【手続補正書】
【提出日】平成18年11月22日(2006.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング槽内に保持した被処理半導体装置基板表面の多層膜を、それぞれ異なる組成のプロセスガスを使用する複数の工程を順次行ってエッチングするに当たって、
前記複数の工程にわたって、前記プロセスガスを励起するための放電を連続して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数の工程のうちの一つで使用するプロセスガスが複数のガス系から構成され、前記一つの工程に続く工程で使用するプロセスガスが、前記一つの工程の前記プロセスガスと同一の複数のガス系から構成されるか、または、前記一つの工程の前記プロセスガスを構成する前記複数のガス系から少なくとも一つを除いたガス系で構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記複数の工程のうちの一つを前記エッチング槽内で実施中、またはそれ以前に、ガス貯蔵槽内で、前記一つの工程に続く工程で使用するプロセスガスを構成するガス系の少なくとも２つを混合して混合ガスを形成し、前記続く工程において、前記ガス貯蔵槽内の前記混合ガスを前記エッチング槽に供給することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングは、前記多層膜上に形成したマスク層を使用した選択的なエッチングであり、前記マスク層を使用してエッチングするべき層のすべてを、前記複数の工程によってエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
被処理半導体装置基板を保持する処理槽と、
前記処理槽に複数の異なる組成のプロセスガスを供給するプロセスガス供給系と
を有し、前記処理槽に前記複数の異なる組成のプロセスガスを順次供給し、前記複数のプロセスガスのそれぞれを使用する複数の処理工程を順次行うことによって、前記半導体基板の処理を行う半導体の製造装置であって、
前記プロセスガス供給系が、
ガス貯蔵槽と、
前記複数のプロセスガスの少なくとも一つを構成するガス系のうち、少なくとも二つを前記ガス貯蔵槽内で適切な比率で混合して混合ガスを形成する混合ガス供給系と、
前記混合ガスを前記処理槽に設定流量で供給するガス貯蔵槽用マスフローコントローラと
を有することを特徴とする半導体の製造装置。
【請求項６】
複数の被処理半導体装置基板をロット単位で受け取る被処理基板受取部と、
その内部に前記複数の被処理半導体装置基板を少なくとも一枚ずつ保持する処理槽と、
前記処理槽に複数の異なる組成のプロセスガスを供給するプロセスガス供給系と
を有し、
前記処理槽に前記複数の異なる組成のプロセスガスを順次供給し、前記複数のプロセスガスのそれぞれを使用した複数の処理工程を順次行うことによって前記少なくとも一枚の被処理半導体装置基板を処理し、かつ、前記処理を必要な回数繰り返すことによって前記複数の被処理半導体装置基板の処理を行う半導体の製造装置であって、
前記プロセスガス供給系が、
ガス貯蔵槽と、
前記複数のプロセスガスの少なくとも一つを構成するガス系のうち、少なくとも二つを前記ガス貯蔵槽内で適切な比率で混合して混合ガスを形成する混合ガス供給系と、
前記混合ガスを前記処理槽に設定流量で供給するガス貯蔵槽用マスフローコントローラと
を有し、
前記複数の被処理半導体装置基板の受け取り時に、前記ガス貯蔵槽内に前記混合ガスを形成し、前記少なくとも一つのプロセスガスを使用する処理工程のそれぞれにおいて、前記ガス貯蔵槽から前記処理槽に前記混合ガスを供給することを特徴とする半導体の製造装置。
【請求項７】
複数の被処理半導体装置基板をロット単位で受け取り、前記複数の被処理半導体装置基板を少なくとも一枚ずつ処理槽内に保持し、前記処理槽に複数の異なる組成のプロセスガスを順次供給し、前記複数のプロセスガスのそれぞれを使用した複数の処理工程を順次行うことによって前記少なくとも一枚の被処理半導体基板を処理し、かつ、前記処理を必要な回数繰り返すことによって前記複数の被処理半導体基板の処理を行う半導体装置の製造方法であって、
