JP3694834B2 - ドライエッチング装置およびその反応ガス供給方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、反応ガスとしてＨＦ（フッ化水素）を用いるドライエッチング装置とその反応ガス供給方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスで用いるドライエッチングにおいて、ＨＦ（フッ化水素）を用いることが検討されている。ＨＦを用いると、たとえばＳｉ（ポリシリコン）とＳｉＮ膜（絶縁膜）とのエッチング選択比を大きくすることができる。しかしこのＨＦは極めて反応性が強いために、その取扱いが面倒であり、使用することが極めて困難であった。
【０００３】
反応ガスの供給路は通常純度の高い金属、例えば酸化物を含まないステンレス鋼などのパイプを用いているが、反応ガスにＨＦが含まれているとＨＦがパイプと反応してＨ2（水素ガス）が発生する。
【０００４】
このようにＨＦがパイプと反応したＨ2が反応ガスに含まれると、反応ガスのガス組成が変化することになり、エッチングプロセスの反応が変わってしまう。このためエッチングの結果に大きな影響を及ぼすことになる。
【０００５】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、反応ガスとしてＨＦやＨＦを含むガスを用いる場合に、Ｈ2の発生によりガス組成が変化するのを防ぎ、エッチングプロセスの反応が変化するのを防いで精度の良いエッチング処理を行うことが可能になるドライエッチング装置の反応ガス供給方法を提供することを第１の目的とする。またこの発明は、この方法の実施に直接使用するドライエッチング装置を提供することを第２の目的とする。
【０００６】
【発明の構成】
この発明によれば第１の目的は、反応ガスとしてＨＦを含むガスを用いるドライエッチング装置の反応ガス供給方法において、反応ガス供給路を通る反応ガスに接するフッ素樹脂を介して反応ガスに含まれる主としてＨ2を排気することを特徴とするドライエッチング装置の反応ガス供給方法、により達成される。
【０００７】
また第２の目的は、反応ガスとして、ＨＦを含むガスを用いるドライエッチング装置において、反応ガス供給路からフッ素樹脂を介して主としてＨ2を排気する排気路を前記反応ガス供給路に設けたことを特徴とするドライエッチング装置、により達成される。
【０００８】
フッ素樹脂は、Ｈ2は透過するがＨＦは透過させない寸法の微細孔を有する多孔質の樹脂、例えばテフロン（登録商標）の板あるいはブロックが適する。
【０００９】
ここに排気路は反応ガス供給路から分岐させ、この分岐した排気路内にフッ素樹脂を取付けることができる。この場合フッ素樹脂は排気路の反応ガス供給路に対する開口部を塞ぐように装着するのがよい。
【００１０】
反応ガス供給路の一部を２重管構造とし、その内管をフッ素樹脂の管としてこれら内管と外管の間隙を排気管の一部としてもよい。この場合には内管と外管の間隙の圧力を監視して、この圧力の変化から反応ガスの漏れを検出することができる。すなわち内管がＨＦあるいはＨＦを含む反応ガスにより腐蝕したりして一部でも破損すれば、この圧力は急に変化するからである。
【００１１】
この装置はリモートプラズマエッチング装置に適用する場合には、プラズマ生成部の上流側でＨ2を除去するようにするのがよい。Ｈ2を除去する前の反応ガスは、その組成が設計値と異なっているから、これをプラズマ化するとその後のエッチングプロセスに大きな悪影響が及ぶからである。
【００１２】
排気管はドライポンプによって排気するのがよい。ドライポンプとしては、ターボ分子ポンプ、ゲッタポンプ、クライオソープションポンプなど種々のポンプが使用できる。
【００１３】
【実施態様】
図１は本発明に係る装置の一実施態様を示す概念図である。この実施態様は反応ガス供給路で生成したプラズマを真空容器に導くリモートプラズマ方式のエッチング装置である。この図において符号１０は真空容器である。この真空容器１０内にはヒータ付きの保持台１２が昇降可能に設けられ、その上面には被処理物としてのウェハ１４が保持されている。
