JPH09246251A - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハが大口径化しても半導体製造装
置の大型化を抑制し、半導体ウェハの安定的な処理も可
能にする。 【解決手段】 放電室１３及び遮蔽板２７によって半導
体ウェハ２５の一部の領域に対応する断面形状でプラズ
マを放射し、しかも、放電室１３及び遮蔽板２７とウェ
ハ台２６とは相対的に移動可能で互いに別体であるの
で、半導体ウェハ２５が大口径化しても放電室１３を大
型化させる必要がない。また、プラズマは放電室１３で
発生させるので、ウェハ台２６がプラズマ発生部の一部
である必要がなく、プラズマ発生部の一部同士を相対的
に移動させる必要がなくて、プラズマを安定的に発生さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、荷電粒子群を
半導体ウェハに照射して半導体ウェハを処理する半導体
製造装置及び半導体製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ドライエッチングやアッシングや不純物
ドーピング等の処理を半導体ウェハに対して行うため
に、プラズマやイオン等の荷電粒子群を半導体ウェハに
照射することが行われている。

【０００３】そして、この様な処理を行うために、上下
一対の平行平板電極のうちの下部電極上に半導体ウェハ
を設置し、長手状の開口を有する遮蔽板を平行平板電極
の間に配置し、開口の長手方向に垂直な方向へ下部電極
を移動させつつ、開口を介して荷電粒子群を半導体ウェ
ハに照射することによって、半導体ウェハの中央部と周
辺部とに均一に荷電粒子群を照射する様にした半導体製
造装置が考えられている（例えば、特開平４−１８６６
１９号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の一従
来例の半導体製造装置では、荷電粒子群の発生部である
平行平板電極のうちの下部電極が半導体ウェハの設置部
にもなっているので、半導体ウェハが大口径化すると、
荷電粒子群の発生部が大型化して半導体製造装置全体も
大型化していた。

【０００５】また、上述の一従来例の半導体製造装置で
は、上下一対の平行平板電極のうちで半導体ウェハを設
置した状態の下部電極を移動させており、荷電粒子群の
発生部である電極を移動させると荷電粒子群を安定的に
発生させることが困難であるので、半導体ウェハを安定
的に処理することも困難であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の半導体製造装
置は、荷電粒子群を照射されて処理されるべき半導体ウ
ェハを設置するための設置部と、前記荷電粒子群を発生
させ且つ前記半導体ウェハの一部の領域に対応する断面
形状で放射するための発生部と、前記設置部と前記発生
部とを相対的に移動させて、前記設置部に設置される前
記半導体ウェハの全部の領域に、前記発生部から放射さ
れた前記荷電粒子群を照射するための移動部とを具備す
ることを特徴としている。

【０００７】請求項２の半導体製造装置は、請求項１の
半導体製造装置において、前記断面形状の開口を有する
遮蔽板を前記発生部が備えており、前記開口を介して前
記荷電粒子群を放射することを特徴としている。

【０００８】請求項３の半導体製造装置は、請求項１の
半導体製造装置において、前記断面形状の開口を有する
筒状体を前記発生部が備えており、前記筒状体内で発生
させた前記荷電粒子群を、前記開口を介して放射するこ
とを特徴としている。

【０００９】請求項４の半導体製造装置は、請求項１の
半導体製造装置において、前記断面形状に前記荷電粒子
群を収束させる磁界発生手段を前記発生部が備えている
ことを特徴としている。