前記複数の被処理半導体装置基板の受け取り時に、前記処理槽と分離されたガス貯蔵槽内に、前記複数のプロセスガスの少なくとも一つを構成するガス系の少なくとも二つを適切な比率で混合して混合ガスを形成し、前記少なくとも一つのプロセスガスを使用する処理工程のそれぞれにおいて、前記ガス貯蔵槽から前記処理槽に前記混合ガスを供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記少なくとも一つのプロセスガスを使用する工程と、前記工程の直前の工程とは、それぞれの工程で使用するプロセスガスを放電によって励起することによって行われ、かつ、前記直前の工程から前記一つの工程にかけて前記放電を連続して行うことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記被処理半導体装置基板表面の多層膜が、上層と該上層の下部に位置する下層とを含み、第１のプロセスガスを使用して該上層の少なくとも一部をエッチングする工程と、前記第１のプロセスガスと異なる組成の第２のプロセスガスを使用して該下層の少なくとも一部をエッチングする工程とにわたって、前記放電を連続して行う
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記被処理半導体装置基板表面の多層膜を構成する被エッチング膜を第１のプロセスガスを使用してエッチングする工程と、第２のプロセスガスを使用してオーバーエッチングする工程とにわたって、前記放電を連続して行うものであり、前記第１のプロセスガスが複数のガス系から構成され、前記第２のプロセスガスが、前記第１のプロセスガスを構成する前記複数のガス系から少なくとも一つを除いたガス系で構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決するため鋭意検討した結果、多層膜を、それぞれ異なる組成のプロセスガスを使用してエッチングする際に、エッチングを連続放電で行うことにより、放電の一時中断に要していたロスタイムを削減できること、および、エッチング槽内に浮遊しているパーティクルを被処理半導体装置基板表面に付着させることなく後続のエッチング工程を行うことにより、欠陥密度の低い半導体装置を製造することができることを見出し、本発明を完成させた。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、前記プロセスガス供給系がさらに、前記プロセスガスの少なくとも一つを構成するガス系の少なくとも一つを前記処理槽と前記ガス貯蔵槽のそれぞれに供給する複数のマスフローコントローラを有することが好ましい。
また、前記ガス貯蔵槽内に形成した混合ガスのコンバージョンファクタで流量設定値を変換した流量設定信号を生成し、前記ガス貯蔵槽用マスフローコントローラに供給する、流量設定信号生成器を有することが好ましい。
また、前記プロセスガス供給系が、複数の組の前記ガス貯蔵槽とガス貯蔵槽用マスフローコントローラを有することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、本発明の半導体の製造装置は、
複数の被処理半導体装置基板をロット単位で受け取る被処理基板受取部と、その内部に前記複数の被処理半導体装置基板を少なくとも一枚ずつ保持する処理槽と、前記処理槽に複数の異なる組成のプロセスガスを供給するプロセスガス供給系とを有し、前記処理槽に前記複数の異なる組成のプロセスガスを順次供給し、前記複数のプロセスガスのそれぞれを使用した複数の処理工程を順次行うことによって前記少なくとも一枚の被処理半導体装置基板を処理し、かつ、前記処理を必要な回数繰り返すことによって前記複数の被処理半導体装置基板の処理を行う半導体製造装置であって、前記プロセスガス供給系が、ガス貯蔵槽と、前記複数のプロセスガスの少なくとも一つを構成するガス系のうち、少なくとも二つを前記ガス貯蔵槽内で適切な比率で混合して混合ガスを形成する混合ガス供給系と、前記混合ガスを前記処理槽に設定流量で供給するガス貯蔵槽用マスフローコントローラとを有し、前記複数の被処理半導体装置基板の受け取り時に、前記ガス貯蔵槽内に前記混合ガスを形成し、前記少なくとも一つのプロセスガスを使用する処理工程のそれぞれにおいて、前記ガス貯蔵槽から前記処理槽に前記混合ガスを供給することを特徴とするものであってもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
前記被処理半導体装置基板表面の多層膜が、上層と該上層の下部に位置する下層とを含み、第１のプロセスガスを使用して該上層の少なくとも一部をエッチングする工程と、前記第１のプロセスガスと異なる組成の第２のプロセスガスを使用して該下層の少なくとも一部をエッチングする工程とにわたって、前記放電を連続して行うようにしてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
