(57)【要約】【課題】プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法において、排気抵抗の変動を検知し排気抵抗に補正し半導体基板上の圧力を一定にする。【解決手段】上部電極１の外周辺に石英リング１ａと、この石英リング１ａに対向し同形状の石英リング２ａを下部電極２に設け、この二つ石英リング１ａ，２ａとの間から処理室を真空排気するとき、排気側の排気抵抗の変動を検知し、電極の間隔ｄを変え排気抵抗を補正することによって、常に処理室の圧力を一定に制御し均一にプラズマエッチングすることができる。【選択図】　　　図１
2004119448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状部材を取付け外周面を形成するとともに内周面に複数の反応ガスを吹き付けるガス導入穴を有する上部電極と、前記リング状部材と対向し間隔を開けて配置される他のリング状部材と、この他のリング状部材を外周面に取付け内部に半導体ウェハを載置する載置面を有する静電チャックを具備する下部電極と、この下部電極を上下摺動可能に取り付けるベ−ス部材と、前記下部部材を気密に貫通し先端が前記半導体ウェハの裏面に近接する冷却ガス供給管と、開閉弁を介して前記冷却ガス供給管の後端に接続される冷却ガス供給装置と、前記冷却ガス供給管に接続させる第１の圧力計と、前記リング状部材と前記他のリング状部材との間隔を通して前記半導体ウェハ面と前記上部電極の内部を含む空間部である処理室を排気する真空ポンプと、前記リング状部材と前記他のリング状部材との間隔における空間部の圧力を測定する第２の圧力計とを備えることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記リング状部材および前記他のリング状部材は、石英製であることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記他のリング状部材および前記静電ステ−ジを含む下部電極を上下に移動させる上下駆動機構を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記真空ポンプの排気経路途中に備えられる圧力制御弁を備えることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記静電ステ−ジに載置される前記半導体ウェハの周囲に配置される該半導体ウェハと同質の板部材を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
リング状部材を取付け外周面を形成するとともに内周面に複数の反応ガスを吹き付けるガス導入穴を有する上部電極と、前記リング状部材と対向し間隔を開けて配置される他のリング状部材と、この他のリング状部材を外周面に取付け内部に半導体ウェハを載置する載置面を有する静電チャックを具備する下部電極と、この下部電極を上下摺動可能に取り付けるベ−ス部材と、前記下部部材を気密に貫通し先端が前記半導体ウェハの裏面に近接する冷却ガス供給管と、開閉弁を介して前記冷却ガス供給管の後端に接続される冷却ガス供給装置と、前記冷却ガス供給管に接続させる第１の圧力計と、前記リング状部材と前記他のリング状部材との間隔を通して前記半導体ウェハ面と前記上部電極の内部を含む空間部である処理室を排気する真空ポンプと、前記リング状部材と前記他のリング状部材との間隔における空間部の圧力を測定する第２の圧力計と、前記真空ポンプの排気経路途中に備えられる圧力制御弁と、前記他のリング状部材および前記静電ステ−ジを含む下部電極を上下に移動させる上下駆動機構とを備えるプラズマエッチング装置において、前記半導体ウェハが前記静電チャックに載置されていない状態のとき、前記反応ガスを前記処理室に導入しながら前記真空ポンプで前記処理室を減圧し、前記上下駆動機構により前記間隔を設定するとともに前記開閉弁を閉じ前記第１の圧力計にて前記処理室の圧力を測定し、前記排気経路の圧力を前記圧力制御弁により排気調整し前記第２の圧力計で測定し、これら前記処理室の圧力と前記排気経路の圧力との差が一定になるように前記間隔の寸法および前記圧力制御弁により制御することを特徴とプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程における半導体基板を加工するプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のプラズマエッチング装置には、多数の半導体基板を処理室に収納し、一度のエッチング処理で多数の半導体基板をエッチング加工するバッチ方式のプラズマエッチング装置と、一枚の半導体基板を処理室に収納し、一枚の半導体基板をエッチング処理する枚葉式のプラズマエッチング装置とがある。
