(57)【要約】【課題】フォーカスリングの昇降時に発生する異物を防止したドライエッチング装置を提供する。【解決手段】本発明のフォーカスリング８のアーム９の先端形状は下に凸型であって、支柱１０の形状は上に凹型である。エッチング時には、フォーカスリング８がＥＳＣステージ３とともにエッチングポジションまで上昇し、支柱１０から浮いた状態になって安定なプラズマ領域を確保する。エッチングが終了すると、フォーカスリング８がＥＳＣステージ３とともに下降し、フォーカスリング８のアーム９の先端の凸部９ａが、支柱１０の凹部１０ａに収まって固定される。【選択図】　図２
2004119760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室に少なくとも上部電極、下部電極、ガス導入孔、フォーカスリング及び支柱があり、前記ガス導入孔からエッチングガスが前記反応室に導入され、前記上部電極と前記下部電極の間に高周波電力が印加されることにより前記エッチングガスがプラズマ化し、エッチング時には前記フォーカスリングが上昇してプラズマを安定化し、エッチング終了時には前記フォーカスリングが下降して前記支柱に固定される構成のドライエッチング装置において、前記支柱の先端部を凹状とし、前記フォーカスリングのアームの先端を前記支柱の内径より小さい凸状とすることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記支柱の先端部に位置センサーが設けられてい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】
前記支柱の先端部に吸引孔が設けられてい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、真空の反応室内にてエッチングガスのプラズマを用いて被処理物をエッチングするドライエッチング装置に関し、特に、フォーカスリングの昇降時に発生する異物を防止したドライエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、ウェーハの表面に形成された所定膜を除去するためにプラズマを用いたドライエッチング装置が用いられる。この装置の原理としては、エッチングガスをプラズマ雰囲気でイオンやラジカルに活性化し、所定膜と反応させ、反応生成物が気化することによりエッチングを行うものである。このような技術は、例えば、特開平２００１−４４１７７号公報に開示されている。
【０００３】
図５は従来の平行平板型のドライエッチング装置の構成を示す断面図である。図５に示すドライエッチング装置５１は、ＣＣＤカメラ５２ａ、不活性ガス噴射用ノズル５２ｂ、バルブ５３、ノズル移動用ロボットアーム５４、ケーブル５５、コンピュータ５６、装置のコントローラ５７、ケーブル５８、下部電極５９、フォーカスリング６０、上部電極６１、シールドリング６２、半導体ウェーハ６３、ＥＳＣステージ６４、ガス孔６５、冷却用Ｈｅガス導入配管６６を備えている。
【０００４】
ここで、フォーカスリング６０及びシールドリング６２は、エッチング時のプラズマを安定に保ち、半導体ウェーハ６３全体のエッチングレートの均一性を高める働きをするものであり、石英やセラミックなどの絶縁材料で作られている。
【０００５】
次に、このドライエッチング装置５１の動作を説明する。先ず、半導体ウェーハ６３をＥＳＣステージ６４に吸着保持し、処理時の半導体ウェーハ温度上昇防止のため、冷却用Ｈｅガスを下部電極５９下方から冷却用Ｈｅガス導入配管６６を通じて、半導体ウェーハ６３裏面へ供給する。エッチングガスを、上部電極６１に設けたガス孔６５から反応室へ供給する。下部電極５９に高周波電力を印加し、上部電極６１をグランド電位に接続する。発生するプラズマを、フォーカスリング６０及びシールドリング６２により安定化し、半導体ウェーハ６３上の薄膜をエッチング処理する。
【０００６】
