JP2002367970A

JP2002367970A - ドライエッチングのエッチング量制御方法及びドライエッチング装置

Info

Publication number: JP2002367970A
Application number: JP2001177879A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ichimura; 智市村; Kazutoshi Tsuchiya; 一俊土屋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、簡単な装置構成で、高稼動率を実現
し、被処理物の材質を限定せず、高精度に所定のエッチ
ング量でエッチングを終了することができるドライエッ
チングのエッチング量制御方法及びドライエッチング装
置を提供することにある。【解決手段】被処理物とは別に、導電性を有する基材の
表面に所定の膜厚の絶縁膜を形成してなるモニタ基板を
用意し、該モニタ基板を前記被処理物と同時にエッチン
グし、前記絶縁膜がエッチング除去されて前記基材の端
面が露出されたときに流れる荷電粒子電流を検出するも
のである。【効果】簡単な装置構成で高稼動率を実現し、被処理物
の材質を限定せず高精度に、所定のエッチング量でドラ
イエッチングを終了することができる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマまたは粒子
ビームを被処理物に照射して加工を行うドライエッチン
グに係り、特に、ドライエッチングにおける被処理物の
エッチング量を制御するものに好適なドライエッチング
のエッチング量制御方法及びドライエッチング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のドライエッチングのエッ
チング量制御方法としては、例えば、特開昭５５−７４
１４０号公報に記載されているものが知られている。こ
の従来技術においては、導電性の基板上に形成されてあ
る絶縁膜をエッチングするに際し、前記絶縁膜がエッチ
ング除去されて導電性基板の端面が露出されたときに流
れる電流を検知し、エッチングを終了させる方法が採用
されている。

【０００３】また、他の従来技術として、例えば、特開
平７−２２１０７３号公報に記載されているものが知ら
れている。この従来技術においては、被エッチング基板
をエッチングする際、被エッチング基板とはエッチング
レートの異なる材料でモニタ膜を形成しておき、被エッ
チング基板と該モニタ膜とを同時にエッチングすると共
に、エッチング中のモニタ膜の膜厚をモニタし、所定の
膜厚となった時点でエッチングを終了させる方法が採用
されており、モニタ膜としてシリコン酸化膜を採用し、
光学的に膜厚をモニタすることが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術のうち、前者においては、絶縁膜がエッチング除去さ
れて導電性基板の端面が露出されたときに流れる電流を
検知し、エッチングを終了させるものであるために、導
電性基板上に形成されてある絶縁膜を、導電性基板との
境界までエッチングする場合にのみ適用可能であり、被
処理物が導電性膜である場合や、絶縁膜であっても所定
のエッチング量でエッチングを終了させる用途には適用
できないという問題があった。

【０００５】一方、後者の従来技術では、被処理物の材
質を限定せず、所定のエッチング量でエッチングを終了
することが可能である。しかしながら、エッチング中に
モニタ膜の膜厚をモニタするために、ドライエッチング
装置に膜厚測定機構を付加する必要があることから装置
が複雑，大型化するという問題があった。また、前記モ
ニタ膜の膜厚を光学的に測定する場合には、光学測定用
窓にエッチング物の付着が避けられず、前記膜厚の測定
精度を維持するために頻繁に光学測定用窓を清掃または
交換する必要があり、ドライエッチング装置の稼動率が
低下するという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の問題に鑑
み、簡単な装置構成で、高稼動率を実現し、被処理物の
材質を限定せず、高精度に所定のエッチング量でエッチ
ングを終了することができるドライエッチングのエッチ
ング量制御方法及びドライエッチング装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被処理物とは別に、導電性を有する基材の
表面に所定の膜厚の絶縁膜を形成してなるモニタ基板を
用意し、該モニタ基板を前記被処理物と同時にエッチン
グし、前記絶縁膜がエッチング除去されて前記基材の端
面が露出されたときに流れる荷電粒子電流を検出し、該
検出時点でエッチングを終了させるか、あるいは検出時
点までのエッチング時間と、エッチング前に測定されて
ある絶縁膜の膜厚とから、前記被処理物を所望量エッチ
ングするのに必要な所要エッチング時間を算出し、該所
要エッチング時間経過時点でエッチングを終了させるド
ライエッチングのエッチング量制御方法としたことを特
徴とする。

