JP2565285B2 - 半導体装置の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造装置に
係わり、特にガスを基板に供給してエッチング処理もし
くは成膜処理を行う半導体装置の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来一般的に用いられている半導体装置
の製造装置について、平行平板型バッチ式リアクティブ
イオンエッチング装置を例にとり説明する。

【０００３】図６は従来のプラズマエッチング装置の一
例を示す模式断面図である。このプラズマエッチング装
置では、エッチングチャンバ６０２が真空ポンプ６０１
により真空状態に保たれる。また、高周波電源６０４が
接続された下部電極６０３上には複数の半導体ウェハー
６０８がおかれる。上部電極６０５は下部電極６０３と
平行に対向して配置されている。エッチングガスはガス
導入間６０６を通じ、上部電極６０５に設けられたガス
吹き出し口６０７よりエッチングチャンバ６０２に供給
される。

【０００４】このような装置でエッチングを行った場
合、エッチレートの分布はウェーハー近傍でのガスの流
れ、つまりガスの吹き出し口６０７の位置によって大き
く影響されるので、被エッチング膜によって、最も良い
均一性の得られるガス吹き出し口の位置は異ってくる。
そのため汎用性の高い装置とする事が困難だった。

【０００５】これを解決する方法として例えば特開平３
−８２０２３号公報で公開されている手段がある。図７
はこの従来技術を平行平板型バッチ式リアクティブイオ
ンエッチング装置に適用した時の模式断面図である。こ
のドライエッチング装置の動作を説明すると、エッチン
グガスは、ガス導入管７０１より、上部電極７０２中を
伝って導入され、上部電極表面（半導体ウェーハ７０８
と対向する方向）に、設けられたガス吹き出し口７０６
よりエッチングチャンバ内に放出される。ここでガス吹
き出し口７０６は直径２〜５ｍｍ程度の円形の穴であ
り、複数個設けられている。また個々の穴に開閉スイッ
チ７０７が設けられている。この開閉スイッチ７０７は
外部の開閉スイッチコントローラー７０３からプログラ
ム等により個々の穴について独立して開閉をコントロー
ルすることができるようになっている。開閉スイッチ７
０７はコントローラー７０３から電気的につながった開
閉スイッチ駆動部７０４と穴を開閉する開閉弁７０５か
ら成る。これにより被エッチング膜種に応じて、最良の
エッチング均一性が得られるような位置のガス吹き出し
口のみ開き、他のガス吹き出し口は閉じて半導体ウェハ
ー７０８をエッチングする。

【０００６】また別の手段として特開昭６３−１１５３
４０号公報で公開されている手段がある。図８（ａ），
（ｂ）はこの従来技術をレジスト灰化装置に適用した時
の断面図である。図８（ａ）は、灰化装置のエッチトン
ネルの断面図、８（ｂ）は、図８（ａ）のａ−ａ′部に
おける断面図である。図８（ａ），（ｂ）において、エ
ッチトンネル８０１の開口部に設けられた開閉可能な遮
蔽板８０３を有し、エッチトンネル８０１の穴８０２を
部分的に閉塞するための側板８０４を有している。この
図８（ａ），（ｂ）においてエッチトンネル８０１は側
板８０４によりエッチトンネルの穴８０２の閉塞具合を
ガス導入管８０６からガス排気管８０７にかけて全閉か
ら全開まで変化させることができる。図８（ａ）ではガ
ス導入管８０６に近い位置Ａの部分は全開、ガス排気管
８０７に近い位置Ｃの部分は全閉、中間位置Ｂの部分は
被処理体の大きさに相当する部分のみ、エッチトンネル
の穴８０２が開放されている。このように、ガス導入側
から排気側にかけて、開放の割合を変化させることによ
り均一性を向上することが可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のドライエッチン
グ装置およびレジスト灰化装置では、ガス吹き出し口が
固定であったため、膜種、膜質の異なる薄膜に対して、
すべて良好な均一性を得ることが困難であり、汎用性の
高い製造装置となることが困難であった。

【０００８】その課題を解決するために提案された特開
平３−８２０２３号公報のドライエッチング装置の場
合、ガス吹き出し口の開閉を制御する弁が直接プラズマ
に曝された状態となっているため、弁が削られてパーテ
ィクルが発生すること、および弁の寿命が短くなるとい
う問題があった。また特開昭６３−１１５３４０号公報
のレジスト灰化装置では、エッチトンネルの穴の配置の
変更が不可能であるために、均一性の良好なレジストの
灰化を行うにはプロセスマージンが厳しくなるという問
題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、チャン
バー内に複数のガス吹き出し口を具備した半導体装置の
製造装置において、前記ガス吹き出し口の配置の変更が
可能な機構を有する半導体装置の製造装置にある。

