(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性ガスを電離させることによってプラズマを発生させて半導体ウェハを加工する加工手段と、
前記半導体ウェハを設置する設置手段と、
前記半導体ウェハの下方に設置される第１の磁場発生手段と、
前記半導体ウェハの上方に設置される第２の磁場発生手段とを有し、
前記第１の磁場発生手段と前記第２の磁場発生手段は、前記半導体ウェハ上に形成される少なくとも１つの半導体チップの外周外側および前記外周外側の上方空間の磁場強度を、前記半導体チップおよび前記半導体チップの上方空間の磁場強度よりも強くすることを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記第１または第２の磁場発生手段のいずれか一方または双方が、電磁石または永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
前記第１または第２の磁場発生手段のいずれか一方または双方が、リング状、円形筒状または多角形筒状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
前記第１または第２の磁場発生手段のいずれか一方または双方が、磁石の表面に防磁部材を貼付したものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエッチング装置。
【請求項５】
反応性ガスを電離させることによってプラズマを発生させて被処理基板の加工を行う工程と、前記被処理基板上に形成される少なくとも１つの半導体チップの外周外側および前記外周外側の上方空間の磁場強度を、前記半導体チップおよび前記半導体チップの上方空間の磁場強度よりも強くする工程とを有し、前記被処理基板上に形成される少なくとも１つの半導体チップの外周外側および前記外周外側の上方空間に前記半導体チップおよび前記半導体チップの上方空間よりも強い磁場が形成された状態で前記被処理基板を前記プラズマ加工することを特徴とするエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造に使用されるエッチング装置およびエッチング方法に関し、特にプラズマを用いて半導体ウェハをエッチング加工するエッチング装置およびエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハ表面にフォトレジストを形成し、このフォトレジストに覆われていない部分をプラズマを用いてエッチング加工している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
今後、半導体ウェハ径が２００mmから３００mmへとより大口径になると、ウェハ単位のエッチング加工（枚葉処理）をおこなってもウェハ面内を均一にエッチング加工することが困難になる。
【０００４】
エッチング段階において不均一な加工がなされると、後工程の加工にも悪影響を与えるおそれがある。つまり、同一ウェハ上に製作されたチップ間に、加工寸法および電気的特性のばらつきが生じるおそれが高くなる。
【０００５】
このため、エッチング段階における不均一な加工は、ウェハの大口径化が進むにつれ益々軽視できなくなる。
【０００６】
本発明は、上記の如き従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エッチング段階においてチップ間に不均一な加工が生じることを防止する技術を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、反応性ガスを電離させることによってプラズマを発生させて半導体ウェハを加工する加工手段と、前記半導体ウェハを設置する設置手段と、前記半導体ウェハの下方に設置される第１の磁場発生手段と、前記半導体ウェハの上方に設置される第２の磁場発生手段とを有し、前記第１の磁場発生手段と前記第２の磁場発生手段は、前記半導体ウェハの外周近傍およびその上方空間の磁場強度を、前記半導体ウェハおよびその上方空間の磁場強度よりも強くすることにある。
【０００８】
この第１の特徴によれば、半導体ウェハの外周近傍およびその上方空間の磁場強度を、その内側空間よりも強くする磁場を発生させると、半導体ウェハおよびその上方空間を囲い込む磁場内にプラズマが囲い込まれる。これにより、半導体ウェハ全体の均一なエッチング加工が可能となる。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、前記第１の磁場発生手段と前記第２の磁場発生手段とによって、前記半導体ウェハ上に形成される少なくとも１つの半導体チップの外周近傍およびその上方空間の磁場強度を、前記半導体チップおよびその上方空間の磁場強度よりも強くすることにある。
【００１０】
