特許 7304067 ノズルプラズマ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-28

(45)【発行日】2023-07-06

(54)【発明の名称】ノズルプラズマ装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230629BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230629BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101E

H05H1/46 M

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019160075

(22)【出願日】2019-09-03

(65)【公開番号】P2021040015

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-06-28

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100104776

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 弘

(74)【代理人】

【識別番号】100119194

【弁理士】

【氏名又は名称】石井 明夫

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏幸

(72)【発明者】

【氏名】クンプアン ソマワン

(72)【発明者】

【氏名】石田 夕起

(72)【発明者】

【氏名】原 史朗

【審査官】小▲高▼ 孔頌

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０６６１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１２３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２０２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１２３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３２９１９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１８６１６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００４０６６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハが設置されるステージと、
該ステージを覆うチャンバと、
該チャンバ内を真空引きする真空引き部と、
前記チャンバの前記ステージに対向する位置に設けられた管状のガス供給部と、
該ガス供給部に取り付けられ、該ガス供給部内のエッチングガス中にマイクロプラズマを発生させてイオンとラジカルを生成させるノズルプラズマ発生部と、
前記ガス供給部の先端からのエッチングガスの吹き付け方向に交差する方向に前記ステージを移動させるスキャン部とを具備し、
前記ノズルプラズマ発生部は、前記ガス供給部の外周に沿って上下方向に所定長さ設けられた本体部と、該本体部の下部から外側に向けて延設され、前記ステージの移動範囲よりも範囲が広くなるように構成された鍔状部とを有していることを特徴とするノズルプラズマ装置。

【請求項2】

前記ステージに設けられ、該ステージに設置されるウェハを含む領域にプラズマを発生させてエッチングガスをイオン化およびラジカル化させるステージプラズマ発生部を具備していることを特徴とする請求項１に記載のノズルプラズマ装置。

【請求項3】

前記チャンバは、導電性を有し上部に開口部が設けられたチャンバ本体と、前記開口部内に配置された前記ノズルプラズマ発生部と前記開口部の内周縁部との間に配置された絶縁部材とを有しており、該絶縁部材が前記チャンバ内に突出する突出部を有していることを特徴とする請求項２に記載のノズルプラズマ装置。

【請求項4】

前記ステージにおいて、ウェハの周縁部を載置して当該ウェハを保持する載置部を有すると共に、該載置部の下方に別体の前記ステージプラズマ発生部を有する構成の本体部を備えており、
該本体部が、ウェハの周縁部の全周を載置すると共に、前記ステージプラズマ発生部の側面を全周覆うように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のノズルプラズマ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハをプラズマエッチングするためのノズルプラズマ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プラズマ装置が用いられる半導体デバイスの製造ラインは、広大なクリーンルーム内に、同種機能の処理装置を纏めたベイと呼ばれるユニットを複数備え、そのベイ間を搬送ロボットやベルトコンベアで接続するジョブショップ方式を採用したレイアウトが主流になっている（特許文献１参照）。また、そのような製造ラインで処理されるワークには、１２インチなどの大口径のウェハが使用され、１枚のウェハから数千個の半導体チップが製造される生産システムとされている。

【0003】

ところがこのジョブショップ方式では、複数の似たような処理工程を繰り返す場合には、ベイ内での搬送やベイ間での搬送距離が大幅に伸びるとともに、待機時間も増加するため、製造時間が増大し、仕掛品の増大を招くなどコストアップの要因となり、ワークを多量生産する製造ラインとしては、生産性の低さが問題となる場合が生じる。そこで、従来のジョブショップ方式の製造ラインに代え、半導体処理装置を処理工程順に配置したフローショップ方式による製造ラインも提案されている。

【0004】

一方、このようなフローショップ方式による製造ラインは、単一の製品を多量に製造する場合には最適であるが、製造品を変えることで製造手順（レシピ）を変えなければならない場合には、製造ラインでの各半導体処理装置の設置をワークの処理フロー順に並べ替えることが必要となる。しかしながら、製品が変わるたびにそのような並び替えを行うのは、再配置のための手間と時間を考慮すると、現実的ではない。特に、クリーンルームという閉鎖空間内に巨大な半導体処理装置が固定配置されている現状では、その半導体処理装置をその都度再配置することは、現実的には不可能である。

【0005】

また、エンジニアサンプルやユビキタスセンサー用など、製造単位数が数個～数百個というような超少量の半導体を製造するニーズも存在する。しかしながら、上述したジョブショップ方式やフローシップ方式による巨大な製造ラインでは、超少量の半導体を製造すると、コストパフォーマンスが極端に悪くなってしまうため、その製造ラインに他の品種を流さざるを得ないこととなる。

【0006】

ところが、そのように多品種を同時に投入して混流生産をするとなると、製造ラインの生産性は品種数の増大ととともに一層低下することとなるので、結局のところ、このような巨大な製造ラインでは、超少量生産でかつ多品種生産に適切に対応できない。

【0007】

そこで、半導体デバイスなどの製造システムとして、０．５インチサイズ（ハーフインチサイズ。正確には、直径１２．５ｍｍ。）のウェハに１個のデバイスを作成することを基本とし、その製造システムを構成する各処理工程それぞれを可搬性の処理装置で構成して、それら処理装置をレシピに沿ってフローショップやジョブショップ等に再配置することを容易にすることで、少量生産でかつ多品種生産に適切に対応することができるようにするミニマルファブシステムが本出願人より提案されている。このミニマルファブシステムでは、現状の半導体製造システムに比べ１／１０００程度の極めて少ない設備投資額で済むと期待されており、また運転コストが低いなどのため多品種少量生産に適した生産システムとなることが期待されている。

