(57)【要約】【課題】プラズマが生成する空間において、圧力分布が生じることを抑制できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】本発明に係るプラズマ処理装置は、チャンバー１０と、ステージ１２と、ステージ１２の上方に配置されたガス導入部１４と、ガス導入部１４の周囲から下方に突出することにより、半導体ウェハ１の上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間１０ａと、チャンバー１０内の他の空間である第２の空間１０ｂとを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材１６と、第２の空間１０ｂを排気する排気機構１８，２０，２０ａと、第１の空間１０ａの圧力を測定する第１の圧力計２２と、第２の空間１０ｂの圧力を測定する第２の圧力計２４と、第１の圧力計２２の測定値に基づいて止切部材１６の突出量を制御し、かつ第２の圧力計２４の測定値に基づいて排気機構２０ａを制御する制御部２６とを具備する。【選択図】図１
2008294050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、半導体ウェハが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置され、前記チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部の周囲から下方に突出することにより、前記半導体ウェハの上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間と、前記チャンバー内の他の空間である第２の空間とを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材と、
前記第２の空間を排気する排気機構と、
前記第１の空間の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記第２の空間の圧力を測定する第２の圧力計と、
前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する制御部と、
を具備するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ステージ上に載置された半導体ウェハの周囲から上方に突出することにより、前記仕切部材とともに、前記第１の空間と前記第２の空間とを互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る第２の仕切部材を具備する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、半導体ウェハが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置され、前記チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入部と、
前記ステージ上に載置された半導体ウェハの周囲から上方に突出することにより、前記半導体ウェハの上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間と、前記チャンバー内の他の空間である第２の空間とを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材と、
前記第２の空間を排気する排気機構と、
前記第１の空間の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記第２の空間の圧力を測定する第２の圧力計と、
前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する制御部と、
を具備するプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ガス導入部の周囲から下方に突出することにより、前記仕切部材とともに、前記第１の空間と前記第２の空間とを互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る第２の仕切部材を具備する請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置されていて半導体ウェハが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置され、前記チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入部と、
前記ステージ上に載置された半導体ウェハの周囲から上方に突出することにより、前記半導体ウェハの上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間と、前記チャンバー内の他の空間である第２の空間とを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材と、
前記第２の空間を排気する排気機構と、
前記第１の空間の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記第２の空間の圧力を測定する第２の圧力計と、
を具備するプラズマ処理装置を準備する工程と、
前記ステージ上に半導体ウェハを載置する工程と、
前記第２の空間を排気しつつ、前記第１の空間に処理ガスを導入し、前記第１の空間内でプラズマを発生させることにより、前記半導体ウェハを処理する工程と、
を具備し、
前記半導体ウェハを処理する工程において、前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、半導体ウェハが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置され、前記チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入部と、
前記ステージ上に載置された半導体ウェハの周囲から上方に突出することにより、前記半導体ウェハの上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間と、前記チャンバー内の他の空間である第２の空間とを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材と、
前記第２の空間を排気する排気機構と、
前記第１の空間の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記第２の空間の圧力を測定する第２の圧力計と、
を具備するプラズマ処理装置を準備する工程と、
前記ステージ上に半導体ウェハを載置する工程と、
前記第２の空間を排気しつつ、前記第１の空間に処理ガスを導入し、前記第１の空間内でプラズマを発生させることにより、前記半導体ウェハを処理する工程と、
を具備し、