【０００３】
枚葉式のプラズマエッチング装置は、バッチ式のプラズマエッチング装置に比べ生産性が低いものの、加工精度が高くエッチング品質が優れている。そして、より処理効率の高く発生するプラズマを均一にし均一に加工ができる枚葉式のプラズマエッチング装置が提案されるように至った。
【０００４】
効率良く処理でき均一に加工できる従来の枚葉式のプラズマエッチング装置は、、図３に示すように、処理室２１内に上部電極２２に対向して被処理基板３０を載置する下部電極２３が配置されている。また、下部電極２３に載置された被処理基板３０は、基板吸着用真空ポンプ２５により真空排気されるマニホ−ルドを介して吸着孔２６により真空吸着されている。さらに、上部電極２２から導入される混合ガスは、給排気孔２７ａから排気用真空ポンプ２７により排気され処理室２１の放電圧力は真空計２８によって測定されている。
【０００５】
このプラズマエッチング装置は、稼働時における電極間距離Ｌを設定し、良好なエッチングレ−トを得るように、この電極間距離Ｌと放電圧力Ｐ（Ｐａ）との積ＰＬが２．５〜１５Ｐａｍの範囲の値となる条件でプラズマ放電させ、低コストで高効率のプラズマエッチングするこおを特徴としている。（特許文献１参照）
【特許文献１】
特開２０００−１７３９９５号公報（第４−７頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のプラズマエッチング装置およびプラズマエッチングでは、放電圧力を測定する真空計２８が被処理基板３０から離れているので、被処理基板３０上の圧力を正確に測定できない。電極間距離と放電圧力との積の値でプラズマエッチングする条件で加工することに疑念が生じる。
【０００７】
また、使用する毎にプラズマエッチされる各電極部品の摩耗度や初期の電極部品加工精度による排気抵抗の変動がわからないため、半導体基板である被処理基板３０上の圧力を一定に制御できないという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、排気抵抗の変動を検知し排気抵抗に補正し半導体基板上の圧力を一定にし均一にプラズマエッチングできるプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、リング状部材を取付け外周面を形成するとともに内周面に複数の反応ガスを吹き付けるガス導入穴を有する上部電極と、前記リング状部材と対向し間隔を開けて配置される他のリング状部材と、この他のリング状部材を外周面に取付け内部に半導体ウェハを載置する載置面を有する静電チャックを具備する下部電極と、この下部電極を上下摺動可能に取り付けるベ−ス部材と、前記下部部材を気密に貫通し先端が前記半導体ウェハの裏面に近接する冷却ガス供給管と、開閉弁を介して前記冷却ガス供給管の後端に接続される冷却ガス供給装置と、前記冷却ガス供給管に接続させる第１の圧力計と、前記リング状部材と前記他のリング状部材との間隔を通して前記半導体ウェハ面と前記上部電極の内部を含む空間部である処理室を排気する真空ポンプと、前記リング状部材と前記他のリング状部材との間隔における空間部の圧力を測定する第２の圧力計とを備えるプラズマエッチング装置である。
【００１０】
また、前記リング状部材および前記他のリング状部材は、石英製であることが望ましい。さらに、前記他のリング状部材および前記静電ステ−ジを含む下部電極を上下に移動させる上下駆動機構を備えることが望ましい。そして、好ましくは、前記真空ポンプの排気経路途中に備えられる圧力制御弁を備えることである。また、前記静電ステ−ジに載置される前記半導体ウェハの周囲に配置される該半導体ウェハと同質の板部材を備えることが望ましい。
