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発明の名称 エッチング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−97119
公開日 平成6年(1994)4月8日
出願番号 特願平4−245382
出願日 平成4年(1992)9月16日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和
発明者 鈴木 敬史
要約 目的
エッチング状態の変化をモニタできるようにし、最適なエッチング条件を維持することができるようにする。

構成
半導体ウェハの設置される処理室5内に処理ガスを供給してエッチング処理を行うエッチング装置であって、エッチング中のエッチング状態に関するパラメータである処理室5内のエッチングガスあるいは生成物の発光強度を発光強度モニタ15で検出し、この検出結果に基づいて電源部3、マスフローコントローラ(MFC)2、自動圧力制御装置(APC)4などを制御する。
特許請求の範囲
【請求項1】 試料の設置されるプラズマ雰囲気中に処理ガスを供給してエッチング処理を行うエッチング装置であって、エッチング中のエッチング状態に関するパラメータを検出する検出手段と、その検出結果に基づいてエッチング条件を制御する制御手段とを具備することを特徴とするエッチング装置。
【請求項2】 前記検出手段は、前記雰囲気中の処理ガスの発光強度あるいは生成物の発光強度を検出する発光強度モニタであることを特徴とする請求項1記載のエッチング装置。
【請求項3】 前記検出手段は、エッチング中のプラズマインピーダンスを検出するモニタ手段であることを特徴とする請求項1記載のエッチング装置。
【請求項4】 前記検出手段は、前記試料の設置雰囲気中のガス圧力値であることを特徴とする請求項1記載のエッチング装置。
【請求項5】 前記制御手段は、前記雰囲気中の処理ガスの発光強度及び生成物の発光強度比が一定値を維持するように前記処理ガスの供給流量を制御することを特徴とする請求項1記載のエッチング装置。
【請求項6】 前記制御手段は、バイアス用の高周波電源の電圧が一定値を維持するように前記高周波電源の出力電圧、マイクロ波出力もしくは磁場発生用のソレノイドの通電量を制御することを特徴とする請求項1記載のエッチング装置。
【請求項7】 前記制御手段は、前記試料の設置雰囲気中のガス圧力値が一定になるようにバイアス用の高周波電源の出力電圧、マイクロ波出力、磁場発生用のソレノイドの通電量もしくは前記処理ガスの流量を制御することを特徴とする請求項1記載のエッチング装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のエッチング技術、特に、高段差エッチングを高精度に行うために用いて効果のある技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のエッチング装置を示すブロック図である。
【0003】マイクロコンピュータ等を用いて構成される制御系1には、マスフローコントローラ(MFC)2、電源部3、及び自動圧力制御装置(APC)4の各々が接続され、これらによって処理室5における真空度、ガス供給量、マイクロ波電力などが制御される。
【0004】エッチング処理時には処理室5内に半導体ウェハが搬入され、その内部は高真空にされ、反応ガスを導入しながら数ギガヘルツのマイクロ波を照射し、これによって生じるプラズマによるスパッタ作用とプラズマで発生した活性ラジカルの化学作用とにより、選択性をもつ異方性エッチングが行われる。
【0005】なお、真空度、ガス供給量、電力などのエッチング条件は、予めプログラムに組み込まれており、エッチング中に変更されることはなく、唯一の変更は発光モニタによる終点判定をした後、オーバーエッチング条件(下地をあまり削らない条件)に切り換えてエッチングする場合となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれば、前記従来のエッチング装置は、エッチング条件が固定であるため、連続的にエッチング面積が変化するような構造のデバイスに対しては最適なエッチング条件を維持することができず、サイドエッチング等を生じさせるという問題がある。
【0007】例えば、図4に示すように、下地6の上の被エッチ膜をエッチングする場合、A→B→Cのように段階的に行われるが、A→Bの過程は発光モニタでモニタできるが、B→Cの過程は発光モニタではモニタできない。この結果、図5に示すように、サイドエッチング8が生じることになる。
【0008】そこで、本発明の目的は、エッチング状態の変化をモニタできるようにし、最適なエッチング条件を維持することが可能な技術を提供することにある。
【0009】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及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、以下の通りである。
【0011】すなわち、試料の設置されるプラズマ雰囲気中に処理ガスを供給してエッチング処理を行うエッチング装置であって、エッチング中のエッチング状態に関するパラメータを検出する検出手段と、その検出結果に基づいてエッチング条件を制御する制御手段とを設けるようにしている。
【0012】
【作用】上記した手段によれば、エッチング中のパラメータ、例えば、エッチングガスの発光強度あるいは生成物の発光強度を検出し、この検出結果に基づいてガス流量、電源、ガス圧力などのエッチング条件が制御される。したがって、サイドエッチングを生じることなくエッチングを高精度に実施することができる。また、サイドエッチング量を高精度に制御することもできる。
【0013】
【実施例】図1は本発明によるエッチング装置の制御系の構成を示すブロック図であり、図2は本発明によるエッチング装置の機構の概略を示す正面断面図である。