【００１０】請求項５の半導体製造装置は、請求項１の
半導体製造装置において、前記断面形状が長手状である
ことを特徴としている。

【００１１】請求項６の半導体製造装置は、請求項１の
半導体製造装置において、前記移動が連続的であること
を特徴としている。

【００１２】請求項７の半導体製造装置は、請求項６の
半導体製造装置において、前記半導体ウェハの全部の領
域に対して複数回の前記移動を行うことを特徴としてい
る。

【００１３】請求項８の半導体製造装置は、請求項１の
半導体製造装置において、前記移動が間欠的であること
を特徴としている。

【００１４】請求項９の半導体製造方法は、荷電粒子群
を照射されて処理されるべき半導体ウェハを設置するた
めの設置部と、前記荷電粒子群を発生させ且つ前記半導
体ウェハの一部の領域に対応する断面形状で放射するた
めの発生部とを別体で設け、前記設置部と前記発生部と
を相対的に移動させて、前記設置部に設置される前記半
導体ウェハの全部の領域に、前記発生部から放射された
前記荷電粒子群を照射することを特徴としている。

【００１５】請求項１０の半導体製造方法は、請求項９
の半導体製造方法において、前記断面形状を長手状にす
ることを特徴としている。

【００１６】請求項１１の半導体製造方法は、請求項９
の半導体製造方法において、前記移動を連続的に行うこ
とを特徴としている。

【００１７】請求項１２の半導体製造方法は、請求項１
１の半導体製造方法において、前記半導体ウェハの全部
の領域に対して複数回の前記移動を行うことを特徴とし
ている。

【００１８】請求項１３の半導体製造方法は、請求項９
の半導体製造方法において、前記移動を間欠的に行うこ
とを特徴としている。

【００１９】請求項１の半導体製造装置では、荷電粒子
群の発生部は半導体ウェハの一部の領域に対応する断面
形状で荷電粒子群を放射し、しかも、半導体ウェハの設
置部と荷電粒子群の発生部とは相対的に移動可能で互い
に別体であるので、半導体ウェハが大口径化しても荷電
粒子群の発生部を大型化させる必要がない。

【００２０】また、荷電粒子群は発生部で発生させるの
で、半導体ウェハの設置部が発生部の一部である必要が
なく、発生部の一部同士を相対的に移動させる必要がな
くて、荷電粒子群を安定的に発生させることができる。

【００２１】請求項２〜４の半導体製造装置では、遮蔽
板や筒状体や磁界発生手段を発生部が備えているので、
これらを変更するだけで荷電粒子群の断面形状を変更す
ることができる。

【００２２】請求項５の半導体製造装置では、荷電粒子
群の断面形状が長手状であるので、長手方向の長さを半
導体ウェハの直径よりも長くしておけば、長手方向に垂
直な方向へ半導体ウェハの設置部と荷電粒子群の発生部
とを相対的に移動させるだけで、半導体ウェハの全部の
領域に荷電粒子群を照射することができる。

【００２３】請求項６の半導体製造装置では、半導体ウ
ェハの設置部と荷電粒子群の発生部との相対的な移動が
連続的であるので、半導体ウェハの全部の領域に荷電粒
子群を短時間で照射することができる。

【００２４】請求項７の半導体製造装置では、半導体ウ
ェハの全部の領域に複数回に亘って荷電粒子群を照射す
るので、１回の照射量が少なくても所望の照射量で半導
体ウェハに荷電粒子群を照射することができる。

【００２５】請求項８の半導体製造装置では、半導体ウ
ェハの設置部と荷電粒子群の発生部との相対的な移動が
間欠的であるので、荷電粒子群の照射による半導体ウェ
ハの処理の終点を検出してから荷電粒子群の次の移動を
行うことができる。

【００２６】請求項９の半導体製造方法では、荷電粒子
群の発生部では半導体ウェハの一部の領域に対応する断
面形状で荷電粒子群を放射させ、しかも、半導体ウェハ
の設置部と荷電粒子群の発生部とを別体で設けているの
で、半導体ウェハが大口径化しても荷電粒子群の発生部
を大型化させる必要がない。

【００２７】また、荷電粒子群は発生部で発生させるの
で、半導体ウェハの設置部を発生部の一部にする必要が
なく、発生部の一部同士を相対的に移動させる必要がな
くて、荷電粒子群を安定的に発生させることができる。

