JPH02248042A - Dry etching device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、半導体製造工程などでＧａＡＳ等にエツチン
グを施すドライエツチング装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a dry etching apparatus for etching GaAS or the like in a semiconductor manufacturing process or the like.
［従来の技術］
ドライエツチング装置において、精密なエツチング量制
御を行うためには、ドライエツチングと同時にエツチン
グ量を検出する必要がある。このような従来例として、
エツチング物質のアモルファスシリコン（Ｓ ｉ ）を
水晶振動子の電極表面上に厚さ約２庫堆積してアルゴン
イオンビームエツチングやキセノンフロライド（ＸｅＦ
２ ）ガスのアシストエツチングを行い、該水晶振動子
のマイクロバランスによりエツチング量を精密に検出し
た例が、［ジャーナル・アプライド・フィジックス（Ｊ
、 Ａｌ３１）１． ＰｈＶＳ、） ｊ １９７９年
５月刊行、第５０巻、第５号に掲載のコバーン（Ｊ、Ｗ
、 Ｃｏｂｕｒｎ ） 。[Prior Art] In order to precisely control the etching amount in a dry etching apparatus, it is necessary to detect the etching amount at the same time as dry etching. As a conventional example,
Amorphous silicon (S i ), which is an etching material, is deposited to a thickness of approximately 2 cm on the electrode surface of the crystal resonator, and then argon ion beam etching or xenon fluoride (XeF) is performed.
2) An example of performing gas-assisted etching and precisely detecting the amount of etching using the microbalance of the crystal oscillator is published in [Journal Applied Physics (J
, Al31)1. PhVS, ) j Coburn (J, W., published in May 1979, Volume 50, No. 5)
, Coburn).
ウインタース（Ｆ、Ｗｉｎｔｅｒｓ）らによる文献“″
イオンーアンドーエレクトロンーアシステツド・ガス・
サーフェイス・ケミストリー−アン・インポータント・
エフェクト・イン・プラズマ・エツチング（Ｉｏｎ−ａ
ｎｄ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｇａｓ
ｓｕｒｆａｃｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙ−Ａｎ ｉｍｐｏｒ
ｔａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｐｌａｓｍａｅｔｃｈ
ｉｎｇ） ”で述べられている。Reference by Winters (F, Winters) et al.
Ion-and-electron-assisted gas
Surface Chemistry - An Important
Effect in plasma etching (Ion-a
nd-electron-assisted gas
surface chemistry-An import
tan effect in plasmaetch
ing)”.
第５図は、そのようなドライエツチング量測定装置の一
例を示す構成図である。同図において、５１はイオン源
、５２はアルゴンビーム、５３はアモルファスシリコン
、５４は水晶振動子ヘッド、５５は水晶振動子、５６は
エツチングガスである。水晶振動子５５の両面には、全
面にわたって電極が設けられていて、更にその片面にア
モルファスシリコン５３が堆積されている。FIG. 5 is a block diagram showing an example of such a dry etching amount measuring device. In the figure, 51 is an ion source, 52 is an argon beam, 53 is amorphous silicon, 54 is a crystal resonator head, 55 is a crystal resonator, and 56 is an etching gas. Electrodes are provided over the entire surface of both surfaces of the crystal resonator 55, and amorphous silicon 53 is further deposited on one surface.
このような構造で、水晶振動子５５表面の質量変化によ
り水晶振動子５５の共振周波数が変化するのを利用して
アモルファスシリコン５３のドライエツチングによる膜
厚減少を測定している。With this structure, the reduction in film thickness of the amorphous silicon 53 due to dry etching is measured by utilizing the fact that the resonant frequency of the crystal oscillator 55 changes due to a change in the mass of the surface of the quartz oscillator 55.
［発明が解決しようとする課題］
上記従来の装置では、水晶振動子の電極上にエツチング
対象物と同一材料を堆積しなければならない。従って、
１回に厚さ数庫のドライエツチングを行うような場合に
は、少なくとも厚さ１０μｓ以上の堆積物が必要となる
。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional apparatus described above, the same material as the object to be etched must be deposited on the electrodes of the crystal resonator. Therefore,
When dry etching several thicknesses at a time, a deposit with a thickness of at least 10 μs or more is required.
また最近、ドライエツチング装置はロードロックによる
高真空化がなされていて、エツチング室は常に高真空に
保たれている。従って水晶振動子交換のため頻繁にエツ
チング室をリークすることはできない。このため水晶振
動子を長期間使用するには、堆積物は数十卯の厚みが必
要となる。Recently, dry etching equipment has been equipped with a high vacuum system using a load lock, so that the etching chamber is always maintained at a high vacuum level. Therefore, it is not possible to frequently leak the etching chamber to replace the crystal resonator. For this reason, in order to use a crystal resonator for a long period of time, the deposit needs to be several tens of microns thick.
