(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、この真空チャンバ内に配置され上面に半導体ウェハを載置する下部電極と、この下部電極に高周波電圧を印加する高周波電源部と、下部電極の上方に設けられた上部電極と、上部電極と下部電極の間の隙間をプラズマ処理のための適正な電極間距離に保ち、また下部電極上面に処理対象のウェハを装着するためのハンドリング用のスペースを確保するために上部電極を昇降させる上下動機構と、前記下部電極上面のうち少なくとも半導体ウェハに覆われていない外周の部分を覆う円環状のマスク部材とを備え、前記マスク部材に下方へ突出する複数のピンを固着し、前記上部電極にこの電極から下垂する複数のアームを結合してこの複数のアームの下部の穴に前記ピンを摺動自在に挿入して前記マスク部材を支持し、且つ半導体ウェハのサイズに応じてマスク部材を交換自在とし、前記マスク部材は、半導体ウェハを前記電極上面に対してその自重により押し付ける押さえ部材を兼ねることを特徴とするウェハの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を用いて半導体ウェハのドライエッチングを行うウェハのドライエッチング方法であって、下部電極上に半導体ウェハを載置する工程と、上部電極を下降させて上部電極の下面と下部電極の上面との隙間を所定の電極間距離とするとともに、下部電極上面のうち少なくとも半導体ウェハに覆われていない外周の部分をマスク部材で覆い且つ半導体ウェハを下部電極にマスク部材の自重を作用させて押し付ける工程と、マスク部材で半導体ウェハを下部電極に押し付けた状態でプラズマを発生させる工程とを含むことを特徴とするウェハのドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハをプラズマによりエッチングするウェハのドライエッチング装置およびドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ（以下、単に［ウェハ］という）の微細なエッチング加工を行う方法として、ドライエッチングが用いられている。ドライエッチングは、減圧雰囲気下で電極上に加工対象物を載置し、電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、この結果発生するイオンや電子を対象物に衝突させてエッチングを行うものである。このようなドライエッチング装置では、加工対象物を載置する電極と同一形状にすることにより、プラズマに
よって電極が摩耗（エッチング）されるのを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、加工対象のウェハのサイズは種類によって異なっており、多品種のウェハを対象とする場合には、従来はその都度電極をウェハの径に合わせたものと交換する必要があった。電極は真空チャンバ内に配置されることから、電極の交換には複雑な作業を必要とし、このためウェハ品種切り替え時の段取り替え作業に手間と時間を要して生産性の向上が阻害されるという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、ウェハ品種の切り替えによる電極の交換作業を不要とし、多品種に対応可能なウェハのドライエッチング装置およびドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のウェハのドライエッチング装置は、真空チャンバと、この真空チャンバ内に配置され上面に半導体ウェハを載置する下部電極と、この下部電極に高周波電圧を印加する高周波電源部と、下部電極の上方に設けられた上部電極と、上部電極と下部電極の間の隙間をプラズマ処理のための適正な電極間距離に保ち、また下部電極上面に処理対象のウェハを装着するためのハンドリング用のスペースを確保するために上部電極を昇降させる上下動機構と、前記下部電極上面のうち少なくとも半導体ウェハに覆われていない外周の部分を覆う円環状のマスク部材とを備え、前記マスク部材に下方へ突出する複数のピンを固着し、前記上部電極にこの電極から下垂する複数のアームを結合してこの複数のアームの下部の穴に前記ピンを摺動自在に挿入して前記マスク部材を支持し、且つ半導体ウェハのサイズに応じてマスク部材を交換自在とし、前記マスク部材は、半導体ウェハを前記電極上面に対してその自重により押し付ける押さえ部材を兼ねる。
【０００７】
請求項２記載のウェハのドライエッチング方法は、請求項１記載のドライエッチング装置を用いて半導体ウェハのドライエッチングを行うウェハのドライエッチング方法であって、下部電極上に半導体ウェハを載置する工程と、上部電極を下降させて上部電極の下面と下部電極の上面との隙間を所定の電極間距離とするとともに、下部電極上面のうち少なくとも半導体ウェハに覆われていない外周の部分をマスク部材で覆い且つ半導体ウェハを下部電極にマスク部材の自重を作用させて押し付ける工程と、マスク部材で半導体ウェハを下部電極に押し付けた状態でプラズマを発生させる工程とを含む。
【０００８】
