(57)【要約】【課題】処理条件やウエハの寸法が変わっても、均一なエッチング特性を得ることのできる半導体製造装置およびその使用方法を提供する。【解決手段】半導体製造装置において、第一開口部を有する第一アンテナ１１１と第二開口部を有する第二アンテナ１１２と、第二アンテナ１１２に対して相対的に第一アンテナ１１１に位置を制御する位置制御手段（１１５、１１６）と、第二開口部の分布が所望の分布となるように位置制御手段を制御する制御装置１２７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造用試料をプラズマ処理するプラズマ処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を導波路を介して前記プラズマ処理室に供給する高周波電源と、前記導波路と前記プラズマ処理室の間に配置された平面アンテナとを備える半導体製造装置において、
前記平面アンテナは、第一の開口部を有する第一のアンテナと第二の開口部を有する第二のアンテナとを具備し、
さらに、前記第二のアンテナに対して相対的に前記第一のアンテナの位置を制御する位置制御手段と、前記第二の開口部の分布が所望の分布となるように前記位置制御手段を制御する制御装置とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体製造装置において、
前記制御装置は、プラズマ処理条件を規定するステップに基づいて制御することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体製造装置において、
前記位置制御手段は、前記第二のアンテナに対して相対的に前記第一のアンテナを回転させる回転制御手段であり、
前記第一の開口部は、第一の径方向に配置された第一のスリットと、前記第一の径方向から所望の角度回転した第二の径方向に配置された第二のスリットと、
前記第二の径方向から所望の角度回転した第三の径方向に配置された第三のスリットとを有し、
前記第二の開口部は、径方向に配置された第四のスリットを有し、
前記第四のスリットは、複数の同一形状のスリットを含み、
前記第一のスリットは、任意の径方向に配置された第四のスリットを全て開口できるようなスリットであり、
前記第二のスリットは、任意の径方向に配置された第四のスリットの中心部のスリットと前記任意の径方向に配置された第四のスリットの外周部のスリットを開口できるようなスリットであり、
前記第三のスリットは、任意の径方向に配置された第四のスリットの中間部のスリットを開口できるようなスリットであることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体製造装置において、
前記第一のアンテナと前記第二のアンテナは、それぞれ同軸に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の半導体製造装置において、
前記第一のアンテナは、前記第二のアンテナよりも径方向の寸法が小さいことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の半導体製造装置において、
前記第一のアンテナは、中心部に配置される第三のアンテナとその周囲に配置される第四のアンテナを有し、前記第四のアンテナは前記回転手段により回転し、前記第三のアンテナは前記回転手段とは別の回転手段により回転するものであることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の半導体製造装置において、
前記位置制御手段は、前記第二のアンテナに対して相対的に前記第一のアンテナの位置をスライドさせる手段であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
前記半導体製造装置は、マイクロ波平面アンテナ方式のドライエッチング装置であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記半導体製造装置は、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを生成するものであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
半導体製造用試料をプラズマ処理するプラズマ処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を導波路を介して前記プラズマ処理室に供給する高周波電源と、前記導波路と前記プラズマ処理室の間に配置された平面アンテナとを備える半導体製造装置を用いた半導体製造装置の使用方法において、
前記平面アンテナは、第一の開口部を有する第一のアンテナと第二の開口部を有する第二のアンテナとを具備し、
前記第二の開口部の分布が所望の分布となるように、前記第二のアンテナに対して相対的に前記第一のアンテナの位置を調整することを特徴とする半導体製造装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング装置等の半導体製造装置およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の微細加工にはプラズマを用いたドライエッチング装置が用いられている。ウエハを処理する真空容器内にプラズマを発生させる手段の例が、特許文献１や特許文献２に開示されている。これらの文献においては、導体板にスリット状の穴を多数開けたスロットアンテナと呼ばれる導体にマイクロ波領域の電磁波を流し、スリットの周囲に流れる電流で電磁波を真空容器中に放出させ、高密度のプラズマを発生させている。
