JP2016081967A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理対象への均一な処理を可能とする半導体製造装置および半導体製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、半導体製造装置は、チャンバ１、基板支持部２、ガス供給部４および流量調節部であるリング部材５を有する。基板支持部２は、チャンバ１の内部に設置される。基板支持部２は、基板であるウェハ１０を支持する。基板は、処理対象である。ガス供給部４は、基板上の処理空間へガスを供給する。排気口７は、チャンバ１に形成されている。排気口７は、チャンバ１の内部のガスを排出する。流量調節部は、チャンバ１の内部に設けられている。流量調節部は、処理空間から排気口７へ流動するガスの流量を調節する。流量調節部は、基板の表面に平行な異なる二以上の方向における流量を調節する。【選択図】図１

Description

本実施形態は、半導体製造装置および半導体製造方法に関する。

半導体製造装置の一つであるプラズマ処理装置は、加工対象である基板へのプラズマ処理を実施する。プラズマ処理装置は、チャンバの内部へガスを供給して、プラズマを発生させる。プラズマ処理装置は、基板の表面に平行な二次元方向において、ガスの流量に偏りが生じることがある。ガスの流量が偏ることで、基板の表面では処理が進行する早さに差が生じることとなる。この場合、基板への均一な処理が困難となる。

特開２００９−１４７３５８号公報

一つの実施形態は、処理対象への均一な処理を可能とする半導体製造装置および半導体製造方法を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、半導体製造装置は、チャンバ、基板支持部、ガス供給部、排気口および流量調節部を有する。基板支持部は、チャンバの内部に設置される。基板支持部は、基板を支持する。基板は、処理対象である。ガス供給部は、基板支持部に支持された基板に対向する位置に設置される。ガス供給部は、基板上の処理空間へガスを供給する。排気口は、チャンバに形成されている。排気口は、チャンバの内部のガスを排出する。流量調節部は、チャンバの内部に設けられている。流量調節部は、処理空間から排気口へ流動するガスの流量を調節する。流量調節部は、基板の表面に平行な異なる二以上の方向における流量を調節する。

図１は、第１の実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示すリング部材の上面構成を示す図である。 図３は、図１に示すリング部材の斜視構成を示す図である。 図４は、図２および図３に示すリング部材の一部断面構成を示す図である。 図５は、図２および図３に示すリング部材の部分ごとの間隙の幅を調節する前におけるウェハの位置とエッチング速度との関係の例を示す図である。 図６は、第２の実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。 図７は、図６に示す円盤部材の平面構成を示す図である。 図８は、図７に示す円盤部材の移動の様子を説明する図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造装置および半導体製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。半導体製造装置であるプラズマ処理装置は、半導体基板であるウェハ１０へのプラズマ処理を実施する。プラズマ処理装置は、エッチング装置、ＣＶＤ装置、スパッタ装置等である。プラズマ処理装置は、ウェハ１０への薄膜形成あるいはパターン形成に使用される。以下の説明では、プラズマ処理装置は、ウェハ１０へのドライエッチングを実施するエッチング装置であるものとする。

チャンバ１は、プラズマ処理が実施される密閉空間を構成する。基板支持部２は、チャンバ１の内部に設置されている。基板支持部２は、処理対象であるウェハ１０を静電吸着する静電チャック機構（図示省略）を含む。基板支持部２は、ウェハ１０を水平に支持する。基板支持部２は、下部電極として機能する。

なお、Ｘ方向およびＹ方向は、ウェハ１０のうちガス供給部４に対向する表面に平行な二方向とする。Ｘ方向のＸ軸およびＹ方向のＹ軸は、互いに垂直であるものとする。Ｚ軸は、Ｘ軸およびＹ軸に垂直であるものとする。Ｚ軸は、鉛直方向に平行な軸である。ＸＹ方向は、水平方向である。

