JP2002170819A - プラズマエッチング処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッチング処理前のダミー放電に起因する稼働
率の低下を防止し、また、ダミー放電によりエッチング
特性の安定化を図ったプラズマエッチング処理装置を提
供する 【解決手段】真空処理室２００、該真空処理室内に配置
した上部アンテナ電極２１１および被処理基板を載置し
た下部電極２３０、並びに真空処理室内のエッチング条
件を設定してエッチング処理を制御する制御盤４０１を
備え、前記上部アンテナ電極および下部電極に高周波電
力を供給して、プラズマ放電を生成して被処理基板をエ
ッチング処理する正規処理、およびプラズマ放電を生成
して被処理基板以外を処理するダミー処理のいずれか一
方を選択して行うプラズマエッチング処理装置におい
て、前記制御盤４０１は、前回のプラズマ放電終了後か
らの経過時間を計測し、経過時間が所定時間以上である
ときのみ、前記正規処理に先んじてダミー処理を行い、
真空処理室を所定温度まで加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
処理装置にかかり、特にエッチング処理前のダミー放電
に起因する稼働率の低下を防止したプラズマエッチング
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、量産用のエッチング処理装置で
は、例えば連続して数枚以上の基板をエッチング処理す
る場合、エッチング処理枚数を重ねるにつれて、処理室
内の温度や壁面状態が変化し、該変化に伴い基板のエッ
チング特性が変化する場合があった。このような場合に
は、エッチング処理する前にエッチング処理条件と同じ
条件でダミー放電を行い、処理室内の状態を安定化させ
るという手段がとられる場合がある。例えば、特開平１
０−１２５９８号に見られるように、エッチング処理す
る前にダミー放電を２０分行う場合がある。

【０００３】また、本発明者によって、特願平１１−２
５８２４２号として提案されているプラズマ処理装置お
よびプラズマ処理方法においては、シリコン酸化膜ある
いは窒化シリコンを、炭素原子やフッ素原子を含むガス
によるプラズマでエッチングする工程が示されている。
この工程においては、処理室内の石英部品を高温にする
ことで石英部品上の堆積物を起因とする異物の発生と、
エッチング特性の変動を抑制できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平１０−１２
５９８号に示される装置では、エッチング条件設定のた
めの試験などで数枚のエッチングを数分から数十分の時
間間隔で頻繁に行う場合においては、決められた時間の
ダミー放電を毎回行うとダミー放電に要する時間の割合
がエッチング時間に比べて長くなり、装置のスループッ
ト向上に対して負担になる。

【０００５】また、特願平１１−２５８２４２号に示す
装置では、処理室内の石英部品を高温にすることで石英
部品上の堆積物を起因とする異物の発生と、エッチング
特性の変動を抑制できるが、プラズマによる石英部品の
加熱に数分を要す場合があり、上記と同様に装置のスル
ープット向上に対して負担になる。

【０００６】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
で、エッチング処理前のダミー放電に起因する稼働率の
低下を防止し、また、ダミー放電によりエッチング特性
の安定化を図ったプラズマエッチング処理装置を提供す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を採用した。

【０００８】真空処理室２００、該真空処理室内に配置
した上部アンテナ電極２１１および被処理基板を載置す
る下部電極２３０、並びに真空処理室内のエッチング条
件を設定してエッチング処理を制御する制御盤４０１を
備え、前記上部アンテナ電極および下部電極に高周波電
力を供給して、プラズマ放電を生成して被処理基板をエ
ッチング処理する正規処理、およびプラズマ放電を生成
して被処理基板以外を処理するダミー処理のいずれか一
方を選択して行うプラズマエッチング処理装置におい
て、前記制御盤４０１は、前回のプラズマ放電終了後か
らの経過時間を計測し、経過時間が所定時間以上である
ときのみ、前記正規処理に先んじてダミー処理を行い、
真空処理室を所定温度まで加熱する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図１な
いし図４を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に
かかるプラズマエッチング処理装置の処理フローを示す
図である。まず、操作者はエッチングレシピを設定し
（ステップ１００）、エッチング処理の開始を装置に指
示する（ステップ１０１）。エッチング装置は開始を指
示された現在の時刻と前回のエッチング処理が終了した
時刻を比較して時間間隔を割り出し（ステップ１０
２）、その時間間隔からダミー放電を実施するかどう
か、実施する場合は何分実施するかを決めダミー放電を
行う（ステップ１０３）。その後連続して有用な基板を
搬送し、正規のエッチング処理を行う（ステップ１０
４）。設定した一枚または複数枚の有用な基板のエッチ
ング処理が終わった時点で、その時刻を制御コンピュー
タに記憶しておく（ステップ１０５）。

