JP2503893B2 - ドライエッチング装置 - Google Patents

ドライエッチング装置

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JP2503893B2
JP2503893B2 JP17185593A JP17185593A JP2503893B2 JP 2503893 B2 JP2503893 B2 JP 2503893B2 JP 17185593 A JP17185593 A JP 17185593A JP 17185593 A JP17185593 A JP 17185593A JP 2503893 B2 JP2503893 B2 JP 2503893B2
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裕行 奥村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造等にお
けるドライエッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマエッチング,反応性イオンエッ
チング,マグネトロンエッチングその他のドライエッチ
ングプロセスにおいては、半導体ウェハー(以下、ウェ
ハーという)面内のエッチング均一性の維持と向上が品
質上要求されており、ウェハー面内均一性向上のため
に、磁界と電界とを制御する方法が従来より考えられて
きている。
【0003】図8(a)に示すプラズマ処理装置は、マ
グネトロン23から導波管22を通してマイクロ波が供
給される空胴共振器21と、空胴共振器21に隣接して
気密状態に設けられるとともに、空胴共振器21よりマ
イクロ波がスリット板25を介して室内に放射されるプ
ラズマ室24とからなり、プラズマ室24にはガス供給
手段26とガス排気手段27とが設けられ、かつスリッ
ト板25に対向して電極28が設けられた構造のもので
ある(特開昭63−23537号)。
【0004】図8(b)〜(d)に示すように、スリッ
ト板25には種々の形状をしたスリット25aが設けら
れており、スリット板25と電極28との組合せによ
り、磁界を制御し、ウェハー面内の均一性を向上させて
いた。
【0005】図9(a)に示すプラズマ処理装置は、電
界を与える電極30と31の対をエッチングチャンバー
32内に有し、磁界を付与する磁石要素33をエッチン
グチャンバー32の電極31に隣接して有しており、磁
界要素33をプラズマ処理中に自転及び公転させて、電
界の制御を行ない、ウェハー面内の均一性を向上させて
いた(特開昭61−208223号)。
【0006】図10に示すプラズマエッチ反応器は、エ
ッチングチャンバー40を取り囲んだコイル41〜44
の磁力を制御することにより、ウェハー面内均一性を向
上させていた(特開昭63−283024号)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したドライエッチ
ング装置のウェハー面内均一性向上のために、磁界,電
界を制御する従来の方法は容易でなく、工数を要する。
このため、複数のエッチング条件それぞれに対して均一
性を向上させたり、エッチングチャンバーや電源、他の
経時変化に対して均一性を維持するのには、適していな
い。また磁界,電界を制御するための機構を余計に要す
る。
【0008】本発明の目的は、磁界,電界を制御するの
に代えて、下部電極上でのウェハーの位置を調整するこ
とにより、面内均一性を向上させ、制御が容易で機構の
簡単なドライエッチング装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るドライエッチング装置は、上部電極と
下部電極の対と、検出手段と、ウェハー搬送手段とを有
し、電極の対に高周波電源を印加し、エッチングチャン
バー内に収容された半導体ウェハーをプラズマによりエ
ッチング処理するドライエッチング装置であって、対を
なす上部電極と下部電極とは、エッチングチャンバー内
に上下に向き合わせに配設されたものであり、半導体ウ
ェハーは、下部電極の上面に支持するものであり、検出
手段は、電極間に生じたエッチング用プラズマのエネル
ギー分布を下部電極面内で検出し、その検出信号をウェ
ハー搬送手段に出力するものであり、ウェハー搬送手段
は、検出手段より出力された検出信号に基づいて、下部
電極面内におけるエッチング用プラズマエネルギーの最
大値を示す位置を算出し、その位置に半導体ウェハーの
中心位置を合致させて該半導体ウェハーを下部電極に搬
