JPH09246252A - 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２３及び遮蔽板３６によって半導
体ウェハ１４の一部の領域に対応する断面形状でプラズ
マを放射するので、半導体ウェハ１４が大口径化しても
放電室２３を大型化させる必要がなく、また、プラズマ
発生部の一部同士を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。また、半導体ウェハ
１４の被照射領域に排気口３７が臨んでいるので、プラ
ズマの流れが整流化されて均一な処理を容易に行うこと
ができ、また、半導体ウェハ１４が大口径化しても反応
生成物を速やかに除去することができる。

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が、これらの処理を行う
と、エッチング生成物等の反応生成物が生成される。

【０００３】このため、反応生成物を核にして微粒子が
発生し、この微粒子が半導体ウェハの表面に付着した
り、反応室の内面等に付着した微粒子が剥離して半導体
ウェハ上に落下したりする。また、微粒子の付着で反応
室の内面等が改質されたり、プラズマ中の活性種が反応
生成物と反応して不活性化したりして、処理速度が低下
する。

【０００４】この結果、半導体ウェハに形成している配
線等のパターンに不良が生じたり、半導体製造装置毎に
処理結果が異なったり、同じ半導体製造装置でも経時的
に処理結果が異なったりして、半導体ウェハを安定的に
処理することができなくなる。そこで、真空ポンプの排
気速度を高めることによって、反応生成物の滞留時間を
短くすることが考えられている。

【０００５】一方、経済的観点から半導体ウェハが大口
径化されてきており、それに伴って半導体ウェハの処理
方式もバッチ式から枚葉式に変わってきている。図５
は、この様な枚葉式で且つ平行平板型であるプラズマエ
ッチング装置の一従来例を示している。この一従来例で
は、下部電極１１と上部電極１２とが互いに平行に対向
しており、エッチングガスの導入管１３が上部電極１２
を貫通している。

【０００６】この様な一従来例でエッチングを行うため
には、下部電極１１上に半導体ウェハ１４を設置し、下
部電極１１や上部電極１２等が配置されている反応室内
から排気を行い、下部電極１１及び上部電極１２の一方
を接地すると共に他方に高周波電圧を印加しつつ、導入
管１３からエッチングガスを供給することによって、エ
ッチングガスのプラズマを半導体ウェハ１４に照射す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図５に示し
た一従来例のエッチング装置では、半導体ウェハ１４の
外周部から排気が行われるので、半導体ウェハが大口径
化されるに連れて、排気効率が低下する。この結果、エ
ッチング生成物等の反応生成物も速やかには除去するこ
とができず、半導体ウェハを安定的に処理することが困
難になってきている。

【０００８】

【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、前記設
置部に設置される前記半導体ウェハのうちで前記荷電粒
子群の被照射領域に臨む排気部とを具備することを特徴
としている。

【０００９】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、前記排気部が前記被照射領域
を取り囲んでいることを特徴としている。

【００１０】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、前記移動が連続的であること
を特徴としている。

【００１１】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、前記移動が間欠的であること
を特徴としている。

【００１２】請求項５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し、前記照射による前記処理を行
いつつ前記半導体ウェハのうちで前記荷電粒子群の被照
射領域から排気を行うことを特徴としている。

【００１３】請求項６の半導体製造方法は、請求項５の
半導体製造方法は、前記被照射領域の周囲から前記排気
を行うことを特徴としている。

【００１４】請求項７の半導体製造方法は、請求項５の
半導体製造方法は、前記移動を連続的に行うことを特徴
としている。

【００１５】請求項８の半導体製造方法は、請求項５の
半導体製造方法は、前記移動を間欠的に行うことを特徴
としている。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】また、半導体ウェハの被照射領域に排気部
が臨んでいるので、荷電粒子群の発生部から半導体ウェ
ハに亘って差動排気が行われ、荷電粒子群の発生部から
半導体ウェハへの荷電粒子群の流れが整流化されて均一
な処理を容易に行うことができる。

【００１９】しかも、半導体ウェハが荷電粒子群に照射
されて処理されることによって反応生成物が生成されて
も、半導体ウェハの被照射領域に排気部が臨んでいるの
で、半導体ウェハが大口径化しても反応生成物を速やか
に除去することができる。

【００２０】請求項２の半導体製造装置では、排気部が
被照射領域を取り囲んでいるので、半導体ウェハが大口
径化しても反応生成物を更に速やかに除去することがで
きる。

