(57)【要約】【課題】従来のドライエッチング装置３０では上部電極３９とウェハ３４の間隔を±０．１ｍｍの精度に保つために、数十時間ごとに上部電極３９と下部電極３６の間隔を測定しなおし、ステッピングモーター３７のパルスデータを変更しなければならない。そのためには反応室３１を大気開放しなければならない【解決手段】本発明のドライエッチング装置１０は、下部電極１６を三基以上のモーター１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃに結ばれた三個以上の支点で支えるようにし、さらに下部電極１６と上部電極２０の距離を測る距離計１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃを下部電極１６に組み込んだ。これにより反応室１１を大気開放することなく短時間（秒単位）で下部電極１６と上部電極２０が平行で、その間隔が規定値になるように下部電極１６の高さと傾きを調節できる。【選択図】  図１
2004172243.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、下部電極およびガス導入孔を備え、前記ガス導入孔からエッチングガスを前記反応室に導入し、前記上部電極と前記下部電極の間に高周波電力を印加し、そのエネルギーにより前記エッチングガスをプラズマ化し、そのプラズマにより半導体ウェハーをエッチングするドライエッチング装置において、前記下部電極を三個以上の支点で支え、前記支点を独立した三基以上のモーターで各々支持し、前記下部電極と前記上部電極の距離を測る距離計を前記下部電極に組み込み、前記下部電極の高さと傾きを調節して、前記下部電極と前記上部電極の間隔を規定値に調節することを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
請求項１記載のドライエッチング装置において、前記下部電極の支点が三個であり、その位置が正三角形のほぼ頂点の位置であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項３】
請求項２記載のドライエッチング装置において、前記下部電極の支点の近傍に前記距離計を組み込こんだことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項４】
請求項１記載のドライエッチング装置において、前記距離計が超音波距離計、渦電流近接センサー、レーザー距離計のいずれか、またはその組み合わせであることを特徴とする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】
本発明は半導体ウェハの表面の各種の膜をプラズマを用いてエッチングするドライエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の一般的なドライエッチング装置３０の主要部断面図である。従来のドライエッチング装置３０の動作を説明する。まず反応室３１とウェハローダー室３２を真空引きして同等の真空度にする。次に反応室３１とウェハローダー室３２を仕切っているゲートバルブ３３を開け、ウェハ３４を搬送アーム３５に載せてウェハローダー室３２から反応室３１に入れ、下部電極３６の上に載せる。このとき下部電極３６は搬送アーム３５に当たらないように、ステッピングモーター３７によって位置を低くしてある。このときは高周波発振器３８はまだＯＦＦである。
【０００３】
次に図５のように搬送アーム３５をウェハローダー室３２に戻し、ゲートバルブ３３を閉じ、ウェハ３４を載せた下部電極３６をステッピングモーター３７により上昇させる。上部電極３９とウェハ３４の間隔は所定値が厳密に決められており、例えば５ｍｍ±０．１ｍｍである。
【０００４】
次にエッチングガスを上部電極３９の穴３９Ａから反応室３１に導入し、真空ポンプ４０の入り口にあるオリフィス４１の開口度を調節して、エッチングガスの圧力を所定の一定値（例えば１０Ｐａ）に保つようにする。
【０００５】
次に高周波発振器３８をＯＮにする。上部電極３９と下部電極３６の間に高周波電界が印加され、エッチングガスがプラズマ化して、ウェハ３４と上部電極３９の間にプラズマ４２の領域ができる。このプラズマ４２によりウェハ３４の表面がエッチングされる。
【０００６】
エッチングの完了したウェハ３４は再び搬送アーム３５によりウェハローダー室３２に戻される。
【０００７】
上部電極３９とウェハ３４の間隔が所定の±０．１ｍｍの精度から外れると、プラズマ４２の分布が異常となって、エッチングレートが狂ったり、ウェハ３４面内でエッチングばらつきが発生したりする。また高周波のマッチングが取れなくなることもある。そのため上部電極３９とウェハ３４の間隔を精度良く保つことが重要である。
【０００８】
