JP2012038753A

JP2012038753A - 半導体製造装置、電極、及び半導体製造装置のメンテナンス方法

Info

Publication number: JP2012038753A
Application number: JP2010174431A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Okamura; 美由紀岡村
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】半導体装置の製造における安定性を確保しつつ、製造コストの低減を図る。
【解決手段】上下に貫通する複数のガス通過孔６を有する上部電極２と、上部電極２と対向して設けられている下部電極４と、上部電極２を基準に下部電極４とは反対側に設けられ、ガス通過孔６へガスを導入するガス導入部５２と、を備え、上部電極２は、構成部品１０と構成部品２０を積層して構成されており、構成部品１０と構成部品２０は、互いに同一の形状を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置、電極、及び半導体製造装置のメンテナンス方法に関する。

半導体装置の製造工程の一つに、プラズマエッチング工程がある。プラズマエッチング工程には、キャビティと、キャビティ内に設けられた上部電極及び下部電極と、上部電極を通してキャビティ内にエッチングガスを供給するガス導入部と、により構成されるプラズマエッチング装置が用いられる。上部電極及び下部電極に電圧を印加しながら、上部電極に設けられたガス通過孔を通してキャビティ内にエッチングガスを供給することで、下部電極上に載置されたウェハがエッチングされる。

プラズマエッチング装置に関する技術は、例えば特許文献１〜３に記載のものが挙げられる。特許文献１に記載の技術は、上部電極の接地容量を可変とし、アノード側電極にデポ膜が形成されることを防止するというものである。特許文献２に記載の技術は、電極を構成するクーリングプレートの孔径を、カバー電極の孔径よりも大きくするというものである。特許文献３に記載の技術は、ガスが通過する貫通孔の数を可変とし、供給される材料ガスの量を制御するというものである。

特開２００７−２６６５３４号公報特開２００６−３０３２６３号公報特開平６−３１８５６９号公報

プラズマエッチング工程において、ウェハ上に均一にエッチングガスを供給するため、上部電極に設けられた複数のガス通過孔の径が均一であることが求められる。しかし、エッチングガスの供給により、上部電極に設けられたガス通過孔は消耗し、拡大する。また、ガス通過孔が消耗する程度は、上部電極を上から見た場合におけるそのガス通過孔の平面位置によって異なる。このため、均一なエッチングガスの供給を維持するには、上部電極を交換することが求められる場合がある。この場合、ガス通過孔の一部のみが使用不能となっている場合においても、上部電極全体を交換しなければならなかった。このため、製造コストの低減が求められていた。

本発明によれば、上下に貫通する複数のガス通過孔を有する上部電極と、
前記上部電極と対向して設けられている下部電極と、
前記上部電極を基準に前記下部電極とは反対側に設けられ、前記ガス通過孔へガスを導入するガス導入部と、
を備え、
前記上部電極は、第１の構成部品と第２の構成部品を積層して構成されており、
前記第１の構成部品と前記第２の構成部品は、互いに同一の形状を有している半導体製造装置が提供される。

本発明によれば、上部電極は、同一の形状を有する２つの構成部品を積層して構成されている。このため、ガス通過孔の消耗が激しいプラズマ側の構成部品を取り外し、孔径の均一性を保っているガス導入部側をプラズマ側に配置させ、新たな構成部品をガス導入部側に配置させることができる。よって、上部電極全体を交換せずとも、均一なエッチングガスの供給を維持できる。従って、半導体装置の製造における安定性を確保しつつ、製造コストの低減を図ることができる。

本発明によれば、半導体製造装置に用いられる電極であって、複数のガス通過孔を有しており、第１の構成部品と第２の構成部品を積層して構成されており、前記第１の構成部品と前記第２の構成部品は、互いに同一の形状を有している電極が提供される。