【0008】

また、プラズマ装置においても、ミニマルファブシステムのような多品種少量生産に適した製造ラインに用いられる装置として、ノズルプラズマ装置が開発、提案されてきた。このノズルプラズマ装置では、プラズマ生成空間に誘導電界を生じさせて処理ガスを供給してプラズマ化させ、プラズマ生成空間を形成する胴部内径よりも小径となった漏斗状のプラズマ密度調整部材の上端部を、プラズマ生成空間と基台との間のチャンバの内壁に配置し、プラズマ密度調整部材の開口部に、プラズマ生成空間で生成されたプラズマを通過させて、プラズマの平面内密度を調整して基台上の基板に導く構成が用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０１２－１６９６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上述した従来のノズルプラズマ装置においては、プラズマ生成空間を形成する胴部内径より小径とした漏斗状のプラズマ密度調整部材の開口部に、プラズマ生成空間で生成させたプラズマを通過させて、基台上の基板へプラズマを導くものとしているに過ぎない。このため、プラズマ密度調整部材にてプラズマの密度を調整することができるものの、基板へプラズマを均等に導くことは考慮されておらず、比較的小さな基板の場合には、プラズマの密度の調整ですら容易ではない。

【0011】

そこで、チャンバ内でウェハが設置されるステージに対向する位置に設けられたガス供給管内のエッチングガス中に、マイクロプラズマを発生させるとともにイオンとラジカルを生成させるノズルプラズマ発生部を備え、エッチングガスの吹き付け方向に交差する方向にステージを移動させるスキャン機構を有しているノズルプラズマ装置が提案された。

【0012】

このように、ノズルプラズマ装置にスキャン機構が設けられたことにより、ウェハ表面内のエッチングレートの均一化を向上させることができるようになった。

【0013】

しかし、このようなノズルプラズマ装置において異方性エッチングを行う場合、ＲＦプラズマをチャンバ内に印加して電場を形成することで行うが、ステージが移動する範囲に対して電場の範囲が狭いため、ステージの移動に電場が影響されて、均一にエッチングされないという問題があった。それゆえ、全体的により精度良くエッチングを行うことができる技術が求められており、検討が重ねられていた。

【0014】

本発明の課題は、移動するウェハの移動範囲に対応して、電場をウェハ全体に均一に作用させ、精度良くエッチングを行うことが可能なノズルプラズマ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明に係るノズルプラズマ装置は、ウェハが設置されるステージと、該ステージを覆うチャンバと、該チャンバ内を真空引きする真空引き部と、前記チャンバの前記ステージに対向する位置に設けられた管状のガス供給部と、該ガス供給部に取り付けられ、該ガス供給部内のエッチングガス中にマイクロプラズマを発生させてイオンとラジカルを生成させるノズルプラズマ発生部と、前記ガス供給部の先端からのエッチングガスの吹き付け方向に交差する方向に前記ステージを移動させるスキャン部とを具備し、前記ノズルプラズマ発生部は、前記ガス供給部の外周に沿って上下方向に所定長さ設けられた本体部と、該本体部の下部から外側に向けて延設され、前記ステージの移動範囲よりも範囲が広くなるように構成された鍔状部とを有していることを特徴とする。

【0016】

本発明に係るノズルプラズマ装置は、前記ステージに設けられ、該ステージに設置されるウェハを含む領域にプラズマを発生させてエッチングガスをイオン化およびラジカル化させるステージプラズマ発生部を具備していることが望ましい。

【0017】

本発明に係るノズルプラズマ装置は、前記チャンバが、導電性を有し上部に開口部が設けられたチャンバ本体と、前記開口部内に配置された前記ノズルプラズマ発生部と前記開口部の内周縁部との間に配置された絶縁部材とを有しており、該絶縁部材が前記チャンバ内に突出する突出部を有していることが望ましい。

【0018】

本発明に係るノズルプラズマ装置は、前記ステージにおいて、ウェハの周縁部を載置して当該ウェハを保持する載置部を有すると共に、該載置部の下方に別体の前記ステージプラズマ発生部を有する構成の本体部を備えており、該本体部が、ウェハの周縁部の全周を載置すると共に、前記ステージプラズマ発生部の側面を全周覆うように構成されていることが望ましい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ノズルプラズマ発生部の本体部でガス供給部内のエッチングガス中にマイクロプラズマを発生させると共に、ノズルプラズマ発生部の鍔状部で電場をステージより広くとることで、ステージが動くことで生じる擾乱を無視できるほどに広く電場を広げておくことができる。このため、移動するウェハの移動範囲に対応する、より広い範囲でエッチングガスのイオンを安定してウェハに到達させることができる。その結果、イオンをウェハ全体に均一に作用させることができ、精度良くエッチングを行うことができる。従って、装置を小型化、低価格化した上で、エッチングの精度向上等を図ることができる。

【0020】

また、本発明において、ステージに設けられたステージプラズマ発生部にて、このステージに設置されるウェハを含む領域にプラズマを発生させることができる。そのため、ウェハに吹き付けられる直前にエッチングガスをイオン化することができるため、ノズルプラズマ発生部と共に用いることで、比較的小さなウェハであってもさらに精度良くエッチングすることができる。

【0021】

また、本発明において、チャンバが、導電性を有するチャンバ本体と、その上部に設けられた開口部内に配置されたノズルプラズマ発生部と開口部の内周縁部との間に配置された絶縁部材とを有しており、この絶縁部材がチャンバ内に突出する突出部を有しているため、チャンバ内のステージ周辺を覆う空間に絶縁体の壁を設けることとなる。そのため、ステージプラズマ発生部が発生させたプラズマ化したエッチングガスが、グランドとなったチャンバ本体に向かってしまう不具合を解消して、絶縁部材の突出部で囲まれた空間に留まらせることができる。

【0022】

また、本発明において、ステージに設けられた、ウェハの周縁部を載置して当該ウェハを保持する本体部が、ウェハの周縁部の全周を載置するため、複数本の爪でウェハの周縁部を保持するパターンに比べて、安定してウェハを保持することができる。また、ステージプラズマ発生部の側面を全周覆うように構成されているため、プラズマがウェハの裏側に回り込んでしまう不具合が生じないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施の形態１に係るノズルプラズマ装置を示す概略図である。