【００２８】請求項１０の半導体製造方法では、荷電粒
子群の断面形状を長手状にしているので、長手方向の長
さを半導体ウェハの直径よりも長くしておけば、長手方
向に垂直な方向へ半導体ウェハと荷電粒子群とを相対的
に移動させるだけで、半導体ウェハの全部の領域に荷電
粒子群を照射することができる。

【００２９】請求項１１の半導体製造方法では、半導体
ウェハと荷電粒子群との相対的な移動が連続的であるの
で、半導体ウェハの全部の領域に荷電粒子群を短時間で
照射することができる。

【００３０】請求項１２の半導体製造方法では、半導体
ウェハの全部の領域に複数回に亘って荷電粒子群を照射
するので、１回の照射量が少なくても所望の照射量で半
導体ウェハに荷電粒子群を照射することができる。

【００３１】請求項１３の半導体製造方法では、半導体
ウェハと荷電粒子群との相対的な移動が間欠的であるの
で、荷電粒子群の照射による処理の終点を検出してから
荷電粒子群の次の移動を行うことができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、プラズマエッチング装置及
びプラズマエッチング方法に適用した本願の発明の第１
〜第３実施形態を、図１〜６を参照しながら説明する。
図１〜３が、マイクロ波励起のプラズマ源を用いる第１
実施形態を示している。図１に示す様に、この第１実施
形態のプラズマエッチング装置では、矩形導波管１１の
一端部にマグネトロン１２が取り付けられており、矩形
導波管１１の他端部に放電室１３が挿入されている。

【００３３】矩形導波管１１には空気の導入口１４と排
気口１５とが設けられており、矩形導波管１１の他端部
の周囲にはソレノイドコイル１６が巻回されている。放
電室１３は放電管１３ａで真空封止されており、放電管
１３ａはマイクロ波を透過させるために石英やアルミナ
等の誘電体で形成されている。ソレノイドコイル１６の
軸方向とは垂直な方向における放電室１３の断面形状は
長さ３０ｃｍ、幅５ｃｍの長方形である。

【００３４】放電室１３にはエッチング室１７が連なっ
ているが、放電室１３とエッチング室１７との境界部近
傍にはエッチングガスの導入口２１と探針プローブ２２
とが設けられており、真空ポンプ（図示せず）に接続さ
れている排気口２３と真空計２４とがエッチング室１７
に設けられている。

【００３５】エッチング室１７内には半導体ウェハ２５
を絶縁状態で設置するためのシリコン製のウェハ台２６
が設けられている。放電室１３とウェハ台２６との間に
は、放電室１３の断面形状に対応する長さ２６ｃｍ、幅
３ｃｍの長方形の開口２７ａを有する遮蔽板２７が配さ
れており、ウェハ台２６の遮蔽板２７とは反対側には、
永久磁石３１が固定されている。

【００３６】図２に示す様に、ウェハ台２６はピン３２
で押されることによってガイドレール３３上をこのガイ
ドレール３３に沿って往復動可能であり、図１中に矢印
Ａで示す様に、遮蔽板２７の開口２７ａの短辺方向へウ
ェハ台２６が往復動可能である。なお、上述の様にウェ
ハ台２６がシリコン製であるので、ウェハ台２６を往復
動させても、放電室１３における放電特性には影響を与
えない。

【００３７】以上の様な第１実施形態のプラズマエッチ
ング装置で半導体ウェハ２５に対するドライエッチング
を行うには、ソレノイドコイル１６と永久磁石３１とに
よって放電室１３から半導体ウェハ２５にかけてミラー
磁場を印加しつつ、排気口２３からの排気で放電室１３
及びエッチング室１７内を５×１０^-4Ｐａの高真空にし
た後、１０^-2〜１０Ｐａのガス圧力になる様に導入口２
１からエッチングガス３４を導入する。