【００１４】
真空容器１０の底には、圧力制御器（Air Pressure Controller，ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などのドライポンプ１８が接続されている。圧力制御器１６は、真空容器１０の内圧を検出する真空計（図示せず）の出力に基づいて、真空容器１６の内圧を所定圧に制御する。
【００１５】
２０はプラズマ生成部であり、マイクロ波により反応ガスを励起し、プラズマ化して真空容器１０に導く。プラズマ生成部２０は、高純度のステンレスなどで作られた放電管２２と、この放電管２２にその中央付近で交叉する導波管２４と、この導波管２４の一端からマイクロ波を供給するマイクロ波電源２６とを持つ。
【００１６】
放電管２２の一端には反応ガス供給部３０から反応ガス供給路３２を通して反応ガスが供給される。放電管２２の他端はガス導入管３４によって真空容器１０に接続されている。ここにガス導入管３４はＨＦのプラズマガスなどによる腐蝕に耐える材料、例えば高純度のステンレス鋼などのチューブで作られている。マイクロ波電源２６が供給する所定周波数のマイクロ波は、導波管２４を通り、放電管２２を透過して放電管２２内を流れる反応ガスを励起する。
【００１７】
反応ガス供給部３０は、ＨＦを含む種々のガスを供給する。ガス量は流量制御弁（Mass Flow Controller，ＭＦＣ）３６で制御できる。反応ガスは放電管２２の一端に取付けた端板３８を通して放電管２２内に供給可能である。各ガスの供給量はコントローラ４０によって制御される。
【００１８】
このコントローラ４０はまた、ＡＰＣ１６により真空容器１０の内部の真空度を制御したり、マイクロ波電源２６やドライポンプ１８などを制御する。すなわちこの制御はその全体の動作がコントローラ４０により制御されるものである。
【００１９】
反応ガス供給路３２には排気路を形成する排気管４２が取付けられている。図２はその接続部付近の断面図である。この排気管４２の反応ガス供給路３２に対する開口部分には、例えばフッ素樹脂としてのテフロン（登録商標）４４が取付けられている。
【００２０】
このテフロン（登録商標）４４は、分子寸法が小さいＨ2は通すが分子寸法が大きいＨＦは通さないフィルタとして機能するものであり、所定寸法の微細孔を有する多孔質の樹脂ブロックあるいは板である。排気管４２にはターボ分子ポンプやゲッターポンプなどの排気ポンプ４６が接続されている。この排気ポンプ４６により排気管４２内（排気路）は減圧され、反応ガス供給路３２内の反応ガスに含まれるＨ2をテフロン（登録商標）４４を通して選択的に除去するものである。
【００２１】
次にこの装置の動作を説明する。通常のドライエッチング処理では、コントローラ３８はドライポンプ１８を作動させ、ＡＰＣ１６を制御することによって真空容器１０内を一定の真空度に保つ。一方反応ガス供給部３０からは、ＨＦまたはこれと他のガスを含むガスを放電管２２に供給する。この時の各ガスの流量は、ＭＦＣ３６によりコントローラ４０が制御する。
【００２２】
この時ＨＦは反応ガス供給路３２などの金属部分と反応してＨ2を発生させる。このようにＨＦ、Ｈ2その他のガスを含む反応ガスは、排気管４２の接続部に取付けたテフロン（登録商標）４４に接触して、分子寸法が小さいＨ2がテフロン（登録商標）４４を通り排気管４２に選択的に排出される。なお他のガス、例えばＣＦ4、ＮＦ3、Ａｒ、Ｏ2などはテフロン（登録商標）４４の微細孔を通過できない分子寸法であるから、これらは排気されることはない。
【００２３】
このようにＨ2を選択的に除去した状態でコントローラ４０がマイクロ波電源２６を作動させれば、反応ガスは励起されてプラズマ化される。このプラズマガスはガス導入管３４によって真空容器１０に導かれ、保持台１２に保持されたウェハ１４をエッチングする。
【００２４】
反応ガスはテフロン（登録商標）４４でＨ2が除去されているから、反応ガスの組成は設計値に維持され、目標とするエッチングプロセスを行わせることが可能になる。
