JP2004349375A

JP2004349375A - ドライエッチング装置のガス分散板

Info

Publication number: JP2004349375A
Application number: JP2003143092A
Authority: JP
Inventors: Eiji Shimozaka; 英司下坂
Original assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】装置コストを上げることなく、簡単な構成でウェーハに供給する反応ガスの流量を均一に制御して、ウェーハ面内におけるエッチング速度の均一性を向上させたドライエッチング装置のガス分散板を提供する。
【解決手段】上部電極３とガス吹出板７の間には、反応ガスを処理室６内に均一分散させるためのガス分散板１７が、新たに設けられている。ガス分散板１７には、開口部である多数の分散孔１８が形成されている。この分散孔１８は、ガス吹出板７に形成された吹出孔９と重ならない位置に配置されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空の処理室内に反応ガスのプラズマを用いて半導体ウェーハ（以下、ウェーハと言う）をエッチングするドライエッチング装置のガス分散板に関し、特に、処理室に供給される反応ガスの流量を均一にするためのガス分散板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造工程では、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、反応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なうものである。
【０００３】
このような技術は、例えば、特開平５−５５１７２号公報に開示されている。図４（ａ）、（ｂ）は、従来例のドライエッチング装置の断面図及びそれに用いられるガス吹出板の平面図である。図４（ａ）に示す従来のドライエッチング装置４１は、チャンバ４２内に上部電極４３と下部電極４４とが対向して配置され、下部電極４４には、被エッチング物であるウェーハ４５が載置されている。上部電極４３には処理室４６内に反応ガスを供給するためのガス吹出板４７と、上部電極４３にガス吹出板４７を固定するリング状のアノードカバー４８が取付けられている。ガス吹出板４７には多数の吹出孔４９が形成されている。また、上部電極４３は中空で、その内部に反応ガスが供給されるようにしてあり、ガス供給管５０、供給バルブ５１、ガス流量調整部５２及びガス供給源５３が接続されている。
【０００４】
通常、このドライエッチング装置４１でウェーハ４５をエッチングする場合は、
処理室４６内に、ガス供給源５３からガス流量調整部５２、供給バルブ５１を介して所定量の反応ガスを処理室４６に供給した後、上部電極４３と下部電極４４の間に高周波電圧を印加し、導入された反応ガスをプラズマイオン化し、そのイオンの衝撃エネルギーでウェーハ４５のエッチングを行なっている。
【０００５】
ところが、上述した従来のドライエッチング装置４１を用いてエッチングを行なうと、ウェーハ４５の中心部と外周部でエッチング速度に差が生じ、ウェーハ４５面内で均一なエッチングを行なうことが困難であった。
【０００６】
これは、ガス供給管５０が上部電極４３の中心部に固定されているため、必然的に上部電極４３の中心部近傍で反応ガスの流量が最も大きくなり、外周部にいくほど小さくなることに起因する。上部電極４３と処理室４６の間には、図４（ｂ）に示すガス吹出板４７が設けてあり、このガス吹出板４７の吹出孔４９を通じて、反応ガスが少なからず処理室４６内に分散される構成になっているが、吹出孔４９が全て同一径で形成されているので、ガス供給管５０から出た反応ガスの流量を完全に処理室４６内に均一分散することはできず、矢印５４に示すような反応ガスの流量差が生じてしまう。ここで、矢印５４の長さは、反応ガスの流量を示している。これにより、ウェーハ４５の中心部においてエッチングが早く進行してしまい、ウェーハ４５面内のエッチング速度の均一性が損なわれる。特に、処理するウェーハ４５のサイズが大きくなるほど、ウェーハ４５面内のエッチング速度は大きくばらつくことになる。
【０００７】
