JP2004103776A

JP2004103776A - 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004103776A
Application number: JP2002262719A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kawashima; 川嶋　光一; Michinari Yamanaka; 山中　通成; Akiyoshi Teratani; 寺谷　昭美; Shigenori Sakamori; 坂森　重則; Nobuo Fujiwara; 藤原　伸夫
Original assignee: Renesas Technology Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Renesas Technology Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】プラズマ装置における対向電極同士の間隔が変更される場合であっても、上部電極を交換することなく、生成されるプラズマ分布の中心位置がウェーハの中心位置とずれないようにする。
【解決手段】プラズマ反応室１１と、プラズマ反応室１１の上部に設けられた上部電極１３と、プラズマ反応室１１に上部電極１３と対向して設けられ、その主面上にウェーハ３０を保持する下部電極１５と、上部電極１３と下部電極１５との間隔を調整する支持部材２３とを備えている。上部電極１３には、外部からプラズマ反応室１１に導入されるガスを流通する複数の孔部１３ａが設けられており、プラズマ反応室１１には、上部電極に設けられた複数の孔部１３ａを選択的に開閉する孔塞ぎ具２４が設けられている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造装置に関し、特に、プラズマ反応室に生成されるプラズマをウェーハの上方において均一な状態とする半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来のプラズマエッチング装置について図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図１１は従来のＥＣＲプラズマエッチング装置の模式的な断面構成を示している。
【０００４】
図１１に示すように、プラズマ反応室１０１には、上部電極保持部材１０２に保持され、表裏方向に貫通する複数の孔部１０３ａが形成された上部電極１０３と、保持台１０４の上に保持されており、その上面にウェーハ１２０を載置して保持する下部電極１０５とが互いに間隔をおき且つ対向して設けられている。
【０００５】
上部電極１０３は第１の高周波電源１０６と電気的に接続され、下部電極１０５は第２の高周波電源１０７と電気的に接続されている。
【０００６】
プラズマ反応室１０１の上部には、上部電極保持部材１０２及び上部電極１０３を覆う蓋部材１０８が気密に設けられている。蓋部材１０８の内部には、ガス導入孔１０８ａが設けられており、その出口は上部電極１０３の上方に開口している。
【０００７】
蓋部材１０８の上で且つ上部電極１０３の中央部の上方には、電磁波を伝播する導波管１０９が設けられ、該導波管１０９の他端には電磁波発振機１１０が接続されている。
【０００８】
プラズマ反応室１０１の側面の下部には、その内部のガスを排気する排気口１１１が設けられており、該排気口１１１に設けられた排気ポンプ１１２により、プラズマ反応室１０１が真空状態に保たれる。
【０００９】
下部電極１０５を保持する保持台１０４は、その下部を支持部材１１３により支持されており、該支持部材１１３は、ウェーハ１２０の位置がプラズマ反応室１０１内に生成されるプラズマ密度に対して最適な位置となるように、保持台１０４を上下に移動させる構成を有している。
【００１０】
このような構成を持つＥＣＲプラズマエッチング装置の動作を簡単に説明する。
【００１１】
まず、ウェーハ１２０を下部電極１０５の上に保持し、その後、エッチングガスをガス導入孔１０８ａを通してプラズマ反応室１０１に導入すると共に、排気ポンプ１１２を稼働して、プラズマ反応室１０１内を所定の真空度になるまで排気する。続いて、電磁波発振機１１０に電力を印加するか、上部電極１０３に対して第１の高周波電源１０６により電力を印加するか、下部電極１０５に対して第２の高周波電源１０７により電力を印加するか、又はこれらの電力印加を２つ以上組み合わせて、プラズマ反応室１０１内にプラズマを生成することにより、ウェーハ１２０に対してプラズマエッチングを行なう。
【００１２】
一般に、ＥＣＲプラズマエッチング装置は、ウェーハ１２０の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と、プラズマによる反応ガスの解離が促進される。このため、上部電極１０３と下部電極１０５と間隔が比較的に大きい状態でエッチングを行なう場合には、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大きくなるため、レジスト膜のエッチング速度と酸化膜等の被エッチング膜のエッチング速度との比である対レジスト選択比の値は１以下となり、高い対レジスト選択比を必要とするエッチングが困難となる。