前記被処理半導体装置基板表面の多層膜を構成する被エッチング膜を第１のプロセスガスを使用してエッチングする工程と、第２のプロセスガスを使用してオーバーエッチングする工程とにわたって、前記放電を連続して行うものであり、前記第１のプロセスガスが複数のガス系から構成され、前記第２のプロセスガスが、前記第１のプロセスガスを構成する前記複数のガス系から少なくとも一つを除いたガス系で構成されるようにしてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
プロセスガスを供給するプロセスガス供給系としては、例えば、図６に示すような各ガス系（ＧＡＳ１〜Ｎ）がそれぞれＭＦＣを備えたプロセスガス供給系が採用できる。
それぞれのガス系から、単一のガスが供給される場合もあるし、予め混合されたガスが供給される場合もある。
被エッチング物の変化に対しては特定のガス系の流量オフと、各ＭＦＣの流量調整で対応が可能となる。実際には圧力や放電の印加電圧も同時に変化させる。しかし、前者はＴＭＰ（Turbo Molecular Pump：ターボ分子ポンプ）による高速な排気と可変バルブの追従で、後者は電源へのリモート制御で短時間に対応できるため問題にはならない。このようにして、プロセスの不安定化を避けることができるため、エッチング全工程に渡って連続放電が可能となる。
連続する工程で同一のガス系を使用するとしても、流量が同一であるとは限らない。前の工程での流量設定値から次の工程の流量設定値に一気に流量設定値を変化させると、エッチング槽内の圧力の過渡的な変動が大きくなるような場合には、多段階または連続的に流量設定値を変化させ、変動を抑制することも可能である。
一つまたはそれ以上のガス系の供給を止める場合にも、多段階または連続的に流量設定値を減少させ、停止することも可能である。このような多段階または連続的なガス流量設定値の変化は、エッチング処理をする装置のコントローラが、自動的に、多段階または連続的に変化する流量設定信号を生成し、それぞれのＭＦＣに供給することによって行うことが好ましい。即ち、作業者が前後の工程で使用するガス系および流量値のみを設定することにより、コントローラが自動的に、前の工程の設定値から後の工程の設定値へと、多段または連続的に変化する流量設定信号を生成することが好ましい。これにより、作業者のレシピ作成の負担増大を防ぐことができる。レシピ作成時に、多段階または連続的に変化する流量設定を行うか否かを設定することも可能である。
プロセスガス切り替え時に、一時的に、エッチング作用の小さいガス、例えば希ガスをエッチング槽に流すことによって、または、プロセスガスが希ガスを含む場合にはその割合を増大させることによって、異常なエッチングの発生を防ぐことも可能である。エッチング槽内での圧力が高くなり過ぎると異常なエッチングが起きる可能性のあるガスについては、切り替え時に一時的に供給量を減少させることも可能である。また、ガス切り替え時に、パーティクルの被処理半導体装置基板への付着が起きない範囲で、一時的に放電電力を減少させ、異常なエッチングの発生を防止することも可能である。このようなガス供給や放電の一時的な設定変更も、コントローラが自動的に制御信号を生成することによって行うことが好ましい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
また、エッチング処理をするエッチング装置において、被処理半導体装置基板をロット単位で受け取り、それを一枚ずつ、または複数枚ずつエッチング槽内に保持して、それらをエッチング処理し、この処理を必要な回数繰り返すことによって、ロット単位の被処理半導体装置基板を処理してもよい。
この場合、被処理半導体装置基板の受け取り時に、エッチング槽と分離されたガス貯蔵槽内に、複数のプロセスガスの少なくとも一つを構成するガス系の少なくとも二つを適切な比率で混合して混合ガスを形成して、この少なくとも一つのプロセスガスを使用するエッチング工程のそれぞれにおいて、ガス貯蔵槽からエッチング槽にこの混合ガスを供給するようにしてもよい。
この場合、当該エッチング装置で行う工程以前の工程、例えば当該エッチング工程で使用するマスクを形成するフォトリソグラフィ工程からの情報を受け取って、ガス貯蔵槽内に形成する混合ガスの組成を調整することも可能である。