【０００８】また、上記目的を達成するために本発明
は、被処理物をドライエッチングする処理室と、該処理
室内にプラズマまたは粒子ビームを発生する手段と、前
記プラズマまたは粒子ビームが照射される前記処理室内
に配置された前記被処理物を保持する手段、及びモニタ
基板を保持する手段と、前記モニタ基板の導電性を有す
る基材に流入する電流を検出する手段と、前記モニタ基
板の基材に流入する電流の検出を受けて所定の演算動作
を実行し、エッチングを終了させる制御手段とを備えて
いるか、あるいは前記構成を備え、被処理物及びモニタ
基板を保持する手段は、前記被処理物及びモニタ基板を
搭載したトレーと、処理室内に固定された固定部に分離
可能であると共に、前記被処理物及びモニタ基板を搭載
したトレーを処理室外部から出し入れ可能としたドライ
エッチング装置としたことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図３により説明する。図１は本発明によるドライエ
ッチング装置の一実施形態を示すイオンビームエッチン
グ装置の全体構成の縦断面図、図２は図１の要部の断面
図、図３は本実施形態のイオンビームエッチング装置に
おける測定電圧の時間変化を示す特性図である。

【００１０】図１に示すイオンビームエッチング装置
は、マイクロ波放電によってプラズマを生成するイオン
源（符示せず）を有している。該イオン源は、プラズマ
生成室１が生成室壁２によって画成され、該生成室壁２
に導波管４及びガス導入管２１が夫々接続されている。
プラズマ生成室１は、図１において横方向である内径が
φ７００mm、高さ方向である奥行きが２００mmの大きさ
をなしており、例えばステンレスのような非磁性材の生
成室壁２によりその下端が開口されている。導波管４
は、プラズマ生成室１の上部中央に接続され、制御手段
４１の指令によりマイクロ波発振器４０で発生させた周
波数２.４５ＧＨｚのマイクロ波をプラズマ生成室１に
供給する。導波管４には気密を保つためマイクロ波導入
窓２０が取付けられている。ガス導入管２１はプラズマ
生成に必要な特定のガス、例えばアルゴンなどをプラズ
マ生成室１に供給するものである。

【００１１】また、前記生成室壁２の外周部には永久磁
石列５が配設されており、プラズマ生成室１内に電子サ
イクロトロン共鳴磁場をもつ静磁場を発生させている。

【００１２】さらに、前記生成室壁２の開口部には互い
に所定の間隔をもつと共に所定の大きさで形成された複
数の孔を有するスクリーン電極３が取付けられ、しかも
スクリーン電極３の下方位置に該スクリーン電極３と同
様の孔を有するイオン引出し電極６が取付けられ、該イ
オン引出し電極６が、プラズマ生成室１で生成されたプ
ラズマからイオンのみを下方に引き出し、これをイオン
ビームとしている。なお、イオン引出し電極６及びスク
リーン電極３の複数の孔が分布している領域はφ６００
mmの大きさをなしている。

【００１３】そして、生成室壁２の下端のフランジ部２
ａには絶縁スペーサ７を介して処理室壁１５が接続され
ている。該処理室壁１５は、プラズマ生成室１の下方
に、処理室２９を画成している。該処理室２９は、引出
し電極６によって引出されたイオンビームを被処理物１
７に照射し、該被処理物１７をエッチングするための空
間であり、その内部においてイオンビームの中和手段た
るフィラメント８が引出し電極６と被処理物１７との間
に配設されている。

【００１４】前記被処理物１７はトレー３９の上に複数
取りつけられていて、該トレー３９は、処理室壁１５に
対して回転運動が可能な公転ステージ２２上において所
定の回転半径位置に回転軸を有する様に複数配置された
自転ステージ２３の各々の上に１つずつ取りつけられて
いる。これら複数のトレーのうち、１つのトレー上に
は、被処理物１７と並んでモニタ基板３０が取り付けら
れており、前記被処理物１７とともにイオンビームが照
射される位置に保持されている。