【００１３】
そこで、高い対レジスト選択比を必要とする場合は、図１１に示した従来のエッチング装置においては、上部電極１０３と下部電極１０５との間隔を小さくして、イオンの電子温度を上げることにより、対レジスト選択比の値を大きくすることが必要となる。
【００１４】
しかしながら、上部電極１０３と下部電極１０５との間隔を比較的小さくなるように変更すると、発生するプラズマの分布が変化するため、プラズマ分布がウェーハ１２０の中心部に集中してしまう。このため、上部電極１０３と下部電極１０５との間隔が大きい場合と比較してプラズマの均一性が悪化してしまう。
【００１５】
このように、上部電極１０３と下部電極１０５との間隔を変えることにより、可動範囲内の電極位置のすべてにわたって常に均一なプラズマを得ることができない。
【００１６】
また、プラズマ反応室１０１に生成されるプラズマの分布は、その中心位置がプラズマ反応室１０１の中心位置、すなわちウェーハ１２０の中心位置と一致するのが理想ではあるが、実際には排気口１１１の設定位置に依存して分布の中心位置がずれる。
【００１７】
上部電極１０３と下部電極１０５との間隔が比較的に小さい場合は、一般にプラズマ反応室１０１自体の容積も小さいため、排気口１１１によるプラズマの中心位置のずれの影響は小さいが、これに対し、上部電極１０３と下部電極１０５との間隔が比較的に大きい場合は、プラズマ反応室１０１自体の容積が大きくなるため、排気口１１１によるプラズマの中心位置のずれの影響が大きくなる。
【００１８】
このように、上部電極１０３と下部電極１０５との間隔を変えることにより、プラズマの均一性が悪化するという問題と、プラズマの中心位置がずれるという問題とが生じる。
【００１９】
これらの問題を解決するため、従来は、孔部１０３ａの配置位置がそれぞれに異なる複数の上部電極１０３を用意し、被エッチング膜の材料又はエッチングガス種等が変更されるごとに、すなわち上部電極１０３と下部電極１０５との間隔が変更されるごとに、孔部１０３ａを有する上部電極１０３を交換している。
【００２０】
【特許文献１】
特表平９−５０５６９０号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の微細加工が要求されるエッチングプロセスにおいては、多層膜を同一工程で処理することが要求され、高選択比を必要とするステップと、低選択比を必要とするステップとを連続で処理する必要が生じてきている。これにより、対向電極同士の間隔をステップごとに変更しなければならず、プラズマの均一性と所望の選択比とを両立する条件を見出すことは極めて困難であるという問題がある。
【００２２】
本発明は、前記従来の問題を解決し、プラズマ装置における対向電極同士の間隔が変更される場合であっても、上部電極を交換することなく、生成されるプラズマ分布の中心位置がウェーハの中心位置とずれないようにすることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置の製造装置に、該製造装置が備える対向電極のうちの一方に設けられた、ガスを流通させる複数の孔部を選択的に塞ぐことができる孔塞ぎ具を設ける構成とする。
【００２４】
具体的に、本発明に係る半導体装置の製造装置は、プラズマ反応室と、プラズマ反応室の内部に設けられた第１電極と、プラズマ反応室の内部に第１電極と対向して設けられ、その主面上にウェーハを保持する第２電極と、第１電極と第２電極との間隔を調整する間隔調整手段とを備え、第１電極には外部からプラズマ反応室に導入されるガスを流通する複数の孔部が設けられており、プラズマ反応室には第１電極の複数の孔部を選択的に開閉する孔塞ぎ具が設けられている。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造装置によると、間隔調整手段によって第１電極と第２電極との間隔を調整した際に、プラズマ分布がウェーハの中心部に集中したり、プラズマ分布の中心位置がウェーハの中心位置からずれたりしたとしても、反応室に第１電極の複数の孔部を選択的に開閉する孔塞ぎ具が設けられているため、該孔塞ぎ具を用いることにより、プラズマのウェーハ中心部への集中をその周辺部に拡散するように、又はプラズマ分布の中心位置がウェーハの中心位置と一致するように、孔部を選択的に開閉することができる。このため、プラズマ反応室におけるガスの流れの向き及びガス密度が均一化されるので、生成されるプラズマにおけるウェーハの面内分布が均一化される。その結果、ウェーハの面内のエッチング特性も均一となり、エッチング速度及び対レジスト選択比の特性が向上する。
【００２６】
本発明の半導体装置の製造装置において、第１電極の複数の孔部は同心円状に配置されており、孔塞ぎ具は同心円状に配置された複数の孔部のうちの１つの環状の孔部ごとに開閉可能に設けられていることが好ましい。
【００２７】
本発明の半導体装置の製造装置において、第１電極の複数の孔部は同心円状に配置されており、孔塞ぎ具は、同心円状に配置された複数の孔部のうち中心から１つの半径方向に位置する孔部ごとに開閉可能に設けられていることが好ましい。
【００２８】