入するものである。
【0010】また、検出手段は、膜厚測定器を有し、膜
厚測定器による測定値に基づいて、下部電極上でのエッ
チング済ウェハーのエッチング量の最大点と最小点とを
求め、その値を等高線で表わした下部電極面内でのウェ
ハーのエッチングレートの分布を作成し、そのエッチン
グレートの分布より下部電極面内でのエッチング用プラ
ズマのエネルギー分布を検出するものであり、膜厚測定
器は、下部電極上でエッチング処理された半導体ウェハ
ーのエッチング量を測定し、ウェハー面の各部でのエッ
チング量を出力するものである。
【0011】また、検出手段は、プラズマ採光部を有
し、プラズマ採光部で異なる2方向から採光したプラズ
マ光量に基づいて下部電極面内でのプラズマ発光強度分
布を算出し、そのプラズマ発光強度分布より下部電極面
内でのエッチング用プラズマのエネルギー分布を検出す
るものであり、プラズマ採光部は、下部電極面の周囲の
異なる2方向に配置して設けられ、下部電極面上でのプ
ラズマ光を異なる2方向から独立に採光して電気信号と
して出力するものである。
【0012】
【作用】対をなす上部電極と下部電極のうち、半導体ウ
ェハーを支持する下部電極面でのエッチング用プラズマ
のエネルギー分布を検出し、下部電極面上でのプラズマ
エネルギーの最大値を示す位置を算出し、その位置に半
導体ウェハーの中心位置を合致させて半導体ウェハーを
下部電極面上に載置する。これにより、経時変化した場
合でも、ウェハー面内でのエッチングの均一性を維持す
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。
【0014】(実施例1)図1において、本発明に係る
ドライエッチング装置は、エッチングチャンバー1とロ
ードロックチャンバー2とを有している。
【0015】エッチングチャンバー1は、対をなす平板
状の上部電極8と下部電極9とを有しており、上部電極
8と下部電極9とは図3に示すように、エッチングチャ
ンバー1内に互いに上下に向き合わせて平行に配設され
ている。上部電極8と下部電極9には、高周波電源が印
加され、電極8,9間に生ずるプラズマにより、下部電
極面上のウェハー3をエッチング処理するようになって
いる。エッチングチャンバーに関するその他の構成は、
従来のものと同じである。
【0016】ロードロックチャンバー2は、ウェハー搬
送手段としての搬送用ロボット10と検出手段11とを
有している。検出手段11は膜厚測定器を有している。
膜厚測定器は、下部電極上でエッチング処理されたウェ
ハー4のエッチング量を測定し、ウェハー面の各部での
エッチング量を出力するものであり、検出手段11は、
膜厚測定器による測定値に基づいて、下部電極9上での
エッチング済ウェハーのエッチング量の最大値と最小点
とを求め、その値を図2に示すような等高線5Cで表わ
した下部電極面内でのウェハーのエッチングレートの分
布を作成し、そのエッチングレートの分布より下部電極
面内でのエッチング用プラズマのエネルギー分布を検出
するようになっている。
【0017】搬送用ロボット10は、検出手段11より
出力された検出信号に基づいて下部電極面内におけるエ
ッチング用プラズマエネルギーの最大値を示す位置を算
出し、その位置にウェハー3の中心位置を合致させてウ
ェハー3を下部電極9の上面に搬入するようになってい
る。
【0018】図3は、本発明によるエッチングチャンバ
ー1内の下部電極9上の任意の位置に、搬送用ロボット
10を用いてウェハー3を置く手順を示している。下部
電極9上の座標(x,y)を事前に搬送用ロボット10
に入力しておくことにより、その(x,y)の位置にウ
ェハーの中心が来るように設定しておく。
【0019】図2(a)は、図1(a)に示した位置で
エッチングされたウェハー4のエッチング量を膜厚測定
器により測定し、その測定結果を等高線5Cで表示した
ものであり、このエッチングレートの分布によりエッチ
ング量の最大点5Aと最小点5Bとが求められる。図2
(a)の場合、エッチング量の等高線5Cは、ほぼ同心
円を描いているので、エッチング量の最大点5Aがウェ
ハー4の中心に来るように下部電極面上でのウェハーの
位置を図1(a)から図1(b)のように左上に移動す
ることにより、均一性の向上が期待できる。
【0020】図2(b)は、図1(b)によりエッチン
グされたウェハー4のエッチング量を膜厚測定器により
測定し、その測定結果を等高線5Cで表示したものであ
る。エッチング量の最大点5Aがウェハーの中心に合致
しており、面内均一性も図2(a)と比較して向上して