【図2】同実施の形態のノズルプラズマ装置が収容される筐体を示す外観図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は背面図である。

【図3】同実施の形態のノズルプラズマ装置のスキャン機構を説明する概略図である。

【図4】同実施の形態のノズルプラズマ装置のノズルプラズマ発生部の一例を示す概略図である。

【図5】同実施の形態のノズルプラズマ装置のノズルプラズマ発生部の他の例を示す概略図である。

【図6】本発明の実施の形態２に係るノズルプラズマ装置を示す概略図である。

【図7】同実施の形態のノズルプラズマ装置のステージを示す上面図である。

【図8】図７のＡ－Ａ断面でステージプラズマ発生部が下方位置にある状態を示す図である。

【図9】図７のＡ－Ａ断面でステージプラズマ発生部が上方位置にある状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

［本発明の実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１を図１～図５に基づいて説明する。

【0025】

図１は、本発明の実施の形態１に係るノズルプラズマ装置を示す概略図ある。図２は、ノズルプラズマ装置が収容される筐体を示す外観図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は背面図である。

【0026】

本発明の実施の形態１に係るノズルプラズマ装置１は、図２に示すように、予め規格された大きさの筐体２内に収容されたミニマルファブ（minimal fabrication）構想に基づくミニマルエッチング装置である。ここで、このミニマルファブ構想とは、多品種少量という半導体製造市場に最適なもので、省資源・省エネルギ・省投資・高性能な多様なファブに対応でき、例えば特開２０１２－５４４１４号公報に記載の生産をミニマル化させるミニマル生産システムを実現させるものである。

【0027】

また、筐体２は、上下方向に長手方向を有する略直方体状に形成されたモジュールであり、内部への微粒子およびガス分子のそれぞれを遮断する構造とされている。この筐体２の上側の装置上部２ａには、ウェハＷをプラズマエッチングするためのノズルプラズマ装置１が収容されている。ここで、ノズルプラズマ装置１によるプラズマエッチングとしては、ウェハＷの表面上に積層されているレジストパターンに対応させてウェハＷの表面をエッチングするものである。

【0028】

さらに、筐体２の下側には、装置上部２ａ内のノズルプラズマ装置１を制御する制御装置等を内蔵させるための装置下部２ｂが設けられている。この装置下部２ｂには、ノズルプラズマ装置１でのエッチングの際に用いられる冷却ユニット９や電源ユニット（ここでは低周波電源１０ａと高周波電源１０ｂ）等が収容されている。また、装置下部２ｂの背面には、ノズルプラズマ装置１でのエッチングの際に用いられた後のエッチングガスＧ等の気体を筐体２外へ排出させるアウトレットとなる排出部２ｅが設けられている。

【0029】

また、筐体２の装置上部２ａの上下方向の中間部には、この装置上部２ａの正面側が上方に凹状に切り欠かれた形状とされている。そして、この装置上部２ａの上側の正面側には、操作パネル２ｃが取り付けられている。また、この装置上部２ａの下側の部分は、ウェハＷを筐体２内に搬入させる前室２ｄとされている。そして、この前室２ｄの上面の略中央部には、搬送容器としてのミニマルシャトル（図示せず）を設置するためのシャトル収容部としての略円形状のドッキングポート（図示せず）が設けられている。ここで、前室２ｄは、筐体２内への微粒子およびガス分子のそれぞれを遮断する構成とされている。すなわち、この前室２ｄは、ミニマルシャトル内に収容されているウェハＷを外気に曝す等することなく筐体２内へ出し入れできるようにするためのＰＬＡＤ（Particle Lock Air-tight Docking）システムとされている。

【0030】

そして、前室２ｄ内には、ドッキングポートから搬入されてくるウェハＷをノズルプラズマ装置１の所定位置へ搬送するとともに、このノズルプラズマ装置１にてエッチングされた後のウェハＷをドッキングポートへ搬出するための搬送装置（図示せず）が収容されている。なお、この搬送装置としては、例えば特開２０１１－９６９４２号公報に記載のワーク搬送装置等が用いられる。
＜ノズルプラズマ装置＞
次いで、ノズルプラズマ装置１は、筐体２内の前室２ｄの後側のウェハ処理室２ｆ内に収容されている。そして、このノズルプラズマ装置１にてエッチングするウェハＷは、所定の大きさ、例えば直径１２．５ｍｍ（ハーフインチサイズ）の円形状の表面を有し、単結晶シリコン（Ｓｉ）にて構成された円盤状に形成されている。そして、このウェハＷの表面には、予め所定のレジストパターンが形成され、プラズマエッチング前の状態とされている。

【0031】

さらに、ノズルプラズマ装置１は、いわゆるＬＦマイクロプラズマ方式とステージＲＦプラズマ方式とを併用したものである。すなわち、このノズルプラズマ装置１は、後述するガス供給管５ｄに取り付けられたＬＦ印加部８に低周波電圧を印加してエッチングガスＧ中に多量のラジカルおよびイオンを発生させるとともに、ステージ６に取り付けられたＲＦ印可板６ｄに高周波電圧を印加してチャンバ内にイオンシースを発生させると同時にエッチングガスＧを励起させてイオン化させたプラスイオンとともにマイクロプラズマで発生したプラスイオンをウェハＷの表面に略垂直に叩き込んで垂直エッチングするものである。

【0032】

具体的に、このノズルプラズマ装置１は、図１に示すように、チャンバ５と、このチャンバ５内に設置されるステージ６とを備え、このステージ６をチャンバ５にて気密に覆う構成とされている。
＜チャンバ＞
チャンバ５は、図１に示すように、円筒状のチャンバ本体５ａを有しており、金属等の導電性を有する部材で構成されている。そして、このチャンバ本体５ａの軸方向を上下方向に沿わせて設置され、このチャンバ本体５ａの上端側に開口部５ｃが形成されており、その開口部５ｃを閉塞する円盤状の石英ガラス等の外部から低周波電圧を印加することが可能な絶縁材料にて構成された上板５ｂが配置されている。