本発明の半導体装置の製造装置において、孔塞ぎ具は複数の孔部のそれぞれが独立に開閉可能に設けられていることが好ましい。
【００２９】
本発明の半導体装置の製造装置において、孔塞ぎ具は、シリコン、石英、窒化シリコン、炭化シリコン、窒化アルミニウム又はポリイミドからなることが好ましい。
【００３０】
このようにすると、孔塞ぎ具の耐エッチング性が優れるため、孔塞ぎ具がエッチングされて生じるパーティクルが防止できると共に、孔塞ぎ具の寿命を伸ばすことができる。
【００３１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、プラズマ反応室と、プラズマ反応室の内部に設けられた第１電極と、プラズマ反応室の内部に第１電極と対向して設けられ、その主面上にウェーハを保持する第２電極とを有し、第１電極に外部から導入されるガスを流通する複数の孔部が設けられている半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法を対象とし、第１電極と第２電極との間隔を調整した後、ウェーハと第１電極との間に生成されるプラズマが均一となるように、第１電極の複数の孔部を選択的に塞ぐ第１の工程と、第１電極の複数の孔部を選択的に塞いだ状態で、ウェーハに対してエッチングを行なう第２の工程とを備えている。
【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法によると、第１電極と第２電極との間隔を調整した後、ウェーハと第１電極との間に生成されるプラズマが均一となるように、第１電極の複数の孔部を選択的に塞ぐ工程を備えているため、プラズマ反応室におけるガスの流れの向き及びガス密度が均一化されるので、生成されるプラズマにおけるウェーハの面内分布が均一化される。その結果、ウェーハの面内のエッチング特性も均一となり、エッチング速度及び対レジスト選択比の特性が向上する。
【００３３】
本発明の半導体装置の製造方法において、第１電極の複数の孔部は同心円状に配置されており、第１の工程において、第１電極の複数の孔部のうち少なくとも１つの同心円上に位置する孔部を塞ぐか、同心円の中心から少なくとも１つの半径方向に位置する孔部を塞ぐか、又は少なくとも１つの同心円上及び少なくとも１つの半径方向に位置する孔部を塞ぐことが好ましい。
【００３４】
この場合に、ウェーハには窒化シリコンからなる絶縁膜が形成されており、第１の工程において、第１電極と第２電極との間隔を相対的に小さくした場合には、第１電極の複数の孔部のうち少なくとも１つの内側の同心円上に位置する孔部を塞ぎ、第１電極と第２電極との間隔を相対的に大きくした場合には、同心円の中心からプラズマ反応室内のガスが排気される方向における半径方向に位置する孔部を塞ぐことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置であって、ＥＣＲプラズマエッチング装置の模式的な断面構成を示している。
【００３７】
図１に示すように、プラズマ反応室１１には、上部電極保持部材１２に保持され、表裏方向に貫通する複数の孔部１３ａが形成され、ガス分散板（シャワーヘッド）としても機能する第１電極としての上部電極１３と、保持台１４の上に保持されており、その上面にウェーハ３０を載置して保持する第２電極としての下部電極１５とが互いに間隔をおき且つ対向して設けられている。
【００３８】
上部電極保持材１２には、ＥＣＲプラズマを生成するための磁場を生成する磁石又はコイルが内蔵されている。
【００３９】
上部電極１３は、第１の高周波電源１６と電気的に接続され、下部電極１５は第２の高周波電源１７と電気的に接続されている。また、第１の高周波電源１６及び第２の高周波電源１７の他端はそれぞれ接地されている。
【００４０】
プラズマ反応室１１の上部には、上部電極保持部材１２及び上部電極１３を覆う蓋部材１８が気密に設けられている。蓋部材１８の内部には、ガス導入孔１８ａが設けられており、その出口は上部電極１３の上方に開口している。
【００４１】
蓋部材１８の上で且つ上部電極１３の中央部の上方には、電磁波を伝播する導波管１９が設けられ、該導波管１９の他端には、ＵＨＦ波を発振して出力する電磁波発振器２０が接続されている。ここで、上部電極１３における中央部分、すなわち導波管１９と対向する部分には孔部１８ａは設けられていない。
【００４２】
プラズマ反応室１１の側面の下部には、その内部のガスを排気する排気口２１が設けられており、該排気口２１に設けられた排気ポンプ２２により、プラズマ反応室１１が真空状態に保たれる。
【００４３】
下部電極１５を保持する保持台１４は、その下部を支持部材２３により支持されており、該支持部材２３はその高さが調整可能に設けられており、ウェーハ３０の位置がプラズマ反応室１１内に生成されるプラズマ密度に対して最適な位置となるように、保持台１４を上下に移動させる間隔調整手段として機能する。
【００４４】
本実施形態の特徴として、蓋部材１８における上部電極１３に形成された孔部１３ａとそれぞれ対向する位置に、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる孔塞ぎ具２４が設けられている。
【００４５】