この第２の特徴によれば、半導体チップの外周近傍およびその上方空間の磁場強度を、その内側空間よりも強くする磁場を発生させると、半導体チップおよびその上方空間を囲い込む磁場内にプラズマが囲い込まれる。これにより、各半導体チップの均一なエッチング加工が可能となる。
【００１１】
本発明の第３の特徴は、前記第１または第２の磁場発生手段として、電磁石または永久磁石を用いることにある。
【００１２】
この第３の特徴によれば、前記磁場発生手段を電磁石にすれば任意の強度の磁場を簡単に発生することができ、永久磁石にすれば通電手段を省くことができる。
【００１３】
本発明の第４の特徴は、前記第１または第２の磁場発生手段のいずれか一方または双方を、リング状、円形筒状または多角形筒状とすることにある。
【００１４】
本発明の第５の特徴は、前記第１または第２の磁場発生手段のいずれか一方または双方が、磁石の表面に防磁部材を貼付したものとすることにある。
【００１５】
本発明の第６の特徴は、反応性ガスを電離させることによってプラズマを発生させて被処理基板の加工を行う工程と、前記被処理基板の外周近傍の上方の磁場強度を前記被処理基板の上方の磁場強度よりも強くする工程とを有し、前記被処理基板の外周近傍の上方に前記被処理基板の上方よりも強い磁場が形成された状態で前記被処理基板を前記プラズマ加工することにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のエッチング装置の第１の実施形態の構成を示す概略断面図である。チャンバ５内の底面中央部に設置台２が設置される。設置台２の上に加工対象の半導体ウェハ３が置かれる。設置台２の下に、円筒状の磁石１１が配置されている。半導体ウェハ３の上方にも円筒状の磁石１２が配置されている。磁石１２は、保護板８によって覆われている。設置台２および保護板８は、いずれも磁石１１および磁石１２によって生じる磁場１０に影響を与えない。
【００１８】
また、チャンバー５には、反応性ガスを導入する反応性ガス導入管４、電極６および排気管９が設けられている。電極６には、高周波電源７からの電圧が加わる。排気管９を通してチャンバー５内を真空にし、反応性ガス導入管４から反応性ガスを導入し、かつ電極６に高周波電源７からの電圧を加えると、プラズマが発生する。
【００１９】
図２は、図１に示した半導体ウェハ３と磁石１１との相対的位置関係を示す平面図である。図２は、図１に示した磁石１１を真上から見た図である。磁石１１の外周の直径は、半導体ウェハ３の外周の直径よりわずかに大きい。また、点線で示される磁石１１の内周の直径は、半導体ウェハ３上に形成されるシリコンチップの形成エリアの外周の直径よりもわずかに大きい。半導体ウェハ３は、その中心が磁石１１の中心のほぼ真上になるように置かれる。磁石１２の直径は、磁石１１の直径とほぼ等しい。また、磁石１２は、その中心が磁石１１の中心のほぼ真上になるように配置されている。
【００２０】
次に、本実施形態の動作について説明する。チャンバー５内を真空にし、反応性ガス導入管４から反応性ガスを導入し、かつ電極６に高周波電源７からの電圧を加えると、プラズマが発生する。プラズマは、強い磁場に弾かれ、磁場が弱い部分に集中する。半導体ウェハ３およびその上方の空間は、磁石１１と磁石１２によって生じる円筒状の磁場１０に囲い込まれる。この円筒状の磁場１０に囲い込まれたプラズマは、磁場１０の外側に逃げることはない。
【００２１】
本実施の形態によれば、半導体ウェハの上方に局所的にプラズマを発生させることができる。このため、半導体ウェハ全体を均一にエッチング加工することが可能となる。
【００２２】
なお、必要とされる磁界強度は、エッチングされる半導体ウェハ３の直径および使用する反応性ガスの種類などに応じて適宜選択される。
【００２３】
例えば、半導体ウェハ３の直径が２００ｍｍおよび使用する反応性ガスが塩素ガスである場合、磁石１１および磁石１２によって発生させる磁界強度は２００ガウス程度が好ましい。
【００２４】
使用する磁石１１または１２は、永久磁石でも、電磁石でもよい。電磁石を使用する場合は、図示しない通電手段が必要となる。
【００２５】
また、磁石の形状は、上記例に限定されるものではない。図３（ａ）から（ｃ）は、実施形態１において使用しうる磁石の他の形状を示す平面図である。図３（ａ）から（ｃ）も、図２と同様に、磁石を真上から見た図である。
【００２６】
図３（ａ）に示す磁石１１１は、ほぼ円筒状であるが４つの磁石に分かれている。各磁石間には隙間が空いているが、このように隙間が空いていてもウェハ上方の空間を取り囲む円筒状の磁場を発生させることは可能である。
【００２７】
図３（ｂ）に示す例は、直線上の磁石１１２を４つ用いてウェハ３を取り囲んでいる。このような磁石を用いた場合、形成される磁場は円筒状ではなく、四角い筒状となる。このような磁場であっても、筒状の磁場内にプラズマを囲い込むことができ、プラズマがかかる磁場の外側に逃げることはない。