本発明によれば、上下に貫通する複数のガス通過孔を有する上部電極と、前記上部電極と対向して設けられている下部電極と、前記上部電極を基準に前記下部電極とは反対側に設けられ、前記ガス通過孔へガスを導入するガス導入部と、を備える半導体製造装置のメンテナンス方法であって、前記半導体製造装置において、前記上部電極は、第１の構成部品と第２の構成部品をそれぞれ上層と下層として積層して構成されており、前記第１の構成部品と前記第２の構成部品は、互いに同一の形状を有しており、前記第２の構成部品を、前記下層から除去する工程と、前記第１の構成部品を、前記下層へ移動させる工程と、前記第１の構成部品と同一の形状を有する第３の構成部品を、前記上層へ配置する工程と、を備える半導体製造装置のメンテナンス方法が提供される。

本発明によれば、上下に貫通する複数のガス通過孔を有する上部電極と、前記上部電極と対向して設けられている下部電極と、前記上部電極を基準に前記下部電極とは反対側に設けられ、前記ガス通過孔へガスを導入するガス導入部と、を備える半導体製造装置のメンテナンス方法であって、前記半導体製造装置において、前記上部電極は、第１の構成部品と第２の構成部品をそれぞれ上層と下層として積層して構成されており、前記第２の構成部品を、前記下層から除去する工程と、前記第２の構成部品と同一の形状を有する第３の構成部品を、前記下層へ配置する工程と、を備える半導体製造装置のメンテナンス方法が提供される。

本発明によれば、半導体装置の製造における安定性を確保しつつ、製造コストの低減を図ることができる。

第１の実施形態に係る半導体製造装置を示す断面図である。図１の半導体製造装置のメンテナンス方法を示す断面図である。図１の半導体製造装置のメンテナンス方法を示す断面図である。図１の半導体製造装置のメンテナンス方法を示す断面図である。図１の半導体製造装置のメンテナンス方法を示す断面図である。図１の半導体製造装置のメンテナンス方法を示す断面図である。比較例に係る上部電極の一部を示す断面図である。図７に示す上部電極の一部を示す断面図である。第２の実施形態に係る半導体製造装置のメンテナンス方法を示す断面図である。図９に示す半導体装置のメンテナンス方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置１００を示す断面図である。半導体製造装置１００は、上部電極２と、下部電極４と、ガス導入部５２と、を備えている。半導体製造装置１００は、半導体装置の製造工程におけるプラズマエッチング工程において、プラズマエッチング装置として用いられる。

上部電極２は、上下に貫通する複数のガス通過孔６を有している。下部電極４は、上部電極２と対向して設けられている。ガス導入部５２は、上部電極２を基準として下部電極４とは反対側に設けられている。またガス導入部５２は、ガス通過孔６へガスを導入する。上部電極２は、構成部品１０と構成部品２０を積層して構成されている。構成部品１０と構成部品２０は、互いに同一の形状を有している。以下、半導体製造装置１００の構成について詳細に説明する。

構成部品１０は、上部電極２のガス導入部５２側の層を構成する。構成部品２０は、上部電極２の下部電極４側の層を構成する。構成部品１０と構成部品２０は、同一の材料により構成され、例えばステンレスにより構成される。また構成部品１０と構成部品２０の厚さは、例えば２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。ガス通過孔６は、構成部品１０を上下に貫通するガス通過孔１２と、構成部品２０を上下に貫通するガス通過孔２２により構成される。構成部品１０は、ガス通過孔１２を複数有している。また構成部品２０は、ガス通過孔２２を複数有している。下部電極４のガス通過孔６側には、ウェハ６４が載置されている。上部電極２と下部電極４は、それぞれ図示しない支持体によって保持されている。

図１に示すように、半導体製造装置１００は、キャビティ５０と、ガス排出部５４と、高周波電源６２と、をさらに備えている。キャビティ５０は、内部に上部電極２と、下部電極４と、を有している。ガス排出部５４は、キャビティ５０内を減圧する。高周波電源６２は、上部電極２と下部電極４に接続している。高周波電源６２は、上部電極２と下部電極４に高周波電圧を印加することで、上部電極２と下部電極４の間にプラズマ領域６０を発生させる。