各半導体ウェーハ６３がエッチング処理されてＥＳＣステージ６４から脱離する毎に、または連続して複数枚の半導体ウェーハ６３がエッチング処理されてＥＳＣステージ６４から脱離する毎に、ＥＳＣステージ６４を、反応室内に取り付けたＣＣＤカメラ５２ａを用いてスキャンする。ＣＣＤカメラ５２ａはケーブル５５によりコンユータ５６に接続されており、ＣＣＤカメラ５２ａが取り込んだ画像データはコンピュータ５６により処理され、後述の不活性ガス噴射の噴射の実行の合否が判定される。また、コンピュータ５６は、装置のコントローラ５７へケーブル５８により接続されており、コンピュータ５６で判定された信号は、装置のコントローラ５７へ送信される。装置のコントローラ５７は、判定された信号を受信後、バルブ５３を開け、ノズル移動用ロボットアーム５４を駆動させて、反応室に取り付けた不活性ガス噴射用ノズル５２ｂをＥＳＣステージ６４の上方に移動し、不活性ガス（例えば、Ｎ２ガスやＨｅなどの不活性ガス、Ｎｅ、Ａｒなどの希ガスなど）をＥＳＣステージ６４に１０秒以上連続して噴射する。次いで、不活性ガスの噴射が終了した後、再びＥＳＣステージ６４をＣＣＤカメラ５２ａを用いてスキャンし、異物がガスの噴射によりＥＳＣステージ５４から除去できたか否かを検査する。以上の動作を、異物がＥＳＣステージ６４上から検知されなくなるまで繰り返した後に、次の処理対象のウェーハ６３をＥＳＣステージ６４上へ搬送し、エッチングを開始する。複数回、ガス噴射を繰り返しても異物がＥＳＣステージ６４から除去されずにＣＣＤカメラ５２ａを用いて検知される時は、一定の回数まで繰り返した後に装置異常として装置を停止する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−４４１７７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したドライエッチング装置５１は、ＥＳＣステージ６４上に落下した異物を自動的に検知して除去し、ステージ上の異物により発生する異常エッチングを未然に防止しエッチング処理の安定化を図ることを目的としている。そのため、ドライエッチング処理を行う反応室にＣＣＤカメラ５２ａを設置し、不活性ガス噴射用ノズル５２ｂおよび当該ノズルをＥＳＣステージ６３の上方へ移動させるためのノズル移動用ロボットアーム５４を当該反応室に隣接した室内に設置することにより、ＥＳＣステージ６４上に落下した異物を自動的に検知して除去するものであり、異物自身の発生について対策を講じたものではない。
【０００９】
また、異物を除去するためにＣＣＤカメラ５２ａ、不活性ガス噴射用ノズル５２ｂ及びノズル移動用ロボットアーム５４などを設けているので、装置が大型化し、また高価になる。
【００１０】
発明者は、ドライエッチング装置５１における異物の発生原因を詳細に調査し、その結果、次のことが異物発生の主要因であると判明した。このことについて説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、従来のドライエッチング装置５１におけるフォーカスリング６０の昇降動作を示す断面図であり、説明のために、新たにアーム６７と、支柱６８と、カソードカバー６９を追記している。その他の構成は図５と同様であるので、同一符号を付して説明は省略する。
【００１１】
アーム６７は、フォーカスリング６０と一体化されたセラミック材あるいは石英ガラスで構成され、エッチングが終了してフォーカスリング６０が下降した際に、フォーカスリング６０を支柱６８に固定する役目をする。カソードカバー６９は、下部電極５９の異常放電を防止するものであり、フォーカスリング６０と同様のセラミック材料で構成される。
【００１２】
図６（ａ）はエッチングポジションを示す図で、フォーカスリング６０が上昇してアーム６７が支柱６８から浮いている状態である。また、図６（ｂ）は搬送ポジションを示す図で、フォーカスリング６０が下降してアーム６７が支柱６８に固定されている状態である。
【００１３】
