JP3531466B2 - 半導体装置の製造装置 - Google Patents
半導体装置の製造装置Info
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Description
装置に係わり、特に均一性に優れたプラズマ利用による
プラズマエッチング処理、成膜処理等のための部材を有
する半導体装置の製造装置に関するものである。
示す(特開平7−14822号公報)。図11について
は、プラズマ反応室101を有し、プラズマ反応室10
1の底部に設置された下部電極102の上にウェーハ1
03を設置し、プラズマ反応室101の上部に、ガス導
入管104と分散板105とを備えた対向電極106を
有している。また、プラズマ反応室101は複数の排気
口107を備え、排気口107は真空ポンプに接続され
ており、プラズマ反応室101を真空状態に保つ。ま
た、エッチングガスはガス導入管104から分散板10
5を通じてプラズマ反応室101内に供給される。ま
た、対向電極106に高周波電源108を印加すること
でプラズマ反応室101内にプラズマを生成しプラズマ
エッチング処理等を行う。
プラズマ反応装置の構成では、ウェーハ上方から反応ガ
スが供給され、反応ガスがプラズマ中を通過する時間が
長くなるため、プラズマによる反応ガスの解離が促進さ
れる。その結果、エッチング処理に関しては、半導体装
置の製造に用いるパターンマスクであるレジスト膜のエ
ッチング速度が速くなり、レジスト膜のエッチング速度
と酸化膜などの被エッチング膜のエッチング速度の比で
ある対レジスト選択比は2〜3となり、高い対レジスト
選択比を必要とするエッチングが困難である。
底部から反応ガスを導入するエッチング装置を用いた場
合について、ウェーハ面内でのエッチング速度の均一
性、および対レジスト選択比とその面内均一性を改善
し、エッチングガス種および被エッチング膜種の違いに
も対応できる、ガス導入孔位置を変更できる部材を有し
た半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
に本発明の半導体装置の製造装置の供給する部材は、装
置固定のガス導入孔のガス孔の位置を変更できる機構を
有している。
量およびガス密度を均一化し、生成されるプラズマのエ
ッチング特性のウェーハ面内分布を均一化し、被エッチ
ング膜種およびガスの種類に対して最適化し、均一なエ
ッチング速度と対レジスト選択比の特性が得られる。
された反応室固定の複数のガス導入孔に対して、一部の
ガス孔は前記のガス導入孔位置に完全に一致したままで
残りのガス孔を塞いだガス導入板を使用し、前記ガス導
入板のガス孔の塞ぐ位置を変更することで、被エッチン
グ膜種およびエッチングガスの種類に対してプラズマ反
応室内のガス流量およびガス密度を均一化し、エッチン
グ速度と対レジスト選択比のウェーハ面内均一性を向上
させる作用を有する。
された反応室固定の複数のガス導入孔と、前記のガス導
入孔部を完全に覆い、かつ、前記ガス導入孔を連結させ
る溝を備え、溝のある面に対して逆の面に溝とつながっ
た複数のガス孔を備えたガス導入板を使用して、前記ガ
ス導入板のガス吹き出し位置を任意に変えることで、プ
ラズマ反応室内のガス流量およびガス密度を均一化し、
エッチング速度と対レジスト選択比のウェーハ面内均一
性を向上させる作用を有する。
ス孔の位置に粗密をつけたガス導入板を使用して、前記
ガス導入板を回転または交換しガス吹き出し位置を任意
に変えることで、プラズマ反応室内のガス流量およびガ
ス密度を均一化し、エッチング速度と対レジスト選択比
のウェーハ面内均一性を向上させる作用を有する。
倍とした複数のガス孔を備えたガス導入板を使用し、前
記ガス導入板を回転または交換しガス吹き出し位置を任
意に変えることで、プラズマ反応室内のガス流量および
ガス密度を均一化し、エッチング速度と対レジスト選択
比のウェーハ面内均一性を向上させる作用を有する。
変更できる円形状のガス導入板を使用し、前記ガス導入
板を回転させ、ガス吹き出し位置を任意に変えること
で、被エッチング膜種およびエッチングガスの種類に対
してプラズマ反応室内のガス流量およびガス密度を均一
化し、エッチング速度と対レジスト選択比のウェーハ面
内均一性を向上させる作用を有する。
コン、窒化アルミを素材としたガス導入板を使用し、前
記ガス導入板の耐エッチング性を強化し、前記ガス導入
板がエッチングされることによるパーティクルを減ら
し、前記ガス導入板の寿命を伸ばす作用を有する。
