JP3328632B2 - エッチング装置 - Google Patents

エッチング装置

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JP3328632B2 JP2000070862A JP2000070862A JP3328632B2 JP 3328632 B2 JP3328632 B2 JP 3328632B2 JP 2000070862 A JP2000070862 A JP 2000070862A JP 2000070862 A JP2000070862 A JP 2000070862A JP 3328632 B2 JP3328632 B2 JP 3328632B2
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816Pressure
    • H01J37/32834Exhausting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程で
使用されるドライエッチング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エッチング速度やエッチング形状をウェ
ハ面内で均一とするためには、ウェハ表面の圧力分布を
均一化することが重要である。そのために、従来のドラ
イエッチング装置では、様々な対策が施されている。そ
の例としては、エッチングチャンバを等方的な排気機構
を持った構造としたり、エッチングチャンバ内に圧力分
布を均一化するための仕切り板を設けたりする対策が挙
げられる。
【0003】前者の対策では、具体的には、エッチング
チャンバの直下にターボ分子ポンプを配置し、ウェハか
ら排気口までの距離を均等にすることでウェハ近傍に圧
力差が生じないようにしたり、或いは、エッチングチャ
ンバの下部側方に、ウェハとの間にある程度の距離が確
保されるように排気口を設けることで、ウェハ近傍の圧
力差を低減する措置が採られている。一方、後者の対策
では、他の部分に比して排気効率の良い部分、すなわ
ち、他の部分に比して圧力が低下し易い部分に排気を妨
げるための仕切り板を設置してチャンバ内の圧力不均一
を抑制している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、エッチングチ
ャンバ内の圧力が極低圧(数mTorr程度)である場合
は、圧力分布のばらつきがわずかであっても、圧力の低
い部分のエッチング速度が、圧力の高い部分のエッチン
グ速度に比して高くなる。この傾向は特にプロセスガス
の流量が大きくなるほど顕著になり、エッチングプロセ
スの条件によっては、同一のウェハ面内に、5〜10%
程度のエッチング速度差が生ずる。
【0005】従って、エッチングチャンバ内のガスを等
方的に排気する機構を設けても、様々なプロセス条件下
で常に圧力分布を均一に保つことは非常に困難である。
また、エッチングチャンバがこのような構造にされる
と、必然的に、下部電極付近のレイアウトに制約が生
じ、また、エッチングチャンバの容量が増大する。その
結果、装置のレイアウトが制約を受けたり、或いは、排
気系の価格、すなわち、装置の価格が高騰するという問
題が生ずる。
【0006】一方、後者の対策において設けられる仕切
り板は、エッチング装置の排気効率を全体として悪化さ
せる作用を有している。このため、このような仕切り板
を設ける場合は、エッチング装置の排気能力を確保する
ために排気ポンプを高性能化することが必要となる。ま
た、このような仕切板は、エッチングチャンバ内部に不
規則に配置されるため、エッチングチャンバ内部の温度
分布を不均一化させ易いという問題も有している。更
に、被エッチング膜がチャンバ側壁からの影響を受けや
すい膜である場合は、仕切り板の設置による悪影響がエ
ッチングの品質に及ぶことも懸念される。
【0007】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、エッチングチャンバ内の圧力分布
を、極低圧の領域で高精度に均一化することができ、か
つ、比較的安価に製造することのできるエッチング装置
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
半導体製造におけるエッチング工程で使用されるドライ
エッチング装置であって、エッチングチャンバに設けら
れた複数の排気口と、それぞれの排気口に接続された複
数の排気用ポンプと、前記複数の排気用ポンプの排気量
を個別に制御し得る制御機構とを備え、前記制御機構
は、前記エッチングチャンバ内に設置されるウェハ上の
複数箇所の膜厚を、エッチング処理の実行中に測定する
膜厚測定機構と、前記膜厚測定機構が検知する膜厚情報
に基づいて、前記複数の排気口のそれぞれにおける排気
量をリアルタイムに制御する制御ユニットと、を有する
ことを特徴とする。
【0009】請求項2記載の発明は、半導体製造におけ
るエッチング工程で使用されるドライエッチング装置で
あって、エッチングチャンバに設けられた複数の排気口
と、それぞれの排気口に設けられた排気量制御機構と、
前記排気口に接続された少なくとも1つの排気用ポンプ
と、前記排気量制御機構の排気能力を個別に制御する制
御機構とを備え、前記制御機構は、前記エッチングチャ
ンバ内に設置されるウェハ上の複数箇所の膜厚を、エッ
チング処理の実行中に測定する膜厚測定機構と、前記膜