【００２５】
図３は反応ガス供給路３２の他の実施態様を示す図である。この実施態様は、反応ガス供給路３２の少なくとも一部を２重管構造とした。すなわち互いに同軸に配置された内管３２Ａと外管３２Ｂで形成した。ここに内管３２Ａは前記したテフロン（登録商標）４４と同様な樹脂で作られたパイプである。外管３２Ｂは高純度なステンレスなどで作られている。
【００２６】
これら内管３２Ａと外管３２Ｂとの間には間隙３２Ｃが形成されている。外管３２Ｂには排気管４２が接続され、間隙３２Ｃはこの排気管４２に連通する。排気管４２は排気ポンプ４６によって排気される。間隙３２Ｃの圧力は圧力センサ５０によって検出される。この圧力センサ５０で検出した圧力はガス漏れ判別手段５２に入力される。
【００２７】
ガス漏れ判別手段５２はこのセンサ５０が検出した圧力変化から、反応ガスのガス漏れを判別する。一般にＨＦは反応性が強く金属や樹脂などを腐蝕させるので、反応ガス供給路３２の一部の金属やテフロン（登録商標）などの耐久性が著しく短くなる。センサ５０とガス漏れ判別手段５２は、腐蝕などによるガス漏れ発生を瞬時に検出してコントローラ４０に対して適切な対応を取らせる。例えば反応ガスの供給を直ちに停止させて、エッチングプロセスを中止させる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、フッ素樹脂を介してＨＦあるいはＨＦを含む反応ガスからＨ2を選択的に除去することができるので、Ｈ2の発生により反応ガスの組成が変化するのを防ぎ、エッチングプロセスの反応が変化するのを防ぐことができる。このため所定のエッチング処理を精度良く行わせることが可能である。
【００２９】
請求項２〜８の発明によれば、請求項１の方法の実施に直接使用するドライエッチング装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るドライエッチング装置の概念図
【図２】反応ガス供給路と排気管との接続部付近の断面図
【図３】反応ガス供給路の他の実施態様を示す図
【符号の説明】
１０ 真空容器
１４ ウェハ（被処理物）
２０ プラズマ生成部
３０ 反応ガス供給部
３２ 反応ガス供給路
３２Ａ 内管
３２Ｂ 外管
３２Ｃ 間隙
４０ コントローラ
４２ 排気管（排気路）
４４ テフロン（登録商標）（フッ素樹脂）
４６ 排気ポンプ
５０ 圧力センサ
５２ ガス漏れ判別手段
【産業上の利用分野】
この発明は、反応ガスとしてＨＦ（フッ化水素）を用いるドライエッチング装置とその反応ガス供給方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスで用いるドライエッチングにおいて、ＨＦ（フッ化水素）を用いることが検討されている。ＨＦを用いると、たとえばＳｉ（ポリシリコン）とＳｉＮ膜（絶縁膜）とのエッチング選択比を大きくすることができる。しかしこのＨＦは極めて反応性が強いために、その取扱いが面倒であり、使用することが極めて困難であった。
【０００３】
反応ガスの供給路は通常純度の高い金属、例えば酸化物を含まないステンレス鋼などのパイプを用いているが、反応ガスにＨＦが含まれているとＨＦがパイプと反応してＨ2（水素ガス）が発生する。
【０００４】
このようにＨＦがパイプと反応したＨ2が反応ガスに含まれると、反応ガスのガス組成が変化することになり、エッチングプロセスの反応が変わってしまう。このためエッチングの結果に大きな影響を及ぼすことになる。
【０００５】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、反応ガスとしてＨＦやＨＦを含むガスを用いる場合に、Ｈ2の発生によりガス組成が変化するのを防ぎ、エッチングプロセスの反応が変化するのを防いで精度の良いエッチング処理を行うことが可能になるドライエッチング装置の反応ガス供給方法を提供することを第１の目的とする。またこの発明は、この方法の実施に直接使用するドライエッチング装置を提供することを第２の目的とする。
