JPH1154482A - 半導体装置の製造方法および装置ならびにワークの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度条件に影響を受ける大口径のワークであ
っても、一定かつ均一の所定の処理を行い得るようにす
る。 【解決手段】 処理容器２内には下部電極３とこれに対
向する上部電極４とが設けられ、下部電極３の上にウエ
ハＷが載置された状態のもとで、エッチング処理ガスを
ガス供給装置７から処理室１内に供給し、電極３，４に
高周波発振器５から電力を印加することにより、処理室
１内にはプラズマが生成される。処理容器２には赤外線
温度センサ２０が設けられ、エッチング処理がなされて
いるときにおけるウエハＷの表面温度の分布が検出され
る。下部電極３は複数の電極形成部に分割されており、
それぞれの電極形成部の温度は、赤外線温度センサ２０
からの信号に基づいて独立して制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はワークを処理する技
術に関し、たとえば半導体ウエハをワークとしてこれの
ドライエッチング処理に適用して有用な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体装置を製造する際にお
ける半導体ウエハ（以下、単にウエハという）の処理に
は、ウエハの表面に所望の物質の薄膜を形成するための
ＣＶＤ処理、ウエハ上に微細な回路パターンを形成する
ためのエッチング処理およびエッチング処理後のウエハ
上に残ったレジストを除去するためのアッシング処理な
どがある。前記エッチング処理には、たとえば、ドライ
プラズマ処理技術を利用したドライエッチング処理技術
が適用されており、この技術は反応性ガスの減圧下にお
いてプラズマ放電することにより、常圧下では安定に得
られないイオンやラジカルなどの反応種を発生させ、所
定の化学反応を促進させてウエハに処理を施す技術であ
る。

【０００３】ドライエッチング処理技術としては、たと
えば、平成５年６月20日、株式会社プレスジャーナル発
行 1993年６月号「月刊 Semiconductor World 」P146
〜P152に記載されているように、バレル型プラズマエッ
チング装置、反応性イオンエッチング装置、マイクロ波
プラズマエッチング装置など種々のタイプのものがあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ドライエッチング装置
としては、処理室が形成された真空容器を有し、この真
空容器内に下部電極と上部電極とが組み込まれたものが
あり、下部電極には被処理物であるワークとしてのウエ
ハが保持されるようになっている。このようなドライエ
ッチング装置にあっては、ウエハの温度条件によってエ
ッチレートおよびその均一性、下地やホトレジスト（マ
スク材料）との選択比、エッチプロファイルなどの特性
が変化する。そのため、ウエハの大口径化、パターンの
微細化が進むにつれ、エッチング処理におけるウエハ温
度制御の重要性が増している。

【０００５】ところで、本発明者はプラズマ処理技術に
ついて検討した。以下は本発明者によって検討された技
術であり、その概要は次のとおりである。

【０００６】すなわち、プラズマ処理技術を利用したド
ライエッチング装置においては、下部電極またはワーク
支持台には冷却水などの冷媒を循環させたり、ワーク支
持台上のウエハに冷却用ガスとして不活性ガスを吹き付
けたり、これらの両方を組み合わせることにより、エッ
チング処理中のウエハの温度を制御することが試みられ
た。そこで、ウエハの中央部と周辺部のエッチ特性の差
を予め考慮して、下部電極を複数の領域に分割し、それ
ぞれの箇所を異なる温度に設定するタイプのドライエッ
チング装置を検討した。

【０００７】しかしながら、このタイプにあっては、両
電極に加えられる高周波電力、処理時間や冷却ガスの圧
力などの種々のエッチング条件に対しても常に一定で均
一なエッチ特性が得られるように温度制御することが困
難であり、特に大口径のウエハに対するエッチングなど
の処理にあっては好適な温度制御が困難であるというこ
とが判明した。

