JPH0456144A - エッチング装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、真空チャンバ内に収納された被エツチング
基板のエツチング深さをリアルタイムで測定する機構を
備えた反応性イオンエツチング装置に関する。

（従来の技術） 一般に、半導体の製造過程におけるエツチングにはウェ
ットエツチングとドライエツチングがあるが、超精密半
導体の微細加工には微細なマスクパターンにしたがって
シリコン基板からなる被エツチング基板に垂直にエツチ
ングできる性質を有するドライエツチングが広く用いら
れている。

超微細加工を行う′ドライエツチング装置においては、
単にマスクパターン通りに被エツチング基板をエツチン
グするだけではなく、エツチング深さをリアルタイムで
測定しながら正確にエツチングを行うことが要求される
。

この様な、被エツチング基板のエツチング深さをリアル
タイムで測定する機構を備えたドライエツチング装置と
しては、従来より特開昭６１−２９０３０８号公報に開
示された構造のものが知られている。このドライエツチ
ング装置は、石英製の窓部材を有し、接地された真空チ
ャンバと、この真空チャンバ内に配置され、試料を保持
するための高周波電極と、この電極に高周波電力を通電
して前記真空チャンバとの間にプラズマを発生させるた
めの高周波電源と、前記真空チャンバの外部に設けられ
、エツチング中の試料表面に前記観察窓を通して６３３
ｎｍより短い波長のコヒーレント光を照射する手段と、
前記試料から反射回折する光を検出する手段と、検出し
た信号を電気信号に変換して処理演算により該試料のエ
ツチング深さを測定する手段とを具備した構造になって
いる。

上記構成のエツチング装置において、エツチング処理を
繰り返すと、エツチングによって発生した反応生成物が
観測窓の透光性窓部材の表面に付着堆積する。したがっ
てこのままの状態でこの窓部材を使用し続ければ、やか
で観測窓を通過する反射回折光の強度は減少し、正確な
エツチング深さの測定が困難となる。

（発明が解決しようとする課題） この様に、従来のエツチング装置は、エツチング処理を
繰り返す二とて窓部材が汚れるとエツチング深さを正確
に測定することが出来なくなるということがあった。

この発明は上記課題を解決するためになされたもので、
観測窓を形成する窓部材の汚れを検知して、この汚れが
基準値以上に達したならば、汚れた窓部材を自動的に清
潔な窓部材に交換し、常に正確にエツチング深さを測定
できるようなエツチング深さ測定装置を提供するもので
ある。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） この発明は、内部において被エツチング基板にエツチン
グが行われる真空チャンバと、前記真空チャンバの壁部
に設けられた光透過性の窓部材と、前記真空チャンバの
外部に配置され、レーザ光を前記窓部材を通過させて前
記被エツチング基板に照射するためのレーザ発振器と、
前記被エツチング基板からの反射回折光の強度を検出し
、その検出信号に基づいてエツチング深さを測定するエ
ツチング深さ測定手段と、前記測定手段で測定された検
出信号と予め設定された基準信号とを比較して窓交換時
を判断する窓交換判断部と、前記窓交換判断部の判断に
基づいて窓の交換を上記真空チャンバの減圧状態を維持
しつつ行う窓交換機構とを有することを特徴とする。

この様な構成によれば、窓部材が反応生成物の付着堆積
等により汚れると、そのことか被エツチング基板からの
反射回折光の強度変化によって検出されるから、その検
出信号に基づいて窓交換機構が駆動されて窓部材を自動
的に交換する。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明
する。

第１図はこの発明の一実施例を示す反応性イオンエツチ
ング装置の概略図である。

反応性イオンエツチング装置は被エツチング基板５を収
納する真空チャンバ１を有する。この真空チャンバ１内
には、上方に一方の電極２と下方に他方の電極３が対向
して配置されている。

方の電極２の中央部にはレーザ光が通過する透孔２ａが
穿設され、接地されている。他方の電極３は上面に被エ
ツチング基板５が載置されるとともに、高周波電源４が
接続されている。他方の電極に対応する真空チャンバ１
の壁（土壁）には後述するごとく石英製の光透過性窓部
材２７からなる観測窓６が配置されている。なお、前記
真空チャンバ１には反応性ガスを真空チャンバ１内に供
給するためのガス供給管１７および真空チャンバ１内の
ガスを排気するための排気管１８がそれぞれ設けられて
いる。