いる。図2(a)において、ウェハー内の等高線の数が
5本であるのに対し、図2(b)では4本であり、図2
(b)の方がエッチング量の最大値と最小値の差が少な
いことが分かる。
【0021】したがって、下部電極面内でのプラズマの
エネルギー分布を検出し、その検出信号に基づいて、下
部電極上でのウェハーの中心位置を、プラズマのエネル
ギーの最大値を示す位置に合致させて下部電極9上にセ
ットすれば、ウェハー面内でのエッチングの均一性を維
持することができる。
【0022】そこで、本発明では、検出手段11を用い
て、エッチング済のウェハー上でのエッチング量を膜厚
測定器により測定し、その測定値に基づいてエッチング
量の最大値と最小値とを求め、その値を図2に示すよう
な等高線5Cで表わすエッチングレートの分布を作成
し、このエッチングレートの分布より下部電極面内での
エッチング用プラズマのエネルギー分布を検出する。
【0023】搬送用ロボット10は、検出手段11より
出力された検出信号に基づいて下部電極面内におけるエ
ッチング用プラズマエネルギーの最大値を示す位置を算
出し、その座標位置データ(x,y)を記憶する。そし
て、搬送用ロボット10は図3(b)に示すようにウェ
ハー3を爪10aで挟持し、これをロードロックチャン
バー2からエッチングチャンバー1内に搬入し、記憶し
ていた座標位置データ(x,y)に基づいて、ウェハー
3を下部電極9上の座標(x,y)の位置まで搬入し
((b),(d))、ウェハー3の中心を下部電極9上
の座標(x,y)に合致させて下部電極9上にセットす
る((e),(f))。
【0024】その後、エッチングチャンバー1内を気密
にして上部電極8と下部電極9とに高周波電源を印加
し、反応ガスをプラズマ化し、下部電極9上のウェハー
をエッチング処理する。
【0025】(実施例2)次に本発明の実施例2につい
て図面を参照して説明する。実施例1においては、ウェ
ハー面内のエッチング量を測定した上でウェハー位置を
変更しているが、これに対し実施例2においては、同被
エッチング物,同エッチング条件の場合、エッチングパ
ワーとほぼ比例するエッチングチャンバー内下部電極上
のプラズマ発光強度の分布を測定し、下部電極上の最適
な位置にウェハーを載置するようにしたものである。本
実施例の検出手段11は、下部電極上のプラズマ発光強
度分布を測定するものであり、プラズマ光採出部とCP
U12cとを有している。プラズマ光採出部はプラズマ
光採光器12aとCCD12bとを有している。
【0026】図4に示すように透視可能なエッチングチ
ャンバー1の外部には、一方向のみの光を採光する複数
個のプラズマ光採光器12aが下部電極9とほぼ同じ高
さ位置で設けられ、下部電極9の異なる2方向の辺に沿
って一列に配設されている。プラズマ光採光器12aは
図5に示すように前面に採光口13を有し、その後面に
スリット14A,14Bを二段に有し、各採光器には光
信号を電気信号に変換するCCD12bが図7のように
接続されている。15は反射防止材,16はグラスファ
イバー,17はグラスファイバーのカバーである。
【0027】各採光器12aは、下部電極9の2辺に沿
って一列に配列され、採光器12aで採光された2方向
からのプラズマ発光強度分布を元に、図7のCPU12
cで下部電極面内のプラズマ発光強度分布を算出する。
図6は、CPU12cで演算処理されたものであり、エ
ッチングチャンバー1内の下部電極面内でのプラズマ発
光強度を等高線19cで表示したものである。
【0028】エッチングレート面内均一性を向上させる
ため、ウェハー面内を横切る等高線の数が最小になるよ
うな下部電極上の位置をCPU12cで演算し、その演
算結果に基づいて搬送用ロボット10は、その位置にウ
ェハーを置く。例えば、図6のウェハー位置20A,2
0B,20Cにおいては、20Aが等高線5本,20B
が4本,20Cが2本となり、20Cの位置が最も等高
線の数が少ないので、ウェハー面内中のプラズマ発光強
度差が最も少なく、エッチング面内均一性が良いと推測
される。よって20Cの位置にウェハーを置く。実施例
2の場合、ウェハーのエッチング量を測定せずに面内均
一性を向上させることができ、しかも下部電極上全ての
ウェハー位置の良否を判断できるので、最適位置を求め
る上で有利である。
【0029】
【発明の効果】以上説明した通り本発明は、容易な制御
方法で複数のエッチング条件の各々に対してウェハー面
内均一性を数%向上させることができる。またエッチン
グチャンバー,RF電源などの経時変化により均一性が
劣化するような場合に対しても、均一性を維持、又は数