孔塞ぎ具２４は、その蓋部材１８側に支持棒（図示せず）が取り付けられており、該支持棒はアクチュエータ（図示せず）によって上下に移動し、下方に移動させることによって、上部電極１３の各孔部１３ａを気密に塞ぐことができる。
【００４６】
ここで、孔塞ぎ具２４は、シリコンに代えて、使用するエッチングガスに対するエッチング耐性を有する材料であれば良い。例えば、フッ素系のエッチングガスを使用する場合には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はポリイミド等を用いることができ、塩素系のエッチングガスを使用する場合には、石英（ＳｉＯ_２　）、窒化シリコン（Ｓｉ_３　Ｎ_４　）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はポリイミド等を用いることができる。
【００４７】
以下、本実施形態に係る孔塞ぎ具の具体的な構成例を説明する。
【００４８】
（第１構成例）
図２（ａ）は本実施形態に係る孔塞ぎ具の第１構成例の平面構成を示している。図２（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００４９】
図２（ａ）に示すように、本実施形態に係る上部電極１３は、例えば、複数の孔部１３ａが同心円状に１０列で且つ１６本の放射状に形成されている。
【００５０】
第１構成例に係る孔塞ぎ具２４Ａは、上部電極１３における同心円状且つ放射状に位置する孔部１３ａのうちのそれぞれを環状に塞ぐように１０本の環形状をなしている。環形状を有する各孔塞ぎ具２４Ａはそれぞれ独立して上下に移動可能であり、また、エッチング処理中であっても、孔部１３ａを開閉することができる。
【００５１】
図２（ｂ）は孔塞ぎ具２４Ａが上部電極１３に形成された複数の孔部１３ａをすべて塞がない状態の断面構成を示し、図２（ｃ）は孔塞ぎ具２４Ａが上部電極１３に形成された同心円状且つ放射状の孔部１３ａのうち同心円状の内側の５列分を塞いだ状態の断面構成を示している。ここで、図２（ａ）は、図２（ｃ）に示した孔部１３ａを塞ぐ孔塞ぎ具２４Ａを便宜上、太線で示している。
【００５２】
（第２構成例）
図３（ａ）は本実施形態に係る孔塞ぎ具の第２構成例の平面構成を示している。図３（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００５３】
図３（ａ）に示すように、第２構成例に係る孔塞ぎ具２４Ｂは、上部電極１３に形成された１６本の放射状に延びるそれぞれの半径部分に位置する孔部１３ａを独立して塞ぐようにバー状を有している。バー状を有する各孔塞ぎ具２４Ｂはそれぞれ独立して上下に移動可能であり、また、エッチング処理中であっても、孔部１３ａを開閉することができる。
【００５４】
図３（ｂ）は孔塞ぎ具２４Ｂが上部電極１３に形成された複数の孔部１３ａをすべて塞がない状態の断面構成を示し、図３（ｃ）は孔塞ぎ具２４Ｂが上部電極１３に同心円状且つ放射状に形成された複数の孔部１３ａのうち放射状でガスの排気方向と一致する中心から半径方向に位置する部分を塞いだ状態の断面構成を示している。ここでも、図３（ａ）は、図３（ｃ）に示した孔部１３ａを塞ぐ孔塞ぎ具２４Ｂを便宜上、太線で示している。
【００５５】
（第３構成例）
図４（ａ）は本実施形態に係る孔塞ぎ具の第３構成例の平面構成を示している。図４（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、第３構成例に係る孔塞ぎ具２４Ｃは、上部電極１３に形成された複数の孔部１３ａのそれぞれを個々に塞ぐように島状を有している。島状を有する各孔塞ぎ具２４Ｃはそれぞれ独立して上下に移動可能であり、また、エッチング処理中であっても、各孔部１３ａを開閉することができる。
【００５７】
図４（ｂ）は孔塞ぎ具２４Ｃが上部電極１３に形成された複数の孔部１３ａをすべて塞がない状態の断面構成を示し、図４（ｃ）は塞ぎ具２４Ｃが上部電極１３に形成された１０本の同心円状且つ放射状の孔部１３ａのうち同心円状の内側の５列分と、放射状でガスの排気方向と一致する中心から半径方向に位置する部分とを塞いだ状態の断面構成を示している。ここでも、図４（ａ）は、図４（ｃ）に示した孔部１３ａを塞ぐ孔塞ぎ具２４Ｃを便宜上、太線で示している。
【００５８】
以下、前記の第３構成例に係る島状の孔塞ぎ具２４Ｃを備えたＥＣＲプラズマエッチング装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５９】
まず、図１に示すように、例えばシリコンからなるウェーハ３０をプラズマ反応室１１に設けられた下部電極１５の上に搬送する。続いて、プラズマ反応室１１の内部を排気ポンプ２２によって排気し、２Ｐａ程度の真空度に保つ。その後、ウェーハ３０と下部電極１５とが静電結合されて、ウェーハ３０は下部電極１５の上面に保持される。ここでは、図示はしていないが、ウェーハ３０上の被エッチング膜をシリコン窒化膜とする。
【００６０】
（第１のエッチング工程）
次に、窒化シリコンに対して高選択比が必要なプラズマエッチを行なう第１のエッチング工程を説明する。
【００６１】