【００１０】すなわち本発明の特徴は、チャンバー内に
複数のガス吹き出し口を具備した半導体装置の製造装置
において、上部電極カバーのガス吹き出し側の板と、前
記ガス吹き出し側の板上に設けられた上下動可能な第２
のガスディストリビューションと、前記第２のガスディ
ストリビューション上に設けられた上下動可能な第１の
ガスディストリビューションとを有し、前記ガス吹き出
し側の板には、複数のガス吹き出し口がマトリックス状
に配列形成され、前記第２のガスディストリビューショ
ンには、前記ガス吹き出し側の板の複数のガス吹き出し
口のうちの一群のガス吹き出し口と対応する位置に同様
の第２の開口が形成されているが残りの一群のガス吹き
出し口と対応する位置にはいかなる開口も形成されてお
らず、前記第１のガスディストリビューションには、前
記第２のガスディストリビューションの複数の第２の開
口のうちの一群の第２の開口と対応する位置に同様の第
１の開口が形成されているが残りの一群の第２の開口と
対応する位置にはいかなる開口も形成されておらず、こ
れにより、前記ガス吹き出し側の板から前記第２のガス
ディストリビューションが離間することにより、全ての
前記ガス吹き出し口が開状態となり、前記ガス吹き出し
側の板に前記第２のガスディストリビューションが密着
しかつ前記第２のガスディストリビューションから前記
第１のガスディストリビューションが離間することによ
り、前記第２の開口に対応する前記ガス吹き出し口のみ
が開状態となり、前記ガス吹き出し側の板に前記第２の
ガスディストリビューションが密着しかつ前記第２のガ
スディストリビューションに前記第１のガスディストリ
ビューションが密着することにより、前記第１の開口に
対応する前記ガス吹き出し口のみが開状態となる半導体
装置の製造装置にある。ここで、前記ガスディストリビ
ューションが上下動する上下伸縮機構として、エアシリ
ンダー、あるいはギアとモーターを用いることができ
る。

【００１１】このような構成により、ガス吹き出し口の
開閉に関わる機構をプラズマ中に曝さないように設けて
いるので、パーティクルを発生することなく、かつ、開
閉機構の寿命を気にせずにガス吹き出し口の配置の変更
が可能であり、膜種、膜質の変化に関係なく均一性の優
れたエッチングが可能である。

【００１２】

【実施例】次に本発明について、図面を参照して説明す
る。

【００１３】図１（ａ）は、本発明の第１の実施例を枚
葉型ドライエッチング装置に用いた時の断面模式図であ
る。エッチングガスは、ガス配管１０１を通じて上部電
極１０２よりエッチングチャンバ１０３へと導かれる。
そして下部電極１０４にマッチングボックス１０５を介
して、接続されたＰＦ電源１０６よりＲＦパワーを印加
することにより半導体ウェハー１０７のエッチングを行
う。

【００１４】図１（ｂ）は、本発明の第１の実施例の上
部電極１０２の断面模式図である。上部電極カバー１０
８の内部には第１の上下伸縮機構１０９、第２の上下伸
縮機構１１０をそれぞれ有する第１のガスディストリビ
ューション１１１、第２のガスディストリビューション
１１２を上下に動かすことにより、実際のエッチングガ
スの吹き出し口は、図１（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す
ような、配置が可能となる。 すなわち、上部電極カバ
ー１０８のガス吹き出し側の板には複数のガス吹き出し
口３がマトリックス状に配列されて形成されている。第
２のガスディストリビューション１１２には、上部電極
カバー１０８の複数のガス吹き出し口３のうちの一群の
ガス吹き出し口３と対応する位置に同様のガス吹き出し
口２が形成されているが、ガス吹き出し口３のうちの残
りの一群のガス吹き出し口３と対応する位置にはガス吹
き出し口は形成されていない。第１のガスディストリビ
ューション１１１には、第２のガスディストリビューシ
ョン１１２の複数のガス吹き出し口２のうちの一群のガ
ス吹き出し口２と対応する位置に同様のガス吹き出し口
１が形成されているが、ガス吹き出し口２のうちの残り
の一群のガス吹き出し口２と対応する位置にはガス吹き
出し口は形成されていない。

【００１５】したがって図１（ｂ）にように上部電極カ
バー１０８のガス吹き出し側の板と第２のガスディスト
リビューション１１２とが離間している場合は、マトリ
ックス状に配例されているガス吹き出し口３は全て開
（○印）となり、図１（ｃ）の状態となる。上部電極カ
バー１０８のガス吹き出し側の板と第２のガスディスト
リビューション１１２とが密着し、かつ第１のガスディ
ストリビューション１１１と第２のガスディストリヒュ
ーション１１２とが離間している場合は、第２のガスデ
ィストリビューション１１２のガス吹き出し口２が形成
されているガス吹き出し口３が開（○印）となり、他の
ガス吹き出し口３は第２のガスディストリビューション
１１２により密閉（×印）されて、図１（ｄ）の状態と
なる。