【0033】

また、チャンバ本体５ａの開口部５ｃの内縁部と上板５ｂの間には、所定厚さの絶縁部材５ｇが配置されている。ここでは、絶縁部材５ｇとして、セラミックからなる絶縁体が配置され、その内側上部にポリイミド等の樹脂で構成された固定部材５ｈが配置されて、チャンバ５を密閉した状態で固定されている。この絶縁部材５ｇは、チャンバ本体５ａにグランドが設けられ、後述するＬＦ印加部８に鍔状部８ｂが設けられたことにより、チャンバ５の外側とＬＦ印加部８の間の距離が短くなって、後述するステージプラズマ発生部としての下部電極であるＲＦ印加板６ｄが発生させたプラズマＰでイオン化したエッチングガスＧがウェハＷ付近に留まらずにチャンバ５の壁面方向に向かってしまい、ウェハＷのエッチング精度が落ちる不具合を防止すべく、開口部５ｃから下方に所定量突出してチャンバ５内に突出する突出部５ｉが形成されるように構成されている。そして、この突出部５ｉで、チャンバ５内のステージ６周辺を覆う空間に絶縁体の壁を設けることとなる。そのため、ＲＦ印加板６ｄが発生させたプラズマＰでイオン化したエッチングガスＧが、グランドとなったチャンバ本体５ａに向かってしまう（外側方向に流れていく）のを防止して、絶縁部材５ｇの突出部５ｉで囲まれた空間に留まらせることができる。

【0034】

また、この上板５ｂの中心位置には、ガス供給部としての、例えば角筒状のガス供給管５ｄの下端側が同心状に嵌合されて取り付けられている。このガス供給管５ｄは、断面矩形筒状に形成されており、このガス供給管５ｄの下端側の一部を上板５ｂに貫通させた状態とされ、この上板５ｂに溶接等されて一体的に取り付けられている。ここで、ガス供給管５ｄの形状としては、角筒状以外の形状、例えば円筒状等であってもよい。

【0035】

ガス供給管５ｄの下端部には、ブロック状のノズル７が内嵌合されて取り付けられている。このノズル７は、ガス供給管５ｄの内寸法に略等しい外寸法を有する角柱状の本体を備えている。この本体には、複数のガス挿通孔が穿設されている。これらガス挿通孔は、本体の高さ方向に沿った直線状に形成されており、これらガス挿通孔を平行かつ等間隔に離間させた状態とされ、本体の一端面から他端面へ直線状に貫通させて設けられている。すなわち、これらガス挿通孔は、ノズル７全体に亘って設けられており、このノズル７の各ガス挿通孔を通過させることによって、エッチングガスＧを略均等にウェハＷに吹き付ける構成とされている。

【0036】

また、ガス供給管５ｄの上部には、ガス供給口５ｅが接合されている。ここで、ガス供給口５ｅとしては、ガス供給管５ｄの上端部を同心状に縮径させて形成する他、ガス供給管５ｄに枝管（図示せず）を設ける等し、この枝管に接続して設けても良い。具体的に、ガス供給口５ｅには、メタルチューブ５ｆが取り付けられ、このメタルチューブ５ｆを介して、ガス供給口５ｅから、例えば四フッ化炭素とアルゴン（Ａｒ）との混合ガス（ＣＦ４／Ａｒ）等のエッチングガスＧがチャンバ５内に供給される。なお、このエッチングガスＧとしては、四フッ化炭素（ＣＦ４）のみにて構成されたガスとすることもできる。

【0037】

また、ガス供給管５ｄには、このガス供給管５ｄを介してウェハＷに吹き付けるエッチングガスＧ中にマイクロプラズマ（径のサイズがμｍ～ｍｍオーダの微小プラズマ）Ｍを発生させるためのノズルプラズマ発生部としてのＬＦ印加部８が設けられている。このＬＦ印加部８は、ノズル７からウェハＷへ吹き付けるエッチングガスＧ中にマイクロプラズマＭを発生させ、エッチングガスＧを構成するＣＦ４およびＡｒ等を励起してイオン化およびラジカル化させてプラスイオン（ＣＦ３＋、Ａｒ＋）やフッ素ラジカル（Ｆ）を発生させるようになっている。

【0038】

具体的に、このＬＦ印加部８は、ガス供給管５ｄの上板５ｂより上方に突出している部分の上板５ｂに当接する位置に取り付けられており、ガス供給管５ｄに沿って設けられた本体部８ａと、その下部から上板５ｂの外側方向に拡がる鍔状部８ｂとを有している。また、これら本体部８ａと鍔状部８ｂを有するＬＦ印加部８は、ガス供給管５ｄの外側に銅線を周方向に巻き付けられてコイル状に構成されている。

【0039】

さらに、ＬＦ印加部８に低周波電源１０ａが取り付けられており、この低周波電源１０ａからＬＦ印加部８間に高圧低周波電圧が印加され、ＬＦ印加部８の本体部８ａを介してガス供給管５ｄ内を通過するエッチングガスＧ中にマイクロプラズマＭを発生させる。すなわち、ＬＦ印加部８に印加される高圧低周波電圧は、エッチングガスＧ中に高圧交流励起プラズマを発生させる誘電体バリア放電であって、例えば電圧：１０ｋＶｐ－ｐ、周波数：８ｋＨｚ程度の交流高電圧がマイクロプラズマＭの発生の主要因とされている。

【0040】

また、鍔状部８ｂがあることで、チャンバ５内に拡がるエッチングガスＧ中に、所定の電場をステージ６より広くとることができ、ステージ６が動くことで生じる擾乱を無視できるほどに広く電場を広げておくことができる。このため、移動するウェハＷの移動範囲に対応する、より広い範囲でエッチングガスＧのイオンを安定してウェハＷに到達させることができる。その結果、イオンをウェハＷ全体に均一に作用させることができ、精度良くエッチングを行うことができる。従って、装置を小型化、低価格化した上で、エッチングの精度向上等を図ることができる。