【０００６】
【発明の構成】
この発明によれば第１の目的は、反応ガスとしてＨＦを含むガスを用いるドライエッチング装置の反応ガス供給方法において、反応ガス供給路を通る反応ガスに接するフッ素樹脂を介して反応ガスに含まれる主としてＨ2を排気することを特徴とするドライエッチング装置の反応ガス供給方法、により達成される。
【０００７】
また第２の目的は、反応ガスとして、ＨＦを含むガスを用いるドライエッチング装置において、反応ガス供給路からフッ素樹脂を介して主としてＨ2を排気する排気路を前記反応ガス供給路に設けたことを特徴とするドライエッチング装置、により達成される。
【０００８】
フッ素樹脂は、Ｈ2は透過するがＨＦは透過させない寸法の微細孔を有する多孔質の樹脂、例えばテフロン（登録商標）の板あるいはブロックが適する。
【０００９】
ここに排気路は反応ガス供給路から分岐させ、この分岐した排気路内にフッ素樹脂を取付けることができる。この場合フッ素樹脂は排気路の反応ガス供給路に対する開口部を塞ぐように装着するのがよい。
【００１０】
反応ガス供給路の一部を２重管構造とし、その内管をフッ素樹脂の管としてこれら内管と外管の間隙を排気管の一部としてもよい。この場合には内管と外管の間隙の圧力を監視して、この圧力の変化から反応ガスの漏れを検出することができる。すなわち内管がＨＦあるいはＨＦを含む反応ガスにより腐蝕したりして一部でも破損すれば、この圧力は急に変化するからである。
【００１１】
この装置はリモートプラズマエッチング装置に適用する場合には、プラズマ生成部の上流側でＨ2を除去するようにするのがよい。Ｈ2を除去する前の反応ガスは、その組成が設計値と異なっているから、これをプラズマ化するとその後のエッチングプロセスに大きな悪影響が及ぶからである。
【００１２】
排気管はドライポンプによって排気するのがよい。ドライポンプとしては、ターボ分子ポンプ、ゲッタポンプ、クライオソープションポンプなど種々のポンプが使用できる。
【００１３】
【実施態様】
図１は本発明に係る装置の一実施態様を示す概念図である。この実施態様は反応ガス供給路で生成したプラズマを真空容器に導くリモートプラズマ方式のエッチング装置である。この図において符号１０は真空容器である。この真空容器１０内にはヒータ付きの保持台１２が昇降可能に設けられ、その上面には被処理物としてのウェハ１４が保持されている。
【００１４】
真空容器１０の底には、圧力制御器（Air Pressure Controller，ＡＰＣ）１６を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などのドライポンプ１８が接続されている。圧力制御器１６は、真空容器１０の内圧を検出する真空計（図示せず）の出力に基づいて、真空容器１６の内圧を所定圧に制御する。
【００１５】
２０はプラズマ生成部であり、マイクロ波により反応ガスを励起し、プラズマ化して真空容器１０に導く。プラズマ生成部２０は、高純度のステンレスなどで作られた放電管２２と、この放電管２２にその中央付近で交叉する導波管２４と、この導波管２４の一端からマイクロ波を供給するマイクロ波電源２６とを持つ。
【００１６】
放電管２２の一端には反応ガス供給部３０から反応ガス供給路３２を通して反応ガスが供給される。放電管２２の他端はガス導入管３４によって真空容器１０に接続されている。ここにガス導入管３４はＨＦのプラズマガスなどによる腐蝕に耐える材料、例えば高純度のステンレス鋼などのチューブで作られている。マイクロ波電源２６が供給する所定周波数のマイクロ波は、導波管２４を通り、放電管２２を透過して放電管２２内を流れる反応ガスを励起する。
【００１７】
反応ガス供給部３０は、ＨＦを含む種々のガスを供給する。ガス量は流量制御弁（Mass Flow Controller，ＭＦＣ）３６で制御できる。反応ガスは放電管２２の一端に取付けた端板３８を通して放電管２２内に供給可能である。各ガスの供給量はコントローラ４０によって制御される。
【００１８】