【００１０】ステップ１０３における、前記時間間隔か
らダミー放電の実施の要否を決める方法を以下に示す。
まず直前のエッチング処理が終了してから次のエッチン
グ処理を開始するまでの時間間隔と、エッチング処理再
開直後のエッチング特性の相関を調べ、エッチング特性
の変動が許容範囲に収まる時間間隔を前もって把握して
おく。そして前記時間間隔がその時間間隔未満であれば
ダミー放電を実施せず、その時間間隔以上であれば一定
時間のダミー放電を実施した後、次のエッチング処理を
実施する。

【００１１】前記ダミー放電行う場合には、あらかじめ
装置にセットしておいたダミー放電用の基板をエッチン
グ室に搬送し、ダミー放電を実施する。また、基板をエ
ッチング室にセットしない状態でダミー放電を行ってク
リーニングをかねることができる。この場合は、ダミー
基板の節約や搬送時間の短縮を図ることができる。

【００１２】次に本発明のプラズマエッチング処理方法
をシリコン酸化膜プラズマエッチング装置に適用した例
を図２および図３により説明する。

【００１３】図２は、本実施形態にかかるシリコン酸化
膜のプラズマエッチング処理装置を示す図である。本実
施形態にかかるエッチング装置は、真空処理室２００の
外側に真空処理室２００内に磁場を作るためのコイル２
０１がある。また真空処理室２００の上方に平板状のア
ンテナ電極２１１、下方に下部電極２３０があり、下部
電極２３０に被処理基板２３１を載せる構造になってい
る。また、処理室に酸素、ＣＦ系ガス（例えばＣ
_５Ｆ_８）、Ａｒガスを導入する配管がなされている（図
示略）。導入されたガスは、真空処理室２００下方の真
空室２０５に接続された圧力制御手段２０７を通り、真
空排気系２０６により排気される。また、プラズマ２０
８を生成したり、部品や被処理基板２３１に高周波バイ
アスをかける為に、高周波電源２２０、２４０から発生
した高周波をマッチング回路・フィルタ回路２２１、２
４１を介して、アンテナ電極２１１および下部電極２３
０に印加できる。アンテナ電極２１１に接続している高
周波電源２２０は、たとえば４５０ＭＨｚの高周波を発
生でき、コイル２０１により作られた１６０ガウスの磁
場と共鳴し高密度のプラズマを生成することができる。
また下部電極２３０に接続している高周波電源２４０
は、たとえば８００ｋＨｚの高周波を発生でき、被処理
基板２３１に入射するイオンエネルギーを制御できる。
また複数枚の被処理基板を自動搬送して、１枚づつプラ
ズマ処理し、連続して数十枚以上処理ができる（図示
略）。

【００１４】処理室内の石英部品としては、アンテナ電
極２１１の周辺部に上部石英リング２０３が、また下部
電極２３０の周りに電極石英カバー２０４が設置してあ
る。上部石英リング２０３は、プラズマに接触する部分
を３ｍｍの板状にし、その外側の厚い誘電体部品２１２
とは別パーツで作り、前記石英リング２０３を誘電体部
品２１２とは断熱構造にし、エッチング処理中は高温に
保たれるようにしている。上部石英リング２０３はエッ
チング処理中に被処理基板２３１に近いため、その温度
はエッチング特性に及ぼす影響が大きい。

【００１５】図３は、プラズマエッチング処理装置の処
理方法を説明する図である。まず、上部石英リング２０
３に試験的に温度計を取り付けておき、代表的なエッチ
ング条件で連続処理３０１した後、放電を停止して放置
し、上部石英リング２０３の温度低下３０２を測定す
る。

【００１６】また、上部石英リング２０３の温度が十分
下がった処理休止状態３０３から、代表的なダミー放電
条件でダミー放電３０４を行い、上部石英リング２０３
の温度上昇３０５を測定する。本実施形態における標準
的ダミー放電は１０分であった。上記の温度データを基
に、温度計を付けていない実際のエッチング処理を行う
ことができる。すなわち、まず、エッチング処理開始を
装置に指示した時点で、前回のエッチング処理終了時刻
とエッチング処理開始時刻の時間間隔がｔ１であった場
合、図３（ａ）に示したエッチング連続処理終了後の温
度低下データ３０２を基にエッチング処理開始時点の部
品温度（例えば石英リング２０３の温度）Ｔ１を予測す
る。そして図３（ｂ）に示したダミー放電開始後の温度
上昇データ３０５により、その部品温度からダミー放電
終了時の温度Ｔ２に上げるために要する時間ｔｄを割り
出す。そして直ちにダミー基板を真空処理室に搬送し、
ダミー放電を時間ｔｄ実施し、次に有用な基板のエッチ
ング処理を実行する。本実施形態によって上部石英リン
グ２０３の温度をエッチング処理中に常に一定レベルの
高温に保つことが可能となり、これによりエッチング特
性の安定性が確保でき、石英への反応生成物の堆積を抑
制し異物の発生を抑えられる。