本発明によれば、下部電極上に載置されたウェハの外周に沿って着脱自在に位置し下部電極上面のうち前記ウェハよりも外側の部分を覆うマスク部材を備えることにより、マスク部材で露呈する下部電極の上面をプラズマから保護して、この部分の摩耗を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のウェハのドライエッチング装置の正断面図、図２（ａ）は同ウェハのドライエッチング装置の部分断面図、図２（ｂ）は同ウェハのドライエッチング装置の部分斜視図、図３は同ウェハのドライエッチング装置の部分断面図である。
【００１０】
まず図１を参照してドライエッチング装置の構造を説明する。図１において、真空チャンバ１は真空密に形成された容器であり、内部はプラズマによるドライエッチング処理を行うための処理室２となっている。処理室２の内部には段付き円柱形状の下部電極３が配置されている。下部電極３の下部円柱部３ａは真空チャンバ１の底面に形成された貫通孔１ａ内に挿通している。また、真空チャンバ１の底部には排気孔１ｂが設けられており、
排気孔１ｂは真空排気部１０と接続されている。真空排気部１０を駆動することにより、処理室２内が真空排気される。
【００１１】
下部電極３の上面はプラズマ処理対象のウェハ４が載置される載置部となっている。そのサイズは、このドライエッチングで想定している最大サイズのウェハと同一またはそれより大きくなっている。図２に示すように下部電極３の上方には、円環状のマスク部材５が配設されている。このマスク部材５は、ウェハ４に覆われない下部電極３の周縁部を覆うものであり、発生したプラズマでこの周縁部がエッチングされて摩耗するのを防止する。マスク部材５の材質としては、セラミック、ポリイミド、テフロン等、電気的には絶縁性で耐熱性があり、機械加工が可能なものが選ばれる。
【００１２】
マスク部材５の内縁部５ａはウェハ４の外縁部の上方に位置しており、マスク部材５を下降させて内縁部５ａをウェハ４上面に当接させることにより、マスク部材５は下部電極３上に載置されたウェハ４の外周に沿って着脱自在に位置し下部電極３上面のうちウェハ４よりも外側の部分を覆うとともに、マスク部材５はウェハ４を自重により下部電極３の上面に押さえつける。すなわち、マスク部材５はウェハ４を下部電極３に押しつける押さえ部材を兼ねたものとなっている。マスク部材５の昇降動作については後述する。
【００１３】
図１に示すように、下部電極３の上方には下部電極３の上面と対向して上部電極６が配設されている。真空チャンバ１の上面にはシール軸受け８が固着されており、シール軸受け８に設けられたスライド孔８ａには、上部電極６のスライド部６ｂが上下方向にスライド自在にかつ真空密に挿通している。上部電極６は上下動機構９に連結されており、上下動機構９を駆動することにより上部電極６は処理室２内で昇降する。
【００１４】
上部電極６が下降した状態では、上部電極６の下面と下部電極３の間の隙間はプラズマ処理のための適正な電極間距離に保たれる。そして上部電極６が上昇した状態では、下部電極３上面の載置部上には処理対象のウェハ４を載置部に装着するためのハンドリング用のスペースが確保される。なお、真空チャンバ１には図示しない開閉可能な開口部が設けられており、ウェハ４の処理室２内への搬出・搬入はこの開口部を介して行われる。
【００１５】
上部電極６には内孔６ｃが設けられており、下部電極３と対向した下面には内孔６ｃと連通するガス孔６ａが多数設けられている。内孔６ｃはガス供給部１１と接続されており、ガス供給部１１を駆動することによりガス孔６ａを介して酸素ガスやフッ素系ガスなどのプラズマ発生用ガスが処理室２内の下部電極３上に載置されたウェハ４に対して噴射される。
【００１６】
図２に示すように下部電極３の上方には、円環状の基板押え部材５が配設されている。基板押え部材５の内縁部５ａはウェハ４の縁部の上方に位置しており、内縁部５ａをウェハ４上面に当接させることにより、押え部材５はウェハ４を自重により下部電極３の上面に押えつける。
【００１７】
図１に示すように、上部電極６には外径方向に延出して下垂する複数のアーム部材７が結合されており、アーム部材７の下部７ａは基板押え部材５の下方に位置する。基板押さえ５には下方に突出するピン５ｂが固着されており、下部７ａにはピン５ｂの位置に対応して穴７ｂが設けられている。基板押さえ部材５はピン５ｂを穴７ｂに摺動自在に挿入することにより下部７ａに支持される。アーム部材７は基板押さえ部材５を上部電極６から支持する支持部材となっている。
【００１８】
上部電極６を上昇させるとアーム部材７も共に上昇し、基板押え部材５は上昇する。逆に上部電極６を下降させると基板押さえ部材５は下部電極３上のウェハ４の縁部の上面に
着地し、アーム部材７の下部７ａの上面から基板押さえ部材５の下面が離れる。これにより、基板押さえ部材５の自重がウェハ４に作用してこれを下部電極３に押え付ける。
【００１９】
すなわち、上部電極６を下降させた状態では基板押え部材５がウェハ４を下部電極３に押え付け、上部電極６を上昇させることにより、ウェハ４の押え付けは解除される。この基板押さえ部材５の昇降動作は、前述の上下動機構９によって行われる。上下動機構９は基板押さえ部材５を下部電極３に対して相対的に昇降させる昇降手段となっている。昇降手段としては、下部電極３側を昇降させる構成でもよい。
【００２０】