また、真空チャンバ１の外部上方にはレーザ発振器７が
配置されている。レーザ発振器７から放出されるレーザ
光Ｑの光路には、レーザ光Ｑを前記窓部材２７及び前記
一方の電極の透孔２ａを通して、前記他方の電極３上の
被エツチング基板５に対してほぼ垂直に照射するための
反射ミラー８が配置されている。前記被エツチング基板
５からの反射回折光Ｑ−の強度は検出器９によって検出
され、その検出信号は信号処理装置１０に送られる。

信号処理装置１０は、エツチング深さモニタ一部１１と
、窓交換判断部１２と、基準値記憶部１３とからなる。

検出器９からの検出信号は、まずエツチング深さモニタ
一部１１に送られる。エツチング深さモニタ一部１１は
送られてきた検出信号に基づいてエツチング深さを測定
し、その測定値をエツチング装置制御部１４と、窓交換
判断部１２とに送る。エツチング装置制御部１４はエツ
チング深さモニタ一部１１からの検出信号に基づいてエ
ツチングを制御する。窓交換判断部１２は予め設定され
基準値記憶部１３に記憶されている基準信号と、エツチ
ング深さモニタ一部１１から送られてきた検出信号とを
比較して窓部材２７が所定以上に汚れているか否かを判
断する。比較した結果、検出信号の強さが基準値以下、
つまり窓部材２７か基準以上に汚れていれば、そのこと
を示す信号をエツチング装置制御部１４と窓交換機構制
御部１５とに送る。

エツチング装置制御部１４はその時点でのエツチング処
理が終了すると、窓交換機構制御部１５に、窓部材２７
を交換させる信号を送る。それによって、窓交換機構制
御部１５は後述する窓交換機構１６を作動させて、汚れ
た窓部材２７を清潔な窓部材２７に交換するのである。

窓交換判断部１２における比較の方法を第２図（ａ）（
ｂ）を用いて詳しく説明する。窓部材２７が汚れていな
い状態では検出器９によって検出される検出信号は、第
２図（ａ）に示すように、時間の経過とともに振幅か減
衰する減衰曲線Ａとして得られる。また、窓部材２７が
汚れている状態においても、第２図（ｂ）に示すように
、時間とともに振幅は減衰する減衰曲線Ｂとして得られ
る。しかしながら、減衰曲線ＡとＢとては、検出信号の
強度を示す初期振幅Ｈ８とＨ２とが大きく相違する。す
なわち、窓部材２７が汚れている場合の初期振幅Ｈ１は
、清潔な場合の初期振幅Ｈ６に比べて小さい。また、そ
の初期振幅Ｈ１は窓部材２７の汚れ度合いが大きくなれ
ばなるほど小さくなる。そこで、窓が汚れたときの最初
の振幅として窓部材が汚れていない時の初期振幅Ｈ８よ
りも小さな値を基準値Ｔとして、基準値記憶部１３に記
憶しておけば、基準値Ｔとモニタ一部１１からの検出信
号とが窓交換判断部１２で比較されることで窓部材交換
時を判断できる。すなわち、検出信号である減衰曲線Ｂ
の初期振幅Ｈ１が基準値Ｔより小さくなったときには、
その時点でのエツチング処理の終了時を窓交換時とする
のである。

上記窓交換機構１６を第３図乃至第５図を参照して詳し
く説明する。すなわち、第４図に示すように前記真空チ
ャンバ１の上端部は開口していて、この開口部には、蓋
体１９がその縁部をＯリング２２を介して気密に接合さ
せて設けられている。この蓋体１９内には上下駆動用シ
リンダ２０が、シリンダロッド２１の一端側を蓋体１９
の上面から垂直に突出させて、一体的に設けられている
。第５図に示すように、シリンダロッド２１の一端には
窓ホルダー２３の中心部の下面がスラスト軸受２４を介
してシリンダロッド２１に対して回転自在に設けられて
いる。すなわち窓ホルダー２３は蓋体１９に対して上下
移乗自在かつ回転自在に保持されている。窓ホルダー２
３は第３図に示すように円盤状に形成されていて、窓ホ
ルダー２３の外周より小さい同一円周上に、窓部材２７
を保持するための４つの保持孔２５が周方向に９０度間
隔で穿設されている。また、窓ホルダー２３の下面には
保持孔２５の周部に環状突部２３ａが設けられている。