【００１６】上部電極カバー１０８のガス吹き出し側の
板と第２のガスディストリビューション１１２とが密着
し、かつ第１のガスディストリビューション１１１と第
２のガスディストリビューション１１２とも密着してい
る場合は、第１のガスディストリビューション１１１の
ガス吹き出し口１が形成されているガス吹き出し口３が
開（○印）とり、他のガス吹き出し口３は第１および第
２のガスディストリビューション１１１，１１２により
密閉（×印）されて、図１（ｅ）の状態となる。 尚、
図１（ｂ）においては、上下伸縮機構はエアシリンダ１
１３により構成されているが、その他としてギアとモー
ターとの組合せ、あるいはピエゾ素子を用いることも可
能である。

【００１７】図２は、図１（ｃ），（ｄ），（ｅ）各々
のガス吹き出し口の配置において、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜
をエッチングした時の均一性２０１，Ｔｉ，ＴｉＮ膜を
エッチングした時の均一性２０２を示している。Ａｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ膜，Ｔｉ，ＴｉＮ膜、それぞれのエッチング
条件は、異なっており、従来の装置でエッチングを行っ
ていた条件を用いている。この結果、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
膜のエッチングを行う場合、図１（ｄ）に示す配置が均
一性が最も良好であり、Ｔｉ，ＴｉＮ膜については図１
（ｃ）に示す配置を用いることにより、最も良好な均一
性を得ることが可能である。

【００１８】例えば図３に示すように、シリコン酸化膜
３０１上にＴｉ膜３０２，ＴｉＮ膜３０３，Ａｌ−Ｓｉ
−Ｃｕ膜３０４、ＴｉＮ膜３０５を成膜し、フォトレジ
スト３０６でパターンを形成し、これをマスクとしてエ
ッチングを行う。まずはじめにＴｉＮ膜３０５のエッチ
ングにおいて、ガス吹き出し口を図１（ｃ）に示す配置
でエッチンクを行い、次のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜３０４の
エッチングではガス吹き出し口を図１（ｄ）に示す配置
でエッチングを行い、最後にＴｉＮ膜３０３，Ｔｉ膜３
０２のエッチングではガス吹き出し口を再び図１（ｃ）
に示す配置で行うことにより均一性の優れたエッチング
が可能である。

【００１９】図４は本発明に関係のある技術の上部電極
を示す断面模式図である。

【００２０】図４ではガス吹き出し口４０１の開閉をセ
ラミック４０２に電圧を加え、ピエゾ効果によって生ず
るセラミック４０２の膨張、伸縮により行う。またガス
吹き出し口４０１の配置は、上部電極の外部に配線等で
接続している電圧印加コントローラー４０３の制御によ
り、自由に変えることが可能である。

【００２１】図４の構成は穴の配置の変更に要する時間
が短縮される。

【００２２】図５（ａ）は本発明に関係のある他の技術
の上部電極の断面図、図５（ｂ），起ｃ），（ｄ）はそ
のガス吹き出し穴の開閉を行っているマイクロマシンを
３方向から見た時の拡大図である。

【００２３】図５は上部電極カバー５０１を例えば多結
晶シリコンを用いて加工を行い、特にマイクロマシン５
０２については、微細加工技術を用いて、上部電極カバ
ー５０１に一体となった形で設けられている。

【００２４】マイクロマシン５０２は図５（ｂ），
（ｃ）、（ｄ）に示すように、開閉駆動部５０３と開閉
弁５０４から成り立っており、制御コントローラーより
送信される信号により開閉弁５０４を動かして、ガス吹
き出し口５０５の開閉を行う。

【００２５】図５の構成は機構を簡便にし、小さなガス
吹き出し口の開閉機構を設けることが可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は半導体装置
の製造装置のチャンバー内にある複数のガス吹き出し口
の配置の変更に関し、ガス吹き出し口の配置の変更を行
う機構を、プラズマ中に曝すことのないように設置する
ことを可能にしているため、ガス吹き出し口の配置を最
適化することにより、膜種の異なる多層膜をエッチング
する場合において、従来装置に比べてパーティクルを発
生することなく、かつガス吹き出し口の配置の変更を行
う機構に損傷を与えることなく均一性の優れたエッチン
グを行うことが可能である。

【００２７】本発明の実施例ではドライエッチング装置
を用いて説明したが、化学気相成長装置に適用しても同
様の効果を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図であり、（ａ）
は第１の実施例を適用したドライエッチング装置の断面
図、（ｂ）は第１の実施例を適用した上部電極の断面
図，（ｃ），（ｄ），（ｅ）は第１の実施例を適用した
ときのガス吹き出し口の配置を示す平面図である。