を素材とした石英リングで、上面と下面に貫通した孔の
ない前記石英リングを使用し、前記石英リングを突き上
げるための突き上げピンの上部がエッチングによって削
れないため、突き上げピンの使用寿命を伸ばし、パーテ
ィクルを抑える作用を有する。
の第1の実施の形態について、図面を参照しながら説明
する。
ッチング装置の構成断面図を示すものである。
には、プラズマ誘導コイル21が何重にも取り巻かれて
いる。プラズマ誘導コイル21の一端には第1の高周波
電源22が電気的に接続されており、他端は接地されて
いる。プラズマ反応室11の底部に下部電極12が設置
されており、下部電極12には第2の高周波電源23が
電気的に接続されている。プラズマ反応室11の上部に
は上部電極15が配置されており、上部電極15は下部
電極12との対向電極である。下部電極12の上部には
ウェーハ13が設置されている。
くにあり、装置に固定されている複数のガス導入孔14
からエッチングガスをプラズマ反応室11内に誘導す
る。プラズマ反応室11底部の外周一端には排気口19
が接続され、排気口19には真空ポンプ20が接続され
ている。
1の底部をエッチングから守るために、石英を素材と
し、下部電極12部分を除きプラズマ反応室11底部を
覆ったベースプレート24が設置されている。ベースプ
レート24には、一部の孔は塞がれ残りは完全にガス導
入孔14の位置に一致したガス孔25を有している。ガ
ス導入位置および個数は、ガス孔の塞ぎ位置を変更する
ことで変更可能である。
置され、石英リング16上部には、シリコンリング17
が設置されている。石英リング16とシリコンリング1
7は、プラズマ反応室11の底部にある複数の突き上げ
ピン18で、ベースプレートの孔を通して突き上げられ
ることにより上下移動可能である。
とガス導入孔14との上面図および断面図を示す。ベー
スプレート24の上面図に示す二重丸は、ベースプレー
ト24のガス孔25とプラズマ反応室11に固定されて
いるガス導入孔14であり、それらが完全に一致してい
ることを示している。ベースプレート24上面図に示す
破線の丸は、ベースプレート24のガス孔25は無く、
プラズマ反応室11のガス導入孔14のみの場所を示し
ている。従って、ガス孔25の塞ぎ位置を変更すること
でプラズマ反応室11へのガス導入位置の変更が可能で
ある。
ついて、以下、その動作を説明する。
応室11内の下部電極12上に運搬される。次に、プラ
ズマ反応室11内が真空ポンプ20によって10mTo
rr程度の真空度に保たれる。次に、ウェーハ13と下
部電極12とが静電結合され、ウェーハ13が下部電極
12に固定される。
チングガスが底部のウェーハ近傍のガス導入孔14とベ
ースプレート24の塞いだガス孔25以外のガス孔25
を通じてプラズマ反応室11内に50から150scc
m程度導入される。次に、プラズマ誘導コイル21に第
1の高周波電源22により2.0MHzで2000W程
度の電力を印加しプラズマ反応室11内にプラズマを発
生させる。また、下部電極12に第2の高周波電源23
により1.8MHzで1200W程度の電力を印加して
異方性エッチングを促しプラズマエッチングを行う。
スプレート24の一部のガス孔25を塞ぎ、ガス噴き出
し箇所を変更し最適化することで、ガス排気などで局所
的に偏ったプラズマ反応室11内のガス流量およびガス
密度を緩和し、プラズマによるガスの解離度を均一化し
て、ウェーハ面内でのエッチング速度および面内での対
レジスト選択比の均一性を改善することができる。
3(d)にベースプレート24と、ベースプレート24の
ガス孔25と、ガス孔25の塞ぎ位置と、排気口19の
位置関係についての4つの例を示す。エッチングガスと
しては、C4F8、CH2F2、Ar、COの混合ガスであ
り、流量比は、1:1.5:2.5:3.5とし、レジ
ストをマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしてい
る。
(c)、図3(d)のガス孔25の塞ぎ位置に対するエッチ
ング速度の変化を示す。図4(a)の縦軸は、図3(a)の
エッチング速度を1として規格化している。これより、
図3(b)のようにガス排気口19位置に対して、ガス排
気口19側のガス孔25を2孔閉じるとエッチング速度
は40%程度遅くなる。
(c)、図3(d)のガス孔25の塞ぎ位置に対するエッチ
ング速度の均一性の変化を示す。図4(b)の縦軸は、図
3(a)のエッチング速度の均一性を1として規格化して
いる。また、縦軸が大きくなるほど均一性が悪くなるこ