【００１１】
本発明の他の特徴は、リング状部材を取付け外周面を形成するとともに内周面に複数の反応ガスを吹き付けるガス導入穴を有する上部電極と、前記リング状部材と対向し間隔を開けて配置される他のリング状部材と、この他のリング状部材を外周面に取付け内部に半導体ウェハを載置する載置面を有する静電チャックを具備する下部電極と、この下部電極を上下摺動可能に取り付けるベ−ス部材と、前記下部部材を気密に貫通し先端が前記半導体ウェハの裏面に近接する冷却ガス供給管と、開閉弁を介して前記冷却ガス供給管の後端に接続される冷却ガス供給装置と、前記冷却ガス供給管に接続させる第１の圧力計と、前記リング状部材と前記他のリング状部材との間隔を通して前記半導体ウェハ面と前記上部電極の内部を含む空間部である処理室を排気する真空ポンプと、前記リング状部材と前記他のリング状部材との間隔における空間部の圧力を測定する第２の圧力計と、前記真空ポンプの排気経路途中に備えられる圧力制御弁と、前記他のリング状部材および前記静電ステ−ジを含む下部電極を上下に移動させる上下駆動機構とを備えるプラズマエッチング装置において、前記半導体ウェハが前記静電チャックに載置されていない状態のとき、前記反応ガスを前記処理室に導入しながら前記真空ポンプで前記処理室を減圧し、前記上下駆動機構により前記間隔を設定するとともに前記開閉弁を閉じ前記第１の圧力計にて前記処理室の圧力を測定し、前記排気経路の圧力を前記圧力制御弁により排気調整し前記第２の圧力計で測定し、これら前記処理室の圧力と前記排気経路の圧力との差が一定になるように前記間隔の寸法および前記圧力制御弁により制御するプラズマエッチング方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す断面図である。このプラズマエッチング装置は、図１に示すように、石英リング１ａを取付け外周面を形成するとともに内面に複数の反応ガスを吹き付けるガス導入穴１ｃを有する上部電極１と、上部電極１の石英リング１ａと対向し間隔を開けて配置される石英リング２ａと、この石英リング２ａを外周面に取付け内部に半導体ウェハ２０を載置する載置面を有する静電チャック３とを具備する下部電極２と、この下部電極２を上下摺動可能に取り付けるベ−ス部材４と、下部電極２を気密に貫通し先端が前記半導体ウェハの裏面に近接する冷却ガス供給管１６と、開閉するバルブ９を介して冷却ガス供給管１６の後端に接続される冷却ガス供給装置１０と、冷却ガス供給管１６に接続させる第１の圧力計７と、上部電極１の石英リング１ａと下部電極２の石英リング２ａとの間隔ｄを通して半導体ウェハ２０と上部電極１の内部を含む空間部である処理室を排気する真空ポンプ１２と、石英リング１ａと石英リング２ａとの間隔における空間部の圧力を測定する第２の圧力計８とを備えている。
【００１４】
また、上部電極１の石英リング１ａおよび下部電極２の石英リング２ａは、プラズマにより削られても半導体ウェハ２０を汚染し難く表面が滑らかな石英製であって、外径および内径は同じ直径をもつリング状部材であることが望ましい。さらに、石英リング２ａおよび静電チャック３を含む下部電極２を上下に移動させる上下駆動機構５を備えている。この上下駆動機構５により石英リング１ａと石英リング２ａとの間隔ｄを変え排気抵抗を任意に変えることができる。この間隔ｄの調整は、後述する排気調整に利用される。
【００１５】
一方、真空ポンプ１２の排気経路途中に真空ポンプ１２の排気能力を制御する圧力制御弁６を備えることである。この圧力制御弁６も後述する排気調整に利用される。また、静電チャック３に載置される半導体ウェハ２０の周囲に配置される汚染防止部材１７を備えている。この汚染防止部材１７はプラズマに晒さわれたとき、表面からスパッタする分質が半導体ウェハ２０を汚染しないようにするためである。従って、汚染しても問題ならないように半導体ウェハ２０と同じ材質であるシリコン材であることが望ましい。
【００１６】