より分かりやすくするために、図７（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は、図６（ａ）、（ｂ）における従来のドライエッチング装置５１の半導体ウェーハ６３、ＥＳＣステージ６４、フォーカスリング６０、アーム６７、支柱６８及びカソードカバー６９の拡大斜視図である。図７（ａ）に示すように、フォーカスリング６０には、周囲に４本のアーム６７が一体化されて設けられており、アーム６７の先端には略円形状の孔６７ａが形成されている。この孔６７ａは、支柱６８先端のテーパ部に嵌め込まれ、フォーカスリング６０を支柱６８に固定できるようになっている。エッチング時には、図７（ａ）に示すようにフォーカスリング６０がＥＳＣステージ６４とともにエッチングポジションまで上昇し、支柱６８から浮いた状態になる。エッチングが終了すると、図７（ｂ）に示すようにフォーカスリング６０がＥＳＣステージ６４とともに下降し、フォーカスリング６０は支柱６８先端のテーパー部に嵌め込まれて固定される。このとき、フォーカスリング６０とカソードカバー６９の間にスペースができるので、エッチングの終了した半導体ウェーハ６３は、下部に設けたリフトピン（図示せず）により突き上げられ、搬送アーム（図示せず）がこのスペース部分を移動して、半導体ウェーハ６３を反応室外へ搬送する。
【００１４】
以上、説明したように、エッチングポジションから搬送ポジションへの移行の際に、フォーカスリング６０のアーム６７の孔６７ａと支柱６８が擦れ合うので、支柱６８のテーパー部に堆積したエッチングガスの反応副生成物や未反応物などが剥がれ落ち、半導体ウェーハ６３やＥＳＣステージ６４上に異物として付着する。これが、異物発生の主要因であることが判明した。これにより、半導体ウェーハ６３とＥＳＣステージ６４との密着性が低下したり、エッチング不良が多発して、製品歩留りを低下させる原因になる。また、発生した異物を除去するために、装置のクリーニング頻度が増えて、生産性を低下させる。
【００１５】
本発明は、上記問題を解決するために考えられたもので、フォーカスリングの昇降時に発生する異物を防止したドライエッチング装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のドライエッチング装置は、反応室に少なくとも上部電極、下部電極、ガス導入孔、フォーカスリング及び支柱があり、前記ガス導入孔からエッチングガスが前記反応室に導入され、前記上部電極と前記下部電極の間に高周波電力が印加されることにより前記エッチングガスがプラズマ化し、エッチング時には前記フォーカスリングが上昇してプラズマを安定化し、エッチング終了時には前記フォーカスリングが下降して前記支柱に固定される構成のドライエッチング装置において、前記支柱の先端部を凹状とし、前記フォーカスリングのアームの先端を前記支柱の内径より小さい凸状とすることを特徴とする。この構成によれば、フォーカスリングのアームと支柱が擦れても、異物が半導体ウェーハやＥＳＣステージに落下することがない。従って、エッチング不良による半導体ウェーハの歩留りを低下させることがない。
【００１７】
また、請求項２記載のドライエッチング装置は、請求項１記載のドライエッチング装置であって、前記支柱の先端部に位置センサーが設けられていることを特徴とする。この構成によれば、エッチングが終了して、フォーカスリングのアームの先端が正確に支柱の凹部に収まっているかを電気信号により確認できるので、エッチングの終了した半導体ウェーハを搬送する際に、半導体ウェーハがフォーカスリングに接触するなどのトラブルがなくなる。
【００１８】
また、請求項３記載のドライエッチング装置は、請求項１記載のドライエッチング装置であって、前記支柱の先端部に吸引孔が設けられていることを特徴とする。この構成により、支柱の先端に堆積したエッチングガスの反応副生成物や未反応物などを、吸引孔から吸引除去できる。従って、装置のクリーニング頻度が減少して、生産性が大幅に向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施例であるドライエッチング装置の構成を示す断面図である。
【００２０】
本発明のドライエッチング装置１は、反応室内に半導体ウェーハ２を吸着保持するＥＳＣステージ３と、ＥＳＣステージ３下に設けた下部電極４と、半導体ウェーハ２上方に配置される上部電極５と、エッチングガスを半導体ウェーハ２に均一に導くために上部電極５に設けた複数のガス導入孔６と、プラズマを安定化するために上部電極５と下部電極４を取り囲むように設けたシールドリング７及びフォーカスリング８と、フォーカスリング８と一体化されたアーム９と、フォーカスリング８を固定する支柱１０と、ＥＳＣステージ３上に設けたカソードカバー１１とから構成される。
