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発明の名称 半導体製造用エッチング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−8012
公開日 平成9年(1997)1月10日
出願番号 特願平7−178099
出願日 平成7年(1995)6月21日
代理人
発明者 野上 洋一
要約 目的
カーボン電極の温度を常に一定に保ち、カーボン電極からプラズマ中へのカーボンの供給量を一定に制御し、エッチングプロセスを安定化することができる半導体製造用エッチング装置を提供する。

構成
リアクターチャンバ1内にカーボン電極2を備え、このカーボン電極冷却用の冷却装置11とこの冷却装置用の制御装置14とを有するエッチング装置において、カーボン電極2の温度を直接検出するための温度センサー3と、この温度センサーに対するカーボン電極2以外の部分からの熱的影響を防止するために上記温度センサー3の外周部を覆う断熱材4とを設け、上記温度センサー3とCPU14を連結して該センサー3の検出出力に基づいて冷却装置11を制御するように構成した。
特許請求の範囲
【請求項1】 リアクターチャンバ内にカーボン電極を備え、このカーボン電極冷却用の冷却装置と、この冷却装置用の制御装置とを有するエッチング装置において、カーボン電極の温度を直接検出するための温度センサーと、この温度センサーに対するカーボン電極以外の部分からの熱的影響を防止するために上記温度センサーの外周部を覆う断熱材とを設け、上記温度センサーと制御装置とを連結して該温度センサーの検出出力に基づいて上記冷却装置を制御するように構成したことを特徴とする半導体製造用エッチング装置。
【請求項2】 前記カーボン電極はアモルファスカーボンからなることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造用エッチング装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上に薄膜パターンを形成するためのエッチング装置に関する。より詳しくは、アモルファスカーボン電極を使用した半導体製造用エッチング装置のカーボン電極冷却手段に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSIやトランジスタ等の半導体製造過程において、ウエハ表面上に形成された薄膜(金属電極膜や絶縁酸化膜等)の全面または特定した場所を必要な厚さだけエッチングするために反応性ガスプラズマ中のラジカルと反応性イオンの相乗効果でエッチングするエッチング装置(RIE)が使われている。このようなエッチング装置においては、リアクターチャンバ内にアモルファスカーボン等からなる上部電極(カーボン電極)とそれに対向してウエハをセットした下部電極を設け、反応ガスとして、CF4,CHF3,Ar等を所定の圧力でチャンバ内に供給する。この状態で、カーボン電極に高周波電力を印加して、カーボン電極と下部電極間にプラズマ領域を形成し、下部電極上のウエハをプラズマ中のラジカルや反応性イオンとの化学反応によりエッチングする。このようなエッチング装置においては、リアクターチャンバ内の温度を一定に保ってエッチング条件を一定に維持するためにカーボン電極の上部に冷却器を設け、この冷却器に恒温槽(冷凍機)で一定の温度(例えば25°C)に制御された冷媒(冷却水)を循環させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来のエッチング装置においては、冷媒(冷却水)の温度を恒温槽内で検出し、この温度が一定になるように冷凍機を駆動して冷却水の温度制御を行い、特に、カーボン電極の温度を一定に制御することは行われていなかった。このため図2のラインbで示すように、エッチングの処理時間が長くなると、プラズマ放電によりカーボン電極自体の温度が上昇し、カーボン電極からプラズマ中へのカーボン供給量が増加する。これにより、カーボンがウエハ上へ堆積する割合が高くなるため、図2のラインaで示すようにエッチング速度が低下し、エッチングレートとともにウエハ表面のエッチングの均一性、エッチング選択性の変動をロット内で来していた。このため、エッチング条件が変化し、膜厚や形状が不均一となりデバイス特性に影響を与えていた。