【０００８】本発明の目的は、大口径のワークであって
も一定かつ均一な処理を行い得るようにすることにあ
る。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１１】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体ウエハを支持するワーク支持台が設けられた
処理室内で前記半導体ウエハを処理し、前記処理の際に
前記半導体ウエハの表面温度の分布を検出し、前記半導
体ウエハの表面温度の分布に基づいて、前記処理の際に
前記ワーク支持台を複数の領域毎に温度を制御し、前記
半導体ウエハの処理時にその表面温度を複数の領域毎に
制御し得るようにしたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の半導体装置の製造装置は、
処理室が形成され、かつ半導体ウエハを支持するワーク
支持台が設けられた処理容器と、前記半導体ウエハを処
理する際にこれの表面温度の分布を検出する温度検出手
段と、前記ワーク支持台の温度を複数の領域毎に別々に
制御する複数の温度制御手段と、前記温度検出手段から
の信号に基づいて、半導体ウエハの処理に際して、それ
ぞれの前記温度制御手段の作動を制御する制御手段とを
有し、前記半導体ウエハの処理時にその表面温度を複数
の領域毎に制御し得るようにしたことを特徴とする。処
理室内にプラズマを生成させれば、半導体ウエハに対し
てドライエッチング処理を行うことができる。

【００１３】本発明にあっては、半導体ウエハの表面全
体の温度分布を温度センサにより検出し、その検出結果
に基づいてワーク支持台を複数の領域のそれぞれについ
て独立して温度制御を行うようにしたので、半導体ウエ
ハの全体に対する処理を均一化することができ、膜厚、
エッチレートなどの処理特性を半導体ウエハの全体につ
いて最適な特性に処理することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施の形態であるドライ
エッチング装置を示す図であり、この装置は内部に反応
室つまり処理室１が形成された真空容器つまり処理容器
２を有し、この処理容器２内にはワーク支持台としての
下部電極３が設けられ、このワーク支持台３に対向して
上部電極４が設けられている。ワークであるウエハＷは
ワーク支持台３の上に載置されるようになっている。

【００１６】下部電極３と上部電極４にはこれらに所定
の周波数の電力を供給するために、高周波発振器５が接
続されており、この高周波発振器５は電力制御部６によ
り、それぞれの電極３，４に対して印加される電力が任
意の値に制御されるようになっている。

【００１７】処理容器２には処理室１とガス供給装置７
とを結ぶガス供給路８が接続されており、ガス供給装置
７からはエッチング処理用の所定の処理ガスが処理室１
内に供給される。このガス供給路７には、処理ガスの流
量を制御するためにマスフローコントローラつまり流量
制御装置９が設けられている。

【００１８】処理容器２には処理室１と真空ポンプ１１
とを結ぶ真空排気路１２が接続されており、この真空ポ
ンプ１１の作動により処理室１内は所定の真空度に保持
される。真空排気路１２には、処理室１内の圧力を制御
するための圧力制御装置１３が設けられている。

【００１９】図２は図１に示された下部電極３を拡大し
て示す一部切り欠き斜視図であり、下部電極３は円柱形
状の中心側の電極形成部３ａと、その外側に位置する環
状の電極形成部３ｂと、その外側に位置しその電極形成
部３ｂよりも大径の環状の電極形成部３ｃとの３つの領
域を有している。

【００２０】電極形成部３ａ内にはその表面側に位置さ
せてループ状の案内流路１４ａが形成されており、その
案内流路１４ａの一端部には冷却水などの冷媒を案内流
路１４ａに供給するための供給流路１５ａが接続され、
他端部には案内流路１４ａ内の冷媒を外部に排出するた
めの排出流路１６ａが接続されている。同様に、他の２
つの電極形成部３ｂ，３ｃ内には案内流路１４ｂ，１４
ｃがそれぞれ形成され、それぞれの案内流路の一端部に
は供給流路１５ｂ，１５ｃが接続され、他端部には排出
流路１６ｂ，１６ｃがそれぞれ接続されている。

【００２１】下部電極３の表面には、ウエハＷが静電チ
ャックあるいは機械的チャックにより固定されるように
なっており、下部電極３の表面にはウエハＷに対向した
開口部１７を有するガス流路１８が形成されており、こ
のガス流路１８によりヘリウムガスなどの不活性ガスが
冷却ガスとしてウエハＷの裏面に供給されるようになっ
ている。