【００２１】
また、下部電極４下には絶縁基板１２が設けられ、図示しない昇降手段によって昇降可能となっている。半導体ウェーハ２の裏面に一定圧力の冷却用Ｈｅガスを供給する冷却用Ｈｅガス導入配管１３が設けられている。
【００２２】
次に、本発明のドライエッチング装置１で半導体ウェーハ２をエッチングする手順を説明する。先ず、図１（ａ）に示すように、半導体ウェーハ２、ＥＳＣステージ３、下部電極４、フォーカスリング８、アーム９及びカソードカバー１１を昇降手段（図示せず）によって上昇させ、エッチングポジションまで移動させる。次に、上部電極５に設けた複数のガス導入孔６を通して、エッチングガスを半導体ウェーハ２へ供給する。そしてエッチングガスの供給と真空ポンプ（図示せず）の排気速度が釣り合うようにして、エッチングガスの圧力を一定に保つ。エッチングガスの圧力が安定した後、下部電極４に高周波電力を加え、エッチングガスをプラズマ化する。このとき、プラズマが安定するように上部電極５及び反応室はアースされるとともに、シールドリング７とフォーカスリング８により、エッチングガスの流れを整えてエッチング時のプラズマの均一性を高める。
【００２３】
高周波電力を加えると、半導体ウェーハ２上の薄膜はエッチングガスのプラズマと反応して気化し、次第に薄くなって除去される。エッチングすべき膜の材質に応じてエッチングガスの種類を選べば、選択的にエッチングができる。
【００２４】
エッチングが終了すると、図１（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ２、ＥＳＣステージ３、下部電極４、フォーカスリング８、アーム９及びカソードカバー１１を昇降手段（図示せず）によって下降させ、搬送ポジションまで移動させる。
【００２５】
より分かりやすくするために、図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明のドライエッチング装置１の半導体ウェーハ２、ＥＳＣステージ３、フォーカスリング８、アーム９、支柱１０及びカソードカバー１１の拡大斜視図である。本発明のフォーカスリング８のアーム９の先端形状は下に凸型であって、支柱１０の形状は上に凹型である。エッチング時には、図２（ａ）に示すようにフォーカスリング８がＥＳＣステージ３とともにエッチングポジションまで上昇し、支柱１０から浮いた状態になって安定なプラズマ領域を確保する。エッチングが終了すると、図２（ｂ）に示すようにフォーカスリング８がＥＳＣステージ３とともに下降し、フォーカスリング８のアーム９の先端の凸部９ａが、支柱１０の凹部１０ａに収まって固定される。このとき、フォーカスリング８とカソードカバー１１の間にスペースができるので、エッチングの終了した半導体ウェーハ２は、下部に設けたリフトピン（図示せず）により突き上げられ、搬送アーム（図示せず）がこのスペース部分を移動して、半導体ウェーハ２を反応室外へ搬送する。
【００２６】
本発明では、フォーカスリング８のアーム９の先端の形状を支柱１０の内径より小さい凸状にしておく。また、支柱１０の先端をテーパー状から凹状にする。このようにすれば、エッチングポジションから搬送ポジションへの移行の際に、フォーカスリング８のアーム９の凸部９ａが支柱１０の凹部１０ａに収まるので、フォーカスリング８のアーム９と支柱９が擦れても、異物が半導体ウェーハ２やＥＳＣステージ３に落下することがない。従って、エッチング不良による半導体ウェーハの歩留りを低下させることがない。また、支柱は取外し可能であり、定期的にクリーニングできる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施例であるドライエッチング装置３１について、図３の構成を示す断面図を用いて説明する。なお、図３において第１実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。この実施例において前述した第１実施例と相違するところは、支柱１０の凹部１０ａに近接センサや光電センサ等の位置センサー１４を設けて、フォーカスリング８のアーム９先端の凸部９ａが、正確に支柱１０の凹部１０ａに収まっているかを電気信号により確認できるようにしたことである。