ガス供給部４は、プラズマ処理において使用される処理ガスを供給する。ガス供給部４は、シャワーヘッドを備える。シャワーヘッドは、ウェハ１０へ処理ガスを噴射する多数の孔を備える。ガス供給部４は、基板支持部２に支持されたウェハ１０に対向する位置に設置されている。ガス供給部４は、ウェハ１０の上の処理空間へ、処理ガスを供給する。ガス供給部４は、上部電極として機能する。基板支持部２およびガス供給部４は、一対の平行平板電極を構成している。

排気口７は、チャンバ１の底部中央に形成されている。排気口７は、チャンバ１の内部の処理ガスを排出する。排気口７は、チャンバ１のうちいずれの位置に形成されたものであっても良い。排気口７には、開閉自在なバルブ８が設けられている。バルブ８は、処理ガスが通過する開放部分の大きさを調節することで、チャンバ１の内部における処理ガスの圧力を調節する。

リング部材５は、ガス供給部４の側部に取り付けられている。リング部材５は、ウェハ１０の上の処理空間の周りを囲む環状の囲い部材である。処理空間は、ガス供給部４、基板支持部２およびリング部材５によって取り囲まれている。リング部材５は、第１の部材である上部材と、第２の部材である下部材に分けられている。リング部材５は、上部材および下部材の間に間隙６を構成する。上部材は、ガス供給部４に当接している。下部材は、基板支持部２に当接している。

処理ガスは、ウェハ１０の上の処理空間から、間隙６を通過して、処理空間の外部へ流動する。リング部材５は、間隙６の幅を調節することで、処理空間における処理ガスの圧力を調節する。リング部材５は、チャンバ１の内部に設けられた流量調節部である。リング部材５は、処理空間から排気口７へ流動する処理ガスの流量を調節する。

処理ガスは、処理空間から、基板支持部２およびチャンバ１の内壁９の間隔を通過して、排気口７へ流動する。プラズマ処理装置は、バルブ８の調節と、リング部材５における間隙６の幅の調節とにより、処理ガスの流れを制御する。

図２は、図１に示すリング部材の上面構成を示す図である。図３は、図１に示すリング部材の斜視構成を示す図である。リング部材５は、ＸＹ面内において４つの部分１１に分割されている。各部分１１は、Ｚ方向において上部材１２および下部材１３に分割されている。

図４は、図２および図３に示すリング部材の一部断面構成を示す図である。高さ調節部材１４は、各部分１１に設けられている。高さ調節部材１４は、伸縮することで、上部材１２の高さを調節する。上部材１２の高さは、Ｚ方向における上部材１２の位置である。リング部材５は、高さ調節部材１４が上部材１２の高さを調節することで、間隙６の幅Ｄを調節する。各部分１１は、Ｚ方向における上部材１２の位置がそれぞれ個別に調節可能とされている。リング部材５は、各部分１１の上部材１２の位置を調節することで、幅Ｄを個別に調節する。

リング部材５は、各部分１１における幅Ｄを均一に調節することで、ウェハ１０の全体における処理ガスの流量を調節する。さらに、リング部材５は、各部分１１における幅Ｄを個別に調節することで、ＸＹ方向における処理ガスの流量バランスを調節する。

高さ調節部材１４は、幅Ｄがあらかじめ設定された最大幅となるまで上部材１２が上昇してからは、上部材１２とともに下部材１３を上昇させることとしても良い。下部材１３を上昇させることで、リング部材５は、基板支持部２との間にも間隙を構成する。処理空間からの処理ガスは、上部材１２および下部材１３で構成される間隙６と、下部材１３および基板支持部２で構成される間隙とを通過する。リング部材５は、各部分１１にて下部材１３および基板支持部２の間隙の幅を個別に調節可能とする。上部材１２および下部材１３は、いずれか一方を固定とし、他方が上下に移動可能であるものとしても良い。この場合も、上部材１２および下部材１３の間隙６の幅と、下部材１３および基板支持部２の間隙の幅とを調節することができる。