前記半導体ウェハを処理する工程において、前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバー内部においてプラズマが生成する空間を他の空間から仕切る仕切部材を有するプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。特に本発明は、プラズマが生成する空間において圧力に分布が生じることを抑制できるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置はは、半導体ウェハにエッチング処理を行う装置である。チャンバー１１０内の空間は、円筒形の仕切部材１１６によって第１の空間１１０ａと第２の空間１１０ｂに仕切られている。第１の空間１１０ａと第２の空間１１０ｂは、一部で相互に繋がっている。第１の空間１１０ａの圧力は圧力計１２２によって測定され、第２の空間１１０ｂの圧力は、圧力計１２４によって測定される。
【０００３】
第１の空間１１０ａ内には、半導体ウェハ１００を載置するステージ、処理ガスをチャンバー１１０内に導入する処理ガス導入部１１４が配置されている。また第２の空間１１０ｂ内には、チャンバー１１０内部を排気する排気管１２０が接続されている。排気管１２０内部には、排気管１２０のコンダクタンスを変更して排気速度を変更する可変バルブ１２０ａが取付けられている。可変バルブ１２０ａの開口量は、圧力計１２４の測定値に基づいて制御部１２６によって制御される。これに類似する技術が、下記特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６５４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来のプラズマ処理装置において、処理後の半導体ウェハの面内均一性を高い値に維持する為には、プラズマが生成する空間における圧力の分布（具体的には半導体ウェハの中心部上と周辺部上の圧力差）を小さくする必要がある。このためには、プラズマが発生する第１の空間の圧力を、処理ガス供給量に合わせた最適値にするのが好ましい。上記した従来技術では、第１の空間と第２の空間の間のコンダクタンスが一定であるという前提のもとに、第２の空間１１０ｂの圧力を最適な値に保つことにより、第１の空間の圧力を一定の値に保っていた。しかし仕切部材には個体差があり、かつ使用によって劣化するため、第１の空間と第２の空間の間のコンダクタンスは最適値から変動する場合が多い。このため、従来技術では、第１の空間の圧力を最適な値に維持することは難しく、その結果、プラズマが生成する空間において、圧力分布が生じることを抑制することは難しかった。
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、プラズマが生成する空間において、圧力分布が生じることを抑制できるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係るプラズマ処理装置は、チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、半導体ウェハが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置され、前記チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入部と、
前記ガス導入部の周囲から下方に突出することにより、前記半導体ウェハの上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間と、前記チャンバー内の他の空間である第２の空間とを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材と、
前記第２の空間を排気する排気機構と、
前記第１の空間の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記第２の空間の圧力を測定する第２の圧力計と、
前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する制御部とを具備する。
【０００８】
このプラズマ処理装置によれば、前記制御部は、前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する。このため、前記第１の空間の圧力を精度良く目標値に制御することができる。従って、前記第１の空間の圧力の目標値を適切な値に設定することにより、プラズマが生成する空間において、圧力分布が生じることを抑制できる。
【０００９】
前記ステージ上に載置された半導体ウェハの周囲から上方に突出することにより、前記仕切部材とともに、前記第１の空間と前記第２の空間とを互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る第２の仕切部材を具備してもよい。
【００１０】
本発明に係る他のプラズマ処理装置は、チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、半導体ウェハが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置され、前記チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入部と、
前記ステージ上に載置された半導体ウェハの周囲から上方に突出することにより、前記半導体ウェハの上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間と、前記チャンバー内の他の空間である第２の空間とを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材と、
前記第２の空間を排気する排気機構と、
前記第１の空間の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記第２の空間の圧力を測定する第２の圧力計と、
前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する制御部とを具備する。
【００１１】
前記ガス導入部の周囲から下方に突出することにより、前記仕切部材とともに、前記第１の空間と前記第２の空間とを互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る第２の仕切部材を具備してもよい。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、チャンバーと、
前記チャンバー内に配置されていて半導体ウェハが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置され、前記チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入部と、
前記ステージ上に載置された半導体ウェハの周囲から上方に突出することにより、前記半導体ウェハの上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間と、前記チャンバー内の他の空間である第２の空間とを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材と、
前記第２の空間を排気する排気機構と、
前記第１の空間の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記第２の空間の圧力を測定する第２の圧力計と、
を具備するプラズマ処理装置を準備する工程と、
前記ステージ上に半導体ウェハを載置する工程と、
前記第２の空間を排気しつつ、前記第１の空間に処理ガスを導入し、前記第１の空間内でプラズマを発生させることにより、前記半導体ウェハを処理する工程と、
を具備し、