このコントローラ４０はまた、ＡＰＣ１６により真空容器１０の内部の真空度を制御したり、マイクロ波電源２６やドライポンプ１８などを制御する。すなわちこの制御はその全体の動作がコントローラ４０により制御されるものである。
【００１９】
反応ガス供給路３２には排気路を形成する排気管４２が取付けられている。図２はその接続部付近の断面図である。この排気管４２の反応ガス供給路３２に対する開口部分には、例えばフッ素樹脂としてのテフロン（登録商標）４４が取付けられている。
【００２０】
このテフロン（登録商標）４４は、分子寸法が小さいＨ2は通すが分子寸法が大きいＨＦは通さないフィルタとして機能するものであり、所定寸法の微細孔を有する多孔質の樹脂ブロックあるいは板である。排気管４２にはターボ分子ポンプやゲッターポンプなどの排気ポンプ４６が接続されている。この排気ポンプ４６により排気管４２内（排気路）は減圧され、反応ガス供給路３２内の反応ガスに含まれるＨ2をテフロン（登録商標）４４を通して選択的に除去するものである。
【００２１】
次にこの装置の動作を説明する。通常のドライエッチング処理では、コントローラ３８はドライポンプ１８を作動させ、ＡＰＣ１６を制御することによって真空容器１０内を一定の真空度に保つ。一方反応ガス供給部３０からは、ＨＦまたはこれと他のガスを含むガスを放電管２２に供給する。この時の各ガスの流量は、ＭＦＣ３６によりコントローラ４０が制御する。
【００２２】
この時ＨＦは反応ガス供給路３２などの金属部分と反応してＨ2を発生させる。このようにＨＦ、Ｈ2その他のガスを含む反応ガスは、排気管４２の接続部に取付けたテフロン（登録商標）４４に接触して、分子寸法が小さいＨ2がテフロン（登録商標）４４を通り排気管４２に選択的に排出される。なお他のガス、例えばＣＦ4、ＮＦ3、Ａｒ、Ｏ2などはテフロン（登録商標）４４の微細孔を通過できない分子寸法であるから、これらは排気されることはない。
【００２３】
このようにＨ2を選択的に除去した状態でコントローラ４０がマイクロ波電源２６を作動させれば、反応ガスは励起されてプラズマ化される。このプラズマガスはガス導入管３４によって真空容器１０に導かれ、保持台１２に保持されたウェハ１４をエッチングする。
【００２４】
反応ガスはテフロン（登録商標）４４でＨ2が除去されているから、反応ガスの組成は設計値に維持され、目標とするエッチングプロセスを行わせることが可能になる。
【００２５】
図３は反応ガス供給路３２の他の実施態様を示す図である。この実施態様は、反応ガス供給路３２の少なくとも一部を２重管構造とした。すなわち互いに同軸に配置された内管３２Ａと外管３２Ｂで形成した。ここに内管３２Ａは前記したテフロン（登録商標）４４と同様な樹脂で作られたパイプである。外管３２Ｂは高純度なステンレスなどで作られている。
【００２６】
これら内管３２Ａと外管３２Ｂとの間には間隙３２Ｃが形成されている。外管３２Ｂには排気管４２が接続され、間隙３２Ｃはこの排気管４２に連通する。排気管４２は排気ポンプ４６によって排気される。間隙３２Ｃの圧力は圧力センサ５０によって検出される。この圧力センサ５０で検出した圧力はガス漏れ判別手段５２に入力される。
【００２７】
ガス漏れ判別手段５２はこのセンサ５０が検出した圧力変化から、反応ガスのガス漏れを判別する。一般にＨＦは反応性が強く金属や樹脂などを腐蝕させるので、反応ガス供給路３２の一部の金属やテフロン（登録商標）などの耐久性が著しく短くなる。センサ５０とガス漏れ判別手段５２は、腐蝕などによるガス漏れ発生を瞬時に検出してコントローラ４０に対して適切な対応を取らせる。例えば反応ガスの供給を直ちに停止させて、エッチングプロセスを中止させる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、フッ素樹脂を介してＨＦあるいはＨＦを含む反応ガスからＨ2を選択的に除去することができるので、Ｈ2の発生により反応ガスの組成が変化するのを防ぎ、エッチングプロセスの反応が変化するのを防ぐことができる。このため所定のエッチング処理を精度良く行わせることが可能である。
