(57)【要約】【課題】  半導体集積回路を高速で加工するため、高電圧のバイアスを印加しても異常放電の発生が少なく、異物の発生による加工欠陥の発生も抑制できて、高電圧のバイアスを安定的に印加可能にする。【解決手段】  外周部にらせん状に加工された溝を有する構造体を挿入し，外周部の溝を冷却ガスの導入ガイドとして使用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧印加部と接地電位部の間を絶縁する絶縁材に開口部を有し、前記開口部内に、外周部にらせん状に溝加工された内挿絶縁材が、前記外周部の表面と前記開口部の表面が接するよう内挿された絶縁材構造物を有するプラズマ処理装置用電極。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置用電極において、前記絶縁材構造物がウェハ冷却ガスの流路であるプラズマ処理装置用電極。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置用電極において、前記内挿絶縁体が高透磁率材料を有するものであるプラズマ処理装置用電極。
【請求項４】
請求項２記載のプラズマ処理装置用電極において、前記内挿絶縁体が高透磁率材料を有するものであるプラズマ処理装置用電極。
【請求項５】
高電圧印加部と接地電位部の間を絶縁する絶縁材に開口部を有し、前記開口部内に、外周部にらせん状に溝加工された内挿絶縁材が、前記外周部の表面と前記開口部の表面が接するよう内挿された絶縁材構造物を有するプラズマ処理装置用電極と、前記絶縁材構造物のウェハ冷却ガスの流路に接続する冷却ガス導入用の配管と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体集積回路の加工に用いられるプラズマ処理装置、特にドライエッチング装置に用いられる電極の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は高密度化の要求に応じて微細化が進展し、構造的に垂直方向の空間の利用の要求が高まってきた。このためエッチング装置には高いバイアスを印加し加工速度を高める必要が生じてきた。ウェハに高電圧を印加するため電極には高い電圧が印加されるが、支持機構やセンサー額、冷媒供給機構に対し高い耐電圧性が要求されるようになってきた。
【０００３】
特にウェハと電極の熱抵抗を小さくするために導入されるＨｅなどの冷媒ガス供給機構はその供給ラインの圧力が数ｋＰａと放電開始電圧が低い状態に保たれるため放電が発生しやすくなる。放電によって発生したプラズマは、熱によって供給系の材料を劣化させたり、バイアス電圧に重畳して供給される静電吸着電流をリークさせるなど装置異常を発生させる原因となる。
【０００４】
この冷却ガス供給ラインでの異常放電発生を防止するためさまざまな構造的な工夫が施されている。冷却用ガス導入ラインの耐電圧向上のため、いわゆる入れ子を組み合わせた構造にして流路を複雑に折り曲げる方法や、多孔質体を挿入する方法が知られている。
また、特許文献１には、電極を貫通した複数の孔を連通して冷却用媒体を流す環状溝と、該環状溝に連通して前記冷却用媒体を流す複数の放射状溝とを設けたプラズマエッチング装置用電極が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−３９０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの方法は、製作コストの点、耐電圧の点や流路内に蓄積された異物のクリーニングが困難なためエッチング処理中に異物がウェハ裏面から処理室中に噴出して加工不良などを生じやすく、異常放電の発生によって流路の構造材料が劣化するなどの課題があった。
本発明はこれら課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、供給路途中に絶縁体よりなる、外周にらせん状に溝加工された円筒体を、円筒状の孔が加工された絶縁材の中に挿入した部材を設け、さらに前記円筒体の内部にフエライトなどの高い比透磁率材料を挿入する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、大口径のウェハで半導体集積回路を高い歩留まりで生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【０００９】
図２は、本発明の実施例１のプラズマ処理装置の電極冷却ガス供給構造の断面図である。
図２において、２０１は円柱形状の内絶縁体であり、その外周部には、図２に示すようにらせん状に溝加工が行われている。２０３は電極の高周波電力が供給されて高電圧となる高電圧部を支える基材で、２０４はチヤンバーに接続され電極自体を支えるベース板でエッチング処理時には２０３はバイアス電圧と同じ高電圧状態になり、一方２０４は０Ｖのグランド電位に保たれている。２０２はこの間を絶縁する絶縁プレートで内絶縁体２０１を挿入するための孔が設けてあり、その孔の周りにはシールのための０リング溝が上下に形成されている。冷却ガスＨｅはベース板２０４の導入孔２０７からその上方の内絶縁体２０１の下部に設けられた空間２０６に導かれ、内絶縁体２０１の外周部に設けられた溝２０１’を通ってらせん状に導かれ基材２０３と内絶縁体２０１上面との間の空間２０６’を介して基材２０３に設けられた冷却ガス導入孔２０７’に流れて、電極の所定部分に別の流路を通り流入する。
【００１０】