【００１５】前記モニタ基板３０は、図２に詳細に示す
如く、導電性を有する基材３０ａの上に絶縁膜３０ｂが
形成されてなり、前記トレー３９の上に絶縁スペーサ３
３を介して保持されている導電性部材３２の上に配置さ
れ、クランプ３１によってトレー３９に固定されてい
る。本実施の形態においては、前記導電性を有する基材
３０ａはシリコンで、前記絶縁膜３０ｂはシリコン酸化
膜または窒化膜で形成されている。そして、前記トレー
３９が自転ステージ２３上に搭載されることにより、該
自転ステージ２３内部に絶縁スペーサ３５を介して保持
された電流端子３４のバネ状先端部と、前記導電性部材
３２とが電気的に接触する。電流端子３４は抵抗３６の
一端に接続され、該抵抗３６の他端は、処理室壁１５と
同電位に接地されている。そして、該抵抗３６の両端に
電圧モニタ３７が接続されていて、基材３０ａに流入す
る荷電粒子電流が通過する際に前記抵抗３６の両端に発
生する電圧を測定する装置構成となっている。

【００１６】なお、前記モニタ基板３０を搭載したトレ
ーを含め被処理物１７を搭載した複数のトレー３９は何
れも自転ステージ２３と容易に分離され、ゲート弁４２
を通過して、処理室２９の外部から出し入れ可能となっ
ている。

【００１７】本実施形態のイオンビームエッチング装置
は、上記の如き構成よりなるので、以下、そのエッチン
グ動作について述べる。まず、処理室２９を図示してい
ない真空ポンプを用いて排気することにより、１×１０
^-6Torr以下にする。次いで、プラズマ生成室１内にガス
導入管２１から、アルゴン等の特定ガスを供給し、プラ
ズマ生成室１の圧力を５×１０^-5〜５×１０^-4Torrとし
たところで、制御手段４１の指令によりマイクロ波発振
器４０で発生させた周波数２.４５ＧＨｚのマイクロ波
をプラズマ生成室１に導入する。

【００１８】これにより、プラズマ生成室１では供給さ
れたガスがマイクロ波によりプラズマ化されるが、プラ
ズマ中の電子のサイクロトロン共鳴周波数とマイクロ波
の周波数が一致する磁場強度、本例では約８７５Ｇの場
所において、マイクロ波が効率的にプラズマ中の電子に
吸収されることとなり、そのために生じた高エネルギー
電子がガスを電離することにより、高密度のプラズマを
生成することができる。

【００１９】そして、処理室壁１５に対し、イオン源の
生成室壁２が正電位に設定され、しかもイオン引出し電
極６が負電位に設定されていることにより、イオン引出
し電極６により、プラズマ生成室１内の高密度プラズマ
からイオンのみがイオンビームとして処理室２９側へ引
き出される。また、イオンビームが引出されると、あら
かじめ加熱電力を与えられ、かつ、処理室壁１５に対し
負電位を与えられたフィラメント８から該イオンビーム
に対して中和電子が供給される。

【００２０】前記イオンビームが、処理室２９の内部に
おいて、公転ステージ２２及び自転ステージ２３によっ
て自公転運動をしているトレー３９の上に搭載された被
処理物１７に照射されることにより、該被処理物１７に
対して高均一なイオンビームエッチングを施すことがで
きる。

【００２１】次に、前記イオンビームエッチング装置に
おける本発明に係るエッチング量の制御方法につき説明
する。まず、エッチングを開始する前に、事前に実測に
より決定されてある電圧モニタ３７の測定電圧のしきい
値と、被処理物１７と絶縁膜３０ｂのエッチング速度比
（被処理物１７のエッチング速度／絶縁膜３０ｂのエッ
チング速度、これをＲとする）と、絶縁膜３０ｂの膜厚
（これをｄとする）とを制御手段４１に入力しておく。
また、同様に被処理物１７に対する所望のエッチング量
（これをＥとする）を制御手段４１に入力しておく。な
お、本実施の形態においてはモニタ基板３０を構成する
導電性を有する基材３０ａがシリコンであり、絶縁膜３
０ｂがシリコン酸化膜または窒化膜であるので、絶縁膜
の物性を安定して作製可能であり、前記絶縁膜３０ｂの
膜厚ｄは、光干渉法等の光学的測定により、容易かつ高
精度に測定され、数値が決定されている。