例えば、フォトリソグラフィ工程で形成されたマスクの寸法が、標準値よりも大きければ、エッチング工程での寸法減少が大きくなるように組成を調整して、エッチング後の寸法を設定値に近づくようにすることが可能である。この場合、組成の変化と寸法変化との関係を予め実験的に求め、エッチング装置の制御部、または工場全体を管理する制御システムにデータベースとして記憶しておき、このデータベースを参照して、組成を設定することが可能である。これにより、フォトリソグラフィ工程のばらつきがあった場合にも、エッチング後の寸法を正確に一定に保つことが可能である。言うまでもなく、この以前の工程からの情報の受け取りと組成の設定は、エッチング装置、工場全体の管理システムと連携して自動的に行うことが好ましい。
このように、以前の工程からの情報によってガス組成比またはその他のパラメータを調整し、加工後の寸法を一定に保つ方法は、ガス貯蔵槽を使用せずに、各ガス系からＭＦＣを通してエッチング槽にプロセスガスを供給する場合にも、適用することが可能である。
また、前述した繰り返される少なくとも一枚の被処理半導体装置基板の処理のうち、最初の処理の、ガス貯蔵槽に貯蔵したプロセスガスを使用するエッチング工程の直前の工程を実施中、またはそれ以前に混合ガスの形成を行ってもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
本発明の半導体装置の製造方法により、短時間でエッチングをすることが可能となり、また、欠陥密度が少ない半導体装置を製造することが可能となる。本発明の製造方法は、被処理半導体装置基板の表面の多層膜をエッチングするゲートエッチングに特に有用である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
エッチング槽２０は、ＥＣＲプラズマ処理槽であり、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させるプラズマ生成室２２を有する。プラズマ生成室２２には、プラズマを生成するためのプロセスガスを導入するガス導入口２４が備えられ、プロセスガス供給系１０と連結されている。ガス導入口２４から導入されたプロセスガスは、プラズマ生成室２２の上部に設けられているシャワープレート２６に多数形成されている図示しない穴を通じてプラズマ生成室２２へと導入される。プラズマ生成室２２内へ導入されたプロセスガスは、点線の矢印で示され、石英板２８から導入されるマイクロ波と、ソレノイドコイル３０による磁場との相互作用により反応性プラズマガスを生成し、バイアス電圧が印加される下部電極３２に保持された被処理半導体装置基板３４上の被エッチング膜をエッチングする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本発明の半導体製造装置によれは、プラズマを発生させるための放電を複数のエッチング工程に渡って、連続的に行うことができ、非処理半導体装置基板表面の多層膜をエッチングするゲートエッチングなどに好適に使用される。なお、本発明の半導体製造装置を使用して、放電を随時中断させてエッチングを行ってもよいことは当然のことである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
【実施例】
（実施例１）
積層構造がＢＡＲＣ／ＷＳｉ／ｐｏｌｙＳｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板である被処理半導体装置基板を作成し、ＥＣＲ放電形式のエッチング槽で、表１に記載したガス系を、表１に示す流量（単位：ｓｃｃｍ）にＭＦＣで調整しながら、完全連続放電にてエッチングを行った。但し、表中、流量が「−」であるガス系は使用しない。後述する表３においても同様である。ＢＡＲＣ（１１０ｎｍ）／ＷＳｉ（１００ｎｍ）／ｐｏｌｙＳｉ（１５０ｎｍ）をエッチングした際の、１被処理半導体装置基板あたりの処理時間を測定し、内訳を表２に示した。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
（比較例１）
実施例１と同様の被処理半導体装置基板を作成し、実施例１で使用したものと同様のＥＣＲ放電形式のエッチング槽にて、表１に記載したガス系を使用し、表１に示す流量（単位：ｓｃｃｍ）に調整して、各層間で放電を一時的に中断しながらエッチングを行った。ＢＡＲＣ（１１０ｎｍ）／ＷＳｉ（１００ｎｍ）／ｐｏｌｙＳｉ（１５０ｎｍ）をエッチングした際の、１被処理半導体装置基板あたりの処理時間を測定し、内訳を表２に示した。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