【００３８】また、導入口１４から排気口１５へ空気３
５を流しつつ、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマグネト
ロン１２で発生させる。このマイクロ波が矩形導波管１
１中を伝播して放電室１３内に導入され、放電室１３内
でマイクロ波放電が発生して、エッチングガス３４のプ
ラズマが発生する。上述のミラー磁場は、このプラズマ
をウェハ台２６に向かって放射すると共に、マイクロ波
放電の安定化にも寄与している。

【００３９】なお、マイクロ波放電には、既述の一従来
例における平行平板電極の様な電極が不要である。この
ため、半導体装置の特性に影響を及ぼさないＳｉＯ₂ 等
の材料で放電室１３及びエッチング室１７の内面の全体
を覆うことが可能であり、従って、エッチング中におけ
る半導体ウェハ２５の表面の汚染を防止することができ
る。

【００４０】一方、放電室１３とウェハ台２６との間に
は長方形の開口２７ａを有する遮蔽板２７が配されてい
るので、図３に示す様に、放電室１３からウェハ台２６
に向かって放射されたプラズマの照射領域３６は遮蔽板
２７の開口２７ａに規定される。また、直径が２０ｃｍ
の半導体ウェハ２５は、２５ｃｍ／分の速度及び２５ｃ
ｍのストロークで上述の様にウェハ台２６と共に往復動
する。

【００４１】このため、図３に示す様に、半導体ウェハ
２５の一部の領域ずつが照射領域３６に順次に走査さ
れ、ウェハ台２６の１回の移動で半導体ウェハ２５の全
部の領域が照射領域３６に走査される。この第１実施形
態では６往復で１枚の半導体ウェハ２５のエッチングを
終了させているが、走査速度とエッチング速度との関係
を適切に選択することによって、ウェハ台２６の１回の
移動で半導体ウェハ２５のエッチングを終了させること
も可能である。

【００４２】図４が、誘導結合型励起のプラズマ源を用
いる第２実施形態を示している。図４（ａ）に示す様
に、この第２実施形態のプラズマエッチング装置では、
角形の石英チューブ３７の一つの面にエッチングガスの
導入口４１が設けられており、図３に示した照射領域３
６と同じ形状の開口３７ａが導入口４１とは反対側の面
に設けられている。

【００４３】また、石英チューブ３７のうちで導入口４
１と開口３７ａとの間の面に角形の渦巻状の高周波電極
４２が取り付けられており、この高周波電極４２の両端
に高周波電源４３が接続されている。

【００４４】この様な第２実施形態でも、図４（ｂ）に
示す様に、シート状のプラズマ４４を容易に得ることが
できるので、ウェハ台２６に対して石英チューブ３７を
垂直に配置することによって、図３に示した様に、半導
体ウェハ２５の一部の領域ずつが照射領域３６に順次に
走査され、ウェハ台２６の１回の移動で半導体ウェハ２
５の全部の領域が照射領域３６に走査される。

【００４５】図５が、平行平板電極をプラズマ源として
用いる第３実施形態を示している。この第３実施形態の
プラズマエッチング装置では、平行平板電極４５に高周
波電源４３が接続されており、ウェハ台２６を接地して
平行平板電極４５とウェハ台２６との間にバイアスを印
加することによって平行平板電極４５間からプラズマ４
４をウェハ台２６側へ引き出す様にしている。

【００４６】また、開口２７ａを有する遮蔽板２７がウ
ェハ台２６と平行平板電極４５との間に設置されている
が、この遮蔽板２７と平行平板電極４５との間に更に直
流コイル４６が設置されている。この直流コイル４６に
よる磁界のために、プラズマ４４の発散が防止されるの
みならず、プラズマ４４が遮蔽板２７に達する前に遮蔽
板２７の開口２７ａに近い断面形状にされてプラズマ４
４の均一化及び高密度が実現されている。