そのため従来は次のようにしていた（特開平１１−１７６８１３号公報）。すなわち反応室３１を開けて上部電極３９を交換したとき、上部電極３９との間隔を測りながら下部電極３６を上昇させ、下部電極３６が適切な高さになったときのステッピングモーターのパルスデータを記録しておく。そして実際にエッチングをするときは、ウェハ３４を載せてからパルスデータ通りにステッピングモーター３７を動かして下部電極３６を上昇させる。こうすれば下部電極３６の高さがいつも同じになる。ウェハ３４の厚さは精度が非常に良いので、上部電極３９と下部電極３６の間隔の精度が良ければ、上部電極３９とウェハ３４の間隔の精度も自動的に良くなる。
【０００９】
上記の従来技術は巧妙であるがまだ十分ではない。というのは上部電極３９がエッチングされて後退し、上部電極３９とウェハ３４の間隔が大きくなっていくのを考慮していないからである。下部電極３６は金属であるし、ウェハ３４が載っているから寸法が変わるほどエッチングされることはないが、上部電極３９はシリコンやカーボンで出来ているうえ、プラズマ４２にさらされるから容易にエッチングされる。実験によると１００時間のエッチングにより上部電極３９は０．５ｍｍ以上後退する。そのため上部電極３９とウェハ３４の間隔を所定値の±０．１ｍｍの精度に保つためには、数十時間ごとに上部電極３９と下部電極３６の間隔を測定しなおし、ステッピングモーター３７のパルスデータを変更しなければならない。そのためには反応室３１を大気開放しなければならないが、周知のとおり大気開放は真空装置にとって危険である。大気開放したため水分が侵入したり、リークが発生したり、ごみが入り込んだりして立ち上げ再稼動が遅れることはよくある。こういうトラブルを避けるため反応室３１の大気開放は極力避けなければならない。しかし従来は数十時間ごとに大気開放しなければならなかった。
【００１０】
また上部電極３９が均等にエッチングされて後退するとは限らないから、上部電極３９と下部電極３６の平行度が悪くなることもある。上部電極３９と下部電極３６の間隔を測定しなおしたとき平行度の狂いが分かったら、上部電極３９がまだ十分に使用できる厚みであっても交換しなければならない。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１７６８１３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のドライエッチング装置３０では上部電極３９とウェハ３４の間隔を±０．１ｍｍの精度に保つために、数十時間ごとに上部電極３９と下部電極３６の間隔を測定しなおし、ステッピングモーター３７のパルスデータを変更しなければならない。そのためには反応室３１を大気開放しなければならないが、大気開放したため水分が侵入したり、リークが発生したり、ごみが入り込んだりして立ち上げ再稼動が遅れることがある。また上部電極３９が不均等にエッチングされて、上部電極３９と下部電極３６の平行度が悪くなったときは、上部電極３９がまだ十分に使用できる厚みであっても交換しなければならない。いずれも製品のコストアップの要因となる。
【００１３】
したがって望まれるのは、上部電極が使用可能な間（数百時間）は大気開放しないで、上部電極と下部電極の間隔および平行度を±０．１ｍｍの精度に保つことのできるドライエッチング装置である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のドライエッチング装置のポイントは二つある。第一のポイントは下部電極を三個以上の支点で支えるようにしたことである。（従来のドライエッチング装置は中央の一ヶ所で支えている。）支点が三個のときは正三角形の頂点の位置が望ましい。各支点はそれぞれ専用のステッピングモーターまたはサーボモーターに支持されていて、おのおの独立して高さを変えられる。したがって下部電極全体の高さを変えることも、また傾きを変えることも自由にできる。
【００１５】
第二のポイントは下部電極と上部電極の距離を測る距離計を下部電極に組み込んだことである。（従来のドライエッチング装置にこの機能の距離計は付いていない。）距離計の位置は前記の各支点の近傍が望ましい。距離計は数ｍｍ〜数十ｍｍの距離を±０．１ｍｍ以下の精度で測るものであるから、超音波距離計、渦電流近接センサー、レーザー距離計などが適当である。これらの距離計により下部電極と上部電極の間隔を測定する。
【００１６】
その測定結果をもとにモーターによって下部電極の高さと傾きを調節し、下部電極と上部電極が平行で、その間隔が規定値になるようにする。そしてそのデータを記憶させて使用する。これらの測定と調節は反応室を大気開放することなく短時間（秒単位）でできるから、極端に言えばウェハを交換するたびに実行することもできる。しかし実用的には累積エッチング時間が数時間に達したときにおこなえば十分である。
【００１７】