【００１７】特に絶縁膜のエッチングを行う場合、例え
ば、前記被処理基板として酸化シリコン膜あるいは窒化
シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜あるいはこ
れらの膜の少なくともひとつの膜を含んだ多層膜をから
なる基板を用い、前記プラズマとして少なくともフッ
素、炭素および酸素を含むガスを用いる場合は、基板に
付着するガス種の量とエッチングで除去される量がバラ
ンスして最適の条件でエッチングすることができる。

【００１８】また、温度低下データ３０２と温度上昇デ
ータ３０５を基にダミー放電時間を割り出す方法に関し
ては、上記の実施例の他に、あらかじめ時間間隔ｔ１と
ダミー放電時間ｔｄの対応表を作成してもよく、温度デ
ータを多項式や指数関数式で近似して計算することも可
能である。また、種々のエッチング処理条件やダミー放
電条件に対して図３に示したような温度低下データや温
度上昇データを前もって取得しておき、実際のエッチン
グ処理では、条件に応じて適切なデータを選択してダミ
ー放電時間を決めるとエッチング特性をより安定化する
ことが可能である。

【００１９】上記のように温度変化を模擬する試験を行
い、それに基づき温度を予測する方法は、実際の有用な
基板を正規に処理する時に真空処理室内の部品を温度測
定することができない場合には有効である。

【００２０】図４は、本発明の他の実施形態にかかるプ
ラズマエッチング処理装置を示す図である。図におい
て、真空処理室２００の上部には温度センサ４００が組
み込まれており、石英リング２０３の温度の測定値が制
御コンピュータ４０２に送られる。制御コンピュータ４
０２は、制御盤４０１を通じてあらかじめ設定された管
理値と前記温度の測定値を比較して、ダミー放電の開始
や終了などの信号を高周波電源２２０，２４０に送信し
て放電時間を制御する。温度センサ４００には、たとえ
ば放射温度計などが使用できる。

【００２１】図に示すように、実際の有効な基板を処理
するときにおいても、例えば誘電体部品２１２の温度を
測定できる場合は、温度を指標にダミー放電時間を決定
でき、より正確に温度管理ができエッチング特性の安定
化が図れる。例えば、まずエッチング処理を開始すると
きの特定の部品の温度とエッチング処理再開直後のエッ
チング特性の相関を調べて、エッチング特性の変動が許
容範囲に収まるために必要な特定の部品の温度を前もっ
て把握しておく。そして、有用な基板のエッチングに際
しては、エッチング処理開始直前に、その特定の部品の
温度が必要温度以上であればダミー放電を実施せずただ
ちにエッチング処理を実施し、その温度未満であればダ
ミー放電を実施した後にエッチング処理を実施すると良
い。

【００２２】以上説明したように、例えば被処理基板の
直前に実施されたプラズマ放電の終了時刻と現在時刻と
の時間差が所定の時間間隔以上である場合にはダミー放
電を実施し、所定の時間間隔未満である場合にはダミー
放電を実施しないようにする。このため、直前のエッチ
ング処理が終了してから短時間で次のエッチング処理を
行う場合にダミー放電を省略することができる。特にダ
ミー放電時にプラズマの投入電力を大きくして積極的に
プラズマ加熱している場合には有効で、部品がエッチン
グ処理時より大幅に高温になるのを防ぐことができる。

【００２３】また、これから処理する被処理基板の直前
に実施されたプラズマ放電の終了時刻と現在時刻との時
間差の長さに応じてダミー放電時間を変えことができ
る。すなわち、前記時間差が短いほどダミー放電時間を
短くし、時間差が長いほどダミー放電時間を長くする。
このため前記時間差とダミー放電時間の対応関係はあら
かじめ調べておく。この方法によりダミー放電時間を必
要最小限に限定して稼働率低下を最小にすることができ
る。