【００４７】なお、図１〜５に示した以上の第１〜第３
実施形態の何れにおいても、半導体ウェハ２５の設置部
であるウェハ台２６とプラズマの発生部である放電室１
３、遮蔽板２７、石英チューブ３７、平行平板電極４５
及び直流コイル４６等とを相対的且つ連続的に移動させ
ている。

【００４８】しかし、図６に示す様に、例えば、半導体
ウェハ２５を縦方向の４つの領域に分割し、第１〜第４
ステップの相対的且つ間欠的な移動によって、半導体ウ
ェハ２５の全部の領域を照射領域３６で順次に照射する
様にしてもよい。この様にすると、各ステップでエッチ
ングの終点を確認してから次のステップへ進むことがで
きるので、エッチングを正確に行うことができる。

【００４９】また、以上の第１〜第３実施形態はプラズ
マエッチング装置及びプラズマエッチング方法に本願の
発明を適用したものであるが、イオンエッチング装置及
びイオンエッチング方法やエッチング装置及びエッチン
グ方法以外の半導体製造装置及び半導体製造方法にも本
願の発明を適用することができる。

【００５０】更に、以上の第１〜第３実施形態では、遮
蔽板２７の開口２７ａや石英チューブ３７の開口３７ａ
や直流コイル４６の形状を長方形にすることによって照
射領域３６つまりプラズマ４４の断面形状を長方形にし
ているが、長手状であれば長方形以外の例えば楕円形や
線状等であってもよい。

【００５１】

【発明の効果】請求項１の半導体製造装置では、半導体
ウェハが大口径化しても荷電粒子群の発生部を大型化さ
せる必要がないので、半導体製造装置全体の大型化を抑
制することができ、また、荷電粒子群を安定的に発生さ
せることができるので、半導体ウェハを安定的に処理す
ることもできる。

【００５２】請求項２〜４の半導体製造装置では、発生
部の遮蔽板や筒状体や磁界発生手段を変更するだけで荷
電粒子群の断面形状を変更することができるので、半導
体ウェハの大口径化等があっても、半導体製造装置を低
コストで変更することができる。

【００５３】請求項５の半導体製造装置では、荷電粒子
群の断面形状の長手方向の長さを半導体ウェハの直径よ
りも長くしておけば、長手方向に垂直な方向へ半導体ウ
ェハの設置部と荷電粒子群の発生部とを相対的に移動さ
せるだけで、半導体ウェハの全部の領域に荷電粒子群を
照射することができるので、半導体製造装置の大型化の
抑制と処理の高速化との両立が可能である。

【００５４】請求項６の半導体製造装置では、半導体ウ
ェハの全部の領域に荷電粒子群を短時間で照射すること
ができるので、半導体ウェハの処理を更に高速化させる
ことができる。

【００５５】請求項７の半導体製造装置では、１回の照
射量が少なくても所望の照射量で半導体ウェハに荷電粒
子群を照射することができるので、半導体ウェハの処理
の高速化と処理の正確化との両立が可能である。

【００５６】請求項８の半導体製造装置では、荷電粒子
群の照射による半導体ウェハの処理の終点を検出してか
ら荷電粒子群の次の移動を行うことができるので、半導
体ウェハを正確に処理することができる。

【００５７】請求項９の半導体製造方法では、半導体ウ
ェハが大口径化しても荷電粒子群の発生部を大型化させ
る必要がないので、半導体製造装置全体の大型化を抑制
することができ、また、荷電粒子群を安定的に発生させ
ることができるので、半導体ウェハを安定的に処理する
こともできる。

【００５８】請求項１０の半導体製造方法では、荷電粒
子群の断面形状の長手方向の長さを半導体ウェハの直径
よりも長くしておけば、長手方向に垂直な方向へ半導体
ウェハと荷電粒子群とを相対的に移動させるだけで、半
導体ウェハの全部の領域に荷電粒子群を照射することが
できるので、半導体ウェハの処理を高速化させることが
できる。