次に、半導体製造装置１００を用いたプラズマエッチング処理について説明する。まずウェハ６４を下部電極４上に載置する。次に、ガス導入部５２から、キャビティ５０内へガスを導入する。ガス導入部５２によるガスの導入中、キャビティ５０内は、ガス排出部５４によって真空に近い圧力に保たれる。ガス導入部５２から導入されたガスは、ガス通過孔６を通過して上部電極２の下方に流れる。ここで上部電極２及び下部電極４に、高周波電圧を印加する。これにより上部電極２と下部電極４の間にプラズマ領域６０が発生する。そしてプラズマ領域６０を発生させるとともに、ガスによるウェハ６４のエッチングが行われる。

次に、図２〜図６を用いて、半導体製造装置１００のメンテナンス方法について説明する。図２〜図６は、図１に示す半導体製造装置１００のメンテナンス方法を示す断面図であり、上部電極２の断面図の一部を示している。図２は、プラズマエッチング処理中に導入されるガスによって消耗する前の上部電極２を示している。図２に示すように、ガス通過孔６は消耗していない。

図３は、プラズマエッチング処理中に導入されるガスによって消耗した後の上部電極２を示している。図３に示すように、ガス通過孔６は、ガスが通過することにより消耗して径が拡大する。このため上部電極２から吹き出すガスの流速は、変動してしまう。またプラズマ濃度が高いプラズマ領域６０の中心部に近い程、消耗は激しくなる。このため、ガス通過孔６の径は、上部電極２を上から見た場合におけるそのガス通過孔６の平面位置によって異なることとなり（図示せず）、上部電極２から供給されるガスの量は不均一となる。これは、ウェハ６４上におけるエッチングレートのばらつきを引き起こす。

一方で、ガス通過孔１２は、ガス通過孔２２と比べてプラズマ領域６０の中心部から遠い。このため図３に示すように、ガス通過孔１２は、ガス通過孔２２よりも消耗が少ない。よって、複数のガス通過孔１２の径は、複数のガス通過孔２２と比べて、互いに均一性を保っている。なお、図３、及び後述する図６並びに図８における破線は、消耗前の各構成部品の形状を示している。

半導体製造装置１００のメンテナンスは次のように行われる。まず、図４に示すように、上部電極２の下層から構成部品２０を除去する。次に構成部品１０を、上部電極２の上層から下層へ移動させる。そして、構成部品１０と同一の形状を有する構成部品３０を、上部電極２の上層へ配置する。なお、図４における破線は、移動前の構成部品２０を示している。

図５は、メンテナンス後の上部電極２を示している。図５に示すように、メンテナンス後の上部電極２は、上層が構成部品３０により構成され、下層が構成部品１０により構成されることとなる。上層の構成部品３０は消耗していないガス通過孔３２を有しているため、ガス流速の変動を抑えることができる。また構成部品１０が有する複数のガス通過孔１２の径は、互いに均一性を保っている。よって供給されるガスの量を均一にすることができ、ウェハ６４上におけるエッチングレートのばらつきを抑えることができる。

その後さらにプラズマエッチング処理を行うことによって、図６に示すように上部電極２はまたも消耗する。このため、上記メンテナンスがさらに行われる。このメンテナンス方法は、プラズマエッチング処理が行われると共に、繰り返し行われることとなる。

次に本実施形態の効果を説明する。図７及び図８は、比較例に係る上部電極４０の一部を示す断面図である。上部電極４０は、複数のガス通過孔４２を有している。プラズマエッチング処理によって消耗した場合において、上部電極４０は一つの構成部品により構成されているため、ガス導入部５２側の消耗が少ないにもかかわらず上部電極４０全てを交換しなければならない。よって、製造コストの低減を図ることができなかった。

本実施形態によれば、上部電極は、同一の形状を有する２つの構成部品を積層して構成されている。このため、ガス通過孔２２の消耗が激しい構成部品２０を取り外し、孔径の均一性を保っている構成部品１０をプラズマ領域６０側に配置させ、新たな構成部品３０をガス導入部５２側に配置させることができる。よって、上部電極２全体を交換せずとも、均一なエッチングガスの供給を維持できる。従って、半導体装置の製造における安定性を確保しつつ、製造コストの低減を図ることができる。