また、従来例を砒化ガリウム（ＧａＡＳ）等化合物半導
体のドライエツチングのモニタとして使用する場合には
、水晶振動子の電極上に化合物半導体を堆積する必要が
ある。ここでの化合物半導体は組成比がエツチング物質
と同じ比率でなければならず、このため分子ビーム結晶
成長法（ＭＢＥ）等の結晶成長装置により、化合物半導
体を堆積することが考えられる。しかし、上記のような
結晶成長装置は一般に成長速度が遅く、例えばＭＢＥで
は１．ｍ／ｈの成長速度であり、厚み数十岸の堆積には
数十時間が必要となり実用的でない。Further, when the conventional example is used as a monitor for dry etching of a compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAS), it is necessary to deposit the compound semiconductor on the electrodes of the crystal resonator. The compound semiconductor here must have the same composition ratio as the etching material, and for this reason, it is conceivable to deposit the compound semiconductor using a crystal growth apparatus such as molecular beam crystal growth (MBE). However, the above-mentioned crystal growth apparatus generally has a slow growth rate; for example, in MBE, the growth rate is 1. The growth rate is m/h, and it takes several tens of hours to deposit several tens of layers in thickness, which is not practical.
また、エツチング物質とは異なる材料、例えば３ｉを堆
積させ、予め化合物半導体とのエツチング速度比を調べ
ておくことによりモニタとして使用することも考えられ
るが、やは゛す３ｉ等を堆積する工程が必要であり、そ
れに長時間を費やしてしまう。It is also possible to use it as a monitor by depositing a material different from the etching material, such as 3i, and checking the etching rate ratio with the compound semiconductor in advance, but this would still require a step to deposit 3i, etc. Yes, and I spend a lot of time on it.
さらに、従来例では、試料と水晶振動子とは別々に設置
されていたので、必ずしも同一のエツチング条件ではな
く、膜厚減少量の測定精度の点でも問題があった。Furthermore, in the conventional example, since the sample and the crystal resonator were installed separately, the etching conditions were not necessarily the same, and there was also a problem in terms of accuracy in measuring the amount of film thickness reduction.
本発明は、このような課題に鑑みて創案されたもので、
ロードロック方式のエツチング室を大気リークすること
なく各エツチング毎にエツチング量測定用の水晶振動子
を交換可能で、かつ高精度の測定が可能なドライエツチ
ング装置を提供するこ゛とを目的とする。The present invention was created in view of these problems, and
It is an object of the present invention to provide a dry etching device capable of replacing a crystal oscillator for measuring the amount of etching for each etching without causing atmospheric leakage in a load-lock type etching chamber, and capable of highly accurate measurement.
［課題を解決するた、めの手段］
本発明は、水晶板の両面に電極を形成した水晶振動子を
保持すると共に、該水晶振動子へ電気的入出力を行う電
極端子を有する水晶振動子ヘッドと、該水晶振動子ヘッ
ドおよび試料を設置する試料ホルダと、エツチング室内
に設置され、電気コネクタを有するマニピュレータと、
該マニピュレータの電気コネクタに接続した水晶振動子
の振動数変化検出手段とを備え、前記試料ホルダを前記
マニピュレータに装着することにより、前記マニピュレ
ータの電気コネクタと前記水晶振動子ヘッドの電極端子
とを接続する手段を備えたことを特徴とするドライエツ
チング装置である。[Means for Solving the Problem] The present invention provides a crystal resonator that holds a crystal resonator in which electrodes are formed on both sides of a crystal plate, and that has electrode terminals for electrical input and output to the crystal resonator. a head, a sample holder in which the crystal resonator head and the sample are placed, a manipulator installed in the etching chamber and having an electrical connector;
a frequency change detection means of a crystal oscillator connected to an electrical connector of the manipulator, and by mounting the sample holder on the manipulator, the electrical connector of the manipulator and the electrode terminal of the crystal oscillator head are connected. This dry etching apparatus is characterized in that it is equipped with means for.