【００２１】請求項３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。

【００２２】請求項４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。

【００２３】請求項５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。

【００２４】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。

【００２５】また、半導体ウェハの被照射領域から排気
を行っているので、荷電粒子群の発生部から半導体ウェ
ハに亘って差動排気が行われ、荷電粒子群の発生部から
半導体ウェハへの荷電粒子群の流れが整流化されて均一
な処理を容易に行うことができる。

【００２６】しかも、半導体ウェハが荷電粒子群に照射
されて処理されることによって反応生成物が生成されて
も、半導体ウェハの被照射領域から排気を行っているの
で、半導体ウェハが大口径化しても反応生成物を速やか
に除去することができる。

【００２７】請求項６の半導体製造方法では、被照射領
域の周囲から排気を行っているので、半導体ウェハが大
口径化しても反応生成物を更に速やかに排気することが
できる。

【００２８】請求項７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。

【００２９】請求項８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。

【００３０】

【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
及び第２実施形態を、図１〜４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２
１の一端部にマグネトロン２２が取り付けられており、
矩形導波管２１の他端部に放電室２３が挿入されてい
る。

【００３１】矩形導波管２１には空気の導入口２４と排
気口２５とが設けられており、矩形導波管２１の他端部
の周囲にはソレノイドコイル２６が巻回されている。放
電室２３は放電管２３ａで真空封止されており、放電管
２３ａ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２６の
軸方向とは垂直な方向における放電室２３の断面形状は
長さ３０ｃｍ、幅５ｃｍの長方形である。

【００３２】放電室２３にはエッチング室２７が連なっ
ているが、放電室２３のうちでエッチング室２７側の部
分にはエッチングガスの導入口３１が設けられており、
放電室２３とエッチング室２７との境界部近傍には探針
プローブ３２が設けられている。また、真空ポンプ（図
示せず）に接続されている排気口３３と真空計３４とが
エッチング室２７に設けられている。

【００３３】エッチング室２７内には半導体ウェハ１４
を絶縁状態で設置するためのシリコン製のウェハ台３５
が設けられており、放電室２３とウェハ台３５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３６ａを有する遮蔽板３６が配さ
れている。

【００３４】放電室２３と遮蔽板３６との間には、直径
が２ｃｍのパイプでありターボ分子ポンプに接続されて
いる４つの排気口３７が放電室２３の軸方向の周りに９
０°間隔で設けられており、ウェハ台３５の遮蔽板３６
とは反対側には、永久磁石４１が固定されている。

【００３５】図２に示す様に、ウェハ台３５はピン４２
で押されることによってガイドレール４３上をこのガイ
ドレール４３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３６の開口３６ａの短辺方向へウ
ェハ台３５が往復動可能である。なお、上述の様にウェ
ハ台３５がシリコン製であるので、ウェハ台３５を往復
動させても、放電室２３における放電特性には影響を与
えない。

【００３６】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１４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２６と永久磁石４１とに
よって放電室２３から半導体ウェハ１４にかけてミラー
磁場を印加し、且つ排気口３３、３７で排気を行いつ
つ、導入口３１からエッチングガス４４を導入する。

【００３７】また、導入口２４から排気口２５へ空気４
５を流しつつ、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマグネト
ロン２２で発生させる。このマイクロ波が矩形導波管２
１中を伝播して放電室２３内に導入され、放電室２３内
でマイクロ波放電が発生して、エッチングガス４４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３５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。

【００３８】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２３及びエッチング室２７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１４の表面の汚染を防止することができ
る。

【００３９】一方、放電室２３とウェハ台３５との間に
は長方形の開口３６ａを有する遮蔽板３６が配されてい
るので、図３に示す様に、放電室２３からウェハ台３５
に向かって放射されたプラズマの照射領域４６は遮蔽板
３６の開口３６ａに規定される。また、直径が２０ｃｍ
の半導体ウェハ１４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３５と共に往復動
する。

【００４０】このため、図３に示す様に、半導体ウェハ
１４の一部の領域ずつが照射領域４６に順次に走査さ
れ、ウェハ台３５の１回の移動で半導体ウェハ１４の全
部の領域が照射領域４６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１４のエッチングを
終了させるが、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３５の１回の移動
で半導体ウェハ１４のエッチングを終了させることも可
能である。

【００４１】以上の様にして半導体ウェハ１４がエッチ
ングされるが、導入口３１からのエッチングガス４４の
導入と排気口３３、３７による排気との平衡によって、
放電室２３及びエッチング室２７内のガス圧力が１０^-2
〜１０Ｐａ程度に保たれた状態でエッチングが進行す
る。