【００２８】
図３（ｃ）に示す例は、図３（ｂ）に示した磁石１１２よりも短い直線上の磁石１１３を８つ用いてウェハ３を取り囲んでいる。このような磁石によってもウェハ３の上方に局所的にプラズマを発生させることができ、半導体ウェハ全体を均一にエッチング加工することが可能である。
【００２９】
なお、図３（ａ）に示す磁石１１１の内径はウェハ３の外径より大きい。しかし、複数の円弧状の磁石をウェハ３の周囲に配置する場合であっても、図２に示す磁石１１と同様に、円弧状の磁石の内径がウェハ３の外径より小さくても良い。つまり、円弧状の磁石の一部がウェハ３の外周の下に隠れるようにしてもよい。また、直線状の磁石をウェハ３の周囲に配置する場合にも、図３（ｂ）に示すように磁石１１２の一部がウェハ３の外周の下に隠れるようにしても良い。
【００３０】
また、図４（ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す断面図である。図４（ａ）および（ｂ）は、図１と同じ方向から磁石を見た図である。図４（ａ）は底部１３１を有する円筒形状の磁石１３の例を示し、図４（ｂ）は円柱形状の磁石１４上に防磁部材１５を載せた例を示す。ウェハの上方または下方に配置する磁石の一方または双方を、図４（ａ）に示す磁石１３または図４（ｂ）に示す磁石１４と防磁部材１５との組み合わせに置き換えても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、図４（ａ）に示す底部１３１の上に防磁部材を設けても良いことは言うまでもない。
【００３１】
次に第２の実施形態について説明する。図５は、本発明のエッチング装置の第２の実施形態の構成を示す概略断面図である。チャンバー５内の底面中央部に設置台２が設置される。設置台２の上に加工対象の半導体ウェハ３が置かれる。設置台２の下に、磁石２０１が配置されている。半導体ウェハ３の上方にも磁石２０２が配置されている。磁石２０２は、保護板８によって覆われている。設置台２および保護板８は、いずれも磁石２０１および磁石２０２によって生じる磁場２１０に影響を与えない。
【００３２】
また、チャンバー５には、反応性ガスを導入する反応性ガス導入管２０４、電極６および排気管９が設けられている。電極６には、高周波電源７からの電圧が加わる。排気管９を通してチャンバー５内を真空にし、反応性ガス導入管２０４から反応性ガスを導入し、かつ電極６に高周波電源７からの電圧を加えると、プラズマが発生する。
【００３３】
第１の実施形態と第２の実施形態とは、磁石と反応性ガス導入管の形状が異なる。第１の実施形態においては、磁石１１および１２は、「半導体ウェハ３の全体」およびその上方空間を取り囲む「１つ」の筒状の磁場を発生させる。これに対して、第２の実施形態においては、磁石２０１および２０２は、半導体ウェハ３上に形成される「各半導体チップ２０３」およびその上方空間を取り囲む「複数」の四角形の「小さな」筒状の磁場を発生させる。
【００３４】
図６は、図５に示した半導体チップ２０３と磁石２０１との相対的位置関係を示す平面図である。磁石２０１は四角形の筒状の小さな磁石の集合体である。各筒状体の中心は、各半導体チップ２０３の中心のほぼ真上にくる。このため各半導体チップ２０３およびその上方空間を取り囲む磁場を発生させることができる。
【００３５】
次に、本実施形態の動作について説明する。各半導体チップ２０３およびその上方の空間は、磁石２０１と磁石２０２によって生じる筒状の磁場が囲い込む。このため実施形態１と同様にしてプラズマを発生させると、複数の小さな筒状の磁場に囲い込まれたプラズマは、各筒状の磁場の外側に逃げることはない。
【００３６】
本実施の形態によれば、各半導体チップの上方に局所的にプラズマを発生させることができる。このため、各半導体チップを均一にエッチング加工することが可能となる。
【００３７】
なお、必要とされる磁界強度は、エッチングされる各半導体チップ２０３のサイズ、ダイシングライン幅、および使用する反応性ガスの種類などに応じて適宜選択される。
【００３８】
例えば、半導体チップ２０３のサイズが縦７ｍｍ×横２０ｍｍ、ダイシングライン幅が１５０μｍおよび使用する反応性ガスが塩素ガスである場合、磁石２０１および磁石２０２によって発生させる磁界強度は２００ガウス程度が好ましい。
【００３９】
使用する磁石２０１または２０２は、永久磁石でも、電磁石でもよい。電磁石を使用する場合は、図示しない通電手段が必要となる。
【００４０】