まず、支持部材２３の高さを調整して、上部電極１３と下部電極１５との間隔を１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度に設定する。
【００６２】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、複数の島状の孔塞ぎ具２４Ｃのうち内側の５列分を下げることにより、その下側に位置する５列分の孔部１３ａを塞ぐ。図５（ａ）においては、便宜上、複数の孔塞ぎ具２４Ｃのうち孔部１３ａを塞いだ状態を太線で示している。
【００６３】
次に、ガス導入孔１８ａから、トリフロロカーボン（ＣＨＦ_３　）又は六フッ化イオウ（ＳＦ_６　）等のエッチングガスと、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスとの混合ガスを、１００ｍｌ／ｍｉｎ〜１２００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流速で、上部電極１３に形成された、塞がれていない各孔部１３ａを通してプラズマ反応室１０１に導入する。
【００６４】
次に、電磁波発振器２０により、導入されるガスに対して４５０ＭＨｚの周波数で２００Ｗ〜８００Ｗ程度の電力を印加し、さらに、第１の高周波電源１６により、上部電極１３に１３．５６ＭＨｚの周波数で２００Ｗ〜８００Ｗ程度の電力を印加して、プラズマ反応室１１にプラズマを発生させる。
【００６５】
同時に、第２の高周波電源１７により、下部電極１５に８００ｋＨｚの周波数で５０Ｗ〜１０００Ｗ程度の電力を印加することにより、異方性エッチングを促進しながら、シリコン窒化膜に対してプラズマエッチングを行なう。
【００６６】
（第２のエッチング工程）
次に、高エッチング選択比を必要とする第１のエッチング工程に続いて、エッチングが終了したウェーハ３０をプラズマ反応室１１に投入したまま、低エッチング選択比が必要なプラズマエッチを行なう第２のエッチング工程を説明する。
【００６７】
まず、支持部材２３の高さを調整して、上部電極１３と下部電極１５との間隔を９０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度に設定する。
【００６８】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、複数の島状の孔塞ぎ具２４Ｃのうち、ガスの排気方向と一致する中心から半径方向に位置する部分を下げることにより、その下側に位置する孔部１３ａを塞ぐ。図６（ａ）においても、便宜上、複数の孔塞ぎ具２４Ｃのうち孔部１３ａを塞いだ状態を太線で示している。
【００６９】
次に、ガス導入孔１８ａから、トリフロロカーボン（ＣＨＦ_３　）及び酸素（Ｏ_２　）等のエッチングガスと、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスとの混合ガスを、１００ｍｌ／ｍｉｎ〜１０００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流速で、上部電極１３に形成された、塞がれていない各孔部１３ａを通してプラズマ反応室１０１に導入する。
【００７０】
次に、電磁波発振器２０により、導入されるガスに対して４５０ＭＨｚの周波数で１００Ｗ〜８００Ｗ程度の電力を印加し、さらに、第１の高周波電源１６により、上部電極１３に１３．５６ＭＨｚの周波数で１００Ｗ〜８００Ｗ程度の電力を印加して、プラズマ反応室１１にプラズマを発生させる。
【００７１】
同時に、第２の高周波電源１７により、下部電極１５に８００ｋＨｚの周波数で５０Ｗ〜１２００Ｗ程度の電力を印加することにより、異方性エッチングを促進しながら、シリコン窒化膜に対してプラズマエッチングを行なう。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態によると、必要とされる選択比が異なるエッチング工程において、上部電極１３に設けられた複数の孔部１３ａを選択的に塞ぐことにより、ガスのウェーハ３０上への噴き出し位置をプラズマ分布に対して最適化することができる。このため、上部電極１３と下部電極１５との間隔及びガスの排気方向によってプラズマ反応室１１に生じるガスの流れと密度との局所的な偏りが緩和されて、プラズマによるガスの解離度が均一化される。その結果、ウェーハ３０の面内におけるエッチング速度及び対レジスト選択比の均一性を向上することができる。
【００７３】
（最適な塞ぎパターンの検証）
以下、本実施形態に係る孔塞ぎ具２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）を用いた上部電極１３の孔部１３ａの最適な塞ぎパターンを検証する。
【００７４】
図７（ａ）〜図７（ｃ）及び図８（ａ）〜図８（ｃ）は上部電極１３の孔部１３ａを塞ぐ５通りの塞ぎパターンを示している。ここで、孔塞ぎ具（図示せず）により塞がれている孔部１３ａは太線で表わしている。
【００７５】
図７（ａ）は上部電極１３に設けられた同心円状且つ放射状の複数の孔部１３ａをすべて開放した状態であり、この状態を第１パターン▲１▼と呼ぶ。
【００７６】
図７（ｂ）は複数の孔部１３ａのうち同心円状の内側部分（中央部分）を塞いだ状態であり、この状態を第２パターン▲２▼と呼ぶ。