【００２２】図２に示すガス流路１８は、図３に示され
るように、３つの電極形成部３ａ〜３ｃの領域の各々に
設けられており、それぞれのガス流路１８に対応させて
３つの電極形成部３ａ〜３ｃにはそれぞれ開口部１７が
形成されている。それぞれの電極形成部３ａ〜３ｃに形
成される開口部１７の位置は処理条件などに応じて所望
の位置に形成される。また、それぞれの開口部１７に連
通させて環状ないし放射状のガス案内溝を下部電極３に
形成するようにしても良い。

【００２３】ウエハＷの表面温度を検出するために、処
理容器２には赤外線温度センサ２０が設けられており、
この赤外線温度センサ２０によりウエハＷの全表面の温
度分布を検出し、ウエハＷの表面温度を複数の領域毎に
検出することができる。この赤外線温度センサ２０は制
御部２１に接続されており、赤外線温度センサ２０から
の検出信号は、図１に示すように、制御部２１に送ら
れ、この制御部２１からの信号は温度制御装置２２に送
られるようになっている。この温度制御装置２２によ
り、冷媒の流量や温度が制御されるとともに、冷却ガス
の流量や圧力がそれぞれのガス流路１８について独立し
て制御されることになる。

【００２４】なお、ガス流路１８の本数は図示するよう
にそれぞれの電極形成部について１つのガス流路とする
ことなく、複数のガス流路１８を１つの電極形成部に設
けるようにしても良い。

【００２５】図３に示すように、３つのガス流路１８の
それぞれにはガス供給源２３が接続されるとともに、そ
れぞれのガス流路１８の内部を流れる冷却ガスの流量を
制御する流量制御装置２２ａと冷却ガスの圧力を制御す
る圧力制御装置２２ｂとが設けられている。それぞれの
ガス流路１８にはこの内の冷却ガスの圧力を検出するた
めに圧力センサ２４が設けられており、この圧力センサ
２４からの検出信号は制御部２１に送られるようになっ
ている。

【００２６】それぞれのガス流路１８内の冷却ガスの圧
力は、ウエハＷの下部電極３の表面に対する密着度に応
じて変化することになり、密着度が低ければその圧力も
低くなるので、圧力センサ２４からの検出信号に基づい
て圧力制御装置２２ｂがフィードバック制御されて冷却
ガスの圧力は最適な圧力値に設定される。

【００２７】それぞれの供給流路１５ａ〜１５ｃは冷媒
供給装置２２ｃに接続されており、それぞれの供給流路
から案内流路１４ａ〜１４ｃに供給される冷媒の流量と
温度が独立して制御されるようになっている。この冷媒
供給装置２２ｃは、下部電極３を介してウエハＷを冷却
するためのチラー制御装置を構成している。それぞれの
排出流路１６ａ〜１６ｃから排出された冷媒は、冷媒供
給装置２２ｃに戻されて案内流路に循環して供給される
ようになっている。前記した流量制御装置２２ａと圧力
制御装置２２ｂと冷媒供給装置２２ｃとにより図１に示
す温度制御装置２２が構成されている。

【００２８】このようなドライエッチング装置を用いて
ウエハＷをエッチング処理する手順について説明する
と、処理容器２内に搬入されたウエハＷは下部電極３の
表面に載置され、静電チャックなどにより下部電極３に
固定される。この状態のもとで、図１に示すガス供給装
置７から所望のエッチング処理ガスを流量制御装置９を
介して所望の流量で処理容器２の処理室１に供給する。
これと同時に、真空ポンプ１１によって処理室１内を真
空排気するとともに、圧力制御装置１３により処理室１
内を所望の圧力に制御する。さらに、高周波発振器５か
ら高周波電力を上部電極４と下部電極３とに印加してプ
ラズマを生成することによって、ウエハＷのエッチング
処理を行う。

【００２９】ウエハＷの表面温度はプラズマの熱により
変化することになるが、ウエハＷの全表面温度の分布は
赤外線温度センサ２０により検出されて検出値が制御部
２１に送られる。この検出信号に基づいて、ウエハＷの
表面全体についての処理特性が均一となるように、冷却
ガスの圧力と流量が制御されるとともに、冷媒の温度や
流量が３つの電極形成部３ａ〜３ｃについて別々に制御
される。