［作用］
本発明によるドライエツチング装置では、エツチング材
料と水晶振動子を同一の試料ホルダに配置できるため、
水晶振動子の電極上の薄膜がエツチングされる条件とエ
ツチング材料がエツチングされる条件が同じであり、エ
ツチング材料のエツチング量と水晶振動子の電極上の薄
膜のエツチング量の関係が正比例となる。従って、水晶
振動子の電極上薄膜の膜厚減少量を水晶振動子の共振周
波数変化分を検出することにより、精度°よくエツチン
グ材料のエツチング量を測定する。[Function] In the dry etching apparatus according to the present invention, since the etching material and the crystal resonator can be placed in the same sample holder,
The conditions under which the thin film on the electrodes of the crystal resonator are etched are the same as the conditions under which the etching material is etched, and the relationship between the amount of etching of the etching material and the amount of etching of the thin film on the electrodes of the crystal resonator is directly proportional. Therefore, by detecting the amount of decrease in the film thickness of the thin film on the electrode of the crystal oscillator based on the change in the resonant frequency of the quartz crystal oscillator, the amount of etching of the etching material can be measured with high accuracy.
さらに、本発明のドライエツチング装置を、いわゆるロ
ードロック方式とした場合には、大気リークすることな
く、各エツチング毎にエツチング量測定用水晶振動子を
交換することができる。Furthermore, if the dry etching apparatus of the present invention is of a so-called load-lock type, the crystal resonator for measuring the amount of etching can be replaced for each etching without leaking into the atmosphere.
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。[Example] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例のドライエツチング装置を示
す構成図である。同図において、ドライエツチング装置
はロードロック方式の反応性イオンビームエツチング（
ＲＩＢＥ）Ｉ置である。FIG. 1 is a block diagram showing a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, the dry etching equipment is a load-lock type reactive ion beam etching (
RIBE) I location.
図中、１１はマイクロ波、１２はエツチングガス、１３
はマグネットコイル、１４はプラズマ室、１５はエツチ
ング室、１６は水晶振動子ヘッド、１７は試料、１８は
試料ホルダ、１９は水晶振動子の振動数変化検出手段と
しての周波数モニタ、２０は試料導入室である。In the figure, 11 is microwave, 12 is etching gas, 13 is
14 is a magnet coil, 14 is a plasma chamber, 15 is an etching chamber, 16 is a crystal oscillator head, 17 is a sample, 18 is a sample holder, 19 is a frequency monitor as means for detecting changes in the frequency of the crystal oscillator, 20 is a sample introduction It is a room.
第２図は上記実施例のドライエツチング装置に使用され
る試料ホルダの一例を示す断面図および平面図である。FIG. 2 is a sectional view and a plan view showing an example of a sample holder used in the dry etching apparatus of the above embodiment.
同図において、ロードロック方式の搬送可能な試料ホル
ダ２１はＧａＡＳの試料２２の膜厚測定用水晶振動子２
４を保持し、かつ該振動子２４への電気入出力が可能な
電極端子２５を有する水晶振動子ヘッド２３を備えてい
る。In the figure, a load-lock type transportable sample holder 21 is a crystal resonator 2 for measuring the film thickness of a GaAS sample 22.
4 and has an electrode terminal 25 capable of inputting and outputting electricity to the vibrator 24.
水晶振動子ヘッド２３は、試料ホルダ２１がマニピュレ
ータに装着された時に電極端子２５を通して周波数モニ
タと電気的に接続する。The crystal resonator head 23 is electrically connected to the frequency monitor through electrode terminals 25 when the sample holder 21 is mounted on the manipulator.
次に、第３図（ａ）は試料ホルダ２１がマニピュレータ
３１に装着された状態を示す断面図である。第２図にお
いて説明したように、試料ホルダ２１側の電極端子２５
はマニピュレータ３１の電気コネクタ３３と接続する。Next, FIG. 3(a) is a sectional view showing a state in which the sample holder 21 is attached to the manipulator 31. As explained in FIG. 2, the electrode terminal 25 on the sample holder 21 side
is connected to the electrical connector 33 of the manipulator 31.
第３図（ｂ）は、電極端子２５が電気コネクタ３３と接
続される状態を示す説明図である。試料ホルダ２１がト
ランスファ０ツドに保持されたままマニピュレータ３１
の位置で回転されて搬送されると同時に、電極端子２５
が電気コネクタ３３の溝に入り込む。FIG. 3(b) is an explanatory diagram showing a state in which the electrode terminal 25 is connected to the electrical connector 33. While the sample holder 21 is held in the transfer position, the manipulator 31
At the same time, the electrode terminal 25
enters the groove of the electrical connector 33.
この時、試料ホルダ２１は押えバネ３２によって裏面か
ら押えられ、電極端子２５と電気コネクタ３１は隙間な
く接触する。At this time, the sample holder 21 is pressed from the back side by the pressing spring 32, and the electrode terminal 25 and the electrical connector 31 are in contact with each other without any gap.