【０００３】
また真空容器内で発生するマイクロ波の導波路のインピーダンスを変えるために空洞共振内に２枚のスリットを設ける技術が特許文献３に記載されている。この技術により安定で均一なプラズマが発生できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１９０５０１号公報
【特許文献２】特開２００９−２５９８６３号公報
【特許文献３】特開平２−１３８７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体素子の製造に使用するＳｉウエハの径は量産性向上、コスト削減のために大口径化が進んでいる。現在主流は直径３００ｍｍのウエハだが、近い将来４５０ｍｍへの移行も検討されている。一方、半導体製造装置では、ウエハの大口径化に伴い処理特性のウエハ面内均一性が課題となる。プラズマを用いたドライエッチング装置では、エッチング速度と加工形状をウエハ面内で均一に保つことが必要で、ウエハ大口径化に伴い均一化技術は困難さを増している。
【０００６】
ドライエッチング装置で均一性を向上するためには、エッチング速度や形状に直接影響を与えているチャンバ内のプラズマ密度を制御する必要がある。プラズマの密度を均一化する方法の一つとして、特許文献１に記載されているアンテナの形状を最適化する方法が考えられる。たとえば、ウエハ大口径化に伴い、ウエハ周囲側のエッチング速度が中心付近と比較して遅くなる場合には、電界を放射するスリットの数を外周部に多く設けて、外周部のプラズマ密度が強くなるように設計すればよい。
【０００７】
しかし、プラズマの均一性が最も良くなる条件は、プラズマを構成するガスの種類、圧力に依存する。また目的はウエハ上のエッチング速度と加工形状の均一化で、両者はプラズマの密度だけではなく、プラズマ中の反応生成物の密度分布などにも依存する。反応生成物の密度分布は処理するウエハの材料などにも依存するために、場合により異なる。つまり、均一なエッチング特性を得るためのプラズマ分布は、一定ではなく処理条件や処理ウエハにより異なる。
【０００８】
しかし、従来技術には条件やウエハによりプラズマの密度分布を変える機能はない。現在主流の３００ｍｍ径のウエハではこの機能が無くてもある程度対応できたが、さらにウエハの径が大きくなると課題の重要性は大きくなる。
【０００９】
本発明の目的は、処理条件やウエハ（被加工物）の寸法が変わっても、均一なエッチング特性を得ることのできる半導体製造装置およびその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成と処理手順を採用する。
【００１１】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、一例を挙げるならば、半導体製造用試料をプラズマ処理するプラズマ処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を導波路を介して前記プラズマ処理室に供給する高周波電源と、前記導波路と前記プラズマ処理室の間に配置された平面アンテナとを備える半導体製造装置において、
前記平面アンテナは、第一の開口部を有する第一のアンテナと第二の開口部を有する第二のアンテナとを具備し、
さらに、前記第二のアンテナに対して相対的に前記第一のアンテナの位置を制御する位置制御手段と、前記第二の開口部の分布が所望の分布となるように前記位置制御手段を制御する制御装置とを備えることを特徴とする半導体製造装置とする。
【００１２】
また、半導体製造用試料をプラズマ処理するプラズマ処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を導波路を介して前記プラズマ処理室に供給する高周波電源と、前記導波路と前記プラズマ処理室の間に配置された平面アンテナとを備える半導体製造装置を用いた半導体製造装置の使用方法において、
前記平面アンテナは、第一の開口部を有する第一のアンテナと第二の開口部を有する第二のアンテナとを具備し、
前記第二の開口部の分布が所望の分布となるように、前記第二のアンテナに対して相対的に前記第一のアンテナの位置を調整することを特徴とする半導体製造装置の使用方法とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、処理条件やウエハ（被加工物）の寸法が変わっても、均一なエッチング特性を得ることのできる半導体製造装置およびその使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体製造装置の概略全体構成図である。
【図２】本発明の第1の実施例に係る半導体製造装置におけるアンテナ板の平面図であり、（ａ）は平面アンテナＡの一例を、（ｂ）は平面アンテナＢの一例を示す。
【図３】本発明の第２の実施例に係る半導体製造装置における同軸導波管変換部の詳細断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る半導体製造装置におけるアンテナ板の平面図であり、（ａ）はアンテナＡの一例を、（ｂ）はアンテナＡの他の例を、（ｃ）はアンテナＢの一例を示す。