【図２】本発明の第１の実施例を用いたときのＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ膜，ＴｉＮ膜，Ｔｉ膜のエッチグ均一性を示す
図である。

【図３】本発明の第１の実施例を用いてエッチングを行
ったＴｉＮ／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／ＴｉＮ／Ｔｉ膜の断面
図である。

【図４】本発明に関係のある技術の上部電極の断面図で
ある。

【図５】本発明に関係のある他の技術を示す図であり、
（ａ）はその上部電極の断面図、（ｂ），（ｃ），
（ｄ）はそのマイクロマシンの拡大図である。

【図６】従来技術を用いたドライエッチング装置の断面
図である。

【図７】他の従来技術を用いたドライエッチング装置の
断面図である。

【図８】別の従来技術を示す図であり、（ａ）はそのレ
ジスト灰化装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ′部
での断面図である。

【符号の説明】

１，２，３ ガス吹き出し口 １０１ ガス配管 １０２ 上部電極 １０３ エッチングチャンバ １０４ 下部電極 １０５ マッチングボックス １０６ ＲＦ電源 １０７ 半導体ウェハー １０８ 上部電極カバー １０９ 第１の上下伸縮機構 １１０ 第２の上下伸縮機構 １１１ 第１のガスディストリビューション １１２ 第２のガスディストリビューション １１３ エアシリンダ ２０１ Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜のエッチング均一性 ２０２ Ｔｉ，ＴｉＮ膜のエッチング均一性 ３０１ シリコン酸化膜 ３０２ Ｔｉ膜 ３０３ ＴｉＮ膜 ３０４ Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜 ３０５ ＴｉＮ膜 ３０６ フォトレジスト ４０１ ガス吹き出し口 ４０２ セラミック ４０３ 電圧印加コントローラ ５０１ 上部電極カバー ５０２ マイクロマシン ５０３ 開閉駆動部 ５０４ 開閉弁 ５０５ ガス吹き出し口 ６０１ 真空ポンプ ６０２ エッチングチャンバ ６０３ 下部電極 ６０４ 高周波電源 ６０５ 上部電極 ６０６ ガス導入管 ６０７ ガス吹き出し口 ６０８ 半導体ウェハー ７０１ ガス導入管 ７０２ 上部電極 ７０３ 開閉スイッチコントローラー ７０４ 開閉スイッチ駆動部 ７０５ 開閉弁 ７０６ ガス吹き出し口 ７０７ 開閉スイッチ ７０８ 半導体ウェハー ８０１ エッチトンネル ８０２ エッチトンネルの穴 ８０３ 遮蔽板 ８０４ 側板 ８０５ 被処理体 ８０６ ガス導入管 ８０７ ガス排気管

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバー内に複数のガス吹き出し口を
   具備した半導体装置の製造装置において、上部電極カバーのガス吹き出し側の板と、前記ガス吹き
   出し側の板上に設けられた上下動可能な第２のガスディ
   ストリビューションと、前記第２のガスディストリビュ
   ーション上に設けられた上下動可能な第１のガスディス
   トリビューションとを有し、 前記ガス吹き出し側の板には、複数のガス吹き出し口が
   マトリックス状に配列形成され、 前記第２のガスディストリビューションには、前記ガス
   吹き出し側の板の複数のガス吹き出し口のうちの一群の
   ガス吹き出し口と対応する位置に同様の第２の開口が形
   成されているが残りの一群のガス吹き出し口と対応する
   位置にはいかなる開口も形成されておらず、 前記第１のガスディストリビューションには、前記第２
   のガスディストリビューションの複数の第２の開口のう
   ちの一群の第２の開口と対応する位置に同様の第１の開
   口が形成されているが残りの一群の第２の開口と対応す
   る位置にはいかなる開口も形成されておらず、 これにより、前記ガス吹き出し側の板から前記第２のガ
   スディストリビューションが離間することにより、全て
   の前記ガス吹き出し口が開状態となり、 前記ガス吹き出し側の板に前記第２のガスディストリビ
   ューションが密着しかつ前記第２のガスディストリビュ
   ーションから前記第１のガスディストリビューションが
   離間することにより、前記第２の開口に対応する前記ガ
   ス吹き出し口のみが開状態となり、 前記ガス吹き出し側の板に前記第２のガスディストリビ
   ューションが密着しかつ前記第２のガスディストリビュ
   ーションに前記第１のガスディストリビューションが密
   着することにより、前記第１の開口に対応する前記ガス
   吹き出し口のみが開状態となる ことを特徴とする半導体
   装置の製造装置。
2. 【請求項２】 前記ガスディストリビューションが上下
   動する上下伸縮機構として、エアシリンダーを用いるこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
3. 【請求項３】 前記ガスディストリビューションが上下
   動する上下伸縮機構として、ギアとモーターを用いるこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。