JPH0250618B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマエツチング装置に関する。

周知のように、半導体装置、半導体集積回路装
置等の製造工程において、半導体基板（たとえ
ば、シリコンからなるウエーハ）上に設けた物
質、たとえば、シリコン（Si）、二酸化シリコン
（SiO₂）、シリコンナイトライド（Si₃N₄）、チタ
ン（Ti）、クロム（Cr）、金（Au）、ホトレジス
ト等を部分的に又は全体的に除去する方法とし
て、ガスプラズマを利用したプラズマエツチング
方法が知られている。

ところで、このプラズマエツチング方法におけ
る物品（ウエーハ）の反応処理終了時点（反応終
点）を決定するには、従来は目視によるウエーハ
表面の色変化やウエーハ表面の被処理物質の膜厚
による干渉縞の有無を判断基準としたり、あるい
は実験等のデータを基にして処理条件を決めてお
き、タイマを用いて反応時間を制御している。

しかしこれらの方法では正確な反応終点を知る
ことができず、作業性の低下および歩留の低下を
来たしている。すなわち、反応管内に収容される
ウエーハの数量の多少によつてエツチング速度
（反応速度）は微妙に変化するとともに、ウエー
ハの配置実態によつてエツチング速度がばらつ
く。このため、実験データ等によつて処理時間を
一定に設定するタイマ方式は好ましくない。ま
た、前記目視方式では内部の物品を観察すること
は難かしく、反応管の内壁に最も近いウエーハを
観察することによつて全体のエツチング状態を推
量することになる。

この結果、従来方法ではエツチング過多やエツ
チング不足が多く生じ易い。すなわち、前者では
エツチングによつて形成するパターンの各部の幅
が狭くなつたり、被処理物質の下方に存在するウ
エーハの表層部等をもエツチングしたりすること
から、回路素子の特性劣化の原因となる。また、
後者のエツチング不足では、再び反応管内にウエ
ーハを入れてエツチングを行なう必要があるが、
ウエーハを入れた後反応管内の反応状態を一定に
設定するのに多くの時間を必要とするため、極め
て作業性が低い。

一方、反応終点を検出するために質量分析装置
（マス・スペクトロスコープ）を取り付け、エツ
チング反応時の反応管内の各物質を検出し、エツ
チング反応中か否かを判別する装置もあるが、こ
の装置は高価となるとともに、装置全体が複雑と
なり、かつ測定操作も難しい等の欠点がある。

したがつて、本発明の目的は正確確実にプラズ
マエツチングを行なうことができ、歩留の向上お
よび作業の能率化を図ることができるプラズマエ
ツチング装置を提供することにある。

以下実施例により本発明を説明する。

第１図に本発明の前提となつたプラズマエツチ
ング装置の概要図を示す。同図の中央には透明な
石英管からなる反応管１が示されている。この反
応管１は細長く、内部にウエーハ２を載置する治
具３を入れた後、左端を透明な石英からなるキヤ
ツプ４で密閉するようになつている。また、この
反応管１には排気管５が連結され、この排気管５
はベント６を介して真空ポンプ７に接続されてい
る。なお、この排気管５には真空度を計る真空計
８が取り付けられ、常に反応管１の内圧を知るこ
とができるようになつている。

また、前記反応管１にはこの反応管内に所定の
ガス、たとえばフレオンガス（CF₄）を供給する
供給管９が接続されている。この供給管９は一端
はガスを保持するボンベ１０に連結されるととも
に、他端は３方に分岐しそれぞれ反応管１に連通
している。なお、この供給管９の途中には供給す
るガスの供給量を調整する流量調整バルブ１１お
よび供給するガスの流入を停止するストツパバル
ブ１２が配設されている。

また、前記反応管１の外周にはRFコイル１３
が巻き付けられるとともに、このRFコイル１３
は高周波発振させるRF発生電源１４に接続され
ている。また、前記RFコイル１３にはRFマツチ
ング機構１５が取り付けられ、このRFマツチン
グ機構１５を調整することによつて、反応管１内
にプラズマ放電が生じるようになつている。

一方、この装置には破線枠で示す制御系が設け
られている。すなわち、エツチング反応時発生す
る弗素ラジカル（F^*）、酸素ラジカル（O^*）、
（O₂ ^*）、弗化アルキルラジカル（CF₂ ^*）および弗
化シリコンラジカル（SiF₃ ^*）、（SiF₂ ^*）等が励起
状態（ラジカル）から安定状態に移行するとき放
出する光を検出するフオトセル等からなるデイテ
クタ（検出器）１６が反応管１の外側、たとえ
ば、同図で示すようにキヤツプ４の外側に対面し
て配設されている。そして、このデイテクタ１６
からの信号はアンプ１７を介して制御装置１８に
伝えられるとともに、この信号によつて前記RF
発生電源を自動的にコントロールするようになつ
ている。また、前記アンプ１７には記録計１９が
連結され、デイテクタ１６によつて検出する光の
強度をグラフ化するようになつている。

つぎに、上記装置を用いたプラズマエツチング
方法について説明する。まず、反応管１に治具３
に収容されたウエーハ２を入れた後、キヤツプ４
で反応管１は密閉し、真空ポンプ７を動作させて
反応管１内の内圧を0.3〜0.5Torrに減圧させる。
その後、ボンベ１０内のフレオンガスを反応管１
内に所定量ずつ供給するとともに、RF発生電源
１４を100Wで作動させて反応管１内にプラズマ
を発生させ、ウエーハ表層部のエツチング（プラ
ズマエツチング）を行なう。たとえば、シリコン
（Si）を5000Å前後エツチングする場合には４〜
５分要し、シリコンナイトライド（Si₃N₄）を
2000Å前後エツチングする場合には２分要する。