【0041】

なお、本体部８ａの形状としては、図４に示すように、本体部８ａが円筒型に形成されているものと、図５に示すように、本体部８ａが円筒を半分に割った形状のものとが考えられる。このうち、図４に示すように本体部８ａが円筒型に形成されたものでは、電解方向Ｚ１は上下方向となり、これによりプラスイオンがウェハＷに向かって加速する方向となる。このため、Si熱酸化膜エッチング等、イオン衝撃のサポートを必要とするエッチングに適している。また、図５に示すように本体部８ａが円筒を半分に割った形状に形成されたものでガス供給管５ｄと平行にＧＮＤをとったものでは、電解方向Ｚ２は左右方向となり、プラスイオンがウェハＷと平行に加速する方向となる。このため、ラジカルやケミカル反応でエッチングを行いたいときに適しており、レジストアッシングや下地との選択比を稼ぎたいエッチングプロセスに適している。

【0042】

また、ここでは、鍔状部８ｂは後述するステージ６の移動範囲よりも範囲が広くなるように構成されている。これにより、ステージ６が動くことで生じる擾乱を無視できるほどに広く電場を広げておくことができるようになっている。
＜ステージ＞
ステージ６は、チャンバ５内に収容されつつ、このチャンバ５の上下方向に軸方向を沿わせつつ、このチャンバ５の開口部５ｃの鉛直下に設置されている。すなわち、このステージ６は、後述するＲＦ印可板６ｄを、チャンバ５のガス供給口５ｅに対し同心状に位置させつつ、このガス供給口５ｅから所定間隔ほど下方に間隔を空けた位置に設置されている。

【0043】

具体的に、ステージ６は、円柱状の本体部６ａを備え、この本体部６ａの軸方向を上下方向に沿わせた状態で設置されている。この本体部６ａの上端面は、閉塞されて平坦な円盤状の設置面とされており、この設置面上にウェハＷが設置される構成とされている。すなわち、本体部６ａは、ウェハＷの外径寸法より若干大きな外径寸法に形成され、このウェハＷの外径寸法より若干大きな径寸法を有する設置面とされている。

【0044】

この設置面は、絶縁性を有する絶縁板を備え、この絶縁板上にステージプラズマ発生部としての下部電極であるＲＦ印加板６ｄが積層されている。ここで、これら絶縁板およびＲＦ印加板６ｄは、それぞれ略円盤状に形成されており、このＲＦ印加板６ｄ上にウェハＷが設置される。そして、ＲＦ印加板６ｄは、ＬＦ印加部８とともにチャンバ５内に上方から下方に向かう垂直な電界Ｅを形成させ、このチャンバ５内にイオンシースを発生させるとともに、ウェハＷ上へ送られるエッチングガスＧ中にプラズマＰを発生させてエッチングガスＧを励起させてイオン化させるイオンアシスト部である。

【0045】

具体的に、ＲＦ印加板６ｄは、例えば１３．５６ＭＨｚ等の高周波電圧（ＲＦ）が印加され、このＲＦ印加板６ｄ上に設置されるウェハＷを含む領域、すなわちウェハＷ上およびその周囲にプラズマＰを発生させ、このウェハＷに吹き付けられるエッチングガスＧを構成するＣＦ４およびＡｒ等を励起してイオン化させたりラジカル化させてプラスイオン（ＣＦ３＋、Ａｒ＋）やフッ素ラジカル（Ｆ）とする。さらに、このＲＦ印加板６ｄの下端側の中心部に電極部が設けられ、この電極部を介して高周波電圧がチャンバ５外に設置された高周波電源１０ｂから印加される。

【0046】

また、ステージ６には、このステージ６のＲＦ印加板６ｄ上に設置されるウェハＷを冷却するための冷却部としての冷却ユニット９が取り付けられている。この冷却ユニッ９トは、例えば水冷式とされており、ステージ６の本体部６ａおよび絶縁板を介してＲＦ印加板６ｄを冷却することにより、このＲＦ印加板６ｄ上に設置されているウェハＷを冷却する構成とされている。さらに、この冷却ユニット９は、装置下部２ｂ内に収容されて取り付けられている。

【0047】

また、ステージ６は移動式となっており、プラズマエッチング時にステージ６を移動させてウェハＷをスキャンするように構成されている。詳述すると、ステージ６は、図３に示すように、ウェハＷが設置されるウェハホルダ６１を備えている。ウェハホルダ６１には、ウェハホルダ６１をＸ軸方向に移動させるＸ軸ステージ６２と、ウェハホルダ６１をＹ軸方向に移動させるＹ軸ステージ６３とを備えたスキャン部としてのスキャン機構６０が取り付けられている。スキャン機構６０は、ノズル７からのエッチングガスＧの吹き付け方向に交差するＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに向けてウェハホルダ６１を移動させる。Ｘ軸ステージ６２には、Ｘ軸ステージ６２を介してウェハホルダ６１をＸ軸方向に移動させる駆動源として直進モータ６４が取り付けられている。Ｙ軸ステージ６３にもまた、Ｙ軸ステージ６３を介してウェハホルダ６１をＹ軸方向に移動させる駆動源として直進モータ６５が取り付けられている。

【0048】

また、この実施の形態ではチャック機構として本体部６ａに静電チャックを備えており、所謂押さえ部材等で物理的に押さえることなくチャックしてプラズマエッチングを行うことができるようになっている。また、符号１０ｃは静電チャックに使用するＲＦカットフィルタである。なお、本発明は静電チャックに限るものではなく、物理的にウェハＷを上方から押さえるチャック機構を有している構成であっても良い。