【００３０】このように、同心円状に３つに分割された
電極形成部３ａ〜３ｃ毎にそれぞれの温度を制御するこ
とができるので、ウエハＷの処理特性が所望の値とな
り、ウエハＷのエッチ特性が一定かつ均一に保たれるこ
とになる。これにより、大口径のウエハＷであっても、
エッチング処理精度が飛躍的に向上する。なお、３つの
電極形成部３ａ〜３ｃからなる下部電極３は、図示する
場合には、全ての電極形成部を含めて物理的に一体とな
っているが、それぞれの電極形成部については温度を独
立して制御することができるということから、３つに分
割されていることになる。

【００３１】図示する実施の形態にあっては、３つの電
極形成部３ａ〜３ｃのそれぞれに形成された案内流路１
４ａ〜１４ｃは、円周方向に一筋となってループ状に形
成されているが、渦巻き状に複数巻きの案内流路として
も良く、電極形成部の位置に応じて巻き数を相違させる
ようにしても良い。また、格子状に案内流路を形成する
ようにしても良い。

【００３２】また、図示する場合には、下部電極３を３
つの電極形成部によって形成するようにしたが、３つ以
上の電極形成部により形成するようにしても良い。

【００３３】図４（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明の他
の実施の形態である下部電極３を示す図であり、前記実
施の形態の下部電極３が同心円状に３つの電極形成部３
ａ〜３ｃを有しているのに対して、図４（Ａ）に示す場
合には、放射状に８つの電極形成部３ｄを有しており、
それぞれの電極形成部３ｄは表面から見て扇形状となっ
た領域により形成されている。ただし、放射状の電極形
成部３ｄは図示する領域数に限定されることなく、任意
の数とすることができる。

【００３４】図４（Ｂ）に示す場合には、下部電極３は
格子状の部分で１つの領域となる多数の電極形成部３ｅ
を有しており、この場合にも電極形成部３ｅの領域数は
任意とすることができる。

【００３５】図４（Ａ）に示すように、それぞれの電極
形成部３ｅには熱電対式の温度センサ２１ａが組み込ま
れており、図１に示す場合には、赤外線温度センサ２１
によりウエハＷの表面の温度を非接触式に検出している
のに対して、電極形成部３ｅの温度を測定することによ
って、ウエハＷの表面温度を推測するようにしている。
各々の電極形成部３ｅに組み込まれる熱電対温度センサ
２１ａの数は任意の数とすることができる。ただし、図
２および図３に示すタイプの下部電極３に熱電対を温度
センサとして組み込むようにしても良い。

【００３６】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３７】たとえば、複数の電極形成部３ａ〜３ｅは
図示する場合には物理的に一体となっており、温度を相
互に独立して制御することができるので、３つの領域に
分割されていると観念されるが、それぞれの電極形成部
を物理的に分離された部材として、これを組み合わせる
ことにより、それぞれの下部電極３を形成するようにし
ても良い。つまり所定の領域毎に独立して温度を制御す
ることができようにしてあれば、下部電極３の全体を一
体的となった構造としても、分離された構造としても良
い。

【００３８】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその利用分野であるドライエッチング処
理技術に適用した場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、たとえば、ＣＶＤ処理やアッシン
グ処理等のようにプラズマによって処理室内でワークを
処理する場合であれは、何れにも適用できる。

【００３９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００４０】(1).ワーク表面全体の温度分布を温度セン
サにより検出し、その検出結果に基づいてワーク支持台
を複数の領域のそれぞれについて独立して温度制御を行
うようにしたので、ワークの全体を最適の処理条件で処
理して高品質のワークを得ることができる。

【００４１】(2).ワークを半導体ウエハとしてこれにド
ライエッチング処理を行う場合には、温度以外の要因に
基づいてエッチ特性が半導体ウエハの位置によって相違
しても、温度を下部電極の複数の領域についてそれぞれ
独立して制御することによりエッチ特性を向上させるこ
とができる。

【００４２】(3).ドライエッチング処理を行う場合に、
ウエハ全体の温度分布のばらつきを抑制して、常に一定
かつ均一なエッチ特性でエッチング処理することができ
る。