この問題を解決するために、上述した従来技術には他のドライエッチング装置が提案されている。図５（ａ）、（ｂ）は、そのドライエッチング装置の断面図及びそれに用いられるガス吹出板の平面図である。
【０００８】
図５（ａ）に示すドライエッチング装置６１は、チャンバ６２内に上部電極６３と下部電極６４とが対向して配置され、下部電極６４には、被エッチング物であるウェーハ６５が載置されている。上部電極６３には処理室６６内に反応ガスを供給するためのガス吹出板６７と、上部電極６３にガス吹出板６７を固定するリング状のアノードカバー６８が取付けられている。また、ガス吹出板６７には、図５（ｂ）に示すように、多数の吹出孔６９が形成されている。
【０００９】
また、上部電極６３は中空で、その内部に反応ガスが供給されるようにしてあり、３本のガス供給管７０ａ〜７０ｃと、３本の供給バルブ７１ａ〜７１ｃと、各供給バルブ７１ａ〜７１ｃを制御するガス流量調整部７２とガス供給源７３が接続されている。さらに、上部電極６３の中空部は、隔壁７４ａ、７４ｂにより３本のガス供給管７０ａ〜７０ｃから独立して反応ガスを供給する拡散室７５ａ〜７５ｃに仕切られている。
【００１０】
このドライエッチング装置６１の動作は、チャンバ６２内に設けたガスセンサ（図示せず）により上部電極６３と下部電極６４間におけるガス濃度分布を測定する。そして、ガス濃度分布が均一になるように、ガス流量調整部７２により各供給バルブ７１ａ〜７１ｃを調節し、各拡散室７５ａ〜７５ｃに供給される反応ガスの流量を調整する。次に、上部電極６３と下部電極６４の間に高周波電圧を印加し、ウェーハ６５をエッチングすることにより、ウェーハ６５面内のエッチング速度を均一にするものである。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−５５１７２号公報（第２頁、０００２段落〜００１１段落、図１，図３）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したドライエッチング装置６１には、以下のような問題があった。ウェーハ６５全面に亘って反応ガスの流量を均一にしようとすると、上部電極６３の内部を細かく仕切る拡散室７５ａ〜７５ｃが数多く必要になる。さらには、その拡散室７５ａ〜７５ｃの数に応じて、ガス供給管７０ａ〜７０ｃ、供給バルブ７１ａ〜７１ｃ、ガス流量調整部７２及びガスセンサも必要になるために機構が複雑化し、装置が非常に高価なものになるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するために考えられたもので、装置コストを上げることなく、簡単な装置構成でウェーハに供給する反応ガスの流量を均一に制御して、ウェーハ面内におけるエッチング速度の均一性を向上させたガス分散板を提供することを目的とする。
【００１４】
【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のガス分散板は、チャンバ内に所定間隔を隔てて対向して配置された上部電極と下部電極を備え、前記上部電極に取付けられたガス吹出板より反応ガスを処理室内に導入し、両電極間にプラズマを発生させて被エッチング材を処理するドライエッチング装置に用いられるガス分散板であって、前記ガス分散板が、前記反応ガスの流量を均一にするために前記上部電極と前記ガス吹出板の間に設けられるとともに、前記ガス分散板に形成された開口部が前記ガス吹出板に形成された吹出孔と重ならない位置に配置されたことを特徴とする。この構成によれば、ガス分散板の開口部とガス吹出孔の吹出孔が重ならないように配置されているので、ガス供給管からガス分散板の開口部を通って分散された反応ガスが、さらにガス吹出板の吹出孔を通って分散され、流量の均一な反応ガスを処理室内に供給できる。
【００１５】
また、請求項２記載のドライエッチング装置のガス分散板は、請求項１記載のドライエッチング装置のガス分散板において、前記ガス分散板に形成される開口部が、同一円周上に設けられた多数の分散孔からなり、前記分散孔の径が全て同一になるように形成されたことを特徴とする。この構成によれば、隣接するガス分散板の分散孔とガス吹出板の吹出孔が重ならないように配置されているので、ガス供給管から供給された反応ガスが、ガス分散板の分散孔を通って分散され、さらにガス吹出板の吹出孔を通って分散され、流量の均一な反応ガスを処理室内に供給できる。
【００１６】