ところで、エツチング時にはラジカルな反応生
成物（化学種）が常に発生する。そして、これら
の反応生成物の一部はSi、Si₃N₄と反応し、エツ
チングを促進するが、一部はラジカルな状態から
安定な状態に移行する。この移行時に放出される
光は物質によつてその周波数が特定される。そこ
で、この光をデイテクタ１６によつて放射スペク
トルとして検出し、その光強度が弱まつた時点で
反応を終了させる。たとえば、光強度は前記記録
計によつて第２図で示すようなグラフに描かれ
る。このグラフで分かるように、エツチング反応
時には多量の光を発するため処理前期および中期
では光強度は強いが、処理後側では光強度は急激
に低下する。そして、T₀時間（反応終点）以後
は光強度は極めて小さくなるとともに、その値は
ほぼ一定となる。これは、ウエーハのエツチング
処理が終了したことを示す。なお、いつまでも光
強度が低数値を示す理由としては、不所望なウエ
ーハ部分および反応管内壁がエツチングされてい
ることを示す。

そこで、光強度が弱まつたT₀時又はそれより
もわずかに多い時間経たT₁時に制御装置１８を
用いて自動的にプラズマエツチングを終了させ
る。

このようなプラズマエツチング装置によれば、
エツチング反応時に生ずる化学種が安定化への移
行時に発生する光を放射スペクトルとして検出
し、かつその光強度が弱まつた時点で反応終点を
検出している。したがつて、常に正確な反応終点
を検出できるので、エツチング反応処理終了時を
適正、たとえば、T₀時又はT₁時に設定でき、必
要以上のエツチング過多やエツチング不足などは
生じない。

つぎに、本発明の実施例に従つたプラズマエツ
チング装置を説明する。この実施例は第３図に示
すものであるが、反応終点を検出するモニタ機構
が前記第１図に示した本発明の前提となつた装置
と異なるものである。そこで、前記第１図の装置
と同様な構造および作用をする各部の説明は省略
するが、説明上前記第１図の装置と同様な名称お
よび指示番号で示す。本発明の実施例では、反応
管１を両側から挾むように光源２０およびフオト
セル等からなるデイテクタ２１を１個ずつ配設し
ておく。そして、光源２０から発した光をデイテ
クタ２１で検出し、この光が反応管１内のプラズ
マ中で吸収される程度を測定する。すなわち、エ
ツチング反応時に発生するラジカルな化学種が安
定な状態で移行する際放出する光に対応する周波
数を有する光をプラズマ中に照射し、再び化学種
をラジカル化する。この際、光の一部はプラズマ
中で吸収され、この吸収度はエツチング反応時に
強く、ウエーハにおけるエツチング反応が終了す
るにつれて弱くなる。そこで、デイテクタ２１に
よつて吸収スペクトルの強度を測定し、記録計１
９で第４図に示すようなグラフを描くとともに、
グラフで示すT₀時に制御装置１８によつてRF発
生電源１４を停止させてエツチング反応を終了さ
せる。また、全てのウエーハが確実にエツチング
されるように、反応終点（T₀）からわずかに時
間が経過したT₁時にRF発生電源１４を停止させ
るようにしてもよい。

このような実施例によれば、正確に反応終点を
知ることができるので、正確確実なエツチング処
理を施こすことができるとともに、不良品をつく
るようなこともなくなる。

なお、前記吸収スペクトルを検出する場合に
は、検出感度を向上させるため、光源位置に鏡を
設け、光の多重反射を行なわせてプラズマ中での
吸収強度を増大させて検出するようにしてもよ
い。

さらに、本発明はこの実施例に限定されない。

以上のように、本発明のプラズマエツチング装
置によれば、全ての被処理物は正確確実にエツチ
ングされ、エツチング過多による不良品の発生は
生じさせない。このため、歩留が向上する。ま
た、エツチング不足も発生しないので、従来のよ
うに、再度エツチングを行なうなどの必要もなく
なり、作業性が向上する。

さらに、本発明の装置では、従来の質量分析装
置を組み込んだ装置に較べて機構および操作が簡
単でかつ安価となるなどの効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の前提となつたプラズマエツチ
ング装置の概要を示す概要図、第２図はエツチン
グ反応時に発せられる光の強度と反応時間との関
係を示すグラフ、第３図は本発明の実施例に用い
るプラズマエツチング装置の概要を示す概要図、
第４図は反応雰囲気中に照射した光の吸収度と反
応時間との関係を示すグラフである。 １……反応管、２……ウエーハ、３……治具、
４……キヤツプ、５……排気管、６……ベント、
７……真空ポンプ、８……真空計、９……供給
管、１０……ボンベ、１１……流量調整バルブ、
１２……ストツプバルブ、１３……RFコイル、
１４……RF発生電源、１５……RFマツチング機
構、１６……デイテクタ、１７……アンプ、１８
……制御装置、１９……記録計、２０……光源、
２１……デイテクタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 物品表面の被処理物質をプラズマ放電を用い
   てエツチングすることができるプラズマエツチン
   グ装置において、反応に関与する化学種の励起状
   態から安定状態に移行する際に放出する光に対応
   する光をプラズマ中に照射する照射部と、この照
   射部から照射される光の照射前の強度とプラズマ
   透過後の強度とを比較検出する検出部と、この検
   出部によつて検出された信号を増幅する増幅部
   と、この増幅部によつて増幅された信号にもとず
   き高周波発生電源を制御する制御部とを有するプ
   ラズマエツチング装置。