【００４３】(4).これにより、半導体ウエハのドライエ
ッチング処理の歩留りを向上させるとともに安定させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるドライエッチング
処理装置の概略構造を示す断面図である。

【図２】図１に示された下部電極を拡大して示す一部切
り欠き斜視図である。

【図３】図１に示された下部電極とこれを冷却するため
の温度制御手段を示す概略図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ下部電極の変形例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 処理室 ２ 処理容器 ３ 下部電極（ワーク支持台） ４ 上部電極 ５ 高周波発振器 ６ 電力制御部 ７ ガス供給装置 ８ ガス供給路 ９ 流量制御装置 １１ 真空ポンプ １２ 真空排気路 １３ 圧力制御装置 １４ａ〜１４ｃ 案内流路 １５ａ〜１５ｃ 供給流路 １６ａ〜１６ｃ 排出流路 １７ 開口部 １８ ガス流路 ２０ 赤外線温度センサ ２１ａ 熱電対温度センサ ２２ 温度制御装置 ２２ａ 流量制御装置 ２２ｂ 圧力制御装置 ２２ｃ 冷媒供給装置 ２３ ガス供給源 ２４ 圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 直憲 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 小林 志津夫 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 千川原 正 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 日和 洋一 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 藤原 隆雄 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 佐藤 芳雄 東京都小平市上水本町５丁目22番１号 株 式会社日立マイコンシステム内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハを支持するワーク支持台が
   設けられた処理室内で前記半導体ウエハを処理する処理
   工程と、 前記処理工程の際に前記半導体ウエハの表面温度の分布
   を検出する温度検出工程と、 前記半導体ウエハの表面温度の分布に基づいて、前記処
   理工程の際に前記ワーク支持台を複数の領域毎に温度を
   制御する工程とを有し、 前記半導体ウエハの処理時にその表面温度を複数の領域
   毎に制御し得るようにしたことを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法で
   あって、前記処理室内にエッチング処理ガスを供給し、
   前記ワーク支持台を下部電極とし、これに対向する上部
   電極と前記下部電極とに高周波電力を印加して前記処理
   室内にプラズマを生成することにより、前記半導体ウエ
   ハをドライエッチング処理するようにしたことを特徴と
   する半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体装置の製
   造方法であって、前記半導体ウエハの表面温度の分布を
   赤外線温度センサなどの温度検出手段により非接触式に
   検出するようにしたことを特徴とする半導体装置の製造
   方法。
4. 【請求項４】 処理室が形成され、かつ半導体ウエハを
   支持するワーク支持台が設けられた処理容器と、 前記半導体ウエハを処理する際にこれの表面温度の分布
   を検出する温度検出手段と、 前記ワーク支持台の温度を複数の領域毎に別々に制御す
   る複数の温度制御手段と、 前記温度検出手段からの信号に基づいて、半導体ウエハ
   の処理に際して、それぞれの前記温度制御手段の作動を
   制御する制御手段とを有し、 前記半導体ウエハの処理時にその表面温度を複数の領域
   毎に制御し得るようにしたことを特徴とする半導体装置
   の製造装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体装置の製造装置で
   あって、前記処理室内にエッチング処理ガスを供給する
   処理ガス供給手段と、前記ワーク支持台により形成され
   る下部電極と上部電極とにより前記処理室内にプラズマ
   を生成するプラズマ生成手段とを有し、前記半導体ウエ
   ハをドライエッチング処理するようにしたことを特徴と
   する半導体装置の製造装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載の半導体装置の製
   造装置であって、前記温度検出手段は赤外線温度センサ
   であることを特徴とする半導体装置の製造装置。
7. 【請求項７】 ワークを支持するワーク支持台を有する
   処理室において前記ワークを処理する処理工程と、 前記処理工程の際に前記ワークの表面温度の分布を検出
   する温度検出工程と、 前記ワークの表面温度の分布に基づいて、前記処理工程
   の際に前記ワーク支持台を複数の領域毎に温度を制御す
   る工程とを有し、 前記ワークの処理時における表面温度を複数の領域毎に
   制御するようにしたことを特徴とするワークの処理方
   法。