なお、リング部材５は、４つの部分１１に分割されたものに限られない。リング部材５は、複数の部分１１に分割されたものであれば良く、４つ以外の数の部分１１に分割されたものであっても良い。

図５は、図２および図３に示すリング部材の部分ごとにて間隙の幅を調節する前におけるウェハの位置とエッチング速度との関係の例を示す図である。図示するグラフの縦軸は、単位を任意とするエッチング速度を表す。グラフの横軸は、ウェハ１０の表面のＸ方向およびＹ方向における位置を表す。Ｘ＝０ｍｍおよびＹ＝０ｍｍの位置は、ウェハ１０の中心の位置とする。Ｘ方向およびＹ方向のいずれも、プラスの向きとマイナスの向きとが設定されている。

図５に示す例では、Ｘ方向では、エッチング速度は、ウェハ１０の中心からプラス側へ向かうにしたがい減少が顕著となる傾向がある。Ｙ方向では、エッチング速度は、ウェハ１０の中心からマイナス側へ向かうにしたがい減少が顕著となる傾向がある。プラズマ処理装置は、二次元方向においてエッチング速度に差が生じることで、ウェハ１０に均一なエッチングを施すことが困難となる。このようにエッチング速度に差が生じる要因の一つとして、ウェハ１０上の空間における処理ガスの流量に偏りが生じていることが挙げられる。

リング部材５は、各部分１１における幅Ｄを個別に調節する。プラズマ処理装置は、二次元方向における処理ガスの流量の偏りを低減させるように、部分１１ごとの流量を調節する。リング部材５の各部分１１のうち、エッチング速度が遅くなる傾向にある方角の部分１１については、間隙６の幅Ｄを狭くする。幅Ｄを狭くすることで、処理空間における処理ガスの滞留時間を長くさせて、エッチングの進行を促進させる。図５に示す例では、エッチング速度が減少する傾向にあるプラスＸ側部分とマイナスＹ側部分とにおいて、間隙６の幅Ｄを狭くする。

第１の実施形態によると、プラズマ処理装置は、リング部材５の各部分１１にて、間隙６の幅を個別に調節することで、処理空間から排気口７へ流動する処理ガスの流量バランスを調節する。プラズマ処理装置は、ＸＹ方向における処理ガスの流量バランスを調節することで、ウェハ１０における処理ガスの流量を均一にする。これにより、半導体製造装置は、処理対象を均一に処理することができるという効果を奏する。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。上記第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。第２の実施形態の半導体製造装置であるプラズマ処理装置は、円盤部材２０を備える。

円盤部材２０は、基板支持部２とチャンバ１の内壁９との間隔の一部を塞ぐ閉塞部材であって、チャンバ１の内部に設けられた流量調節部である。円盤部材２０は、基板支持部２の下面に取り付けられている。円盤部材２０は、ＸＹ方向において移動可能とされている。

プラズマ処理装置は、第１の実施形態と同様に、バルブ８の調節と、リング部材５における間隙６の幅の調節によって、処理ガスの流れを制御する。さらに、プラズマ処理装置は、円盤部材２０と内壁９との間隙の幅の調節により、処理ガスの流れを制御する。

図７は、図６に示す円盤部材の平面構成を示す図である。連結部材２１は、チャンバ１の内壁９と基板支持部２とを連結する。円盤部材２０は、ＸＹ面内において、基板支持部２の下面より大きい円形状をなしている。円盤部材２０のうち基板支持部２の外縁よりはみ出た部分には、基板支持部２と内壁９との間を流動する処理ガスが当たる。円盤部材２０は、基板支持部２と内壁９との間隔の一部を塞ぐことで、処理ガスの流れを阻害する。

図８は、図７に示す円盤部材の移動の様子を説明する図である。円盤部材２０は、チャンバ１の内部において、ＸＹ方向へ自在に移動可能とされている。プラズマ処理装置は、ＸＹ方向において基板支持部２に対する円盤部材２０の位置を調節することで、基板支持部２の周囲における間隙の幅を調節する。円盤部材２０をマイナスＸ方向へ移動させることで、プラズマ処理装置は、基板支持部２のマイナスＸ側では間隙の幅を小さくするとともに、基板支持部２のプラスＸ側では間隙の幅を大きくする。このように、円盤部材２０は、ＸＹ方向における処理ガスの流量バランスを調節する。