【0014】図2に示すように、処理室5内には半導体ウェハ10(試料)がセットされるウェハ処理ステージ9が配設されている。また、処理室5の側壁には、自動圧力制御装置4を介して処理室5内のガスを抜くためのガス排気部11が連結され、他方の側壁にはマスフローコントローラ2を介してガス供給部12が連結されている。
【0015】さらに、処理室5の上部の外周には、この部分を取り巻く如くに磁場形成用のソレノイド13が配設され、天井部にはマイクロ波を導入するための空間が形成され、この空間に導波管14が接続される他、プラズマの発光状態を観察するための発光強度モニタ15が取り付けられている。なお、ウェハ処理ステージ9は、不図示の温調機により温調されており、半導体ウェハ10の温度管理が行われる。
【0016】また、導波管14には、マイクロ波を発生するためのマグネトロン16が接続されている。さらに、ウェハ処理ステージ9には、高周波バイアス(イオンアシスト用)をウェハ処理ステージ9に印加するための高周波電源17が接続されている。
【0017】次に、図1の構成について説明する。なお、図1においては、図3に示したと同一であるものには同一引用数字を用いたので、以下においては重複する説明を省略する。
【0018】処理室5には、発光強度モニタ15及びプラズマインピーダンスモニタ手段18が設けられ、これらの出力信号は制御系19に取り込まれる。この制御系19には図3に示したマスフローコントローラ2、電源部3及び自動圧力制御装置4の各々が接続され、処理室5に対するガス流量、マイクロ波出力及びガス圧力の各々の制御を行っている。
【0019】以上の構成においてエッチングを行う場合、ウェハ処理ステージ9上に半導体ウェハ10をセットし、マスフローコントローラ2で流量を調整しながらガス供給部12から処理ガスを処理室5内へ導入し、これを自動圧力制御装置4で室内圧力を一定に保ちながらガス排気部11から排気する。
【0020】ガス供給に並行して、ソレノイド13への通電を電源部3によって行うと共にマグネトロン16を発振させて処理室5内にプラズマを発生させ、さらに高周波電源17に所定の電力を与えてエッチングを開始する。エッチング中の状態は、発光強度モニタ15によってプラズマ中の発光強度が監視され、その発光強度観測値は制御系19に取り込まれる。
【0021】制御系19では、内蔵するマイクロコンピュータによって、取り込んだエッチング中のエッチングガス発光及び生成物発光の状態とエッチング開始時の発光強度とを比較し、変化が生じたらマスフローコントローラ2へ命令を出し、発光強度の割合が一定になるようにガス流量を制御する。
【0022】これにより、高段差のエッチングを行う場合でも、図4に示すように、エッチング面積が連続的に変化するようになり、従来のようにエッチング中にガスが過大になる(サイドエッチングを生じさせる要因になる)事態を招くことはなく、発光状態に応じてガスを絞り込めるため、図4のようにサイドエッチングの発生を防止することができる。
【0023】また、プラズマインピーダンスモニタ手段18として、高周波電源17の高周波バイアスVppを制御系19に取り込み、このVppが一定となるように高周波電源17の高周波出力電圧を制御する。
【0024】プラズマインピーダンスモニタ手段18は、高周波電源17の印加電圧を測定(ピーク・ツー・ピークを測定)することで達成される。プラズマのインピーダンスは、高周波電源17の印加電圧の二乗に比例する関係にある。したがって印加電圧を測定すれば、容易にプラズマインピーダンスを把握することができる。
【0025】このプラズマインピーダンスは、図4におけるB→Cのように、エッチング面積が変化するのに応じて変化する。
【0026】この制御により、イオンの加速度を制御できるようになり、エッチング状態を安定に維持できるようになる。
【0027】あるいは、高周波バイアスVppを制御系19に取り込み、このVppが一定となるように電源部3を制御し、マグネトロン16のマイクロ波出力を制御するようにしても同様の効果が得られる。また、高周波バイアスVppが一定となるようにソレノイド13に通電する電流を制御し、電子サイクロトロン共鳴の形成高さを変えてプラズマインピーダンスを変化させるようにしてもよい。
【0028】以上のようなモニタ手段を用いることによって、例えば、16メガのDRAMのエッチング工程のような高段差エッチングを行う場合、プラズマ状態を前記したようにモニタしながらパラメータを変更してエッチングを行うことで、高段差エッチングを高精度に行うことができる。
【0029】以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例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言うまでもない。
【0030】例えば、上記実施例においては、高周波電源17の印加電圧を検出するものとしたが、これに代えて出力を電圧の形で取り出すことのできるイオンプローブを用いてもよい。
【0031】また、上記の説明では、マスフローコントローラ2、電源部3、自動圧力制御装置4のいずれか1つを制御するものとしたが、これらの2つまたは3つを同時に制御するようにしてもよい。
【0032】
【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、下記の通りである。
【0033】すなわち、試料の設置されるプラズマ雰囲気中に処理ガスを供給してエッチング処理を行うエッチング装置であって、エッチング中のエッチング状態に関するパラメータを検出する検出手段と、その検出結果に基づいてエッチング条件を制御する制御手段とを設けるようにしたので、サイドエッチングを生じることなくエッチングを高精度に実施することができる。また、サイドエッチング量を高精度に制御することができる。




 

 


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