JPH03185825A - 半導体ウェハ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマを利用した半導体ウェハの処理技術、
特に、プラズマ条件を把握してエツチングなどの処理を
最適に行うために用いて効果のある技術に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

例えば、シリコンなどから戒る半導体基板に所望のパタ
ーンを形成しようとする場合、通常、光蝕刻法が用いら
れる。このための装置として、プラズマエツチング装置
があり、低圧反応性ガスで満たされた処理室に一対の電
極を配置し、この電極間でかつ一方の電極に近接させて
感光済みのウェハを設置し、電極間に高周波電力を印加
し、その際に生じるプラズマを用いてパターン懲戒を行
う構成がとられている。

プラズマ処理装置については、特開昭６４−２３５３６
号公報に記載されているものがある。

ところで、本発明者は、プラズマの諸量の変動に起因す
るエツチング特性の変動について検討した。

以下は、本発明者によって検討された技術であり、その
概要は次の通りである。

第８図は半導体ウェハ処理装置としてのプラズマエツチ
ング装置の構成例を示すものである。

密閉状態にされた内部に低圧反応性ガス（四フッ化炭素
：ＣＦａ　など）が満たされるエツチング処理室１には
、上下に一対の電極２．３が設置され、この電極３上に
ウェハ４が配設される。電極３は接地され、この電極３
と電極２との間には、プラズマ６を発生、させるための
高周波電源５が接続されている。

エツチング処理室１には、供給する低圧反応性ガス８の
量を調整するための流量制御装置７が接続され、さらに
エツチング処理室１内のガス圧を検出するために圧力計
９が取付けられている。また、エツチング処理室ｌ内を
真空にするために、圧力調整弁１１を介して真空ポンプ
１０が接続されている。

以上の構成において、エツチングを行うに際しては、ウ
ェハ４をエツチング処理室１の電極３上にセットし、圧
力調整弁１１を開けて真空ポンプ１０を稼働させ、エツ
チング処理室１内の空気を排出すると共に、低圧反応性
ガス８をエツチング処理室ｌ内に導入し、エツチング処
理室１内を低圧に保持する。エツチング処理室１内の圧
力は、常時圧力調整弁１１によって検出され、その検出
値が所望値になるように、不図示の制御装置によって圧
力調整弁１１の開度が調整される。

ここで、高周波電源５を作動させ、電極２と電極３間に
高周波電力を印加すると、エツチング処理室１内にプラ
ズマが発生し、このプラズマが低圧反応性ガス８の化合
物を分解し、活性な遊離電子を発生させ、ウェハ４の表
面に化学反応を生じさせる。例えば、低圧反応性ガス８
がＣＦ　ｓ　の場合、プラズマによってＣＦ、が放電し
、活性なフッ素ラジカルＦを発生させ、Ｓｉ、５ｉｎ２
．　ＳｉＮ、などと反応し、これによって揮発性のＳｉ
ｎ、が生じ、そして蒸発する。この蒸発部分がエツチン
グされた部分となる。

この場合、放電条件は、処理ガス（種類及び流量）、高
周波型Ｉ！ｉｉ＜電力量及び周波数）、エツチング処理
室ｌの構造（形状、材質）、電極２．３（径及び間隔）
などによって決定される。したがって、所望のエツチン
グ特性を得るためには、前記の各諸量が最適になるよう
な設計をする。また、エツチング時においては高周波電
源の電力量及び処理ガスの流量を手動によって最適にな
るように調整することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記の如き構成の半導体ウェハ処理装置にお
いては、エツチングが最適に行われたか否かをリアルタ
イムに検出する手段がなく、試験用のウェハで最適なエ
ツチングが得られるように高周波電力及びガス供給量を
設定し、これを基に実際のエツチング処理を行うように
しているため、途中で放電条件が変化（例えば、電極へ
の異物付着、高周波インピーダンスの変化などが原因〉
しても、その把握も対処もできず、安定なエツチング処
理を継続させることが難しいという問題のあることが本
発明者によって見出された。

そこで、本発明の目的は、動作中における放電条件の検
出を可能にし、プラズマの状態を把握できるようにした
半導体ウェハ処理技術を提供することにある。

本発明の前記目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び
添付図面から明らかになるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、以下の通りである。