このようにして本発明のドライエッチング装置では常に最適のプラズマ分布を得て、適切なエッチングレートとウェハ全面でばらつきのないエッチング結果を得ることができる。もちろん反応室を大気開放する必要がないから手間もトラブルも減って稼動率が高くなるし、上部電極を極限まで使用できるからコストダウンができる。
【００１８】
請求項１記載の発明は、反応室に少なくとも上部電極、下部電極およびガス導入孔を備え、前記ガス導入孔からエッチングガスを前記反応室に導入し、前記上部電極と前記下部電極の間に高周波電力を印加し、そのエネルギーにより前記エッチングガスをプラズマ化し、そのプラズマにより半導体ウェハーをエッチングするドライエッチング装置において、前記下部電極を三個以上の支点で支え、前記支点を独立した三基以上のモーターで各々支持し、前記下部電極と前記上部電極の距離を測る距離計を前記下部電極に組み込み、前記下部電極の高さと傾きを調節して、前記下部電極と前記上部電極の間隔を規定値に調節することを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１９】
請求項２記載の発明は請求項１記載のドライエッチング装置において、前記下部電極の支点が三個であり、その位置が正三角形のほぼ頂点の位置であることを特徴とするドライエッチング装置である。
【００２０】
請求項３記載の発明は請求項２記載のドライエッチング装置において、前記下部電極の支点の近傍に前記距離計を組み込こんだことを特徴とするドライエッチング装置である。
【００２１】
請求項４記載の発明は請求項１記載のドライエッチング装置において、前記距離計が超音波距離計、渦電流近接センサー、レーザー距離計のいずれか、またはその組み合わせであることを特徴とするドライエッチング装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のドライエッチング装置の一実施例１０の主要部断面図である。このドライエッチング装置の一実施例１０の動作を説明する。まず反応室１１とウェハローダー室１２を真空引きして同等の真空度にする。次に反応室１１とウェハローダー室１２を仕切っているゲートバルブ１３を開け、ウェハ１４を搬送アーム１５に載せてウェハローダー室１２から反応室１１に入れ、下部電極１６の上に載せる。このとき下部電極１６は搬送アーム１５に当たらないように三基のサーボモーター１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃによって低い位置にしてある。またこのとき高周波発振器１８はまだＯＦＦである。
【００２３】
次に図２のように搬送アーム１５をウェハローダー室１２に戻し、ゲートバルブ１３を閉じる。下部電極１６には距離計１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃが埋め込まれている。距離計１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃはほぼ正三角形の頂点の位置にある。これは下部電極１６、上部電極２０が円形であるから、この位置が最も測定精度が良いからである。距離計１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃとしては超音波距離計、渦電流近接センサー、レーザー距離計などが適当である。
【００２４】
下部電極１６を上昇させる前に、距離計１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃにより下部電極１６と上部電極２０の間隔ＬＡ、ＬＢ、ＬＣを測定する。そして下部電極１６と上部電極２０の間隔ＬＡ、ＬＢ、ＬＣがいずれも設定値（例えば５ｍｍ±０．１ｍｍ）になるように、三基のサーボモーター１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃで下部電極１６の上昇高さを調節する。これは下部電極１６を上昇させながら下部電極１６と上部電極２０の間隔ＬＡ、ＬＢ、ＬＣを測定する方法でもよい。いずれにしてもウェハ１４を載せた下部電極１６を三基のサーボモーター１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃにより適切な高さまで上昇させる。
【００２５】
このように距離計１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃにより下部電極１６と上部電極２０の間隔ＬＡ、ＬＢ、ＬＣを実測して下部電極１６の高さと傾きを調節するので、たとえ上部電極２０が下部電極１６と非平行にエッチングされていても、調節後は上部電極２０と下部電極１６は平行になる。このようなことは単純に下部電極３６の高さだけを調節する従来のエッチング装置３０では不可能である。
【００２６】