また、請求項３記載のドライエッチング装置のガス分散板は、請求項１記載のドライエッチング装置のガス分散板において、前記ガス分散板に形成される開口部が、同一円周上に設けられた多数の分散孔からなり、前記分散孔の径が前記ガス分散板の中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成されたことを特徴とする。この構成によれば、ガス供給管から供給される反応ガスの流量分布に応じてガス分散板に形成される分散孔の径を変えているので、さらに流量の均一な反応ガスを処理室内に供給できる。
【００１７】
また、請求項４記載のドライエッチング装置のガス分散板は、請求項１記載のドライエッチング装置のガス分散板において、前記ガス分散板に形成される開口部が、同一円周上に設けられた多数の分散溝からなり、前記分散溝の幅が前記ガス分散板の中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成されたことを特徴とする。この構成によっても、ガス供給管から出る反応ガスの流量分布に応じてガス分散板に形成される分散溝の幅を変えているので、さらに流量の均一な反応ガスを処理室内に供給できる。
【００１８】
また、請求項幅５記載のドライエッチング装置のガス分散板は、請求項１記載のドライエッチング装置のガス分散板において、前記ガス分散板に形成される開口部が、前記ガス分散板の中心部から外周部に延びた放射状の分散溝からなり、前記放射状の分散溝の幅が前記ガス分散板の中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成されたことを特徴とする。この構成によっても、ガス供給管から出る反応ガスの流量分布に応じてガス分散板に形成される放射状の分散溝の幅を変えているので、さらに流量の均一な反応ガスを処理室内に供給できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施例のドライエッチング装置の断面図及びそれに用いられるガス分散板とガス吹出板の平面図である。図１（ａ）に示すドライエッチング装置１は、チャンバ２内に上部電極３と下部電極４とが対向して配置され、下部電極４には、被エッチング物であるウェーハ５が載置されている。上部電極３には処理室６内に反応ガスを供給するためのガス吹出板７と、上部電極３にガス吹出板７を固定するリング状のアノードカバー８が取付けられている。ガス吹出板７には多数の吹出孔９が形成されている。
【００２０】
また、上部電極３は、その内部にガスが供給されるようにしてあり、ガス供給管１０、供給バルブ１１、ガス流量調整部１２及びガス供給源１３が接続されている。他方、チャンバ２の下部には、ガス排気管１４、排気バルブ１５及び排気ポンプ１６が接続されている。
【００２１】
さらに、上部電極３とガス吹出板７の間には、反応ガスを処理室６内に均一分散させるためのガス分散板１７が、新たに設けられている。ガス分散板１７には、図１（ｂ）に示すように、開口部である多数の分散孔１８が形成されている。この分散孔１８は、図１（ｃ）に示すガス吹出板７に形成された吹出孔９と重ならない位置に配置されており、この分散孔１８の径Ｘ１が全て同一になるように形成されている。なお、図１（ｂ）の＋マークは、吹出孔９の位置を示している。
【００２２】
次に、ドライエッチング装置１の動作を説明する。先ず、ウェーハ５を下部電極４に吸着保持した後、排気ポンプ１６によりチャンバ２内を真空排気する。次に、ガス供給源１３から、ガス流量調整弁１２により流量の制御された反応ガスを、ガス供給管１０を介して上部電極２へ導入する。導入された反応ガスはガス分散板１７の分散孔１８を通過することにより全体に分散される。
【００２３】
ガス分散板１７の分散孔１８を通過した反応ガスは、ガス吹出板７の吹出孔９を通過することにより、さらに全体に分散されて処理室６内へ供給される。このようにして、処理室６内に反応ガスを供給しつつ、ガス排気管１４を介して排気ポンプ１６により排気して、チャンバ２内を所定の圧力状態に保持する。その後、上部電極２と下部電極３の間に高周波電圧を印加することにより下部電極３の上部空間にプラズマを発生させ、下部電極３上のウェーハ５に所望のプラズマ処理が施される。反応により生じたガスは残りの反応ガスと共に、ガス排気管１４よりチャンバ２外に排気される。
【００２４】