すなわち、低圧反応性ガスの雰囲気中に配設された一対
の電極間に高周波電力を印加し、その際に生じるプラズ
マを利用して前記電極間に配設された半導体ウェハにエ
ツチングなどの処理を施す半導体ウェハ処理装置であっ
て、前記雰囲気中にプラズマの諸量を検出する静電探針
を設置するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、半導体ウェハの表面と、これに
接するプラズマとの相互作用でなされるエツチングなど
の処理は、プラズマ密度、プラズマ電位、電子温度など
のプラズマ諸量の変動に応じて影響を受けるが、このプ
ラズマ諸量は静電探針を低圧反応性ガスの雰囲気中に配
設することにより検出することができる。したがって、
このプラズマ諸量の検出から、現状のプラズマ状態を把
握し、さらには高周波電源やガスの流量制御装置の制御
を行うことが可能になり、エツチング条件などの最適化
を効率よく行うことが可能になる。

〔実施例１〕 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明による半導体ウェハ処理装置の主要部を
示す構成図、第２図はその静電探針等の概略断面図であ
る。第１図においては、第８図に用いたと同一であるも
のには同一引用数字を用いたので、以下においては重複
する説明を省略する。

エツチング処理室ｌの電極２．３の間の空間内あるいは
該空間に隣接する空間に露出させて、静電探針１２がエ
ツチング処理室１の側壁に固定設置されている。この静
電探針１２によって、放電条件を左右する要素であるプ
ラズマ密度、電子温度、プラズマ電位などを検出するこ
とができる。

静電探針１２は、第２図に示すように、棒状の電極１３
、及びこの電極１３をエツチング処理室ｌに絶縁して固
定保持するための絶縁体１４から構成されている。電極
１３は、化学的な影響を受けにくい白金などが用いら、
れる。

そして、静電探針１２には、不図示の検出装置あるいは
信号処理装置が接続され、検出したプラズマ密度、電子
温度、プラズマ電位などを使用に適した電圧または電流
の形に変換される。したがって、処理結果を指示計に指
示させ、更には画像処理を行ってＣＲＴなどに画像表示
を行うことが可能になる。すなわち、従来は、ウェハ４
をエツチング処理室１から取り出した後に、そのエツチ
ング状況からプラズマ状態を推定していたが、本発明に
よれば、ウェハ４に対して処理が行われている時のプラ
ズマ状態を遅延なしに監視（モニタ）することが可能に
なる。

さらに、静電探針１２の検出情報を処理し、その結果に
基づいて高周波電源５及び流量制御装置７を制御し、又
はこれらの一方を制御するアルゴリズム及びシステムを
構築することにより、最適なウェハ処理を行うための最
適なプラズマ状態を自動的に懲戒することが可能になる
。

なお、静電探針１２は、エツチング処理室ｌ内に常時露
出させたままにしておくと、表面に異物が付着し、その
特性が劣化するので、前後進（あるいは水平回転）が可
能な駆動機構を設け、静電探針１２をエツチング処理室
ｌの外あるいは異物の付着しにくい位置に後退（または
移動〉させることができるようにしている。

また、静電探針１２は、固定したままプラズマ状態を検
出を行うものとしたが、ウェハ４の上方を遮るように回
転させることにより、更に実際の使用状況にかなう検出
を行うことができる。

〔実施例２〕 第３図は本発明の他の実施例を示す斜視図であり、第４
図は静電探針の詳細を示す断面図である。

本実施例においても、第８図に用いたと同一であるもの
には同一引用数字を用いたので、以下においては重複す
る説明を省略する。

本実施例は、前記実施例が静電探針をエツチング処理室
ｌ内に露出させていたのに対し、接地側の電極３に複数
（第３図では３個）の静電探針１５を埋め込むようにし
たものである。静電探針１５の各々は、第４図に示すよ
うに、電極３との電気的接続が生じるのを防止するため
に絶縁体１６を介して電極３に取付けられている。

この実施例によれば、静電探針１５がウェハ４の直下に
あり、かつ複数の各々が個別に検出するため、正確なプ
ラズマ状態を検出することができる。すなわち、電極３
に設けられているので、電極３に入射するイオン化電流
密度分布を得ることができ、これにゝ基づいてエッチレ
ートなどのエツチング特性分布の管理が実際の使用状況
に近い状態で行うことが可能になる。

次に、第３図の構成を用いて実施した結果を第５図及び
第６図に示す。ここでは、静電探針１５を５個（静電探
針１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ）とし、第
７図に示すように、−直線上に２２．５ｗ間隔の配列と
している。