とを示している。これより、図3(b)または図3(c)の
ようにガス排気口19位置に対して、ガス排気口19側
またはガス排気口19逆側のガス孔25を2孔閉じると
エッチング速度の均一性は60%程度悪くなる。
(c)、図3(d)のベースプレート24のガス孔25の塞
ぎ位置に対する対レジスト選択比の変化を示す。図4
(c)の縦軸は、図3(a)の対レジスト選択比を1として
規格化している。これより、図3(b)のようにガス排気
口19位置に対して、ガス排気口19側のガス孔を2孔
閉じると対レジスト選択比は10%程度に悪くなる。一
方、図3(d)のようにガス排気口19と逆側のガス孔2
5を1孔閉じると対レジスト選択比は10%程度向上す
る。また、図3(d)のガス孔25の塞ぎ位置は、ガス排
気口19を上にして左としたが右としても同様の結果と
なる。
(c)、図3(d)のベースプレート24のガス孔25の塞
ぎ位置に対する対レジスト選択比の均一性の変化を示
す。図4(d)の縦軸は、図3(a)の対レジスト選択比の
均一性を1として規格化している。また、縦軸が大きく
なるほど均一性が悪くなることを示している。これよ
り、図3(b)のようにガス排気口19位置に対して、ガ
ス排気口19側のガス孔を2孔閉じると対レジスト選択
比の均一性は50%程度悪くなる。一方、図3(c)のよ
うにガス排気口19と逆側のガス孔25を2孔閉じると
対レジスト選択比の均一性は30%程度向上する。ま
た、図3(d)のようにガス排気口19と逆側のガス孔2
5を1孔閉じると対レジスト選択比の均一性は40%程
度向上する。また、図3(d)のガス孔25の塞ぎ位置
は、ガス排気口19を上にして左としたが右としても同
様の結果となる。
おいて、図3(d)に示したように、ガス排気口19とガ
ス孔25の位置の構成(ガス排気口19からもっとも離
れた位置のガス孔を塞いだ構成)が、エッチング速度お
よび均一性に優れ、対レジスト選択比を向上し、対レジ
スト選択比の均一性を改善できる構成であった。
24の素材を石英としたが、窒化シリコン、炭化シリコ
ン、窒化アルミとしてもよい。
実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
ング装置の断面図を示すものである。図5の11〜25
の構成および動作は、第1の実施の形態に示した図1の
11〜25の構成および動作と同じであるため説明を省
略する。異なるのは、石英を素材としたガス導入板26
を設置していることである。以下に、ガス導入板26の
構成および動作を説明する。
図を示す。ガス導入板26はベースプレート24の上部
に設置し、ベースプレート24のガス孔25を完全に覆
ったリング状の部材である。また、図6の上面図に示し
たガス導入板26に沿った破線の2重丸(点線で囲まれ
たリング状の領域)は、ベースプレート24の全ガス孔
25を連結させるリング状の溝27である。また、溝2
7のある面に対して逆の面に溝27とつながった複数の
ガス吹き出し口28を備えている。これにより、ガス導
入板26を用いることで、プラズマ反応室11固定のガ
ス孔25を改造することなく、ガス吹き出し口28位置
を任意に変更することが可能となる。
導入板26のガス吹き出し口28を任意の位置に開ける
ことでガス吹き出し位置および個数を変更し、最適化す
ることで、ガス排気などで局所的に偏ったプラズマ反応
室11内のガス流量およびガス密度を緩和し、プラズマ
によるガスの解離度を均一化して、ウェーハ面内でのエ
ッチング速度および対レジスト選択比の均一性を改善す
ることができる。
口28位置に偏りを持たせたガス導入板26の例を示
す。ガス吹き出し位置は、所定の間隔をもって円周上に
形成されているが、プラズマ室のガスの量を少なくした
い位置にはガス吹き出し口の数を減らす構成である。図
7(b)にガス導入板26のガス吹き出し口28の大きさ
に偏りを持たせたガス導入板26の例を示す。この場合
は、プラズマ室のガスの量を少なくしたい位置のガス吹
き出し口の大きさを小さくした構成である。
変更によるエッチング速度および対レジスト選択比の均
一性の例として、前記第1の実施の形態に示した図3
(a)、(b)、(c)、(d)のベースプレート24をガス導
入板26に置き換え、ガス孔25をガス吹き出し口28
に置き換えることで、同様の効果を得られる。
ガス導入板26を回転することで、同一ガス導入板26
で容易にガス導入位置を変更でき、プラズマ反応室11
内のガス流量およびガス密度を均一化でき、エッチング