第４図は、本実施例のドライエツチング装置に使用され
る水晶振動子の一例を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing an example of a crystal resonator used in the dry etching apparatus of this embodiment.
同図において、円板上の水晶振動子（ＡＴカット）４１
の金電極４２の片面上にＧａＡＳ薄膜４３を分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）装置を用いて厚さ７卯蒸着する。ま
た、水晶振動子の基本周波数は６ ＭＨｚである。上記
の水晶振動子４１を第２図に示した水晶振動子ヘッド２
３に入れ、ＧａＡＳ試料２２の近傍に配置する。In the same figure, a crystal resonator (AT cut) 41 on a disk
A GaAS thin film 43 is deposited to a thickness of 7 mm on one side of the gold electrode 42 using a molecular beam epitaxy (MBE) device. Further, the fundamental frequency of the crystal resonator is 6 MHz. A crystal resonator head 2 in which the above-mentioned crystal resonator 41 is shown in FIG.
3 and placed near the GaAS sample 22.
次に、このような水晶振動子ヘッド２３を備えた第２図
の試料ホルダ２１を、第１図に示した試料導入室２０よ
りエツチングガス
な状態で、ＧａＡＳ試料１７をドライエツチングするこ
とにより、水晶振動子の電極上のＧａＡＳ薄膜も同時に
エツチングされる。エツチングガス１２として塩素ガス
を３ｘｌＯ−４丁ｏｒｒ 、イオン引き出し電圧４００
Ｖのエツチング条件でのＧａＡＳ結晶のエツチング速度
は約１５００人／ｍｉｎである。この時の水晶振動子の
電極上ＧａＡＳ１膜も（３ａＡＳ試料と同じイオン電流
密度の条件でエツチングされ、エツチング速度は約１８
００人／ｍｉｎである。Next, the GaAS sample 17 is dry-etched using the sample holder 21 shown in FIG. 2 equipped with such a crystal resonator head 23 in an etching gas state from the sample introduction chamber 20 shown in FIG. The GaAS thin film on the electrodes of the crystal resonator is also etched at the same time. Chlorine gas was used as etching gas 12 at 3 x lO-4 tons orr, ion extraction voltage 400
The etching rate of GaAS crystal under V etching conditions is about 1500 people/min. At this time, the GaAS1 film on the electrode of the crystal resonator was also etched under the same ion current density conditions as the 3aAS sample, and the etching rate was approximately 18
00 people/min.
このように、ＧａＡＳ試料と水晶振動子の電極上ＧａＡ
Ｓｉ膜とのエツチング速度比は一定で市り、ＱａＡｓｉ
Ｉ膜のエツチング量を水晶振動子の共振周波数変化から
検出することにより、ＱａＡＳ試料のエツチング量を測
定することができる。In this way, the GaAS sample and the GaA on the electrode of the crystal resonator
The etching rate ratio with Si film is constant, and QaAsi
By detecting the amount of etching of the I film from the change in the resonance frequency of the crystal resonator, the amount of etching of the QaAS sample can be measured.
従って、ＧａＡＳ試料が所望の膜厚だけエツチングされ
たところでエツチングを終了することができ、精度１％
の制御が可能である。Therefore, etching can be completed when the GaAS sample has been etched by the desired thickness, with an accuracy of 1%.
control is possible.
また本発明では従来のように、１枚の水晶振動子で何回
ものドライエツチングに使用する必要がなく、従って水
晶振動子の電極上に設ける薄膜も薄く、短時間で蒸着等
ができる。さらに水晶振動子の電極上薄膜はエツチング
材料と同種の材質である必要があり、各エツチング毎に
エツチング材料の材質が異なる場合でも水晶振動子の電
極上の薄膜を各エツチング毎に最適な材質、膜厚とする
ことができる。Furthermore, in the present invention, it is not necessary to dry-etch a single crystal oscillator many times as in the prior art, and therefore the thin film provided on the electrodes of the quartz crystal oscillator is thin and can be deposited in a short time. Furthermore, the thin film on the electrode of the crystal resonator must be made of the same material as the etching material, so even if the etching material is different for each etching, the thin film on the electrode of the crystal resonator must be etched with the optimal material for each etching. The film thickness can be changed.
また、エツチング材料と水晶振動子を同一の試料ホルダ
に配置できるため、エツチング材料と水晶振動子電極上
の薄膜が同一のエツチング条件でエツチングされる。Furthermore, since the etching material and the crystal resonator can be placed in the same sample holder, the etching material and the thin film on the crystal resonator electrode can be etched under the same etching conditions.