第５図は、複数の圧力値のもとての静電探針１５の位置
とイオン化電流密度〔μＡ／ｃｍ”）及びＳｉｎ、のエ
ッチレート〔人／ｍｉｎ〕の関係を示し、横軸の数字は
静電探針１５の通し番号を示している。また、第６図は
高周波電源５の高周波電力〔Ｗ〕に対するイオン化電流
密度〔μＡ／ｃｍ’）及び５ｉＯ７のエッチレート〔ｎ
ｍ／ｍ１ｎ）の関係を示している。なお、第６図での条
件は、次の通りである。

周波数：　４００ＫＨｚ ガ　　ス　：　　ＣＨＦ３　　　２　０　　ＳＣＣＭＣ
Ｆ４　　　１０３１０３ ＣＣ５０３ＣＣＭ 圧　　力　：　　０．５Ｔｏｒｒ 第６図から明らかなように、高周波電力を変えることに
よって、イオン化電流密度及び５１０２のエッチレート
が変化する。そして、これら変化は第５図に示すように
、各静電探針１５の設置位置及び圧力検出値に応じてリ
アルタイムに正確に検出される。したがって、この静電
探針１５による検出値を処理してプラズマ状態を知るこ
とにより、監視あるいはプラズマ条件の調整の自動的を
図ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることは言うまでもない。

例えば、第１図の実施例においては、棒状の静電探針１
２を用いるものとしたが、この他、例えは円板状や球状
であってもよい。

また、以上の説明では、主として本発明者によってなさ
れた発明をその利用分野であるプラズマエツチング装置
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、例えば、プラズ７　ＣＶ　Ｄ　（［：ｈ
ｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ口ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）　
　装置、プラズマアッシング装置などに適用することも
可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。

すなわち、低圧反応性ガスの雰囲気中に配設された一対
の電極間に高周波電力を印加し、その際に生じるプラズ
マを利用して前記電極間に配設された半導体ウェハにエ
ツチングなどの処理を施す半導体ウェハ処理装置であっ
て、前記雰囲気中にプラズマの諸量を検出する静電探針
を設置するようにしたので、プラズマ諸量の検出から現
状のプラズマ状態をリアルタイムに把握し、プラズマの
管理が可能になる。更には高周波電源やガスの流量制御
装置の制御を行うことが可能になり、従来のように経験
や勘に頼ったエツチング条件などの設定に代えて、条件
設定を計測値に基づいて最適に効率よく行うことが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体ウェハ処理装置の主要部を
示す構成図、 第２図はその静電探針等の概略断面図、第３図は本発明
の他の実施例を示す斜視図、第４図は本発明に係る静電
探針の詳細を示す断面図、 第５図は、複数の圧力値のもとでの静電探針の位置とイ
オン電流密度及びＳｉ２．のエッチレートの関係を示す
特性図、 第６図は高周波電源の高周波電力に対するイオン電流密
度及び５１０２のエッチレートの関係を示す特性図、 第７図は第５図及び第６図の測定に用いた静電探針の詳
細を示す平面図、 第８図は従来の半導体ウェハ処理装置としてのプラズマ
エツチング装置の一例を示す概略構成図である。 ｌ・・・エツチング処理室、２，３．１３・・・電極、
４・・・ウェハ、５・・・高周波電源、６・・・プラズ
マ、７・・・流量制御装置、８・・・低圧反応性ガス、
９・・・圧力計、１０・・・真空ポンプ、１１・・・圧
力調整弁、１２，１５．１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５
ｄ、１５ｅ・・・静電探針、１４．１６・・・絶縁体。 第１ 図 １２図 第３図 １６：絶縁体 第５図 イオン電流プローブ位置 → 第６図 高周波電力（Ｗ） −ン ↑ 第７図 第８５１１ １５ａ。 １５ｂ。 １５Ｃ。 １５ｄ。 １５１！。 ：静電探針

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．低圧反応性ガスの雰囲気中に配設された一対の電極
   間に高周波電力を印加し、その際に生じるプラズマを利
   用して前記電極間に配設された半導体ウェハにエッチン
   グなどの処理を施す半導体ウェハ処理装置であって、前
   記雰囲気中にプラズマの諸量を検出する静電探針を設置
   することを特徴とする半導体ウェハ処理装置。
2. ２．前記静電探針は、棒状、円板状、球状の何れか又は
   その組合せであることを特徴とする請求項１記載の半導
   体ウェハ処理装置。
3. ３．前記静電探針は、前記一対の電極の内の半導体ウェ
   ハが装着される側の電極に、電気的に絶縁して埋め込む
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハ処理装置
   。
4. ４．前記静電探針が、前記ウェハ上を検出時に回転移動
   することを特徴とする請求項３記載の半導体ウェハ処理
   装置。