【００７７】
図７（ｃ）は複数の孔部１３ａのうち同心円状の外側部分（周縁部分）を塞いだ状態であり、この状態を第３パターン▲３▼と呼ぶ。
【００７８】
図８（ａ）は同心円状且つ放射状の複数の孔部１３ａのうち、放射状で且つガスの排気方向と一致する中心から半径方向に位置する部分を塞いだ状態であり、この状態を第４パターン▲４▼と呼ぶ。
【００７９】
図８（ｂ）は複数の孔部１３ａのうち、放射状で且つガスの排気方向と反対側の半径方向に位置する部分を塞いだ状態であり、この状態を第５パターン▲５▼と呼ぶ。
【００８０】
図８（ｃ）は複数の孔部１３ａのうち、放射状で且つガスの排気方向と垂直な中心から半径方向に位置する部分を塞いだ状態であり、この状態を第６パターン▲６▼と呼ぶ。
【００８１】
なお、図７（ｂ）に示す第２パターン▲２▼及び図７（ｃ）に示す第３パターン▲３▼は、孔塞ぎ具２４の構成例のうち第１構成例又は第３構成例に示した構成により実施可能である。また、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す第４パターン▲４▼〜第６パターン▲６▼は、孔塞ぎ具２４の構成例のうち第２構成例及又は第３構成例に示した構成により実施可能である。
【００８２】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は上部電極１３と下部電極１５との間隔を約３０ｍｍに設定し、第１〜第６の各塞ぎパターン▲１▼〜▲６▼ごとに、シリコン窒化膜をレジストによりマスクしてエッチングを行なった場合のエッチングの均一性を比較したグラフである。図９（ａ）はシリコン窒化膜に対するエッチング速度の均一性を示し、図９（ｂ）はレジストに対するエッチング速度の均一性を示し、図９（ｃ）はシリコン窒化膜の対レジスト選択比の均一性を示している。ここで、図９（ａ）〜図９（ｃ）において、横軸は孔部１３ａの塞ぎパターン▲１▼〜▲６▼を表わし、縦軸は第１パターン▲１▼における均一性の値を１として規格化して表わしている。
【００８３】
図９（ａ）〜図９（ｃ）から分かるように、上部電極１３と下部電極１５との間隔が相対的に小さい場合には、図７（ｂ）に示す第２パターン▲２▼、すなわち同心円状に配置された複数の孔部１３ａのうち内側部分を塞ぐパターンが、シリコン窒化膜に対するエッチング速度の均一性、レジストに対するエッチング速度の均一性及びシリコン窒化膜の対レジスト選択比の均一性のいずれもが良好となる。なお、エッチングガスには、ＣＨＦ_３　、ＳＦ_６　、Ａｒ及びＯ_２　のうちのいずれか１つ、又は２つ以上を混合した混合ガスを用いている。
【００８４】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は上部電極１３と下部電極１５との間隔を約９０ｍｍに設定し、第１〜第６の各塞ぎパターン▲１▼〜▲６▼ごとに、シリコン窒化膜をレジストによりマスクしてエッチングを行なった場合のエッチングの均一性を比較したグラフである。図１０（ａ）はシリコン窒化膜に対するエッチング速度の均一性を示し、図１０（ｂ）はレジストに対するエッチング速度の均一性を示し、図１０（ｃ）はシリコン窒化膜の対レジスト選択比の均一性を示している。ここで、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）における横軸及び縦軸は図９の場合と同様であり、各縦軸は第１パターン▲１▼における均一性の値を１として規格化している。
【００８５】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）から分かるように、上部電極１３と下部電極１５との間隔が相対的に大きい場合には、図８（ａ）に示す第４パターン▲４▼、すなわち放射状に配置された複数の孔部１３ａのうちガスの排気方向と一致する中心から半径方向に位置する部分を塞ぐパターンが、シリコン窒化膜に対するエッチング速度の均一性、レジストに対するエッチング速度の均一性及びシリコン窒化膜の対レジスト選択比の均一性のいずれもが良好となる。なお、ここでもエッチングガスには、ＣＨＦ_３　、ＳＦ_６　、Ａｒ及びＯ_２　のうちのいずれか１つ、又は２つ以上を混合した混合ガスを用いている。
【００８６】
以上の検証結果から、前述した、レジストに対して高選択比が必要な第１のエッチング工程においては、同心円状に配置された複数の孔部１３ａのうち内側部分を塞ぐ構成を採ると、プラズマのウェーハの中心部への集中が緩和されて、プラズマ分布の均一性が良好となるため、エッチング速度の均一性及び対レジスト選択比の均一性を共に向上することができる。
【００８７】
また、前述した、レジストに対して低選択比が必要な第２のエッチング工程においては、放射状に配置された複数の孔部１３ａのうちガスの排気方向と一致する中心から半径方向に位置する部分を塞ぐ構成を採ると、プラズマ分布の中心位置がウェーハの中心位置と一致するようになるため、エッチング速度の均一性及び対レジスト選択比の均一性を共に向上することができる。
【００８８】
なお、図８（ａ）においては、放射状に配置された複数の孔部１３ａのうちガスの排気方向と一致する中心から半径方向に位置する部分を１つの半径部分としたが、エッチング条件によっては、該半径部分と隣接する複数の半径部分の孔部１３ａをも塞いでもよい。