【0049】

これにより、ウェハホルダ６１上に設置されたウェハＷをプラズマエッチングする際に、スキャン機構６０の各直進モータ６４，６５の駆動を適宜制御して、ウェハＷ上のエッチングポイントをＸ軸方向およびＹ軸方向においてスキャンさせる。この結果、プラズマ密度の揺らぎ、サイズおよび装置構成等によって生じ得るウェハＷ表面内のエッチングレートの不均一性を均一化することが可能となる。すなわち、ＬＦ印加部８が本体部８ａと鍔状部８ｂを有していることで上板５ｂからウェハＷに向かう上下方向の電場を安定化させることができ、その上でプラズマエッチング時のスキャン機構６０によるスキャン速度およびスキャンパターン等を制御して、エッチングレートが大きなマイクロプラズマＭの下流域に曝す時間をウェハＷ表面の部分ごとに調整することによって、ウェハＷ表面における均一なエッチングが可能となる。

【0050】

ここで、１２インチ程度の大口径のウェハを用いる従来のメガファブにおいては、プラズマエッチングする対象のウェハが大きいことから、プラズマエッチング時にウェハを走査してスキャンすることは不可能である。一方で、本発明に係るノズルプラズマ装置１においては、直径１２．５ｍｍ（ハーフインチサイズ）の円形状のウェハＷを対象としているため、プラズマエッチング時のウェハＷのスキャニングが可能となり、ウェハＷ表面内におけるエッチングレートの均一化が可能である。

【0051】

さらに、チャンバ５の下方には、このチャンバ５の下端を閉塞する蓋体１１ａが取り付けられており、この蓋体１１ａには、チャンバ５内を真空引きするための真空引き部としての真空形成装置１１が取り付けられている。この真空形成装置１１もまた、装置下部２ｂ内に収容されて取り付けられており、チャンバ５内のステージ６のＲＦ印加板６ｄ上にウェハＷが設置された状態で、このチャンバ５内を真空引きする構成とされている。

【0052】

次に、上記実施の形態のノズルプラズマ装置１を用いたプラズマエッチング方法について説明する。

【0053】

まず、エッチング前のウェハＷが収容されたミニマルシャトルを、筐体２の前室２ｄのドッキングポートに嵌合させて設置する。この状態で、筐体２の所定位置、例えば操作パネル２ｃ等に表示等されているスタートスイッチ（図示せず）を押す。このとき、冷却ユニット９が駆動されステージ６の冷却が開始される。

【0054】

さらに、ドッキングポートに設置されたミニマルシャトルが開放され、このミニマルシャトル内に収容されているウェハＷが、搬送装置にてノズルプラズマ装置１のステージ６のＲＦ印加板６ｄ上へ搬送され設置される。このとき、ステージ６は、例えばステージ６とチャンバ５とが相対的に上下動される等して、チャンバ５内からステージ６が取り出された状態とされている。

【0055】

この後、ノズルプラズマ装置１のチャンバ５が蓋体１１ａにて密封され、このチャンバ５内が略真空になるまで真空形成装置１１にて真空引きされる。この状態で、チャンバ５のガス供給口５ｅに取り付けられたメタルチューブ５ｆを介してガス供給口５ｅからエッチングガスＧがチャンバ５内に供給され、このチャンバ５内の圧力が所定の圧力に維持される。この後、低周波電源１０ａがオンされＬＦ印加部８に低周波電圧が印加されるとともに、高周波電源１０ｂがオンされ、ＲＦ印加板６ｄに高周波電圧が印加され、チャンバ５内に、ウェハＷに向かう方向に沿った電位傾斜が形成され、垂直な電界Ｅが形成される。

【0056】

また、スキャン機構６０により、ウェハホルダ６１が所定量、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動させられる。

【0057】

この結果、エッチングガスＧは、ＬＦ印加部８の本体部８ａを通過する際に、この本体部８に印加されている低周波電圧によってエッチングガスＧ中にマイクロプラズマＭを発生させ、このエッチングガスＧを構成するＣＦ４をイオン化およびラジカル化させ、多量のフッ素ラジカル（Ｆ）とＣＦ３イオンを発生させる。すなわち、このエッチングガスＧ中のＣＦ４がＣＦ３とＦとに分離（ＣＦ４＋ｅ→ＣＦ３＋Ｆ＋ｅ）されて、多量のフッ素ラジカル（Ｆ）とＣＦ３イオンが生成される。また、このフッ素ラジカルは、エッチングガスＧとともに、ガス供給口５ｅに取り付けられたノズル７の各ガス挿通孔７ｂを通過することによって吹き付け方向が略平行に整流され、略均等にウェハＷ上に吹き付けられる。

【0058】

さらに、ステージ６のＲＦ印加板６ｄに印加された高周波電圧によって、このＲＦ印可板６ｄの周囲にプラズマＰが発生され、このＲＦ印加板６ｄの周囲に上下方向に沿ったイオンシースとともに電界Ｅが形成される。この結果、ノズル７から吹き出されたエッチングガスＧがウェハＷ上に叩き付けられる直前で励起されてイオン化されたプラスイオン（ＣＦ３＋、Ａｒ＋）がウェハＷ上に垂直に叩き付けられ、ガス流とともに吹付けられたフッ素ラジカル（Ｆ）との相乗効果で、このウェハＷ上に設けられたレジストパターンを介して、ウェハＷがプラズマエッチング（異方性エッチング）される。

【0059】

すなわち、ＬＦ印加部８の本体部８ａと鍔状部８ｂで広い範囲に印加された低周波電圧と、ＲＦ印加板６ｄに印加された高周波電圧とによって、マイクロプラズマＭ由来のフッ素ラジカル（Ｆ）が多量に所定範囲を移動しているウェハＷ上に供給され、エッチングガスＧ中のＡｒ＋やＣ＋等のプラスの電荷を有するイオン（プラスイオン）がウェハＷ上に送られ、このウェハＷを構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）へのフッ素ラジカル（Ｆ）の反応がアシストされて高効率化され、このウェハＷ表面の単結晶シリコン結合（Ｓｉ－Ｓｉ）が切断されプラズマエッチングされていく。