下部電極１６と上部電極２０の間隔ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの測定と、下部電極１６の高さと傾きの調節は、反応室１１を大気開放することなく短時間（秒単位）でできるから、ウェハ１４を交換するたびに実行することもできる。しかし上部電極２０がそんなに速くエッチングされることはないから、実用的には累積エッチング時間が数時間に達したときにおこなえば十分である。その場合は三基のサーボモーター１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃのデータを記憶しておいて、次の測定まではそのデータを繰り返し使用する。
【００２７】
以上の説明は下部電極１６の支点、モーター１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃおよび距離計１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃがいずれも三基の場合であったが、支点とモーターの数は三基と限らず四基以上でもよい。特にウェハが大きいとき（８インチ以上）は支点とモーターの数が多い方が下部電極が安定する。しかし距離計の数は支点・モーターの数と一致する必要はない。距離計の数・位置は必要な精度が得られる最小限でよい。
【００２８】
次に図３のようにエッチングガスを上部電極２０の穴２０Ａから反応室１１に導入し、真空ポンプ２１の入り口にあるオリフィス２２の開口度を調節して、エッチングガスの圧力を所定の一定値（例えば１０Ｐａ）に保つようにする。
【００２９】
次に高周波発振器１８をＯＮにする。上部電極２０と下部電極１６の間に高周波電界が印加され、エッチングガスがプラズマ化して、ウェハ１４と上部電極２０の間にプラズマ２３の領域ができる。このプラズマ２３によりウェハ１４の表面がエッチングされる。
【００３０】
エッチングの完了したウェハ１４は再び搬送アーム１５によりウェハローダー室１２に戻される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のドライエッチング装置１０は、下部電極１６を三基以上のモーター１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃに結ばれた三個以上の支点で支えるようにし、さらに下部電極１６と上部電極２０の距離を測る距離計１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃを下部電極１６に組み込んだ。これにより反応室１１を大気開放することなく短時間（秒単位）で、下部電極１６と上部電極２０が平行で、その間隔が規定値になるように下部電極１６の高さと傾きを調節できる。
【００３２】
このようにして本発明のドライエッチング装置１０では常に最適のプラズマ２３分布を得て、適切なエッチングレートとウェハ１４全面でばらつきのないエッチング結果を得ることができる。もちろん反応室１１を大気開放する必要がないから稼動率が高くなるし、上部電極２０を極限まで使用できるからコストダウンもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドライエッチング装置の一実施例１０の主要部断面図
【図２】本発明のドライエッチング装置の一実施例１０の主要部断面図
【図３】本発明のドライエッチング装置の一実施例１０の主要部断面図
【図４】従来の一般的なドライエッチング装置３０の主要部断面図
【図５】従来の一般的なドライエッチング装置３０の主要部断面図
【符号の説明】
１０  本発明のドライエッチング装置
１１  反応室
１２  ウェハローダー室
１３  ゲートバルブ
１４  ウェハ
１５  搬送アーム
１６  下部電極
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ  サーボモーター
１８  高周波発振器
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ  距離計
２０  上部電極
２０Ａ  上部電極の穴
２１  真空ポンプ
２２  オリフィス
２３  プラズマ
３０  従来のドライエッチング装置
３１  反応室
３２  ウェハローダー室
３３  ゲートバルブ
３４  ウェハ
３５  搬送アーム
３６  下部電極
３７  ステッピングモーター
３８  高周波発振器
３９  上部電極
３９Ａ  上部電極の穴
４０  真空ポンプ
４１  オリフィス
４２  プラズマ
【図１】
2004172243.tif 000003
【図２】
2004172243.tif 000004
【図３】
2004172243.tif 000005
【図４】
2004172243.tif 000006
【図５】
2004172243.tif 000007