また、構成部品１０と構成部品２０は、同一の材料によって構成されている。このため、構成部品の交換後においても、上部電極２における材料の構成を同一とすることができる。よって、さらに安定した半導体装置の製造を行うことができる。

図９及び図１０は、第２の実施形態に係る半導体装置１００のメンテナンス方法を示す断面図であって、第１の実施形態に係る図４及び図５に対応している。本実施形態に係る半導体装置１００のメンテナンス方法では、図９に示すように、プラズマ領域６０側から構成部品２０を除去した後、構成部品２０が位置していた位置に構成部品３０を配置する。また使用前において、構成部品１０と構成部品２０の形状は異なっていてもよい。そして使用前において、構成部品２０と構成部品３０の形状は同一である。これらの点を除いて、本実施形態に係る半導体装置１００のメンテナンス方法は、第１の実施形態と同様である。

図１０は、メンテナンス後の上部電極２を示している。図１０に示すように、メンテナンス後の上部電極２は、上層が構成部品１０により構成され、下層が構成部品３０により構成されることとなる。構成部品１０が有する複数のガス通過孔１２の径は、互いに均一性を保っている。このため、供給されるガスの量を均一にすることができ、ウェハ６４上におけるエッチングレートのばらつきを抑えることができる。また下層の構成部品３０は消耗していないガス通過孔３２を有しているため、ガス流速の変動を抑えることができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

２上部電極
４下部電極
６ガス通過孔
１０構成部品
１２ガス通過孔
２０構成部品
２２ガス通過孔
３０構成部品
３２ガス通過孔
４０上部電極
４２ガス通過孔
５０キャビティ
５２ガス導入部
５４ガス排出部
６０プラズマ領域
６２高周波電源
６４ウェハ
１００半導体製造装置

Claims

上下に貫通する複数のガス通過孔を有する上部電極と、
前記上部電極と対向して設けられている下部電極と、
前記上部電極を基準に前記下部電極とは反対側に設けられ、前記ガス通過孔へガスを導入するガス導入部と、
を備え、
前記上部電極は、第１の構成部品と第２の構成部品を積層して構成されており、
前記第１の構成部品と前記第２の構成部品は、互いに同一の形状を有している半導体製造装置。
請求項１に記載の半導体製造装置において、
前記第１の構成部品と前記第２の構成部品は、互いに同一の材料によって構成される半導体製造装置。
半導体製造装置に用いられる電極であって、
複数のガス通過孔を有しており、
第１の構成部品と第２の構成部品を積層して構成されており、
前記第１の構成部品と前記第２の構成部品は、互いに同一の形状を有している電極。
上下に貫通する複数のガス通過孔を有する上部電極と、
前記上部電極と対向して設けられている下部電極と、
前記上部電極を基準に前記下部電極とは反対側に設けられ、前記ガス通過孔へガスを導入するガス導入部と、
を備える半導体製造装置のメンテナンス方法であって、
前記半導体製造装置において、
前記上部電極は、第１の構成部品と第２の構成部品をそれぞれ上層と下層として積層して構成されており、
前記第１の構成部品と前記第２の構成部品は、互いに同一の形状を有しており、
前記第２の構成部品を、前記下層から除去する工程と、
前記第１の構成部品を、前記下層へ移動させる工程と、
前記第１の構成部品と同一の形状を有する第３の構成部品を、前記上層へ配置する工程と、
を備える半導体製造装置のメンテナンス方法。
上下に貫通する複数のガス通過孔を有する上部電極と、
前記上部電極と対向して設けられている下部電極と、
前記上部電極を基準に前記下部電極とは反対側に設けられ、前記ガス通過孔へガスを導入するガス導入部と、
を備える半導体製造装置のメンテナンス方法であって、
前記半導体製造装置において、
前記上部電極は、第１の構成部品と第２の構成部品をそれぞれ上層と下層として積層して構成されており、
前記第２の構成部品を、前記下層から除去する工程と、
前記第２の構成部品と同一の形状を有する第３の構成部品を、前記下層へ配置する工程と、
を備える半導体製造装置のメンテナンス方法。