【0060】

このとき、ウェハＷの表面においては、このウェハＷを構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）とフッ素ラジカル（Ｆ）とが反応（Ｓｉ［個体］＋４Ｆ→ＳｉＦ４［気体］）して、このウェハＷ表面のプラズマエッチングが進行していく。さらに、ウェハＷの表面においては、エッチングガスＧ中のＡｒやＣＦ４等が励起されてイオン化（Ａｒ＋、ＣＦ３＋）され、これらプラスイオンによるイオンアシストによって、ウェハＷを構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）とフッ素ラジカル（Ｆ）との反応が促進され、ウェハＷ表面のエッチング反応が促進され高速化される。

【0061】

この後、ウェハＷのエッチングが完了した後、チャンバ５の密封が解除され、例えばステージ６とチャンバ５とを相対的に上下動させる等して、チャンバ５内からステージ６を取り出し、このステージ６のＲＦ印加板６ｄ上に設置されているウェハＷを、搬送装置による引き戻し動作にてミニマルシャトル上に設置されてから、このミニマルシャトルが閉操作されてウェハＷが収容される。さらに、このウェハＷが収容されたミニマルシャトルを、前室２ｃのドッキングポートから取り外すことによって、ウェハＷが搬出される。この後、冷却ユニット９の駆動が停止されステージ６の冷却が停止される。

【0062】

上述のように、上記実施の形態のノズルプラズマ装置１においては、ステージ６のＲＦ印加板６ｄ上にウェハＷを設置させた状態でチャンバ５内を真空形成装置１１にて真空引きしつつ、ガス供給管５ｄからチャンバ５内へエッチングガスＧを供給する。この状態で、ガス供給管５ｄ内の先端側に取り付けられたノズル７からウェハＷへ吹き付けるエッチングガスＧ中にＬＦ印加部８に印加された低周波電圧による誘電体バリア放電によって高圧交流励起プラズマ（マイクロプラズマＭ）を発生させ、エッチングガスＧ中に多量のフッ素ラジカル（Ｆ）とＣＦ３イオンを発生させる。

【0063】

そして、この多量のフッ素ラジカルとＣＦ３イオンがエッチングガスＧとともにノズル７の各ガス挿通孔７ｂを通過することによって、吹き付け方向が略垂直方向に整流されるとともに、これらフッ素ラジカル、ＣＦ３イオンおよびエッチングガスＧの密度が略均一にされる。この後、ステージ６のＲＦ印加板６ｄに印加された高周波電圧によって、このＲＦ印加板６ｄ上に設置されたウェハＷ上およびその周囲に存在するエッチングガスＧ中に発生させたプラズマＰにてエッチングガス中のＣＦ４やＡｒ等を励起させるとともに、ウェハＷ上の垂直方向に電界Ｅを形性し、イオン化させたＣＦ３＋、Ａｒ＋とともにラジカル化させたフッ素ラジカル（Ｆ）を、ウェハＷの表面に略垂直に叩き込んでエッチングする構成とした。

【0064】

この結果、ＬＦ印加部８の本体部８ａに印加された低周波電圧によりガス供給管５ｄ内にマイクロプラズマＭを発生させることにより、ノズル７から噴出されるエッチングガスのガス流の効果によって、ウェハの表面まで効率良くフッ素ラジカル（Ｆ）を輸送でき、さらに、鍔状部８ｂに印加されたマイクロプラズマＭにより、より広い範囲にマイクロプラズマＭを届けされることができ、また、ノズル７のガス輸送効果も加わり、結果として、マイクロプラズマＭ由来のフッ素ラジカル（Ｆ）を多量にウェハＷ上に叩き付けることができる同時に、ステージ６のＲＦ印加板６ｄに印加された高周波電圧によって、エッチングガスＧ中のＣＦ４およびＡｒを励起させたＣＦ３＋やＡｒ＋等のプラスイオンをウェハＷ上に叩き付けることができる。よって、これらプラスイオンによるアシストのもと、ウェハＷを構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）へのフッ素ラジカルの反応、すなわちウェハＷ表面の単結晶シリコン結合（Ｓｉ－Ｓｉ）の切断（プラズマエッチング）を効率良くかつ高速に行うことができる。

【0065】

ここで、ステージ６のＲＦ印加板６ｄ上に設置されたウェハＷを、冷却ユニット９にて冷却するとともに、エッチングガスＧをウェハＷ上へ吹き付けるためのノズル７を、ＲＦ印加板６ｄから遠ざけたことにより、ガス供給管５ｄ内で発生させたマイクロプラズマＭがウェハＷに直接当たらなくなり、プラズマ照射によるレジストダメージが防止され、このガス供給管５ｄ内で発生させた多量のフッ素ラジカル（Ｆ）を、ノズル７からのエッチングガスＧの吹き出しとともに、ウェハＷ上に多量に吹き付けることができる。また同時に、この多量のフッ素ラジカルとともにエッチングガスＧをウェハＷ上に叩き付けてエッチングする際のウェハＷの温度上昇を適切に抑制でき、例えばウェハＷ上に積層させたレジストパターンの焼き付き等を防止できるから、このウェハＷをより精度良くエッチングすることができる。

【0066】

さらに、エッチングガスＧがノズル７の各ガス挿通孔７ｂを通過する際に、このエッチングガスＧの吹き付け方向が略平行とされて整流されるため、このノズル７にてエッチングガスＧおよびラジカルをウェハＷ上に略均等に叩き付けることができる。また、ステージ６のＲＦ印加板６ｄに印加された高周波電圧によって、このＲＦ印加板６ｄ上に設置されたウェハＷ上およびその周囲に存在するエッチングガスＧ中にプラズマＰを発生させ、エッチングガスＧをウェハＷに叩き付ける直前の位置で、エッツングガスＧを効率良く励起させてイオン化およびラジカル化できる。よって、ノズル７からウェハＷへ吹き付けるエッチングガスＧをより効率良くイオン化およびラジカル化できるから、比較的小さなハーフインチサイズのウェハＷであっても精度良くエッチングすることができる。