厚測定機構が検知する膜厚情報に基づいて、前記複数の
排気口のそれぞれにおける排気量をリアルタイムに制御
する制御ユニットと、を有することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】実施の形態1. 図1は、本発明の実施の形態1のエッチング装置の構造
を説明するための概念図を示す。図1に示すように、本
実施形態のエッチング装置は、エッチングチャンバ1の
下端部近傍に2つの排気口4を有している。それらの排
気口4には、それぞれターボ分子ポンプ6が接続されて
いる。排気口4とターボ分子ポンプ6との間には、排気
量を制御するためのゲート弁5が設けられている。
【0011】排気口4の上方には、それぞれ、電極3上
に配置されるウェハ2の付近の圧力を監視する圧力セン
サ7が設けられている。ゲート弁5、ターボ分子ポンプ
6、および圧力センサ7は、それぞれ信号ケーブル9を
介して制御ユニット8と接続されている。
【0012】エッチングチャンバ1の内部でウェハ2が
処理される際には、複数の圧力センサ7によりウェハ2
の周辺圧力が監視され、その結果得られた情報が制御ユ
ニット8に供給される。制御ユニット8は、その情報に
基づいてウェハ2近傍の圧力分布を把握し、圧力分布に
偏りがあり、補正が必要な場合には、ゲート弁5やター
ボ分子ポンプ6に制御信号を送り、適正な圧力分布が得
られるように調整を行なう。
【0013】例えば、図1中右側の圧力センサ7と左側
の圧力センサ7からの情報に基づいて、図中右側の領域
における圧力が、図中左側の領域における圧力に比して
高いことがわかった場合には、右側の排気口4からの排
気量を大きくし、左側の排気口4からの排気量を小さく
することで圧力差をなくすことができる。そのために制
御ユニット8は、右側のゲート弁5の開度をどれだけ大
きくし、左側のゲート弁5の開度をどれだけ小さくすれ
ば、圧力差が解消するかを演算し、それに応じた制御信
号を各ゲート弁5に対して送信する。ゲート弁5のみの
調整で制御が困難な場合には、個々のターボ分子ポンプ
6の回転数を制御するための信号も合わせて送信する。
【0014】本実施形態のエッチング装置は、複数の圧
力センサ7が検出する圧力値をゲート弁5やターボ分子
ポンプ6の状態にリアルタイムにフィードバックする制
御を常時実行している。このため、本実施形態のエッチ
ング装置によれば、エッチングチャンバ1内の圧力分
布、特に、電極3上に配置されるウェハ2付近の圧力分
布を常に理想的な状態に保つことができる。
【0015】本実施形態のエッチング装置では、1つの
エッチングチャンバに複数のターボ分子ポンプ6が接続
されている。このため、個々のターボ分子ポンプ6に要
求される排気能力は、1つのエッチングチャンバに1つ
のポンプが接続される場合に比して低くなる。例えば、
従来は3000L/s以上の排気速度を持つターボ分子
ポンプで確保していた排気能力を、排気速度が1500
L/s程度のターボ分子ポンプを2つ用いることで確保
することができる。従って、本実施形態の構造によれ
ば、比較的安価なポンプ6を用いて、エッチング装置の
価格を抑えることができる。更に、本実施形態の構造に
よれば、ターボ分子ポンプ6の数を増やすことにより、
従来は実現することのできなかった高度の真空状態を作
り出すことができる。
【0016】実施の形態2. 図2は、本発明の実施の形態2のエッチング装置の構造
を説明するための概念図を示す。本実施形態のエッチン
グ装置は、エッチングチャンバ1の下端部近傍に2つの
排気口4を備えている。本実施形態において、それら2
つの排気口4は、1つのターボ分子ポンプ10に接続さ
れている。それぞれの排気口4には、排気量を制御する
ためのゲート弁5が設けられている。また、排気口4の
上方には、それぞれ、電極3上に配置されるウェハ2の
付近の圧力を監視する圧力センサ7が設けられている。
ゲート弁5、ターボ分子ポンプ10、および圧力センサ
7は、それぞれ信号ケーブル9を介して制御ユニット8
と接続されている。
【0017】本実施形態のエッチング装置では、上述し
た実施の形態1の場合と同様に、圧力センサ7で検出さ
れた情報が制御ユニット8に伝送される。制御ユニット
8は、その情報に基づいてウェハ2近傍の圧力分布を把
握し、圧力分布に偏りがあり、補正が必要な場合には、
ゲート弁5に制御信号を送り、適正な圧力分布が得られ
るように調整を行なう。上述した一連の制御は、エッチ
ングの実行中にリアルタイムに実施することが可能であ
る。従って、本実施形態のエッチング装置によれば、エ
ッチングチャンバ1内の圧力分布を常に理想的な状態に
保つことができる。
【0018】上述の如く、実施の形態1または2のエッ
チング装置によれば、エッチングチャンバ1内の圧力分
布を常に理想的な状態に維持することができる。エッチ
ングチャンバ1内の圧力分布が理想的な状態であると、
ウェハ2の全面において、均一な条件でエッチングを行
うことができる。このため、実施の形態1または2のエ
ッチング装置によれば、ウェハ2の全面に対して均一な
条件でエッチングを施すことができる。
【0019】具体的には、従来のエッチング装置では、
圧力差の影響によるエッチング速度のばらつきが10%
程度存在するのに対して、実施の形態1または2の装置
では、そのばらつきを5%程度に抑制することができ
る。ウェハ面内におけるエッチング速度の均一性が向上
すれば、エッチング形状のバラツキが減少するため、大