前記半導体ウェハを処理する工程において、前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する。
【００１３】
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、半導体ウェハが載置されるステージと、
前記ステージの上方に配置され、前記チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入部と、
前記ステージ上に載置された半導体ウェハの周囲から上方に突出することにより、前記半導体ウェハの上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間と、前記チャンバー内の他の空間である第２の空間とを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る仕切部材と、
前記第２の空間を排気する排気機構と、
前記第１の空間の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記第２の空間の圧力を測定する第２の圧力計と、
を具備するプラズマ処理装置を準備する工程と、
前記ステージ上に半導体ウェハを載置する工程と、
前記第２の空間を排気しつつ、前記第１の空間に処理ガスを導入し、前記第１の空間内でプラズマを発生させることにより、前記半導体ウェハを処理する工程と、
を具備し、
前記半導体ウェハを処理する工程において、前記第１の圧力計の測定値に基づいて前記止切部材の突出量を制御し、かつ前記第２の圧力計の測定値に基づいて前記排気機構を制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を説明するための断面図である。このプラズマ処理装置は、半導体ウェハ１（例えばシリコンウェハ）をエッチング処理する装置である。本図において、チャンバー１０の内部には、半導体ウェハ１を載置するステージ１２が設けられている。ステージ１２はプラズマを発生させる電極を兼ねており、高周波電源２７が接続されている。処理ガスは、ステージ１２の上方に設けられた処理ガス導入部材１４から供給される。処理ガス導入部材１４は、チャンバー１０の上壁に取付けられている。処理ガス導入部材１４のうち半導体ウェハの上方に位置する部分には、半導体ウェハに供給される活性種（イオンやラジカル等）に面内分布が生じることを抑制する為に、複数のガス供給口が設けられている。
【００１５】
チャンバー１０の上壁には、処理ガス導入部材１４を囲む筒状の仕切部材１６が取付けられている。仕切部材１６は、半導体ウェハ１の上方に位置していてプラズマが生成される第１の空間１０ａと、チャンバー１０内の他の空間である第２の空間１０ｂとを、互いに部分的に繋がった状態を維持しつつ区切る。具体的には、仕切部材１６の下端とチャンバー１０の下壁の間には隙間があり、この隙間を介して第１の空間１０ａと第２の空間１０ｂが繋がっている。なお、第１の空間１０ａの中には処理ガス導入部材１４が位置しており、処理ガス導入部材１４は、第１の空間１０ａ内に処理ガスを導入することになる。
【００１６】
仕切部材１６は、ガス導入部の周囲から下方に突出しているが、その突出量は、駆動機構（図示せず）を介して制御部２６によって制御される。第１の空間１０ａの圧力は圧力計２２によって測定される。圧力計２２の測定値は制御部２６に出力される。制御部２６は、エッチング処理が行われている間、圧力計２２の測定値が予め定められた第１の値に維持されるように、仕切部材１６の突出量を制御する。
【００１７】
第２の空間１０ｂには排気管２０が接続されている。チャンバー１０の内部は、排気管２０に接続されている排気ポンプ１８によって排気される。排気管２０の内部には可変バルブ２０ａが設けられており、可変バルブ２０ａの開度によって、第２の空間１０ｂの排気速度が制御される。
【００１８】
第２の空間１０ｂの圧力は、圧力計２４によって測定される。圧力計２４の測定値は制御部２６に出力される。制御部２６は、エッチング処理が行われている間、圧力計２４の測定値が予め定められた第２の値に維持されるように、可変バルブ２０ａの開度を制御する。
【００１９】
このように本実施形態によれば、制御部２６は、エッチング処理が行われている間、圧力計２２の測定値が第１の値に維持されるように、仕切部材１６の突出量を制御し、かつ、圧力計２４の測定値が第２の値に維持されるように、可変バルブ２０ａの開度を、仕切部材１６の突出量とは独立して制御する。このため、第１の空間１０ａ内の圧力を精度良く制御することができる。そして、第１の値及び第２の値は、第１の空間１０ａ内の圧力分布（具体的には半導体ウェハ１の中心部上と周辺部上の圧力差）が小さくなるように定められている。従って、仕切り部材が使用によって劣化した場合、及び仕切部材を交換した場合においても、第１の空間１０ａ内において圧力に分布が生じることを抑制できる。
【００２０】
図２は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を説明するための断面図である。本実施形態は、仕切部材１６が上下に移動せずに固定されていて制御部２６によって制御されない点、チャンバー１０の下壁に第２の仕切部材１６ａがステージ１２を取り囲むように取付けられている点、及び第２の仕切部材１６ａを上下させる上下機構（図示せず）が制御部２６によって制御される点を除いて、第１の実施形態と同様である。制御部２６は、エッチング処理が行われている間、圧力計２２の測定値が第１の値に維持されるように、第２の仕切部材１６ａの突出量を制御する。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお仕切部材１６は、ステージ１２に、半導体ウェハ１を取り囲むように取付けられていても良い。
【００２１】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば上記した各実施形態において、プラズマ処理装置は、半導体ウェハに対してエッチングではなくプラズマＣＶＤを行っても良い。また処理ガス導入部材１４はプラズマを発生させる為の電極を兼ねていても良い。
【００２２】
また第２の実施形態において、第２の仕切部材１６ａが固定されていて仕切部材１６が上下可能であり、その上下量が第１の実施形態と同様に制御部２６によって制御されてもよい。また第２の実施形態において仕切部材１６が設けられていなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す断面図。
【図２】第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す断面図。
【図３】従来のプラズマ処理装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００２４】
１，１００…半導体ウェハ、１０，１１０…チャンバー、１０ａ，１１０ａ…第１の空間、１０ｂ，１１０ｂ…第２の空間、１２，１１２…ステージ、１４，１１４…処理ガス導入部材、１６，１１６…仕切部材、１６ａ…第２の仕切部材、１８…排気ポンプ、２０，１２０…排気管、２０ａ，１２０ａ…可変バルブ、２２，２４，１２２，１２４…圧力計、２６，１２６…制御部、２７…高周波電源
【図１】
2008294050.tif 000003
【図２】
2008294050.tif 000004
【図３】
2008294050.tif 000005