【００２９】
請求項２〜８の発明によれば、請求項１の方法の実施に直接使用するドライエッチング装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るドライエッチング装置の概念図
【図２】反応ガス供給路と排気管との接続部付近の断面図
【図３】反応ガス供給路の他の実施態様を示す図
【符号の説明】
１０ 真空容器
１４ ウェハ（被処理物）
２０ プラズマ生成部
３０ 反応ガス供給部
３２ 反応ガス供給路
３２Ａ 内管
３２Ｂ 外管
３２Ｃ 間隙
４０ コントローラ
４２ 排気管（排気路）
４４ テフロン（登録商標）（フッ素樹脂）
４６ 排気ポンプ
５０ 圧力センサ
５２ ガス漏れ判別手段
Claims (8)
- 反応ガスとしてＨＦを含むガスを用いるドライエッチング装置の反応ガス供給方法において、
反応ガス供給路を通る反応ガスに接するフッ素樹脂を介して反応ガスに含まれる主としてＨ2を排気することを特徴とするドライエッチング装置の反応ガス供給方法。 - 反応ガスとして、ＨＦを含むガスを用いるドライエッチング装置において、
反応ガス供給路からフッ素樹脂を介して主としてＨ2を排気する排気路を前記反応ガス供給路に設けたことを特徴とするドライエッチング装置。 - フッ素樹脂は、Ｈ2を透過させるがＨＦは透過させない微細孔を有する多孔質の樹脂である請求項２のドライエッチング装置。
- 排気路は反応ガス供給路から分岐し、この排気路内にフッ素樹脂が取付けられている請求項２のドライエッチング装置。
- 反応ガス供給路の少なくとも一部は内管と外管との２重管構造であり、前記内管をフッ素樹脂としてこれら内管と外管の間隙を排気路の一部とした請求項２のドライエッチング装置。
- 排気路内の圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した排気路内圧を監視することによって内管からの反応ガスの漏れを検出するガス漏れ判別手段とを備える請求項５のドライエッチング装置。
- エッチング装置は、反応ガス供給路の一部に設けたプラズマ生成部で生成したプラズマを真空容器に導いて真空容器内でエッチングを行うリモートプラズマエッチング装置であり、排気路は前記プラズマ生成部の上流側に設けられている請求項２〜６のいずれかのエッチング装置。
- 排気路はドライポンプによって排気される請求項２のエッチング装置。
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| JP2002175953A JP3694834B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | ドライエッチング装置およびその反応ガス供給方法 |
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| JP2002175953A JP3694834B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | ドライエッチング装置およびその反応ガス供給方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004022820A JP2004022820A (ja) | 2004-01-22 |
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|---|---|---|---|---|
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2002
- 2002-06-17 JP JP2002175953A patent/JP3694834B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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