口径ウェハのエッチングにおいて問題となる面内バラツ
キを解消することができる。従って、実施の形態1また
は2のエッチング装置は、大口径ウェハのエッチングを
行ううえで特に有効である。
【0020】また、実施の形態1または2のエッチング
装置によれば、エッチングチャンバ1内の圧力分布が均
一であり他の因子の影響によって、ウェハ2面内のエッ
チング速度が不均一となる場合、或いはウェハ2面内で
エッチング形状が不均一となる場合に、それらを相殺す
るように、エッチングチャンバ1内に不均一な圧力分布
を発生させることもできる。従って、実施の形態1また
は2のエッチング装置によれば、極めて広いプロセス条
件に対応して安定したエッチングを行うことができる。
【0021】また、実施の形態1または2のエッチング
装置は、上記の如く、エッチングチャンバ1内に仕切り
板などを設けることなくその内部の圧力分布を均一化す
ることができる。従って、本実施形態のエッチング装置
によれば、仕切り板が必要とされる場合に比して高い排
気効率を得ることができ、かつ、エッチングチャンバ1
内の温度分布をより均一化することができる。
【0022】ところで、上述した実施の形態1または2
では、ゲート弁5やターボ分子ポンプ6を、圧力センサ
7の出力値に基づいて制御することとしているが、本発
明はこれに限定されるものではない。すなわち、実施の
形態1または2のエッチング装置には、エッチング処理
の実行中にウェハ2上の複数の点でその膜厚をリアルタ
イムに測定する膜厚測定機構を加設することができる。
このような膜厚測定機構が加設される場合は、ゲート弁
5やターボ分子ポンプ6を、ウェハ2の膜厚の均一性に
基づいて制御してもよい。この場合、エッチングチャン
バ1内の圧力分布に、ウェハ膜厚の均一性を、エッチン
グの実行中にリアルタイムにフィードバックさせること
が可能となる。
【0023】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、エッチン
グチャンバ内のガスを、複数の排気口を介して、個別制
御の可能な複数のポンプで吸引することができる。従っ
て、本発明によれば、個々のポンプの排気能力を適当に
制御することで、エッチングチャンバ内の圧力分布を精
度良く管理することができる。更に、本発明によれば、
エッチングチャンバ内で処理に付されているウェハの膜
厚分布に基づいて、個々の排気口における排気量をリア
ルタイムに制御することができる。従って、本発明によ
れば、エッチング処理の実行中に、ウェハの膜厚分布が
均一となるように、ウェハの周辺に、精度良く所望の圧
力分布を作り出すことができる。
【0024】請求項2記載の発明によれば、個々の排気
口に設けられた排気量制御機構を個別に制御すること
で、個々の排気口における排気量を個別に制御すること
ができる。従って、本発明によれば、エッチングチャン
バ内の圧力分布を精度良く管理することができる。更
に、本発明によれば、エッチングチャンバ内で処理に付
されているウェハの膜厚分布に基づいて、個々の排気口
における排気量をリアルタイムに制御することができ
る。従って、本発明によれば、エッチング処理の実行中
に、ウェハの膜厚分布が均一となるように、ウェハの周
辺に、精度良く所望の圧力分布を作り出すことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1のエッチング装置の構
造を説明するための概念図である。
【図2】 本発明の実施の形態2のエッチング装置の構
造を説明するための概念図である。
【符号の説明】
1 エッチングチャンバ 2 ウェハ 3 電極 4 排気口 5 ゲート弁 6;10 ターボ分子ポンプ 7 圧力センサ 8 制御ユニット 9 信号ケーブル

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体製造におけるエッチング工程で使
    用されるドライエッチング装置であって、 エッチングチャンバに設けられた複数の排気口と、 それぞれの排気口に接続された複数の排気用ポンプと、 前記複数の排気用ポンプの排気量を個別に制御し得る制
    御機構とを備え、 前記制御機構は、 前記エッチングチャンバ内に設置されるウェハ上の複数
    箇所の膜厚を、エッチング処理の実行中に測定する膜厚
    測定機構と、 前記膜厚測定機構が検知する膜厚情報に基づいて、前記
    複数の排気口のそれぞれにおける排気量をリアルタイム
    に制御する制御ユニットと、 を有することを特徴とするエッチング装置。
  2. 【請求項2】 半導体製造におけるエッチング工程で使
    用されるドライエッチング装置であって、 エッチングチャンバに設けられた複数の排気口と、 それぞれの排気口に設けられた排気量制御機構と、 前記排気口に接続された少なくとも1つの排気用ポンプ
    と、 前記排気量制御機構の排気能力を個別に制御する制御機
    構とを備え、 前記制御機構は、 前記エッチングチャンバ内に設置されるウェハ上の複数
    箇所の膜厚を、エッチング処理の実行中に測定する膜厚
    測定機構と、 前記膜厚測定機構が検知する膜厚情報に基づいて、前記
    複数の排気口のそれぞれにおける排気量をリアルタイム
    に制御する制御ユニットと、 を有することを特徴とするエッチング装置。
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