【００２４】また、前記試料台にダミー基板を載置しな
いでダミー放電を実施することができる。この方法によ
るとダミー基板を搬送する時間が省けるので稼働率を向
上することができる。さらにダミー基板が不要になると
いう効果も生じる。このときダミー放電条件は試料台の
機能をなるべく損なわないように設定する。例えば試料
台に印加する高周波電力を最適化して投入することで反
応生成物の堆積を防ぎ、試料台の消耗量も無視できるほ
ど小さく抑えることができる。

【００２５】また、真空処理室内の少なくとも一つの部
品の温度を測定し、該部品の温度に基づいて該ダミー放
電を実施するか否かを判定することができる。そのため
にあらかじめダミー放電開始時の部品温度とダミー放電
中の部品温度とそれに続くエッチング特性との間の関係
を調べておく。この方法によると直前のエッチング処理
終了時の温度が条件によって大きくばらついてもダミー
放電の要否を正確に判断することができる。

【００２６】また、真空処理室内の少なくとも一つの部
品の温度を測定し、該部品の温度に基づいて該ダミー放
電時間を決めることができる。この方法によれば、エッ
チング処理開始時の部品の温度によってダミー放電時間
を適正に決めることができる。さらに、ダミー放電中に
部品が所定の温度に達した時にダミー放電を終了するこ
とができる。これによりエッチング処理中の処理室内の
部品の温度変化をより一層少なくし、より安定なエッチ
ング特性を得ることができる。

【００２７】また、被処理基板として酸化シリコン膜あ
るいは窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる
膜、あるいはそれらの膜を含んだ多層膜を含む基板を用
い、プラズマとして少なくともフッ素、炭素、酸素を含
むガスからなるプラズマを用いることができる。この場
合には、特に処理室内の部品を温度を高温の一定温度に
保つことにより、炭素とフッ素から主に構成される堆積
性の反応生成物を付着させにくくすると同時に、付着量
と脱離量を安定化することができる。これにより被処理
基板に入射する反応生成物の量が安定し、酸化シリコ
ン、窒化シリコンあるいは低誘電率材料からなる膜のエ
ッチング特性を安定化させることができる。

【００２８】また、前記試料台に対向したアンテナ電極
と、該アンテナ電極の外周部もしくは該アンテナ電極の
下部に石英あるいはアルミナなどの誘電体からなる部材
を配置し、該誘電体を伝播した高周波によりプラズマを
発生させてプラズマエッチング処理を行う装置構造と
し、さらに誘電体部材のプラズマに接する部分を石英と
することができる。このような構成とすると、石英は高
周波の伝播部であるが故に石英近傍でプラズマ密度が高
く、石英部品は高温まで加熱される。しかし石英部品は
概して熱伝導率が悪く熱容量が大きいので、ダミー放電
も長く必要となる。このような場合には、本発明により
ダミー放電時間を適正化することにより稼働率の低下を
抑制する効果が大きい。

【００２９】また、被処理基板は酸化シリコン膜あるい
は窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜、あ
るいはそれらの膜を含んだ多層膜から構成し、プラズマ
エッチング処理を少なくともフッ素、炭素、酸素を含む
ガスからなるプラズマにより実施することができる。こ
の場合には、石英がプラズマエッチングされるので、石
英のエッチングによるガスの消費量を一定に保つために
も、本発明によって石英温度を高温の一定温度に保つこ
とでエッチング特性の変動を抑えることができる。

【００３０】また、ダミー放電用の基板を該試料台に載
置せず、ダミー放電をクリーニング条件で行うことがで
きる。ここでいうクリーニング条件とはエッチング室内
に堆積した反応生成物を除去できるプラズマ処理であ
り、フッ素、炭素、酸素を含むガスにより絶縁膜をエッ
チングする装置の場合、反応生成物はＣＦ組成となる。
このため前記クリーニング条件は通常のエッチングより
酸素の流量が大きい条件となる。この方法によると、ダ
ミー放電用基板をエッチング処理室に搬送する時間が不
要となり、さらにダミー放電用基板が不要となる。また
クリーニング条件でダミー放電を行うため、処理室内や
試料台上にフッ化炭素系の堆積物が付着するのを防ぐこ
とができる。