図２は図１のプラズマエッチング装置の動作を説明するためのフロ−チャ−トである。次に、図１および図２を参照してプラズマエッチング装置の動作を説明する。まず、図２のステップＡで、半導体ウェハ２０が静電チャック３に載置されていない状態から開始する。そして、冷却ガス供給装置１０の冷却ガス供給管１６にあるバルブ９を閉じる。次に、真空ポンプ１２により処理室を真空排気する。一定の圧力に達したら反応ガス供給装置１１から反応ガスを供給し、ガス導入穴１ｃから噴出させながら真空ポンプ１２で排気する。
【００１７】
このとき、既知である電極間隔ｄおよび処理室の圧力を読みとる圧力計７ならびに排気室の圧力を読みとる圧力計の値をコントロ−ラ（図示せず）の記憶装置に記憶させる。次に、ステップＢで、図１の上下駆動機構５のパルスモ−タを作動させ、下部電極２を移動させ、電極間隔を加工条件となる寸法に設定する。
【００１８】
次に、ステップＣで、排気室の圧力値がステップＡのとき圧力値と同じになるように、圧力制御弁６の開度を調節する。引き続き、ステップＤで処理室の圧力を読みとる。読みとられた圧力値および設定された電極間隔の寸法は、コントロ−ラの記憶装置に記憶される。
【００１９】
次に、ステップＥで、ステップＡで測定した処理室の圧力値および排気室の圧力値を記憶装置から取り出し、排気抵抗の基になる圧力差をコントロ−ラの演算部で算出する。同様にステップＣのときの排気室の圧力値とステップＤのときの処理室の圧力値から圧力差を求める。そして、これら圧力差が一致したら、ステップＧに進み、反応ガス供給装置１１の反応ガスの供給を停止し、そして、ドア１３を開き、真空予備室（図示せず）より半導体ウェハをフォ−クにより取り出す。フォ−クに載せられた半導体ウェハ２０を処理室に搬入する。この動作と同時に静電チャック３から突き上げピン１５が上昇し、半導体　ウェハ２０は突き上げピン１５に移載される。
【００２０】
半導体ウェハ２０を載せた　突き上げピン１５が下降し、半導体ウェハ２０は静電チャック３に吸着保持される。そして、ドア１３を閉じ、再び真空ポンプ１２による排気動作を行うとともに反応ガス供給装置１１から反応ガスを供給し処理室を減圧する。次に、ステップＨで、バルブ９が開き冷却ガス供給装置１０から冷却ガスが供給され、冷却ガス供給管１６を介して半導体ウェハ２０の裏面に供給され、半導体ウェハ２０を冷却する。
【００２１】
次に、ステップＩで、高周波電源１４により高周波電力を電極間に印加しプラズマを発生させ、半導体ウェハ２０をエッチングする。ここで、もし、ステップＥで、排気抵抗値である圧力差が一致しなかったら、上下駆動機構５を動作させ、電極間隔を補正し、ステップＣとステップＤを行い、圧力差が一致するまで繰り返して行う。
【００２２】
このように、背圧である排気室の圧力を監視し、排気抵抗の基になる電極間の間隔を補正すれば、処理室の圧力を一定にできる。また、背圧の変動によって、電極部品の摩耗度も検知できるという利点もある。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、上部電極の外周辺にリング状部材と、このリング状部材に対向し同形状のリング状部材を下部電極に設け、この二つリング状部材を真空排気するとき、排気側の圧力を監視し排気抵抗の変動を検知し、リング状部材の間隔を変え排気抵抗を補正することによって、常に処理室の圧力を一定にすることができ均一にプラズマエッチングすることが可能となり、品質の向上が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマエッチング装置の動作を説明するためのフロ−チャ−トである。
【図３】従来のプラズマエッチング装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１　　上部電極
１ａ，２ａ　　石英リング
１ｃ　　ガス導入穴
２　　下部電極
３　　静電チャック
４　　ベ−ス部材
５　　上下駆動機構
６　　圧力制御弁
７，８　　圧力計
９　　バルブ
１０　　冷却ガス供給装置
１１　　反応ガス供給装置
１２　　真空ポンプ
１３　　ドア
１４　　高周波電源
１５　　突き上げピン
１６　　冷却ガス供給管
２０　　半導体ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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