【００２８】
位置センサー１４が４つとも動作してから、半導体ウェーハ２が半導体ウェーハ搬送用ロボット（図示せず）により反応室外へ搬送されるようにしておく。このようにすれば、エッチングの終了した半導体ウェーハ２を搬送する際に、半導体ウェーハ２や半導体ウェーハ搬送用ロボットが、誤ってフォーカスリング８に接触する等の搬送トラブルを回避することができる。異常時には、ブザーやランプによりオペレータに知らせるようにしてもよい。また、位置センサ１４は、フォーカスリング８のアーム９先端の凸部９ａに設けるようにしてもよい。
【００２９】
次に、本発明の第３実施例であるドライエッチング装置４１について、図４の構成を示す断面図を用いて説明する。なお、図４において第１実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。この実施例において前述した第１実施例と相違するところは、支柱１０の底部に吸引孔１５を設けて、エッチングガスの反応副生成物や未反応物などの異物を吸引して除去するようにしたことである。このようにすれば、支柱１０の凹部１０ａに堆積した異物が、吸引孔１５より吸引除去されるので、装置のクリーニング頻度が減少して、生産性が大幅に向上する。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のドライエッチング装置によれば、支柱の先端部を凹状とし、フォーカスリングのアームの先端を支柱の内径より小さい凸状としたので、フォーカスリングのアームを支柱に固定する際に、両者が擦れ合うことによって発生する異物を防止することができる。従って、装置コストを増やすことなく、異物がウェーハ又はステージ上に落下して起こす不具合を解消でき、製品歩留りが向上し、また生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のドライエッチング装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の第１実施例のドライエッチング装置の半導体ウェーハ、ＥＳＣステージ、フォーカスリング、アーム、支柱及びカソードカバーの拡大斜視図
【図３】本発明の第２実施例のドライエッチング装置の構成を示す断面図
【図４】本発明の第３実施例のドライエッチング装置の構成を示す断面図
【図５】従来のドライエッチング装置の構成を示す断面図
【図６】従来のドライエッチング装置におけるフォーカスリングの昇降動作を示す断面図
【図７】従来のドライエッチング装置の半導体ウェーハ、ＥＳＣステージ、フォーカスリング、アーム、支柱及びカソードカバーの拡大斜視図
【符号の説明】
１　本発明の第１実施例のドライエッチング装置
２　半導体ウェーハ
３　ＥＳＣステージ
４　下部電極
５　上部電極
６　ガス導入孔
７　シールドリング
８　フォーカスリング
９　アーム
９ａ　凸部
１０　支柱
１０ａ　凹部
１１　カソードリング
１２　絶縁基板
１３　冷却用Ｈｅガス導入配管
１４　位置センサ
１５　吸引孔
３１　本発明の第２実施例のドライエッチング装置
４１　本発明の第３実施例のドライエッチング装置
５１　従来のドライエッチング装置
５２ａ　ＣＣＤカメラ
５２ｂ　不活性ガス噴射用ノズル
５３　バルブ
５４　ノズル移動用ロボットアーム
５５　ケーブル
５６　コンピュータ
５７　装置のコントローラ
５８　ケーブル
５９　下部電極
６０　フォーカスリング
６１　上部電極
６２　シールドリング
６３　半導体ウェーハ
６４　ＥＳＣステージ
６５　ガス導入孔
６６　冷却用Ｈｅガス導入配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004119760.tif 000006
【図５】
2004119760.tif 000007
【図６】
2004119760.tif 000008
【図７】
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