保持孔２５は第４図に示すように段差部２５ａを有する
断面円形の通孔である。そして各保持孔２５の段差部２
５ａには、例えば石英等の光透過性の材料で作られた窓
部材２７が第１の環状シール２６ａを介し気密に接合さ
れ、押えフランジ３６によって保持固定されている。上
記蓋体１９には、厚さ方向に貫通した一つの窓用透孔２
８と、上面に解放した三つの凹部３４が上記４つの保持
孔２５と対応して形成されている。

第５図に示すように、窓ホルダー２３の上面の中心部に
は、外周面にスプラインか施されたスプライン軸３０が
、円盤状の受部材２９を介して垂直に設けられている。

スプライン軸３０の上端側はスプライン軸受３５にスラ
イド自在に挿通されている。このスプライン軸受３５は
上端面か解放した筒状のホルダ３２内に一対のラジアル
軸受３３．３３によって回転自在に支持されている。

このホルダ３２はＬ字状に形成されたブラケット３７の
一端部に取り付けられている。このブラケット３７の他
端部は上記真空チャンバ１の周壁部に固定されている。

上記ブラケット３７の角部には第４図に示すようにパル
スモータ３９がモータブラケット３８によって取り付け
られている。上記パルスモータ３９の回転軸には第１の
プーリ４０が外嵌固定されている。上記スプライン軸受
３５のホルダ３２から突出した端部には第２のプーリ４
１が外嵌固定されている。上記第１のプーリ４０と第２
のプーリ４１との間にはベルト４２か張設されている。

したがってパルスモータ３９か作動すれば、その回転か
スプライン軸受３５とスプライン軸３０を介して上記窓
ホルダ２３に伝達される。また、上下駆動シリンダ２０
が作動すれば、窓ホルダ２３の上下動に連動してスプラ
イン軸３０がスプライン軸受３５をスライドする。

つまり、窓ホルダ２３は回転駆動と上下駆動される構成
となっている。

第４図において窓ホルダ２３が下降したときの状態を二
点鎖線で表す。すなわち、窓ホルダ２３が下降したとき
には上記窓用透孔２８の上端部に窓ホルダ２３の下面に
設けられた４つの環状突部２３ａのうちの１つが嵌合し
、残りの３つは上記各凹部３４に嵌合する。窓ホルダー
２３の下面部が蓋体１９の上面に接合すると上記窓用透
孔２８の上面開口はこの周辺部に設けられた第２の環状
シール２６ｂを介して窓部材２７により気密に閉塞され
る。

上記窓用透孔２８の下端の開口はゲートバルブ４３によ
って開閉される。このゲートバルブ４３は窓用透孔２８
の軸線と直交する方向に形成された図示しないスライド
溝に沿ってスライド自在に設けられ、同じく図示しない
シリンダによりスライド駆動されるようになっている。

このゲートバルブ４３が閉じたときには、窓用透孔２８
の下端部の内面に設けられたフランジ部２８ａの上面と
ゲートバルブ４３の下面が第３の環状シール４４を介し
て気密に接合し、真空チャンバ１内を窓用透孔２８と気
密に遮断する。そして、この状態において、窓交換ホル
ダー２３が下降して蓋体１９上面と接合し、窓用透孔２
８の上端開口が窓部材２７によって気密に閉塞されると
、第３図に示すように窓用透孔２８に連通された排気管
４５と吸気管４６を介して、図示しないポンプにより上
記窓用透孔２８の内部空間を真空に近い減圧状態にした
り、その減圧状態を解除したりできるようになっている
。

つぎに、蓋体１９の窓用透孔２８内で使用され汚れた窓
部材２７を、洗浄するための窓部材洗浄機構５１を第３
図、第６図を参照して説明する。

窓部材洗浄機構５１は第６図に示すように窓用透孔２８
に対して窓ホルダ２３の第３図に矢印で示す回転方向の
隣に位置する１つの四部３４に対応する部分の蓋体１９
の内部に設けられる。つまり上記四部３４は、洗浄室４
７に形成され、この洗浄室４７に対応する蓋体１９内部
には駆動部４８が収納される空洞４９が設けられている
。洗浄室４７は上端を蓋体１９の上面に解放させて設け
られていて、窓ホルダー２３が降下した時は洗浄室４７
の上端の開口に窓ホルダー２３の環状突部２３ａの１つ
が嵌合するとともに第４の環状シール５０を介して窓ホ
ルダー２３の下面が蓋体１９の上面に気密に接合するの
である。つまり、洗浄室４７の上面開口は、窓ホルダ２
３を介して保持孔２５に保持された汚れた窓部材２７に
よって閉塞される。上記洗浄室４７には円盤状のブラシ
ホルダ５３の上面に植設されたブラシ５２が設けられて
いる。このブラシホルダ５３の下面には回転軸５６が垂
設されている。この回転軸５６は洗浄室４７から上記空
洞４９へ防水パツキン６０を介して液密かつ回転とスラ
イドとが自在な状態で貫通されている。この回転軸５６
の空洞４９に突出した部分は上記駆動部４８を構成する
ケース５８の一端部に設けもだ軸受５９に回転自在に支
持されている。この回転軸５６の下端部には従動プーリ
６４が嵌着固定されている。この従動プーリ６４と上記
ケース５８に保持された駆動モータ６１の駆動軸６２に
嵌着固定された駆動プーリ６３との間にはベルト６５が
張設されている。したがって、上記回転軸５６は駆動モ
ータ６１によって回転駆動されるようになっている。