速度および対レジスト選択比の均一性を向上することが
できる。従って、図3(b)と図3(c)は同一のガス導入
板26で実現可能である。また、図3(d)の1つのガス
孔25の塞ぎ位置をガス排気口19に対して、全く逆側
の位置に移動も可能である。
ガス導入板26の底部にステッピングモーターを接続し
ガス導入板26の回転動作を遠隔で操作可能とすること
で、プラズマ反応室11を開閉することなく、ガス導入
位置を変更でき、最適化することで、ガス排気などで局
所的に偏ったプラズマ反応室11内のガス流量およびガ
ス密度を緩和し、プラズマによるガスの解離度を均一化
して、エッチング速度および対レジスト選択比の均一性
を改善することができる。
ガス導入板26の一例の上面図および断面図を示す。図
8は、回転を行うために溝27の外周または、内周に歯
車溝29が掘られており、歯車溝29にステッピングモ
ーター30の回転部を接続する。スッテピングモーター
30の回転部を回転させることにより歯車が回転しガス
導入板26が回転する。これにより、ガス排気などで局
所的に偏ったプラズマ反応室11内のガス流量およびガ
ス密度を緩和し、プラズマによるガスの解離度を均一化
して、エッチング速度および対レジスト選択比の均一性
を改善することができる。
6の素材を石英としたが、ガス導入板26の素材は窒化
シリコン、炭化シリコン、窒化アルミとしてもよい。
5のシリコンリング17は反応ガス中のフッ素成分を減
らし、レジストの削れを押さえて、対レジスト選択比を
向上させるために用いられている。そこで、エッチング
ガスにC4F8ガス、C5F8ガスなどのカーボンとフッ素
の組成比であるCF比(Fに対するCの量の比)が0.
5以上のガスを用いたエッチングの場合には、シリコン
リング17を除去しても対レジスト選択比はある程度得
ることができる。図9にシリコンリング17の有り無し
に対するエッチング特性の比較を行う。縦軸は、シリコ
ンリング17が有る場合を1として規格化している。
に対するエッチング速度の比較を示す。エッチング速度
はシリコンリング無しの方が10%程度速くなってい
る。
に対するエッチング速度の均一性の比較を示す。縦軸
は、値が大きいほど均一性が悪いことを示している。エ
ッチング速度の均一性はシリコンリング17が無い方が
30%程度よくなっている。
に対する対レジスト選択比の比較を示す。シリコンリン
グ17の有り無しに対して、特に、対レジスト選択比の
変化はない。
に対する対レジスト選択比の均一性の比較を示す。縦軸
は、値が大きいほど均一性が悪いことを示している。対
レジスト選択比の均一性はシリコンリング17が無い方
が25%程度悪くなっている。
向上させる場合には、シリコンリング17を除去するこ
とが有効である。また、対レジスト選択比を向上させる
場合には、シリコンリング17が有る方がよいことがわ
かる。
合には特に、図1および図2の石英リング16の上部に
孔の空いていない石英リング16を用いる。図10に上
部に孔の空いていない石英リング16の例を示す。
丸は、上部まで孔の空いていない突き上げピン18の入
る孔である。この石英リング16を用いることで、前記
石英リング16を突き上げるための突き上げピン18の
上部がエッチングによって削れないため、突き上げピン
18の使用寿命を伸ばし、パーティクルを抑えることが
できる。また、上部に孔の空いていない石英リング16
は、シリコンリングの有り無し両用とすることが可能で
ある。
導入孔の位置を変更することなくプラズマ室の所定の位
置にガスを導入することができるガス導入板を設けるこ
とにより、反応室のガス導入部の加工を必要とすること
なく、ガス導入位置を変更でき、反応室の構成、被エッ
チング膜種、エッチングガス種および処理条件が変更と
なっても、プラズマ反応室内のガス流量およびガス密度
を均一化でき、エッチング速度および対レジスト選択比
の均一性を向上することができる優れた半導体装置の製
造装置を実現できるものである。 (1)ベースプレートのガス孔の配置を局在させたり、
ガス吹き出し面積に分布を持たせることで、ガス排気な
どで局所的に偏ったプラズマ反応室11内のガス流量お
よびガス密度を緩和し、プラズマによるガスの解離度を
均一化して、エッチング速度および対レジスト選択比の
均一性を改善することができる。 (2)ガス導入板を用いることで、ガス導入位置を容易
に変更でき、上記の効果を得ることができる。 (3)ガス導入板を遠隔で回転させることでチャンバー
の真空度を破ることなく、容易にガス吹き出し位置を変