また、これら磁石の形状は、上記例に限定されない。図７は、第２の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す平面図である。図８は、図７に示した磁石２１１の形状を示す斜視図である。図７および図８に示したように、磁石２１１は長手方向に垂直な断面の形状が十字形である。このような形状の磁石２１１を各半導体チップ２０３の各頂点の外側に配置し、かつこれら磁石２１１のそれぞれに対向する位置にも同様の形状の磁石を配置することにより、各半導体チップ２０３の各頂点の外側に断面形状が十字形である柱状の磁場を発生させることができる。これら磁場の隙間が狭ければ、各チップ上方の空間を取り囲む筒状の磁場を発生させ、均一なエッチング加工を行うことが可能である。また、磁場の隙間が多少広く、筒状の磁場を発生させることができなくても、チップ間隙に磁場が発生していれば、プラズマがチップ間隙からチップ上へ押しやられるため、やはり均一なエッチング加工が可能である。
【００４１】
図９および図１０は、第２の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す斜視図である。図９に示す磁石２１３は、図８に示した磁石２１１を前後左右に連結したものである。また、図１０に示す磁石２１４は円柱状であるがその表面に、図６に示した半導体チップ２０３とほぼ同サイズの防磁部材２１５が配置されている。これら防磁部材２１５は各半導体チップ２０３の真下にくるように配置される。
【００４２】
半導体チップの上方または下方に配置する磁石の一方または双方を、図９に示す磁石２１３または図１０に示す磁石２１４と防磁部材２１５との組み合わせに置き換えても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態においては、複数の半導体チップを一つのグループとみなし、各グループを四角形の筒状の磁場で囲い込むものとする。
【００４４】
図１１は、第３の実施形態において使用しうる磁石の形状を示す平面図である。図１２は、図１１に示した磁石２１７の形状を示す斜視図である。図１１に示す磁石２１７は、磁石２１７に対向して上方に配置される同一形状の磁石とによって四角形の筒状の磁場を発生させる。この磁場は、４つの半導体チップ２０３とその上方空間を囲い込む。
【００４５】
第３の実施形態によっても、第２の実施形態と同様に、均一なエッチング加工が可能である。また、第３の実施形態は、第２の実施形態に比較して、必要な磁石の数が少なくてすむため、エッチング装置の構成を簡略化することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、磁場を利用してプラズマ密度を制御することにより、均一なエッチング加工を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエッチング装置の第１の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した半導体ウェハ３と磁石１１との相対的位置関係を示す平面図である。
【図３】第１の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す平面図である。
【図４】第１の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す正面図である。
【図５】本発明のエッチング装置の第２の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図６】図５に示した半導体チップ２０３と磁石２０１との相対的位置関係を示す平面図である。
【図７】第２の実施形態において使用しうる磁石の他の形状を示す平面図である。
【図８】図７に示した磁石２１１の形状を示す斜視図である。
【図９】図８に示した磁石２１１を前後左右に連結したものを示す斜視図である。
【図１０】第２の実施形態において使用しうる磁石の他の構成を示す斜視図である。
【図１１】第３の実施形態において使用しうる磁石の形状を示す平面図である。
【図１２】図１１に示した磁石２１７の形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
２  設置台
３  半導体ウェハ
４  反応性ガス導入管
５  チャンバー
６  電極
７  高周波電源
８  保護板
９  排気管
１０  磁場
１１、１２  磁石
【図１】
0003833900.tif 000002
【図２】
0003833900.tif 000003
【図３】
0003833900.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003833900.tif 000007
【図７】
0003833900.tif 000008
【図８】
0003833900.tif 000009
【図９】
0003833900.tif 000010
【図１０】
0003833900.tif 000011
【図１１】
0003833900.tif 000012
【図１２】
0003833900.tif 000013