このように、本発明のガス分散板１７は、その分散孔１８がガス吹出板７の吹出孔９と重ならないように配置されているので、ガス分散板１７の分散孔１８を通って分散された反応ガスが、さらにガス吹出板７の吹出孔９を通って全体に分散され、矢印１９に示すように、中心部と外周部のガス流量がほぼ等しくなる。ここで、矢印１９の長さは、反応ガスの流量を示している。これにより、従来よりも流量の均一化された反応ガスがウェーハ５に供給され、ウェーハ５面内におけるエッチング速度のばらつきが大きく改善される。また、このガス分散板１７は取付け、取外しが可能で、容易に交換や洗浄ができるのでメンテナンス性に優れるとともに、複雑な機構を必要とせず装置コストが安価になる。
【００２５】
次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２実施例のドライエッチング装置の断面図及びそれに用いられるガス分散板とガス吹出板の平面図である。なお、図２において、上述した第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、サイズの大きなウェーハに対応するために、ガス分散板の開口部である多数の分散孔の径を、中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成することにより、反応ガスの分散をより均一にしたことである。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、ドライエッチング装置２１における上部電極３とガス吹出板７の間には、反応ガスを処理室６内に均一分散させるためのガス分散板２２が設けられている。また、ガス分散板２２には、図２（ｂ）に示すように、開口部である多数の分散孔２３が形成されている。この分散孔２３は、図２（ｃ）に示すガス吹出板７に形成された吹出孔９の上部以外の位置に配置されている。さらに、この分散孔２３の径Ｘ２が、ガス分散板２２の中央部から外周部にいくに従って大きくなるように形成されている。なお、図２（ｂ）の＋マークは、吹出孔９の位置を示している。
【００２７】
このように、本発明のドライエッチング装置２１に用いられるガス分散板２２によれば、ガス供給管１０から出る反応ガスの流量分布に応じてガス分散板２２に形成される分散孔２３の径を変えている。すなわち、ガス流量の大きい中心部の孔径を小さく、ガス流量の小さい孔径を大きくしたので、より流量の均一な反応ガスを処理室６内に供給できる。これにより、ガス分散板２２とガス吹出板７を通過した反応ガスの流量が第１実施例よりもさらに均一化されてウェーハ５に供給され、ウェーハ５面内におけるエッチング速度のばらつきが、さらに大きく改善される。
【００２８】
なお、本実施例の反応ガスの流量を均一にするためのドライエッチング装置２１のガス分散板２２は、図２（ｂ）に示す形状に限定されるものではない。例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すような形状にすることもできる。図３（ａ）は、ガス分散板３１の同一円周上に、開口部である複数の分散溝３２を形成し、その分散溝３２の幅Ｘ３を、ガス分散板３１の中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成したものである。また、図３（ｂ）は、ガス分散板３３の中心部から外周部に伸びた放射状の分散溝３４を形成し、開口部である放射状の分散溝３４の幅Ｘ４をガス分散板３３の中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成したものである。なお、図３（ａ）、（ｂ）の＋マークは、吹出孔９の位置を示している。このような構成でも、ガス流量の大きい中心部の開口部の面積を小さく、ガス流量の小さい外周部の開口部の面積を大きくできるので、さらに流量の均一な反応ガスを処理室内に供給することができ、ウェーハ面内におけるエッチング速度を均一にできる。また、ガス分散板における分散孔や分散溝の数や大きさは反応ガスの流量に応じて適宜調整可能であり、ガス分散板の材質はガス吹出板と同質のセラミック材等を使用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のドライエッチング装置のガス分散板によれば、上部電極とガス吹出板の間にガス分散板を新たに設け、そのガス分散板に形成される開口部をガス吹出板に形成される吹出孔と重ならない位置に配置し、反応ガスをガス分散板とガス吹出板を通過させるようにしたので、従来よりも反応ガスをウェーハに均一に供給することができ、ウェーハ面内におけるエッチングばらつきを大きく低減できる。