【0067】

また、直線状の複数のガス挿通孔７ｂが平行に等間隔に設けられて構成されたノズル７を用いることにより、このノズル７の各ガス挿通孔７ｂを通過したエッチングガスＧの密度を略均一にでき、このエッチングガスＧをウェハＷへ均等に吹き付けることができるから、比較的簡単な構成のノズル７を用い、ウェハＷを精度良くエッチングすることができる。
［本発明の実施の形態２］
以下、本発明の実施の形態２を図６～図９に基づいて説明する。

【0068】

なお、本実施の形態では、前記した実施の形態１と異なるものについてのみ説明し、前記した実施の形態１と同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略する。

【0069】

図６は、本発明の実施の形態２に係るノズルプラズマ装置を示す概略図ある。図７は、同実施の形態のノズルプラズマ装置のステージを示す上面図、図８は、図７のＡ－Ａ断面でステージプラズマ発生部が下方位置にある状態を示す図、図９は、図７のＡ－Ａ断面でステージプラズマ発生部が上方位置にある状態を示す図である。
＜ステージ＞
図６～９に示すように、本実施の形態のノズルプラズマ装置１０１におけるステージ１０６は、チャンバ５内に収容されつつ、このチャンバ５の上下方向に軸方向を沿わせつつ、このチャンバ５の開口部５ｃの鉛直下に設置されている。すなわち、このステージ１０６は、ＲＦ印可板１０６ｄを、チャンバ５のガス供給口５ｅに対し同心状に位置させつつ、このガス供給口５ｅから所定間隔ほど下方に間隔を空けた位置に設置されている。すなわち、このステージ１０６は、チャンバ５のガス供給口５ｅからノズル７を介して吹き出してくるおそれのあるマイクロプラズマＭが、ステージ１０６上のＲＦ印加板１０６ｄへ直接当たらない程度の間隔を空けてチャンバ５内に取り付けられている。

【0070】

なお、図６～図８に示すように、ステージ１０６に設けられた、ウェハＷの周縁部Ｗ１を載置して当該ウェハＷを保持するウェハホルダ１６１が、ウェハＷの周縁部Ｗ１の全周を載置するように構成されていても良い。このようになっていると、複数本の爪でウェハＷの周縁部Ｗ１を保持するパターンに比べて、安定してウェハＷを保持することができる。また、ウェハの全周を保持しているため、ウェハとステージの間の間隙をなくしてＲＦですることができる。

【0071】

具体的に、ステージ１０６は、略円筒形状の本体部１０６ａを備え、この本体部１０６ａの軸方向を上下方向に沿わせた状態で設置されている。この本体部１０６ａの上端面は、開放された円盤状となっており、その周縁部がウェハＷの周縁部を載置する載置部となっている。また、この本体部１０６ａの内部で載置部１０６ｃの下方には、閉塞されて平坦な円盤状の設置面を有するＲＦ印加板１０６ｄが設けられている。この設置面上にウェハＷが設置される構成とされており、図８と図９に示すように、ＲＦ印加板１０６ｄが上下動するようになっている。そして、図９に示すように、ＲＦ印加板１０６ｄが上方位置となったときに、載置部１０６ｃの間隙からＲＦ印加板１０６ｄの設置面がウェハＷの下面に当接するようになっている。すなわち、ＲＦ印加板１０６ｄの設置面は、ウェハＷの外径寸法より若干小さな外径寸法に形成され、載置部１０６ｃがこのウェハＷの外径寸法より若干大きな径寸法を有するようになっている。また、本体部１０６ａは、ウェハＷの周縁部の全周を載置するようになっており、かつ、ＲＦ印加板１０６ｄの側面を全周覆って外部、特に上側の外部に繋がらないように構成されている。このため、ＲＦ印加板１０６ｄで発生させたプラズマＰがＲＦ印加板１０６ｄの裏側に回ったりすることがないように構成されている。

【0072】

なお、前記した各実施の形態のように、ＬＦ印加部８と共に、ステージ６，１０６上に設置されるウェハＷに高周波電圧を印加するＲＦ印加板６ｄ，１０６ｄが設けられた構成とは異なり、ＲＦ印加板６ｄ，１０６ｄがなく、高圧交流励起プラズマのみでウェハＷをプラズマエッチングするようになっていても良い。すなわち、ステージ６，１０６は、設置面上に絶縁板が設置され、この絶縁板上にウェハＷが設置される構成となっていても良い。
＜その他＞
なお、上記各実施の形態では、少なくともＬＦ印加部８への低周電圧の印加を用いて、レジストパターンが積層されたウェハＷをエッチングする構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されることはなく、レジストパターンが積層された単結晶シリコン構造のウェハＷ以外であっても、対応させて用いることができる。

【0073】

また、チャンバ５に対してノズル供給管５ｄを移動可能とし、このノズル供給管５ｄを水平方向に走査してウェハＷをスキャンする構成としたり、ノズル供給管５ｄを大口径とし、複数のノズル７を取り付けてエッチングガスＧを整流する構成としたりすることにより、ハーフインチサイズのミニマルウェハより大きな大口径ウェハであっても対応させて用いることができる。

【符号の説明】

【0074】

１，１０１
ノズルプラズマ装置
５ チャンバ
５ａ チャンバ本体
５ｂ 上板
５ｃ 開口部
５ｄ ガス供給管（ガス供給部）
５ｇ 絶縁部材
５ｈ 固定部材
５ｉ 上部材
５ｊ 下部材
５ｋ 突起部
６，１０６ ステージ
６ａ，１０６ａ 本体部
６ｄ，１０６ｄ ＲＦ印加板（ステージプラズマ発生部，プラズマ発生部）
７ ノズル
８ ＬＦ印加部（ノズルプラズマ発生部，プラズマ発生部）
８ａ 本体部
８ｂ 鍔状部
９ 冷却ユニット（冷却部）
６０ スキャン機構
Ｇ エッチングガス
Ｍ マイクロプラズマ
Ｐ プラズマ
Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】