実施例１と比較例１とでは，ＢＡＲＣやＷＳｉのエッチング条件が同一でないため、これらの条件改善による効果が上乗せされているが、これも連続放電を実現するための副次的効果といえる。表２に示されるように、結果的に１被処理半導体装置基板が約６０秒（−３３％）の短縮、１ロット（２５枚）では被処理半導体装置基板交換等のための時間を含めて、約２５分（１０５分→８０分：−２４％）の大幅短縮となった。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
（実施例２）
積層構造がＢＡＲＣ／ＳｉＯ2／ＷＳｉ／ｐｏｌｙＳｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板である被処理半導体装置基板を作成し、表３に記載したガス系を使用してプロセスガスを事前に調合・貯蔵し、被エッチング物の変化と共に供給するガス貯蔵槽を切り替えながら、表３に示す流量（単位：ｓｃｃｍ）でＥＣＲ放電形式のエッチング槽に供給し、完全連続放電にてエッチングを行った。ＢＡＲＣ（１１０ｎｍ）／ＳｉＯ2（１００ｎｍ）／ＷＳｉ（１００ｎｍ）／ｐｏｌｙＳｉ（１５０ｎｍ）をエッチングした際の、１被処理半導体装置基板あたりの処理時間を測定し、内訳を表４に示した。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
（比較例２）
実施例２と同様の被処理半導体装置基板を作成し、実施例２で使用したものと同様のＥＣＲ放電形式のエッチング槽にて、表３に記載したガス系を、表３に示す流量（単位：ｓｃｃｍ）で使用し、各層間で放電を一時的に中断しながらエッチングを行った。ＢＡＲＣ（１１０ｎｍ）／ＳｉＯ2（１００ｎｍ）／ＷＳｉ（１００ｎｍ）／ｐｏｌｙＳｉ（１５０ｎｍ）をエッチングした際の、１被処理半導体装置基板あたりの処理時間を測定し、内訳を表４に示した
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチング時のガス系の種類を段階的に減少したり、事前にプロセスガスを調合し、各被エッチング膜に適したプロセスガスをエッチング槽へ絶え間なく供給することにより、連続放電を実現することができる。この結果、半導体装置の生産性を大幅に向上できる上、放電中に空間を帯電して浮遊する微小パーティクルが被処理半導体装置基板に接触する確率を低下させることでパターン欠陥を低減させ、歩留りを向上させることができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の半導体製造装置の一例で採用されるＥＣＲプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】  本発明の半導体製造装置の一例で採用されるプロセスガス供給系の模式図である。
【図３】  本発明の製造方法の一例において、各層のエッチングケミストリーが類似している場合に各層に使用されるプロセスガスのガス系の組合せを示した図である。
【図４】  本発明の製造方法の一例において、各層のエッチングケミストリーが大きく異なる場合に各層に使用されるプロセスガスのガス系の組合せを示した図である。
【図５】  エッチング処理枚数と欠陥密度との関係を示す図である。
【図６】  プロセスガス供給系の一例の模式図である。
【図７】  エッチングがされる前の被処理半導体装置基板の多層膜の一部断面概略図である。
【図８】  従来の製造方法において、各層のエッチングケミストリーが類似している場合に各層に使用されるプロセスガスのガス系の組合せを示した図である。
【符号の説明】
１０  プロセスガス供給系
１２  混合ガス供給系
１２ａ  （ガス系用）マスフローコントローラ
１２ｂ  （希ガス用）マスフローコントローラ
１２ｃ  ガス系
１２ｄ  希ガス
１４  ガス貯蔵槽
１４ａ  （ガス貯蔵槽用）マスフローコントローラ
１６  排ガスライン
１７  供給ライン
１８  流量設定信号生成器
２０  エッチング槽
２２  プラズマ生成室
２４  ガス導入口
２６  シャワープレート
２８  石英板
３０  ソレノイドコイル
３２  下部電極
３４  被処理半導体装置基板