【図５】本発明の第３の実施例に係る半導体製造装置の概略全体構成図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係る半導体製造装置におけるアンテナ板の平面図であり、（ａ）は平面アンテナＡの一例を、（ｂ）は平面アンテナＢの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明ではプラズマを発生する電磁波の分布を時間とともに変化できる機能を提供する。この機能はスロットアンテナのスリットの形や位置の分布を可変な構造にすることで実現する。スリットの形や分布を変えるために複数枚のスロットアンテナを重ねてお互いの相対的な位置を変えることにより、スリットを部分的に塞ぐ機能を付加する。
【００１６】
スロットアンテナ方式では、スリットから放射される電磁波がスリット近傍で強いプラズマを発生させて電磁波エネルギーが大部分アンテナの近傍、表面に極近い部分で消費される。この方式ではスロットアンテナ近傍で強いプラズマが発生するので、スリットの形や配置によりプラズマ密度分布が変わる。
【００１７】
本発明により、条件やウエハの種類が変わっても、それに応じて電界分布を変えることで均一性を改善できる。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１に本発明の第１の実施例に係る半導体製造装置の一つであるマイクロ波平面アンテナ方式のドライエッチング装置の概略全体構成図を示す。チャンバ１０１は内部を空排気できる構造になっており、ウエハ１０２が試料台１０３上に、ウエハ搬出口１１０から出し入れできる。なお図では真空排気ポンプやウエハ搬出機構、ガス導入系は省略している。マイクロ波電源１０４から放出されたマイクロ波（たとえば２．４５ＧＨｚ）は導波管１０５を通過して同軸導波管変換部１０６で円柱状の同軸導波管１０７と内部導体１０８に変換された導波路を通り、平面アンテナＡ １１１と平面アンテナＢ １１２に供給される。
【００２０】
図２（ａ）（ｂ）にそれぞれ平面アンテナＡ １１１と平面アンテナＢ １１２の平面図を示す。平面アンテナＡとＢは円形（真円が望ましい）であり、それぞれは開口部であるスリット１１３が開いており、２枚が電気的に接触するような形態で２枚重なった状態で天板１１４の上に設置される（図１）。天板１１４は石英あるいはセラミックなどの電磁波を透過する物質で成る。このスリット１１３の周囲に流れる電流により、電磁波が発生してチャンバ１０１内に放出される。チャンバ１０１内はエッチングガスが一定の圧力で保持されており、電磁波によりガスがプラズマ１１７化して反応性イオンがウエハ１０２に入射することでエッチングが進行する。試料台１０３には、入射イオンを加速するためのバイアス電源１０９が接続されている。
【００２１】
この構成において。本実施例では平面アンテナＡ １１１と平面アンテナＢ １１２の相対的な位置を変えることにより、平面アンテナＡ １１１のスリットを一部平面アンテナＢ １１２で塞ぎ、開口するスリットの分布を変える。具体的には、平面アンテナＡ １１１の外周には歯車になるように歯が刻まれており、パルスステップモータ１１５についた歯車１１６と噛み合って、平面アンテナＢ １１２に対して同軸で回転するようになっている。平面アンテナＢ １１２を平面アンテナＡ １１１に対して同軸で回転することもできる。図２に示す位置関係で平面アンテナＡ １１１と平面アンテナＢ １１２を重ねると、平面アンテナＢ １１２のスリットは全て開口する。平面アンテナＡ １１１を時計方向に１５度回転すると、平面アンテナＢ １１２の径方向中間部のスリットが塞がれる。また、平面アンテナＡ １１１を時計方向に更に１５度（合計で３０度）回転すると平面アンテナＢ １１２の径方向中心付近と外周のスリットが塞がれる。なお、符号１２７は制御装置を示す。今後の図面において同一符号は同一構成要素を示す。
【００２２】
以上のように平面アンテナＡ １１１を回転させることによりスリットの配置を変えることができ、従ってチャンバ内のプラズマ１１７の強度分布を変えることができる。また平面アンテナＡ １１１と平面アンテナＢ １１２のスリット１１３やその配置は図２に示される形には限らない。どのエッチング条件のときにどのスリット位置分布にするかは試験的に決める必要があるが、一般的には圧力が高くなると、イオンの平均自由行程が小さくなり、中心部でプラズマ密度が高くなる傾向があるので、中心部のスリット密度を減らすようにすればエッチング速度の均一性が向上する。
【００２３】
以上の構成により、エッチング条件あるいは被エッチング材料によって最適なプラズマ条件を設定可能となる。エッチング条件が複数のステップから成る場合はステップごとに平面アンテナＡ １１１の回転角を変えて、プラズマの分布を制御することができる。また、制御装置１２７により、プラズマ処理条件を規定するステップに基づいて所望のプラズマ分布となるように平面アンテナＡ １１１の回転角は制御される。
【００２４】
本実施例によれば、処理条件やウエハ（被加工物）の寸法が変わっても、平面アンテナＡのスリットの位置を平面アンテナＢのスリットの位置に対して変更することにより均一なエッチング特性を得ることのできる半導体製造装置およびその使用方法を提供することができる。
【実施例２】
【００２５】
本発明の第２の実施例について図３と図４を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００２６】
図３は同軸導波管変換部１０６の断面図で、平面アンテナＡ １１１を回転させる別の機構を示す。平面アンテナＡ １１１は内部導体１０８に接続されているが、本実施例では内部導体１０８が絶縁物３０３を介してパルスステップモータ３０１の回転軸３０２につながっている。この機構により、平面アンテナＢ １１２のスリットを部分的に塞ぎ、プラズマの強度分布すなわちエッチング特性の分布を制御できる。尚、本実施例では、絶縁物３０３を介して内部導体１０８を回転軸３０２につながっているが、内部導体１０８は、直接、回転軸３０２に接続されても良い。