【００３１】なお、前述したように上記の実施形態にお
いてはアンテナ電極がプラズマに接している場合のみで
なく、アンテナ電極の下に石英やアルミナの誘電体の板
を置き、誘電体に高周波を伝播させてプラズマを発生さ
せる方式のエッチング処理装置であっても、上記の上部
石英リングを備えたエッチング処理装置と同様の効果が
期待できる。また、上記実施例では有磁場ＵＨＦ放電を
用いたエッチング装置の例を示したが、たとえばＲＩＥ
放電、マグネトロン放電、誘導結合型放電、ＴＣＰ放
電、ＶＨＦ放電など他のプラズマ生成方式を用いたエッ
チング装置においても同様の作用効果が期待できる。ま
た、上記実施例ではプラズマエッチング装置について述
べたがその他のプラズマ処理装置、たとえばスパッタ装
置、プラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装
置についても同様の作用効果がある。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ッチング処理前のダミー放電に起因する稼働率の低下を
防止し、また、ダミー放電によりエッチング特性の安定
化を図ったプラズマエッチング処理装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング
処理装置の処理フローを示す図である。

【図２】プラズマエッチング処理装置を示す図である。

【図３】プラズマエッチング処理装置の処理方法を示す
図である。

【図４】他の実施形態にかかるプラズマエッチング処理
装置を示す図である。

【符号の説明】

２００ 真空処理室 ２０１ コイル ２０２ 側壁 ２０３ 上部石英リング ２０４ 下部石英リング ２０５ 真空室 ２０６ 真空排気系 ２０７ 圧力制御手段 ２０８ プラズマ ２１１ アンテナ電極 ２１２ 誘電体部品 ２２０，２４０ 高周波電源 ２２１，２４１ マッチング回路・フィルタ回路 ２３０ 下部電極 ２３１ 被処理基板 ４００ 温度センサ ４０１ 制御盤 ４０２ 制御コンピュータ

フロントページの続き (72)発明者 古瀬 宗雄 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA16 BA04 BA05 BA13 BA20 BB11 BB18 BC08 BD01 CA07 CA09 DA00 DA23 DA26 DB00 DB03 DB07 5F045 AA08 BB08 DP02 DQ10 EK20 EK28 GB01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空処理室、該真空処理室内に配置した
   上部アンテナ電極および被処理基板を載置する下部電
   極、並びに真空処理室内のエッチング条件を設定してエ
   ッチング処理を制御する制御盤を備え、前記上部アンテ
   ナ電極および下部電極に高周波電力を供給して、プラズ
   マ放電を生成して被処理基板をエッチング処理する正規
   処理、およびプラズマ放電を生成して被処理基板以外を
   処理するダミー処理のいずれか一方を選択して行うプラ
   ズマエッチング処理装置において、 前記制御盤は、前回のプラズマ放電終了後からの経過時
   間を計測し、経過時間が所定時間以上であるときのみ、
   前記正規処理に先んじてダミー処理を行うことを特徴と
   するプラズマエッチング処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、前記ダミー処
   理の実行時間はプラズマ放電終了後からの経過時間に応
   じた時間であることを特徴とするプラズマエッチング処
   理装置。
3. 【請求項３】 真空処理室、該真空処理室内に配置した
   上部アンテナ電極および被処理基板を載置する下部電
   極、並びに真空処理室内のエッチング条件を設定してエ
   ッチング処理を制御する制御盤を備え、前記上部アンテ
   ナ電極および下部電極に高周波電力を供給して、プラズ
   マ放電を生成して被処理基板をエッチング処理する正規
   処理、あるいはプラズマ放電を生成して被処理基板以外
   を処理するダミー処理のいずれか一方を行うプラズマエ
   ッチング処理装置において、 前記制御盤は、真空処理室内の温度を測定する温度計を
   備え、測定値が所定値以下であるときのみ、前記正規処
   理に先んじてダミー処理を行うことを特徴とするプラズ
   マエッチング処理装置。
4. 【請求項４】 請求項３の記載において、前記ダミー処
   理の実行時間は前記測定値に応じた時間であることを特
   徴とするプラズマエッチング処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４の何れか１の記
   載において、前記被処理基板は酸化シリコン膜あるいは
   窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜、ある
   いはそれらの膜の少なくともひとつの膜を含んだ多層膜
   からなり、前記プラズマは少なくともフッ素、炭素およ
   び酸素を含むガスからなることを特徴とするプラズマエ
   ッチング処理装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項４の何れか１の記
   載において、前記アンテナ電極の下部電極に対向する面
   には誘電体膜を備え、該誘電体膜のプラズマの接する面
   には石英を配置したことを特徴とするプラズマエッチン
   グ処理装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６の何れか１の記
   載において、前記ダミー処理は下部電極上に基板を載置
   することなく行うクリーニング処理であることを特徴と
   するプラズマエッチング処理装置。