更し最適化できる。 (4)ガス導入板の素材を石英、窒化シリコン、炭化シ
リコン、窒化アルミとすることで、ガス導入板の寿命を
延ばし、パーティクルを減らすことができる。 (5)上面から下面まで貫通した孔を持たない石英リン
グを用いることで、石英リングを突き上げるピンをエッ
チングしないためパーティクルを抑えることができる。
装置の構成断面図
ートとガス導入孔と突き上げピンとの位置関係を示した
上面図および断面図
ートとガス孔とガス導入孔と排気口との位置関係を示し
た上面図
たガス孔と排気口位置関係の4つの例に対する、エッチ
ング速度および対レジスト選択比の均一性の特性図
を備えたエッチング装置の断面図
の上面図および断面図
し位置に偏りを持たせたガス導入板およびガス吹き出し
口の大きさに偏りを持たせたガス導入板の上面図
の溝の外周部に歯車溝を施したガス導入板の上面図およ
び断面図
ングの有り無しに対する、エッチング速度および対レジ
スト選択比の均一性の特性変化を示した特性図
グとベースプレートと突き上げピンとの位置関係を示し
た上面図および断面図
Claims (5)
- 【請求項1】 プラズマ反応室と、前記プラズマ反応室
内に固定された複数のガス導入孔と、上面からみたとき
に前記ガス導入孔の一部の孔が塞がれていると共に残り
は前記ガス導入孔の位置に一致したガス孔が設けられた
ベースプレートと、ガス排出口を備え、 前記ガス導入孔は前記ガス排出口からもっとも離れた位
置のガス孔を塞いだ構造とし、 前記ベースプレートは前記ガス導入孔の一部の孔を塞ぐ
構造によりガス導入位置及び個数を変更して前記ガス孔
の配置を局在させ、ガス吹き出し面積に分布を持たせる
ことを特徴とする 半導体装置の製造装置。 - 【請求項2】 プラズマ反応室と、前記プラズマ反応室
内に固定された複数のガス導入孔と、ガス孔が設けられ
たベースプレートと、ガス排出口を備え、 前記ベースプレートの上部に、 前記ベースプレートの全ガス孔を完全に覆うと共に前記
ベースプレートの全ガス孔を連結される溝と、前記溝の
ある面に対して逆の面に前記溝とつながった複数のガス
吹き出し口を有するガス導入板とを更に備え、 前記ベースプレートは前記ガス導入孔の一部の孔を塞ぐ
構造によりガス導入位置及び個数を変更して前記ガス孔
の配置を局在させ、ガス吹き出し面積に分布を持たせる
ことを特徴とする 半導体装置の製造装置。 - 【請求項3】 前記ガス導入板は、前記ガス吹き出し位
置に偏りを持たせていることを特徴とする請求項2記載
の半導体装置の製造装置。 - 【請求項4】 前記ガス導入板は、回転可能であってガ
ス導入孔位置を変更できる機構を有していることを特徴
とする請求項2記載の半導体装置の製造装置。 - 【請求項5】 前記ベースプレート及び前記ガス導入板
は、石英、窒化シリコン、炭化シリコン及び窒化アルミ
のうち少なくともいずれか一つからなる請求項2記載の
半導体装置の製造装置。
Priority Applications (1)
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JP07907198A JP3531466B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 半導体装置の製造装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP07907198A JP3531466B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 半導体装置の製造装置 |
Publications (2)
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JPH11274144A JPH11274144A (ja) | 1999-10-08 |
JP3531466B2 true JP3531466B2 (ja) | 2004-05-31 |
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ID=13679665
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1998
- 1998-03-26 JP JP07907198A patent/JP3531466B2/ja not_active Expired - Fee Related
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