電極への高電圧印加によって生じる電界は、基材２０３からベース板２０４に向かう方向に生じるが、らせん状の溝構造はバイアス電圧の電界方向に対して満幅分（実施例では約２ｍｍ）で電界を寸断するため加速された電子の衝突による荷電粒子の増殖を抑制するとともに、発生した荷電粒子を壁との衝突により消滅損出させる効果を得ることができる。また、放電の開始には偶発的に生じるサージ電圧が大きな役割を果たすが、サージ電圧の発生によって生じる高速の電流に対してらせん状の溝２０１’がインダクタンスとして働き、逆電圧を生じて電流量を制限し、放電開始を阻害する。このため本実施例１では、らせん状の溝２０１’の巻回数を６回とした。
【実施例２】
【００１１】
本発明の実施例２は、内絶縁体２０１の中に、フエライトなどの高透磁率材料２０５を設けるものである。本実施例２では、フエライトなどの高透磁率材料２０５を設けるによって、放電開始を阻害する効果を大きくすることができ、異常な放電の発生確率をさらに低下させることができる。また、この構造はバイアス電圧だけでなく、チヤンバーにプラズマを発生させる高周波ソース電力の電極へのリークに対しても有効に作用し、卒わせて、Ｈｅ配管内の放電の発生および維持過程の阻害に効果を示す。
【実施例３】
【００１２】
本発明の実施例３は、この冷却ガス導入機構を、図１に示すエッチング装置に組み込んだものである。その効果を確認した結果を図３及び図４に示す。
【００１３】
図１に、本発明の実施例３であるＵＨＦ−ＥＣＲを用いたプラズマエッチング装置の槻略断面図を示す。ここで、１０１は真空処理室で、石英窓１０２は後述するアンテナ１０７からの電界を真空処理室１０１内に通過させるために真空処理室１０１上方でアンテナ１０７下方に配置され真空処理室１０１の天井をなすよう設けられ、電極１０３は石英窓１０２に対向して真空処理室１０１内下方に配置され、半導体集積回路が形成されるウェハ１０４をその上に載置し、バイアス電圧を発生させるための高周波電源１０５が接続されている。また、電極１０３にはウェハ１０４を熱を電極１０３へ伝導して冷却するための冷却ガスを供給する配管１０６が接続されており、電極内の冷却ガス供給機構１１３を通ってウェハ１０４の裏面に供給される。アンテナ１０７は石英窓１０２上方で、その上面に連結されＵＨＦ電源１１０からの電界を真空処理室１０１内に導入する。ソレノイドコイル１０８は真空処理室１０１内に磁場を形成する。ガス分散板１０９は電極１０３上方でウェハ１０４と対向して配置され、設けられた複数の貫通孔からエッチングレシピにしたがってマスフローコントローラ１１１から供給されたガスを真空処理室内１０１に分散させ均一に導入する。
【００１４】
図２に示す構成は冷却ガス供給機構１１３の一部をなす冷却ガスの供給経路と接続の構造である。
ここで、冷却ガス供給機構として従来の入れ子構造のものと、本発明の実施例１の、図２によって説明した供給機構を用いた場合の試験結果を説明する。
【００１５】
図３は、バイアス電圧に対する異常放電耐性を見たもので、グラフの横軸は両ピーク間バイアス電圧、縦軸はバイアス電圧に重畳して供給されている静電吸着電源のピーク電流値を示したものである。従来の方式の場合は、２．５ｋＶ以上で電流値が増加し冷却ガス供給流路内で放電が発生したことを示しているが、本発明の構造を用いた場合はバイアス電圧４ｋＶの範囲内では電流の急激な増加が見られず高電圧部を貫通または接続された冷却ガスの供給経路であっても異常放電が発生していないことがわかる。
【００１６】
図４は、ウェハ処理枚数に対する加工欠陥発生割合のトレンドを見たグラフである。従来の入れ子構造の場合は散発的に発生異物が管理許容値を超えているが、本発明の冷却ガス供給構造を用いたものは異物数が管理値以下で安定に推移している。入れ子構造のものは大気開放して行うクリーニング時に用いる加圧空気の流れに対していわゆる澱みが発生しやすく、これらの場所に残留した異物が処理中に移動し、冷却ガスの流れによってウェハ裏面を経てウェハ表面に落下したことによって生じたものと思われる。この欠陥発生数については多孔質体のものも入れ子構造のものと同様の傾向を示しており、同様に、ブローオフクリーニングに対して十分なクリーニングが行われにくいことが原因と考えられる。
【００１７】
以上、各実施例で説明したように、本発明を用いることによって高いバイアス電圧を印加した場合でも異常放電の発生を防止でき、さらには加工欠陥の発生数を低く抑制できるので、高集積度の半導体素子を安定的に高歩留まりで生産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例３を説明するプラズマ処理装置の断面図。
【図２】本発明の実施例１及び実施例２のプラズマ処理装置の電極冷却ガス供給構造の断面図。
【図３】本発明による耐電圧性能を示す図である。
【図４】本発明による異物発生抑制性能を示す図。
【符号の説明】
【００１９】
１０１    真空処理室
１０２    石英窓
１０３    電極
１０４    ウェハ
１０５    高周波電源
１０６    配管
１０７    アンテナ
１０８    ソレノイドコイル
１０９    ガス分散板
１１０    ＵＨＦ電源
１１１    マスフローコントローラ
１１３    冷却ガス供給機構
２０１    内絶縁体
２０１’    らせん状の溝    
２０２    絶縁プレート
２０３    支持基材
２０４    ベース板
２０５    高透磁率材料
２０６    内絶縁体の下部空間
２０７    ベース板の導入孔
２０７’    支持基材の導入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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