【００３０】
また、ガス分散板に形成される開口部を分散孔、分散溝、放射状の分散溝等で構成し、その径や幅をガス分散板の中心部から外周部にいくに従って大きくなるようにしたので、反応ガスをウェーハにさらに均一に供給することができる。これにより、ウェーハのサイズが大きい場合でも、ウェーハ面内におけるエッチングばらつきを、さらに大きく低減できる。
【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断面図及びそれに用いられるガス分散板とガス吹出板の平面図
【図２】本発明の第２実施例のドライエッチング装置の断面図及びそれに用いられるガス分散板とガス吹出板の平面図
【図３】本発明の他の実施例のガス分散板の平面図
【図４】従来例のドライエッチング装置の断面図及びそれに用いられるガス吹出板の平面図
【図５】他の従来例のドライエッチング装置の断面図及びそれに用いられるガス吹出板の平面図
【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チャンバ
３上部電極
４下部電極
５ウェーハ
６処理室
７ガス吹出板
８アノードカバー
９吹出孔
１０ガス供給管
１１供給バルブ
１２ガス流量調整部
１３ガス供給源
１４ガス排気管
１５排気バルブ
１６排気ポンプ
１７本発明の第１実施例のガス分散板
１８分散孔
１９矢印
２１本発明の第２実施例のドライエッチング装置
２２本発明の第２実施例のガス分散板
２３分散孔
３１本発明の他の実施例のガス分散板
３２分散溝
３３本発明の他の実施例のガス分散板
３４放射状の分散溝
４１従来例のドライエッチング装置
４２チャンバ
４３上部電極
４４下部電極
４５ウェーハ
４６処理室
４７ガス吹出板
４８アノードカバー
４９吹出孔
５０ガス供給管
５１供給バルブ
５２ガス流量調整部
５３ガス供給源
５４矢印
６１他の従来例のドライエッチング装置
６２チャンバ
６３上部電極
６４下部電極
６５ウェーハ
６６処理室
６７ガス吹出板
６８アノードカバー
６９吹出孔
７０ａ〜７０ｃガス供給管
７１ａ〜７１ｃ供給バルブ
７２ガス流量調整部
７３ガス供給源
７４ａ、７４ｂ隔壁
７５ａ〜７５ｃ拡散室

Claims

チャンバ内に所定間隔を隔てて対向して配置された上部電極と下部電極を備え、前記上部電極に取付けられたガス吹出板より反応ガスを処理室内に導入し、両電極間にプラズマを発生させて被エッチング材を処理するドライエッチング装置のガス分散板であって、前記ガス分散板が、前記反応ガスの流量を均一にするために前記上部電極と前記ガス吹出板の間に設けられるとともに、前記ガス分散板に形成された開口部が前記ガス吹出板に形成された吹出孔と重ならない位置に配置されたことを特徴とするドライエッチング装置のガス分散板。
前記ガス分散板に形成された開口部が、同一円周上に設けられた多数の分散孔からなり、前記分散孔の径が全て同一になるように形成された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のガス分散板。
前記ガス分散板に形成された開口部が、同一円周上に設けられた多数の分散孔からなり、前記分散孔の径が前記ガス分散板の中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成された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のガス分散板。
前記ガス分散板に形成される開口部が、同一円周上に設けられた多数の分散溝からなり、前記分散溝の幅が前記ガス分散板の中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成された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のガス分散板。
前記ガス分散板に形成される開口部が、前記ガス分散板の中心部から外周部に延びた放射状の分散溝からなり、前記放射状の分散溝の幅が前記ガス分散板の中心部から外周部にいくに従って大きくなるように形成された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のガス分散板。