどのエッチングガスをガス導入部５より導入しつつ、排気口６に設けられた圧力制御弁(図示せず)によって処理室２内を所定の圧力に調節する。
【００２０】
処理室２内の圧力が一定になったら、高周波電源１１より上部電極４に高周波電力を印加して、処理室２内のエッチングガスを解離してプラズマを発生させるとともに、下部電極３の内側印加部３ａに高周波電源１０ａより、また外側印加部３ｂに高周波電源１０ｂより高周波電力を印加する。このことにより、プラズマ中のイオンやラジカルなどのエッチング粒体が下部電極３側に引き付けられて、下部電極３上のウエハ７がエッチングされる。
【００２１】
図２はウエハ７上方のイオンの挙動を示す。
エッチングガスより解離したイオン２０は下部電極３に引き付けられ、イオンシースによって加速されてウエハ７に衝突する。
【００２２】
この際に、下部電極３の内側印加部３ａと外側印加部３ｂとに１３．５６ＭＨｚ、５００ｋＨｚといった異なる高周波電力を印加することにより、ウエハ７に衝突するイオン２０の面内均一性をマクロに向上させる。ウエハ縁部といったミクロな部分に関しては、下部電極３に対するよりも大きな高周波電力を周辺部電極１３に印加することにより、ウエハ周辺部のイオン２０を、周辺部電極１３によって作られるイオンシースで加速して周辺部電極１３に衝突させる。
【００２３】
つまり、下部電極３の内側印加部３ａと外側印加部３ｂと周辺部電極１３とを別個の高周波電源１０ａ，１０ｂ，１４に接続し、印加する電圧をそれぞれ制御することにより、ウエハ７の端面及び裏面にイオン２０を入射させないようにし、且つ縁部の過剰なエッチングを防止して、エッチングレート等の面内均一性の向上を図るのである。
【００２４】
特にＣｌ2やＡｒなど、分子量の重い元素を用いるスパッタ性の強いエッチングでは、低圧力になればなるほどイオン２０の衝突回数が減り、直進性が増すので、上記した制御手法が、エッチングレート等の面内均一性の向上に効果的である。
【００２５】
図３は本発明の実施形態２のドライエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
このドライエッチング装置が実施形態１のものと相違するのは、絶縁リング９の外側、周辺部電極１１との間に、ウエハ７上の被エッチング材料よりもラジカルと反応しやすい、例えばカーボン材料からなる導電性リング１５が配置されている点である。導電性リング１５は接地されていない。
【００２６】
図４はウエハ上方のイオンおよびラジカルの挙動を示す。
図４（ａ）に示すように、実施形態１と同様に、ウエハ７に衝突するイオン２０の面内均一性はマクロに向上され、ウエハ周辺部のイオン２０は、周辺部電極１３により作られるイオンシースにより加速されて周辺部電極１３に衝突する。接地されていない導電性リング１５にはイオン２０はほとんど衝突しない。その一方で、図４（ｂ）に示すように、ウエハ周辺部のラジカル２１は接地されていない導電性リング１５に集まってくる。
【００２７】
ウエハ周辺部のイオン２０及びラジカル２１がこのような挙動を示すため、ウエハ７の端面及び裏面のエッチングは抑制され、その結果、イオンばかりでなくラジカルの制御性も向上し、ウエハ縁部のエッチングの制御性が向上する。
【００２８】
特に、ＳＦ6やＣＦ4など、イオンによるスパッタ性とラジカルによる反応性とのバランスをとって端面を保護するエッチングを行う場合に、イオン及びラジカルの制御性がそれぞれ独立して向上するので、面内エッチングレートの均一性の向上や形状の寸法制御などに効果的である。
【００２９】
図５は本発明の実施形態３のドライエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
このドライエッチング装置が実施形態１のものと相違するのは、周辺部電極１３に、実施形態１の高周波電源１４に代えて、低周波電源１６を接続している点である。ドライエッチング処理中には、下部電極３ａ，３ｂに、高周波電源１０ａ，１０ｂから例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、周辺部電極１３には、低周波電源１６から例えば５００ｋＨｚといった低周波電力を印加する。
【００３０】
このように周辺部電極１３に低周波電力を印加することにより、周辺部電極１３にイオンが引き込まれやすくなり、イオンによるエッチングはウエハ中央部に比べてウエハ縁部の方が促進される。その一方で、ラジカルによるエッチングはウエハ縁部に比べてウエハ中央部の方が促進される傾向にあるので、エッチングレートのバランスが取れやすい。
【００３１】
特に、Ｃｌ2やＡｒなど、分子量の重い元素を用いて、イオンによるスパッタ性とラジカルによる反応性とのバランスが重要なエッチングを行う場合に、面内エッチングレート均一性の向上に効果的である。
【００３２】
なお、ここでは周辺部電極１３に低周波電源１６を接続した例を説明したが、仮想線で示したように高周波電源１４をも接続して、エッチングの用途・目的によって周辺部電極１３に印加する電力を切り替えるようにしてもよい。周波数可変型の電源を用いれば装置コストを下げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のドライエッチング装置は、ウエハ面内均一性を向上できるので、ウエハのチップ有効面積を広げ、且つ歩留まりを向上させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１のドライエッチング装置の概略構成を示す断面図
【図２】ウエハ上方のイオンの挙動を示す模式図
【図３】本発明の実施形態２のドライエッチング装置の概略構成を示す断面図
【図４】ウエハ上方のイオンおよびラジカルの挙動を示す模式図
【図５】本発明の実施形態３のドライエッチング装置の概略構成を示す断面図
【図６】従来のドライエッチング装置の概略構成を示す断面図
【符号の説明】
【００３５】
１    ドライエッチング装置
２    処理室
３    下部電極
４    上部電極
７    ウエハ
８    高圧直流電源
９    絶縁リング
10a,10b   高周波電源
11    高周波電源
13    周辺部電極
14    高周波電源
15    導電性リング
16    低周波電源
【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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【図６】
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