%向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1を示す構成図である。
【図2】エッチング済ウェハーのエッチング量を等高線
で示した図である。
【図3】本発明の実施例において、プラズマ用エネルギ
ーの最大値を示す位置にウェハーの中心位置を合致させ
て、ウェハーを下部電極上に搬入する状態を示す工程図
である。
【図4】本発明の実施例2を示す構成図である。
【図5】本発明の実施例2に用いたプラズマ採光器を示
す断面図である。
【図6】実施例2においてプラズマのエネルギー分布を
プラズマ発光強度分布に基づいて割出して表わした図で
ある。
【図7】本発明の実施例2の構成を示すブロック図であ
る。
【図8】(a)は従来例を示す断面図、(b)〜(d)
はスリット板を示す図である。
【図9】(a)は従来例を示す断面図、(b)は磁石要
素を示す図である。
【図10】従来例を示す一部断面した斜視図である。
【符号の説明】
1 エッチングチャンバー 2 ロードロックチャンバー 3 ウェハー 4 エッチング済ウェハー 8 上部電極 9 下部電極 10 搬送用ロボット 11 検出手段

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上部電極と下部電極の対と、検出手段
    と、ウェハー搬送手段とを有し、電極の対に高周波電源
    を印加し、エッチングチャンバー内に収容された半導体
    ウェハーをプラズマによりエッチング処理するドライエ
    ッチング装置であって、 対をなす上部電極と下部電極とは、エッチングチャンバ
    ー内に上下に向き合わせに配設されたものであり、 半導体ウェハーは、下部電極の上面に支持するものであ
    り、 検出手段は、電極間に生じたエッチング用プラズマのエ
    ネルギー分布を下部電極面内で検出し、その検出信号を
    ウェハー搬送手段に出力するものであり、 ウェハー搬送手段は、検出手段より出力された検出信号
    に基づいて、下部電極面内におけるエッチング用プラズ
    マエネルギーの最大値を示す位置を算出し、その位置に
    半導体ウェハーの中心位置を合致させて該半導体ウェハ
    ーを下部電極に搬入するものであることを特徴とするド
    ライエッチング装置。
  2. 【請求項2】 検出手段は、膜厚測定器を有し、膜厚測
    定器による測定値に基づいて、下部電極上でのエッチン
    グ済ウェハーのエッチング量の最大点と最小点とを求
    め、その値を等高線で表わした下部電極面内でのウェハ
    ーのエッチングレートの分布を作成し、そのエッチング
    レートの分布より下部電極面内でのエッチング用プラズ
    マのエネルギー分布を検出するものであり、 膜厚測定器は、下部電極上でエッチング処理された半導
    体ウェハーのエッチング量を測定し、ウェハー面の各部
    でのエッチング量を出力するものであることを特徴とす
    る請求項1に記載のドライエッチング装置。
  3. 【請求項3】 検出手段は、プラズマ採光部を有し、プ
    ラズマ採光部で異なる2方向から採光したプラズマ光量
    に基づいて下部電極面内でのプラズマ発光強度分布を算
    出し、そのプラズマ発光強度分布より下部電極面内での
    エッチング用プラズマのエネルギー分布を検出するもの
    であり、 プラズマ採光部は、下部電極面の周囲の異なる2方向に
    配置して設けられ、下部電極面上でのプラズマ光を異な
    る2方向から独立に採光して電気信号として出力するも
    のであることを特徴とする請求項1に記載のドライエッ
    チング装置。
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US7486878B2 (en) * 2006-09-29 2009-02-03 Lam Research Corporation Offset correction methods and arrangement for positioning and inspecting substrates
US7479236B2 (en) * 2006-09-29 2009-01-20 Lam Research Corporation Offset correction techniques for positioning substrates

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