【００２７】
また、図４は本実施例に係る半導体製造装置におけるアンテナ板の平面図であり、図４（ａ）はアンテナＡの一例を、図４（ｂ）はアンテナＡの他の例を、図４（ｃ）はアンテナＢの一例を示す。図４（ｃ）は平面アンテナＢ ４０１で、Ｔ字型のスリット４０２が設けられている。図４（ａ）は平面アンテナＡ ４０３で、径が平面アンテナＢ ４０１より小さい。この２つを組み合わせ、平面アンテナＡ ４０３を回転すると平面アンテナＢ ４０１の内周のスリットの一部を塞ぐことができる。本平面アンテナＡ ４０３は、図３の構成で用いるのに好適である。また図４（ｂ）に示す平面アンテナＡ ４０４は広い開口部４０５を有しており、これを平面アンテナＢ ４０１と組み合わせることで外周部スリットの一部を塞ぐことができる。本平面アンテナＡ ４０４は、図２（ａ）で説明したように外周に歯を刻み、パルスステップモータ１１５についた歯車１１６と噛み合わせて、平面アンテナＢ ４０１に対して同軸で回転するようにできる。また、平面アンテナＢ ４０１に対し、平面アンテナＡ ４０３と平面アンテナＡ ４０４とを同時に組み合わせて用いることもできる。これにより、互いに独立して平面アンテナＢ ４０１のスリットの開閉状態を調整することができる。
【００２８】
本実施例によれば、処理条件やウエハ（被加工物）の寸法が変わっても、平面アンテナＡのスリットの位置を平面アンテナＢのスリットの位置に対して変更することにより均一なエッチング特性を得ることのできる半導体製造装置およびその使用方法を提供することができる。また、平面アンテナＡを２つ備えることにより、エッチング速度等の均一性を得るための組合せの自由度を増やすことができる。
【実施例３】
【００２９】
本発明の第３の実施例について図５を用いて説明する。なお、実施例１又は２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００３０】
図５は、本実施例に係る半導体製造装置の概略全体構成図である。本半導体製造装置は、チャンバ１０１の周囲に電磁コイル５０１を付加したものであり、これによりチャンバ内に磁場を生成することができる。生成された磁場の磁場強度をプラズマ中の電子のサイクロトロン周波数とマイクロ波の周波数が一致するように設定することにより、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が生じて、電磁波がアンテナから離れた位置に生成可能になると同時にプラズマ密度を上げることもできる。たとえばマイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚでは磁場強度は８７．５ｍＴとなる。
【００３１】
この構造の装置でも実施例１、２同様に平面アンテナのスリットの分布を変えて、プラズマ密度の分布を制御できる。
【００３２】
なお以上述べた装置は半導体のドライエッチングだけではなくプラズマを用いた膜堆積、レジストのアッシングなどにも適用できる。
【００３３】
本実施例によれば、処理条件やウエハ（被加工物）の寸法が変わっても、平面アンテナＡのスリットの位置を平面アンテナＢのスリットの位置に対して変更することにより均一なエッチング特性を得ることのできる半導体製造装置およびその使用方法を提供することができる。
【実施例４】
【００３４】
本発明の第４の実施例について図６を用いて説明する。なお、実施例１乃至３の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図６（ａ）（ｂ）に、本実施例の半導体製造装置における平面アンテナＡ（円形） １１１と平面アンテナＢ ６０１（四角形）の平面図をそれぞれ示す。２枚の平面アンテナの相対的な位置を変える方法は、アンテナを回転させる方法には限らない。図６（ｂ）に示すようなスライド式平面アンテナＢ ６０１を直線歯車６０２により直線的に動かして図６（ａ）に示す平面アンテナＡ １１１のスリット１１３を一部塞ぐように調整してもよい。
【００３５】
本実施例によれば、処理条件やウエハ（被加工物）の寸法が変わっても、平面アンテナＡのスリットの位置を平面アンテナＢのスリットの位置に対して変更することにより均一なエッチング特性を得ることのできる半導体製造装置およびその使用方法を提供することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０１…チャンバ、１０２…ウエハ、１０３…試料台、１０４…マイクロ波電源、１０５…導波管、１０６…同軸導波管変換部、１０７…同軸導波管、１０８…内部導体、１０９…バイアス電源、１１０…ウエハ搬出口、１１１…平面アンテナＡ、１１２…平面アンテナＢ、１１３…スリット、１１４…天板、１１５…パルスステップモータ、１１６…歯車、１１７…プラズマ、１２７…制御装置、３０１…パルスステップモータ、３０２…回転軸、３０３…絶縁物、４０１…平面アンテナＢ、４０２…スリット、４０３…平面アンテナＡ、４０４…平面アンテナＡ、４０５…開口部、５０１…電磁コイル、６０１…スライド式平面アンテナＢ、６０２…直線歯車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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