プラズマ処理装置は、円盤部材２０の位置を調節することで、ウェハ１０における処理ガスの流量を均一にする。円盤部材２０は、エッチング速度が減少する傾向がある方角へ移動させる。基板支持部２に対し当該方角では、処理ガスが通過する間隙が小さくなることで、処理ガスの流動が遅くなる。処理空間における処理ガスの滞留時間を長くさせることで、エッチングの進行を促進させる。

なお、円盤部材２０は、基板支持部２の下面に取り付けられたものである場合に限られない。円盤部材２０の位置は、適宜変更しても良い。閉塞部材は、円盤部材２０以外のものであっても良い。閉塞部材は、円盤部材２０である場合に限られない。閉塞部材は、基板支持部２と内壁９との間隔の幅を調節可能な板部材であっても良い。閉塞部材は、基板支持部２および内壁９の少なくとも一方に取り付けられたものとしても良い。

第２の実施形態によると、プラズマ処理装置は、閉塞部材を移動させることで、基板支持部２の周囲を経て排気口７へ流動する処理ガスの流量バランスを調節する。プラズマ処理装置は、ＸＹ方向における処理ガスの流量バランスを調節することで、ウェハ１０における処理ガスの流量を均一にする。これにより、半導体製造装置は、処理対象を均一に処理することができるという効果を奏する。

半導体製造装置は、流量調節部である囲い部材および閉塞部材の双方を備えるものに限られない。半導体製造装置は、流量調節部である囲い部材および閉塞部材の少なくとも一方を備えるものであれば良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ チャンバ、２ 基板支持部、４ ガス供給部、５ リング部材、６ 間隙、７ 排気口、９ 内壁、１０ ウェハ、１１ 部分、１２ 上部材、１３ 下部材、２０ 円盤部材。

Claims (5)

1. チャンバと、
   前記チャンバの内部に設置され、処理対象である基板を支持する基板支持部と、
   前記基板支持部に支持された前記基板に対向する位置に設置され、前記基板上の処理空間へガスを供給するガス供給部と、
   前記チャンバに形成され、前記チャンバの内部のガスを排出する排気口と、
   前記チャンバの内部に設けられ、前記処理空間から前記排気口へ流動するガスの流量を調節する流量調節部と、を有し、
   前記流量調節部は、前記基板の表面に平行な異なる二以上の方向における流量を調節することを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記流量調節部は、前記基板上の前記処理空間の周りを囲む囲い部材であって、
   前記囲い部材は、前記処理空間から前記処理空間外部にガスが通過する間隙を構成するとともに、前記基板の表面に平行な方向において複数の部分に分割され、
   分割された各部分について前記間隙の幅を個別に調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記囲い部材は、第１の部材および第２の部材を備え、前記第１の部材および前記第２の部材の間に前記間隙を構成し、
   前記各部分は、前記基板の表面に垂直な方向における前記第１の部材または前記第２の部材の位置を調節することで、前記間隙の幅を調節することを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記流量調整部は、前記基板支持部と前記チャンバの内壁との間隔の少なくとも一部を塞ぐことにより前記間隔を調節可能な閉塞部材であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
5. チャンバの内部に、処理対象である基板を載置し、
   載置された前記基板に対向する位置のガス供給部から、前記基板上の処理空間へガスを供給し、
   前記チャンバに形成された排気口から、前記チャンバの内部のガスを排出し、
   前記処理空間から前記排気口へ流動するガスの流量を、前記チャンバの内部にて調節すること、を含み、
   ガスの流量の調節において、前記基板の表面に平行な異なる二以上の方向における流量を調節することを特徴とする半導体製造方法。

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