【００５９】請求項１１の半導体製造方法では、半導体
ウェハの全部の領域に荷電粒子群を短時間で照射するこ
とができるので、半導体ウェハの処理を更に高速化させ
ることができる。

【００６０】請求項１２の半導体製造方法では、１回の
照射量が少なくても所望の照射量で半導体ウェハに荷電
粒子群を照射することができるので、半導体ウェハの処
理の高速化と処理の正確化との両立が可能である。

【００６１】請求項１３の半導体製造方法では、荷電粒
子群の照射による処理の終点を検出してから荷電粒子群
の次の移動を行うことができるので、半導体ウェハを正
確に処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の発明の第１実施形態の側断面図である。

【図２】第１実施形態の要部の平面図である。

【図３】第１実施形態における動作を示す平面図であ
る。

【図４】本願の発明の第２実施形態を示しており、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は側断面図である。

【図５】本願の発明の第３実施形態の側断面図である。

【図６】図３の場合とは異なる動作を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１３ 放電室 ２５ 半導体ウェハ ２
６ ウェハ台 ２７ 遮蔽板 ２７ａ 開口 ３
２ ピン ３３ ガイドレール ３７ 石英チューブ ３
７ａ 開口 ４４ プラズマ ４５ 平行平板電極 ４
６ 直流コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５７２Ａ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子群を照射されて処理されるべき
   半導体ウェハを設置するための設置部と、 前記荷電粒子群を発生させ且つ前記半導体ウェハの一部
   の領域に対応する断面形状で放射するための発生部と、 前記設置部と前記発生部とを相対的に移動させて、前記
   設置部に設置される前記半導体ウェハの全部の領域に、
   前記発生部から放射された前記荷電粒子群を照射するた
   めの移動部とを具備することを特徴とする半導体製造装
   置。
2. 【請求項２】 前記断面形状の開口を有する遮蔽板を前
   記発生部が備えており、 前記開口を介して前記荷電粒子群を放射することを特徴
   とする請求項１記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記断面形状の開口を有する筒状体を前
   記発生部が備えており、 前記筒状体内で発生させた前記荷電粒子群を、前記開口
   を介して放射することを特徴とする請求項１記載の半導
   体製造装置。
4. 【請求項４】 前記断面形状に前記荷電粒子群を収束さ
   せる磁界発生手段を前記発生部が備えていることを特徴
   とする請求項１記載の半導体製造装置。
5. 【請求項５】 前記断面形状が長手状であることを特徴
   とする請求項１記載の半導体製造装置。
6. 【請求項６】 前記移動が連続的であることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体製造装置。
7. 【請求項７】 前記半導体ウェハの全部の領域に対して
   複数回の前記移動を行うことを特徴とする請求項６記載
   の半導体製造装置。
8. 【請求項８】 前記移動が間欠的であることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体製造装置。
9. 【請求項９】 荷電粒子群を照射されて処理されるべき
   半導体ウェハを設置するための設置部と、前記荷電粒子
   群を発生させ且つ前記半導体ウェハの一部の領域に対応
   する断面形状で放射するための発生部とを別体で設け、 前記設置部と前記発生部とを相対的に移動させて、前記
   設置部に設置される前記半導体ウェハの全部の領域に、
   前記発生部から放射された前記荷電粒子群を照射するこ
   とを特徴とする半導体製造方法。
10. 【請求項１０】 前記断面形状を長手状にすることを特
    徴とする請求項９記載の半導体製造方法。
11. 【請求項１１】 前記移動を連続的に行うことを特徴と
    する請求項９記載の半導体製造方法。
12. 【請求項１２】 前記半導体ウェハの全部の領域に対し
    て複数回の前記移動を行うことを特徴とする請求項１１
    記載の半導体製造方法。
13. 【請求項１３】 前記移動を間欠的に行うことを特徴と
    する請求項９記載の半導体製造方法。