【0004】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、カーボン電極の温度を常に一定に保ち、カーボン電極からプラズマ中へのカーボンの供給量を一定に制御し、エッチングプロセスを安定化することができる半導体製造用エッチング装置の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明では、リアクターチャンバ内にカーボン電極を備え、このカーボン電極冷却用の冷却装置とこの冷却装置用の制御装置とを有するエッチング装置において、カーボン電極の温度を直接検出するための温度センサーと、この温度センサーに対するカーボン電極以外の部分からの熱的影響を防止するために上記温度センサーの外周部を覆う断熱材とを設け、上記温度センサーと制御装置とを連結して該温度センサーの検出出力に基づいて冷却装置を制御するように構成したことを特徴とする半導体製造用エッチング装置を提供する。
【0006】好ましい実施例においては、カーボン電極はアモルファスカーボンからなることを特徴としている。
【0007】
【作用】カーボン電極の温度を温度センサーで直接検出し、この検出温度に基づいてカーボン電極温度が一定になるように制御装置(CPU)により冷却装置(恒温槽)の駆動を制御して冷媒(冷却水)の温度を制御する。これにより、カーボン電極の温度を変化しないよう常に一定に保つことができ、カーボン電極からプラズマ中へのカーボンの供給量が変化せず常に一定に制御される。このため、カーボンのウエハへの堆積とエッチングがバランスがとれ安定化し、エッチング速度が常に一定となり、エッチングの均一性や、選択性等がロット内で変動しなくなる。
【0008】
【実施例】図1は本発明に係わるエッチング装置の構成図である。リアクターチャンバ1の上部にアモルファスカーボン電極2が設けられる。カーボン電極2に接してこのカーボン電極2の温度を直接検出するための温度センサー3が設けてある。温度センサー3はカーボン電極2以外の温度を感知することを防止するための断熱材4で覆われている。カーボン電極2の上部にはこのカーボン電極2の温度を一定に保つための冷却器5が設けてある。この冷却器5には恒温槽11からの冷媒(冷却水)が冷媒入口12から矢印のように流入し、冷媒出口13から矢印のように流出して恒温槽11に戻り循環している。なお、この冷却器5は実際にはカーボン電極2に接して設けられる。エッチング処理時間が長くなり、カーボン電極の温度が上昇すると、温度の上昇の変化はカーボン電極2上の温度センサー3で直接検出されCPU14により冷媒(冷却水)の温度設定が演算され、このCPU14の情報に基づき、恒温槽11が駆動手段15により駆動され冷媒(冷却水)の温度は演算された設定温度に下げられるので、カーボン電極2の温度は常に一定に保たれる。
【0009】リアクターチャンバ1の下側にはカーボン電極2に対向して下部電極6が設けられ、その上にエッチングされるウエハ7がセットされる。カーボン電極2には高周波電力が印加され、カーボン電極2と下部電極6の両電極間にプラズマ形成領域10が形成される。これにより、カーボン電極2のカーボンはカーボンプラズマ9となり矢印のように放出される。リアクターチャンバ1内には反応ガス供給口(図示省略)が設けられ、反応ガス8は矢印のようにチャンバ内を上から下へ流れる。このリアクターチャンバ1には反応ガス供給口とともに真空吸引口があるが本図では省略されている。
【0010】例えば、上記エッチング装置でシリコン基板上のシリコン酸化膜(SiO2)上にコンタクトホールを形成する場合には、シリコン酸化膜上にレジストを塗布し、反応ガスとしてCF4:60SCCM,CHF3:60SCCM,Ar:900SCCMをリアクターチャンバ内に導入し、カーボン電極に750W高周波電力を印加し、リアクターチャンバ内の真空圧力を1.7Torrとして、レジストパターンに基づいてシリコン酸化膜をエッチングする。
【0011】前述のように、エッチング処理中において冷媒(冷却水)の温度が恒温槽11でカーボン電極2の温度上昇に対応して変えられるため、カーボン電極2の温度は変化することなく常に一定に保たれる。このため、プラズマ中のカーボンの量は変化せず一定となるため、エッチング速度が一定となり、エッチング処理時間に関係なく安定したエッチング処理が行われる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる半導体製造用エッチング装置においては、エッチング処理時間が長くなってもカーボン電極の温度は変化することなく常に一定に保たれる。これにより、プラズマ中へのカーボンの供給量が安定化されるので、エッチング速度が一定になり、ウエハ表面のエッチングの均一性が図られ、異方性や、選択性等のエッチング特性がロット内で安定化する。このため、エッチング形状、膜厚等のエッチングプロセスが安定した一定の状態でおこなわれ、常に一定の特性を有する半導体製品が得られる。




 

 


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