【００８９】
また、本実施形態は、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本実施形態は、被エッチング膜に窒化シリコンを用いており、被エッチング膜の組成を窒化シリコンから他の材料に変えることによって、設定する対向電極同士の間隔が変わり、エッチングガス種も変わる場合があり、従って、上部電極１３の各孔部１３ａを塞ぐ最適な塞ぎパターンも変わってしまう場合がある。
【００９０】
このような場合には、最適な孔部１３ａの塞ぎパターンをそれぞれのエッチング条件に対して均一性が良好となるように変更すれば良い。
【００９１】
また、上部電極１３に形成する孔部１３ａの形成位置（開口パターン）は、本実施形態のように同心円状且つ放射状に限られず、格子状若しくは六方格子状、又は放射状とこれらを組み合わせたパターンであってもよい。
【００９２】
また、上部電極１３と下部電極１５とは必ずしも、プラズマ反応室１１の底面に対して垂直な方向で対向する必要はなく、底面に対して平行な方向で互いに対向する構成であってもよい。
【００９３】
また、エッチングガスには、本実施形態においては、ＣＨＦ_３　、ＳＦ_６　、Ａｒ及びＯ_２　を含む混合ガスを用いたが、被エッチング膜の膜種を変えることによって、エッチングガスのガス種を変えることが好ましい。例えば、ＣＦ_４　、ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８等を含むフロロカーボン（ＣＦ）系のエッチングガス、ＳＦ_６　等のフッ素（Ｆ）系のエッチングガス、Ｏ_２　、ＣＯ、ＣＯ_２　等の酸素（Ｏ）系のエッチングガス、及びＡｒ及びＨｅ等の不活性ガスのなかから適当に組み合わせた混合ガスを用いると良い。
【００９４】
さらに、本実施形態においては、プラズマ発生源に、電磁波励起電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）型プラズマを用い、該ＥＣＲを発生させる周波数帯にＵＨＦ帯を用いたが、その周波数帯はマイクロ波帯であってもよい。
【００９５】
また、プラズマ発生源はＥＣＲ型に限られず、対向電極を有する構成であれば良い。例えば、平行平板容量結合型反応性イオンプラズマ、２周波平行平板容量結合型反応性イオンプラズマ、誘導結合型プラズマ、マイクロ波プラズマ、ヘリコン波プラズマ、又は表面波プラズマ等のプラズマ発生源であればよい。
【００９６】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法によると、上部電極と下部電極との間隔を調整した場合に、プラズマ分布がウェーハの中心部に集中したり、またプラズマ分布の中心位置がウェーハの中心位置からずれたりしたとしても、孔塞ぎ具により、プラズマ分布をウェーハの周縁部に拡散したり、プラズマ分布の中心位置がウェーハの中心位置と一致するように、孔部を選択的に開閉することができる。これにより、プラズマ反応室におけるガスの流れの向き及びガス密度が均一化されるため、生成されるプラズマにおけるウェーハの面内分布が均一化されるので、ウェーハの面内のエッチング特性も均一となり、エッチング速度及び対レジスト選択比の特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置を示す模式的な構成断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における上部電極用の孔塞ぎ具の第１構成例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は孔塞ぎ具を動作させていない状態の断面図であり、（ｃ）は孔塞ぎ具を動作させた状態の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における上部電極用の孔塞ぎ具の第２構成例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は孔塞ぎ具を動作させていない状態の断面図であり、（ｃ）は孔塞ぎ具を動作させた状態の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における上部電極用の孔塞ぎ具の第３構成例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は孔塞ぎ具を動作させていない状態の断面図であり、（ｃ）は孔塞ぎ具を動作させた状態の断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における対向電極同士の間隔を相対的に狭くした場合の孔塞ぎ具の動作を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における対向電極同士の間隔を相対的に広くした場合の孔塞ぎ具の動作を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における孔塞ぎ具の塞ぎパターンを示す平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における孔塞ぎ具の他の塞ぎパターンを示す平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における対向電極同士の間隔を相対的に狭くした場合の塞ぎパターンごとにエッチング特性を比較したグラフであって、（ａ）はシリコン窒化膜のエッチング速度の均一性を示すグラフであり、（ｂ）はレジストのエッチング速度の均一性を示すグラフであり、（ｃ）はシリコン窒化膜の対レジスト選択比均一性を示すグラフである。