上記の理由により、水晶振動子の電極上の薄膜の膜厚減
少量を水晶振動子の共撮周波数変化分を検出することに
より、精度よくエツチング材料のエツチング量を測定す
ることができる。For the above reasons, the amount of etching of the etching material can be accurately measured by detecting the amount of decrease in the film thickness of the thin film on the electrode of the crystal oscillator based on the change in the co-photographing frequency of the quartz crystal oscillator.
［発明の効果］
以上説明したとおり、本発明によれば、ロードロック方
式のエツチング室を大気リークすることなく、各エツチ
ング毎にエツチング量測定用水晶振動子を交換すること
が可能で、かつ高精度の測定が可能なドライエツチング
装置を提供することができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to replace the crystal resonator for measuring the etching amount for each etching without leaking the load-lock type etching chamber to the atmosphere, and it is possible to A dry etching device capable of measuring accuracy can be provided.
第１図は本発明のドライエツチング装置の一実施例を示
す構成図、第２図は本発明のドライエツチング装置に用
いられる試料ホルダの断面図および平面図、第３図はマ
ニピュレータに装着された試料ホルダの断面図と電気端
子が電気コネクタに接続される状態の説明図、第４図は
本発明に使用される水晶振動子の断面図、第５図は従来
例によるドライエツチング量測定装置の構成図である。
１１・・・マイクロ波
１２、５６・・・エツチングガス
１３・・・マグネットコイル １４・・・プラズマ室
１５・・・エツチング室
１６、２３．５４・・・水晶振動子ヘッド１７、２２・
・・試料 １８．２１・・・試料ホルダ１９
、３４・・・周波数モニタ ２０・・・試料導入室２
４、４１．５５・・・水晶振動子 ２５・・・電極端子
２６・・・ピン ３１・・・マニピュレ
ータ３２・・・押えバネ ３３・・・電気コ
ネクタ４２・・・金電極 ４３・・・Ｇａ
ＡＳ薄膜５１・・・イオン源 ５２・・・ア
ルゴンビーム５３・・・アモルファスシリコンFig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the dry etching apparatus of the present invention, Fig. 2 is a sectional view and a plan view of a sample holder used in the dry etching apparatus of the present invention, and Fig. 3 is a diagram showing a sample holder attached to a manipulator. A sectional view of the sample holder and an explanatory diagram of the state in which the electrical terminals are connected to the electrical connectors, FIG. 4 is a sectional view of the crystal resonator used in the present invention, and FIG. 5 is a diagram of the conventional dry etching amount measuring device. FIG. 11... Microwave 12, 56... Etching gas 13... Magnet coil 14... Plasma chamber 15... Etching chamber 16, 23. 54... Crystal resonator head 17, 22.
...Sample 18.21...Sample holder 19
, 34... Frequency monitor 20... Sample introduction chamber 2
4, 41.55... Crystal resonator 25... Electrode terminal 26... Pin 31... Manipulator 32... Presser spring 33... Electric connector 42... Gold electrode 43... Ga
AS thin film 51...Ion source 52...Argon beam 53...Amorphous silicon
Claims (2)
すると共に、該水晶振動子へ電気的入出力を行う電極端
子を有する水晶振動子ヘッドと、該水晶振動子ヘッドお
よび試料を設置する試料ホルダと、エッチング室内に設
置され、電気コネクタを有するマニピュレータと、該マ
ニピュレータの電気コネクタに接続した水晶振動子の振
動数変化検出手段とを備え、前記試料ホルダを前記マニ
ピュレータに装着することにより、前記マニピュレータ
の電気コネクタと前記水晶振動子ヘッドの電極端子とを
接続する手段を備えたことを特徴とするドライエッチン
グ装置。(1) Install a crystal resonator head that holds a crystal resonator with electrodes formed on both sides of the crystal plate and has electrode terminals for electrical input/output to the crystal resonator, and the crystal resonator head and sample. A manipulator installed in an etching chamber and having an electrical connector, and means for detecting frequency change of a crystal oscillator connected to the electrical connector of the manipulator, and by mounting the sample holder on the manipulator. . A dry etching apparatus comprising means for connecting an electrical connector of the manipulator and an electrode terminal of the crystal resonator head.
マニピュレータへ真空中で搬送される請求項（１）に記
載のドライエッチング装置。(2) The dry etching apparatus according to claim 1, wherein the sample holder is transported in vacuum from the sample introduction chamber to the manipulator in the etching chamber.
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1989
- 1989-03-22 JP JP6765389A patent/JP2737993B2/en not_active Expired - Fee Related
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