【００２２】しかる後、制御手段４１の指令によりマイ
クロ波発振器４０でマイクロ波を発生させることによ
り、前述した如くエッチング動作を開始する。これによ
り、被処理物１７とともにイオンビームが照射される位
置に配置されているモニタ基板３０表面の絶縁膜３０ｂ
がエッチングされ始まる。絶縁膜３０ｂのエッチングが
進行し、導電性の基材３０ａの端面が露出すると、該基
材３０ａにイオンビーム及び中和電子からなる荷電粒子
電流が流入する。その際、一般にイオンと電子の流入量
が完全に同一であることは生じないので、抵抗３６を適
切な抵抗値に選定することにより、電圧モニタ３７によ
って計測可能な電圧を発生させることができる。

【００２３】いま、モニタ基板３０として、その絶縁膜
３０ｂの膜厚がｄ＝Ｅ／Ｒであるようなものを使用した
場合につき説明する。この場合には、前記電圧モニタ３
７による測定電圧が事前に入力されてあるしきい値を超
えた時点で、制御手段４１の指令によりマイクロ波発振
器４０のマイクロ波発生を停止し、エッチングを終了す
ることで、被処理物１７に対して所望のエッチング量を
実現することができる。

【００２４】一方、ｄ＜Ｅ／Ｒのモニタ基板を使用した
場合について、図３を用いて説明する。図３はこのとき
のエッチングの開始から終了に到るまでの電圧モニタ３
７による測定電圧の時間変化を示したものである。本図
においてｔ１は、測定電圧がエッチング開始から所定の
しきい値を越える時点までの正味のエッチング時間であ
って、異常放電等でエッチングが中断された場合に、そ
の中断時間は含めずに制御手段４１により計測される。
このｔ１が計測された時点で、制御手段４１において所
要エッチング時間ｔ２を次式により算出する。

【００２５】ｔ２＝（ｔ１・Ｅ）／（Ｒ・ｄ）そして、正味のエッチング時間がｔ２となった時点で、
制御手段４１の指令によりマイクロ波発振器４０のマイ
クロ波発生を停止し、エッチングを終了することで、被
処理物１７に対して所望のエッチング量を実現すること
ができる。なお、この様にｄ＜Ｅ／Ｒのモニタ基板を使
用する場合は、絶縁膜３０ｂの膜厚ｄを厳密に作製する
必要がなく、容易にモニタ基板を作製することができ
る。

【００２６】以上説明した本実施の形態におけるエッチ
ング量の制御方法によれば、被処理物とは別にモニタ基
板を用いるので、被処理物の材質を限定せずに所定のエ
ッチング量でエッチングを終了させることができる。ま
た、エッチング中にモニタ膜の膜厚を計測する必要がな
いことから、ドライエッチング装置にモニタ膜の膜厚計
測機構を付加する必要が無いので、装置構成を簡単にで
き、膜厚計測機構のメンテナンスによる稼動率の低下を
生じない。更に、ドライエッチング装置の外でモニタ基
板の絶縁膜の膜厚を測定できるので、光学的計測等によ
り高精度に膜厚を測定することができ、エッチング量制
御の高精度化を実現できる。

【００２７】また、本実施の形態のイオンビーム処理装
置においては、被処理物とモニタ基板が同じトレー上に
取りつけられ、該トレーごと処理室外部から出し入れ可
能であるので、被処理物とモニタ基板の交換が容易に行
えることにより、装置の稼動率を向上することができ
る。

【００２８】なお、上記実施の形態では本発明をイオン
ビームエッチング装置に適用した場合につき説明した
が、プラズマエッチング装置に対しても同様に本発明を
適応できる。また、電荷を持たない中性粒子ビームを被
処理物やモニタ基板に照射してドライエッチングを実施
する場合でも、モニタ基板の導電性を有する基材の端面
に中性粒子ビームが照射されると、該端面から２次電子
が発生するので、これを荷電粒子電流として検出するこ
とで、同様に本発明を適応できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、上記説明したように構成され
ているので、簡単な装置構成で高稼動率を実現し、被処
理物の材質を限定せず、高精度に所定のエッチング量で
ドライエッチングを終了することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるドライエッチング装置の一実施形
態を示すイオンビームエッチング装置の全体構成の縦断
面図である。