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置における対向電極同士の間隔を相対的に広くした場合の塞ぎパターンごとにエッチング特性を比較したグラフであって、（ａ）はシリコン窒化膜のエッチング速度の均一性を示すグラフであり、（ｂ）はレジストのエッチング速度の均一性を示すグラフであり、（ｃ）はシリコン窒化膜の対レジスト選択比均一性を示すグラフである。
【図１１】従来のＥＣＲ型プラズマエッチング装置を示す模式的な構成断面図である。
【符号の説明】
１１　　　プラズマ反応室
１２　　　上部電極保持部材
１３　　　上部電極（第１電極）
１３ａ　　孔部
１４　　　保持台
１５　　　下部電極（第２電極）
１６　　　第１の高周波電源
１７　　　第２の高周波電源
１８　　　蓋部材
１９　　　導波管
２０　　　電磁波発振器
２１　　　排気口
２２　　　排気ポンプ
２３　　　支持部材（間隔調整手段）
２４　　　孔塞ぎ具
２４Ａ　　孔塞ぎ具
２４Ｂ　　孔塞ぎ具
２４Ｃ　　孔塞ぎ具
３０　　　ウェーハ

Claims

プラズマ反応室と、
前記プラズマ反応室の内部に設けられた第１電極と、
前記プラズマ反応室の内部に前記第１電極と対向して設けられ、その主面上にウェーハを保持する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間隔を調整する間隔調整手段とを備え、
前記第１電極には、外部から前記プラズマ反応室に導入されるガスを流通する複数の孔部が設けられており、
前記プラズマ反応室には、前記第１電極の複数の孔部を選択的に開閉する孔塞ぎ具が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
前記第１電極の前記複数の孔部は同心円状に配置されており、
前記孔塞ぎ具は、前記同心円状に配置された複数の孔部のうちの１つの環状の孔部ごとに開閉可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
前記第１電極の前記複数の孔部は同心円状に配置されており、
前記孔塞ぎ具は、前記同心円状に配置された複数の孔部のうち中心から１つの半径方向に位置する孔部ごとに開閉可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
前記孔塞ぎ具は、前記複数の孔部のそれぞれが独立に開閉可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
前記孔塞ぎ具は、シリコン、石英、窒化シリコン、炭化シリコン、窒化アルミニウム又はポリイミドからなることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置。
プラズマ反応室と、前記プラズマ反応室の内部に設けられた第１電極と、前記プラズマ反応室の内部に前記第１電極と対向して設けられ、その主面上にウェーハを保持する第２電極とを有し、前記第１電極に外部から導入されるガスを流通する複数の孔部が設けられている半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記第１電極と前記第２電極との間隔を調整した後、前記ウェーハと前記第１電極との間に生成されるプラズマが均一となるように、前記第１電極の複数の孔部を選択的に塞ぐ第１の工程と、
前記第１電極の複数の孔部を選択的に塞いだ状態で、前記ウェーハに対してエッチングを行なう第２の工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第１電極の前記複数の孔部は同心円状に配置されており、
前記第１の工程において、前記第１電極の複数の孔部のうち少なくとも１つの同心円上に位置する孔部を塞ぐか、前記同心円の中心から少なくとも１つの半径方向に位置する孔部を塞ぐか、又は少なくとも１つの同心円上及び少なくとも１つの半径方向に位置する孔部を塞ぐことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
前記ウェーハには窒化シリコンからなる絶縁膜が形成されており、
前記第１の工程において、
前記第１電極と前記第２電極との間隔を相対的に小さくした場合には、前記第１電極の複数の孔部のうち少なくとも１つの内側の同心円上に位置する孔部を塞ぎ、
前記第１電極と前記第２電極との間隔を相対的に大きくした場合には、前記同心円の中心から前記プラズマ反応室内のガスが排気される方向における半径方向に位置する孔部を塞ぐことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。