下部電極３には内孔３ｂ，３ｃが設けられており、内孔３ｂ，３ｃは下部電極３の上部に形成されたウオータジャケット部３ｄと連通している。内孔３ｂ，３ｃは冷却装置１３と接続されており、冷却装置１３を駆動することにより冷却水が内孔３ｂ，３ｃを介してウオータジャケット部３ｄ内を循環し、これにより下部電極３が冷却される。すなわち、冷却装置１３およびウオータジャケット部３ｄは下部電極３を冷却する冷却手段となっている。また、下部電極３には高周波電源１２が電気的に接続されており、高周波電源を駆動することにより、接地された上部電極６と下部電極３との間には高周波電圧が印加される。
【００２１】
このドライエッチング装置は上記のように構成されており、以下動作について説明する。まず、上部電極６が上昇した状態で、真空チャンバ１の図示しない開口部を開放し、処理対象のウェハ４を下部電極３上面の載置部に装着する。そして開口部を閉鎖して処理室２を密閉すると共に、上部電極６を下降させる。これにより、上部電極６の下面と下部電極３の上面との隙間が所定の電極間距離に保たれると共に、マスク部材５はウェハ４の外縁部の上面に当接する。これにより、マスク部材５はウェハ４よりも外側の下部電極３の上面を覆うと共に、ウェハ４の外縁部は下部電極３の上面に押しつけられる。
【００２２】
次いで、真空排気部１０を駆動して処理室２内部を真空排気し、処理室２内部が所定真空度に到達したならば、ガス供給部１１を駆動してガス孔６ａからプラズマ発生用ガスを噴出させる。そしてこの状態で高周波電源１２を駆動して上部電極６と下部電極３との間に高周波電圧を印加する。これにより、上部電極６と下部電極３との間にはプラズマ放電が発生し、この結果発生したプラズマによりウェハ４表面のプラズマ処理が行われる。このときウェハ４の外縁部はマスク部材５によって下部電極３に押しつけられているので、熱変形によるウェハ４の浮き上がりが発生せず、ウェハ４と下部電極３との隙間での異常放電が発生せず、均一なエッチング効果が得られる。また下部電極３の上面のうち、ウェハ４よりも外側の部分はマスク部材５によって覆われているので、プラズマによるエッチング（摩耗）から保護される。
【００２３】
このプラズマ処理により、ウェハ４の温度は上昇する。このとき冷却装置１３を駆動することにより下部電極３のウオータジャケット３ｄ内には冷却水が循環し、下部電極３は冷却され、これによりウェハ４の熱が電極３に伝達され、ウェハ４の異常昇温が防止される。
【００２４】
上記のようなドライエッチング処理を多数のウェハを対象にして行う場合に、異なるサイズのウェハを処理対象とする場合に行われる段取り替えについて図３を参照して説明する。図３（ａ）は図１に示す状態と同様であり、下部電極３の上面とほぼ等しいサイズのウェハ４が処理対象である場合を示している。この場合には、マスク部材５の内径Ｄはウェハ４の外径よりも押さえ代だけ小さい寸法に設定される。
【００２５】
図３（ｂ）は、上記のウェハ４よりも小さい外径を有するウェハ４’を処理対象とし、下部電極３のウェハ４’の外側部分が露呈する場合を示している。この場合には、段取り
替え作業として上記のマスク部材５を、より小さなすなわちウェハ４’の外径よりも押さえ代だけ小さい寸法の内径Ｄ’に設定されたマスク部材５’と交換する。
【００２６】
このとき、マスク部材５’の外径寸法は上記マスク部材５と等しく設定されている。すなわち、処理対象のウェハのサイズに関係なく、下部電極３上面のウェハより外側の部分は常にマスク部材によって覆われる。従って、下部電極３の上面よりも小さいサイズのウェハ４’を処理対象とする場合においても、下部電極３の上面がプラズマのエッチング作用によってダメージを受けることによる損耗を防止できる。これにより、従来異なるサイズのウェハを処理対象とする場合に必要とされた下部電極の交換作業を行う必要がなく、交換作業の容易なマスク部材を取り替えるのみで、異なるサイズのウェハに対応することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、下部電極上に載置されたウェハの外周に沿って位置し下部電極上面のうちウェハの外側の部分を覆うマスク部材を備えるようにしたので、マスク部材で露呈する下部電極の上面をプラズマから保護して、この部分の摩耗を防止することができ同一の下部電極を用いて異なる径のウェハに対してドライエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態のウェハのドライエッチング装置の正断面図
【図２】  （ａ）本発明の一実施の形態のウェハのドライエッチング装置の部分断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のウェハのドライエッチング装置の部分斜視図
【図３】  本発明の一実施の形態のウェハのドライエッチング装置の部分断面図
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  処理室
３  下部電極
３ｄ  ウオータジャケット
４  ウェハ
５  マスク部材
６  上部電極
１０  真空排気部
１１  ガス供給部
１２  高周波電源
１３  冷却装置
【図１】
0003769157.tif 000002
【図２】
0003769157.tif 000003
【図３】
0003769157.tif 000004