【図２】図１の要部の断面図である。

【図３】図１及び図２に示したイオンビームエッチング
装置における測定電圧の時間変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１…プラズマ生成室、２…プラズマ生成室壁、３…スク
リーン電極、４…導波管、５…永久磁石列、６…引出し
電極、７，３５…絶縁スペーサ、８…フィラメント、１
５…処理室壁、１７…被処理物、２０…マイクロ波導入
窓、２１…ガス導入管、２２…公転ステージ、２３…自
転ステージ、２９…処理室、３０…モニタ基板、３０ａ
…導電性を有する基材、３０ｂ…絶縁膜、３１…クラン
プ、３２…導電性部材、３６…抵抗、３７…電圧モニ
タ、３９…トレー、４０…マイクロ波発振器、４１…制
御手段、４２…ゲート弁、ｔ１…測定電圧がしきい値を
超えるまでのエッチング時間、ｔ２…所望のエッチング
量を実現するために必要な算出エッチング時間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA30 BB01 CC31 DD00 FF51 FF61 PP11 4G075 AA30 AA62 AA65 BC06 CA22 CA26 CA47 DA02 FB04 FC15 5F004 BA00 BA16 BB14 CB05 CB15 DA23 DB03 DB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物をドライエッチングする際に、該
被処理物とは別に、導電性を有する基材の表面に所定の
膜厚の絶縁膜を形成してなるモニタ基板を用意し、該モ
ニタ基板を前記被処理物と同時にエッチングし、該モニ
タ基板の絶縁膜がエッチング除去されて前記基材の端面
が露出されたときに流れる荷電粒子電流を検出し、該検
出時点でエッチングを終了させることを特徴とするドラ
イエッチングのエッチング量制御方法。
【請求項２】被処理物をドライエッチングする際に、該
被処理物とは別に、導電性を有する基材の表面に絶縁膜
を形成してなるモニタ基板を用意し、該モニタ基板を前
記被処理物と同時にエッチングし、該モニタ基板の絶縁
膜がエッチング除去されて前記基材の端面が露出された
ときに流れる荷電粒子電流を検出し、該検出時点までの
エッチング時間と、エッチング前に測定されてある前記
絶縁膜の膜厚とから前記被処理物を所望量エッチングす
るのに必要な所要エッチング時間を算出し、該所要エッ
チング時間経過時点でエッチングを終了させることを特
徴とするドライエッチングのエッチング量制御方法。
【請求項３】前記絶縁膜の膜厚は光学的に測定されたこ
とを特徴とする請求項２記載のドライエッチングのエッ
チング量制御方法。
【請求項４】前記基材がシリコンであって、絶縁膜がシ
リコンの酸化膜または窒化膜であることを特徴とする請
求項１，２、又は３に記載のドライエッチングのエッチ
ング量制御方法
【請求項５】被処理物をドライエッチングする処理室
と、該処理室内にプラズマまたは粒子ビームを発生する
手段と、前記プラズマまたは粒子ビームが照射される前
記処理室内に配置された前記被処理物を保持する手段、
及びモニタ基板を保持する手段と、前記モニタ基板の導
電性を有する基材に流入する電流を検出する手段と、前
記モニタ基板の基材に流入する電流の検出を受けて所定
の演算動作を実行し、エッチングを終了させる制御手段
とを備えていることを特徴とするドライエッチング装
置。
【請求項６】被処理物をドライエッチングする処理室
と、該処理室内にプラズマまたは粒子ビームを発生する
手段と、前記プラズマまたは粒子ビームが照射される前
記処理室内に配置された前記被処理物を保持する手段及
びモニタ基板を保持する手段と、前記モニタ基板の導電
性を有する基材に流入する電流を検出する手段と、前記
モニタ基板の基材に流入する電流の検出を受けて所定の
演算動作を実行し、エッチングを終了させる制御手段と
を備え、前記被処理物及びモニタ基板を保持する手段
は、前記被処理物及びモニタ基板を搭載したトレーと、
処理室内に固定された固定部に分離可能であると共に、
前記被処理物及びモニタ基板を搭載したトレーを処理室
外部から出し入れ可能としたことを特徴とするドライエ
ッチング装置。