【００４２】エッチングの進行に伴って、ウェハ台３５
上の半導体ウェハ１４と放電室２３との間の空間には、
エッチング種になるプラズマ中の活性種や中性分子等の
他に反応生成物も存在する様になる。しかし、この空間
に排気口３７が臨んでいるので、エッチング速度をあま
り低下させない程度に排気を行うことによって、この空
間から反応生成物を速やかに除去することができる。

【００４３】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。この第２実施形態のプ
ラズマエッチング装置では、図４の紙面内の幅が７ｃｍ
で紙面に垂直な方向の長さが２６ｃｍである放電室５１
の一つの面にエッチングガスの導入口５２が設けられて
おり、図３に示した照射領域４６と同じ形状の開口５１
ａが導入口５２とは反対側の面に設けられている。

【００４４】放電室５１の周囲には誘導コイル５３が巻
回されており、放電室５１との間に３ｃｍの幅の空間が
確保される石英チューブ５４が放電室５１の外側に放電
室５１と同軸状に設けられている。真空ポンプに接続さ
れている排気口５５が石英チューブ５４に設けられてお
り、放電室５１と石英チューブ５４との間の空間が排気
通路５６になっている。

【００４５】石英チューブ５４の外側には磁石５７が配
されており、開口５１ａ側の石英チューブ５４の端部に
エッチング室６１が連なっている。エッチング室６１に
は排気口６２とゲートバルブ６３とが設けられており、
図２に示した構造によって矢印Ａ方向に往復動されるウ
ェハ台３５がエッチング室６１内に配されている。

【００４６】この第２実施形態でも、図３に示した様
に、半導体ウェハ１４の一部の領域ずつが照射領域４６
に順次に走査されてエッチングが進行して、ウェハ台３
５上の半導体ウェハ１４と放電室５１との間の空間に
は、活性種や中性分子等の他に反応生成物も存在する様
になる。しかし、この空間に排気通路５６が臨んでいる
ので、エッチング速度をあまり低下させない程度に排気
を行うことによって、この空間から反応生成物を速やか
に除去することができる。

【００４７】なお、図１〜４に示した以上の第１及び第
２実施形態の何れにおいても、半導体ウェハ１４の設置
部であるウェハ台３５とプラズマの発生部である放電室
２３、５１及び遮蔽板２７等とを相対的且つ連続的に移
動させている。

【００４８】しかし、例えば、半導体ウェハ１４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１４の全部の
領域を照射領域４６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及び第２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】

【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
制することができる。また、荷電粒子群を安定的に発生
させることができ、荷電粒子群の発生部から半導体ウェ
ハへの荷電粒子群の流れが整流化されて均一な処理を容
易に行うことができ、且つ半導体ウェハが大口径化して
も反応生成物を速やかに除去す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ができる。

【００５１】請求項２の半導体製造装置では、半導体ウ
ェハが大口径化しても反応生成物を更に速やかに除去す
ることができるので、半導体ウェハを更に安定的に処理
することができる。

【００５２】請求項３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高速化させること
ができる。

【００５３】請求項４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。

【００５４】請求項５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
することができる。また、荷電粒子群を安定的に発生さ
せることができ、荷電粒子群の発生部から半導体ウェハ
への荷電粒子群の流れを整流化させて均一な処理を容易
に行うことができ、且つ半導体ウェハが大口径化しても
反応生成物を速やかに除去す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ができる。

【００５５】請求項６の半導体製造方法では、半導体ウ
ェハが大口径化しても反応生成物を更に速やかに除去す
ることができるので、半導体ウェハを更に安定的に処理
することができる。

【００５６】請求項７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高速化させること
ができる。

【００５７】請求項８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実施形態の側断面図である。

【図５】本願の発明の一従来例の要部の側断面図であ
る。

【符号の説明】

１４ 半導体ウェハ ２３ 放電室 ３５ ウェハ
台 ３６ 遮蔽板 ３７ 排気口 ４２ ピン ４３ ガイドレール ５１ 放電室 ５６ 排気通
路

Claims (8)

【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、 前記設置部に設置される前記半導体ウェハのうちで前記
   荷電粒子群の被照射領域に臨む排気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】 前記排気部が前記被照射領域を取り囲ん
   でい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。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 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し、 前記照射による前記処理を行いつつ前記半導体ウェハの
   うちで前記荷電粒子群の被照射領域から排気を行うこと
   を特徴とする半導体製造方法。
6. 【請求項６】 前記被照射領域の周囲から前記排気を行
   うことを特徴とする請求項５記載の半導体製造方法。
7. 【請求項７】 前記移動を連続的に行うことを特徴とす
   る請求項５記載の半導体製造方法。
8. 【請求項８】 前記移動を間欠的に行うことを特徴とす
   る請求項５記載の半導体製造方法。