上記ケース５８の他端部にはブラケット部７３が設けら
れている。このブラケット部７３の端部は上記空洞４９
内に設けられたシリンダ６６のロッド６７に連結されて
いる。また、ブラケット部７３の中途部には受は部材７
４が設けられている。この受は部材７４は上記空洞４９
内にシリンダ６６と軸線を平行にして設けられたリニア
ガイド６８にスライド自在に係合している。したがって
、シリンダ６６が作動すればケース５８とともに回転軸
５６か軸方向に上下動するようになっている。

上記ブラシホルダ５３には上面に開口した多数の噴出孔
５４が設けられている。これら噴出孔５４はブラシホル
ダ５３内に設けられた集合孔５５を介して上記回転軸５
６の軸方向に穿設された供給孔５７に連通している。回
転軸５６の下端において、上記供給孔５７には洗浄水の
給水管７７の一端部が回転自在な状態で液密に接続され
ている。この給水管７７の他端は図示しない給水源に接
続されている。したがって、汚れた窓部材２７を上記ブ
ラシ５２で洗浄するとき、上記噴出孔５４からは洗浄水
を噴出させることができるようになっている。

また、洗浄室４７内には窓部材２７の表面を乾燥させる
ための熱風を供給する一対の熱風供給管６９が有効に熱
風をふきつけられる方向に向けて開口されている。また
洗浄に使われた洗浄水や乾燥用の熱風は洗浄室４７の底
面部に設けられた排水管７０により排水される。

この様な構成によれば、第１図に示すように、他方の電
極３上に被エツチング基板５を載置し、排気管１８に連
結した図示しないポンプを作動して真空チャンバ１内を
所定の真空度とするとともに、ガス供給管１７から所望
の反応性ガスを真空チャンバ１内に供給した後、高周波
電源４から高周波電力を前記他方の電極３に印加する。

それによっ゛て前記他方の電極３と接地された一方の電
極２の間で放電がなされ、その領域にプラズマが発生す
るとともに、プラズマ中のイオンが他方の電極３に加速
して衝突され、反応性イオンエツチングがなされる。反
応性イオンエツチングに際して、レーザ発振器７からレ
ーザ光Ｑを発振し、反射ミラー８で反射させて、光透過
性の窓部材２７を通して真空チャンバ１内の他方の電極
３上の被エツチング基板５表面に対してほぼ垂直に照射
し、その反射回折光Ｑ′を検出器９で検出し、その検出
信号をエツチング深さモニタ一部１１で処理されること
によってエツチング深さが測定される。

被エツチング基板５からの反射回折光Ｑ−の強度が基準
値記憶部１３に記憶された基準値Ｔ以下である場合には
、窓交換判断部１２は窓部材２７の交換が必要であると
いう信号をエツチング装置制御部１４と窓交換機構制御
部１５へ送る。

そして、窓交換機構制御部１５は、現時点のエツチング
処理が終了した信号を上記エツチング装置制御部１４か
ら受けると、ただちに窓部材２７を交換するように、窓
交換機構１６に指令を送るのである。

窓交換機構１６は窓交換の指令を受けたならばシーケン
ス制御により一連の動作を行う。すなわち、真空チャン
バ１の蓋体１９に設けられている窓用透孔２８のゲート
バルブ４３を閉じて真空チャンバ１を遮断し、この窓用
透孔２８内に、吸気管４６から図示しないＮ２ガス供給
源よりＮ２ガスを流し込んで、窓用透孔２８内を大気圧
にもどす。そして上下駆動用シリンダ２０のシリンダロ
ッド２１により窓ホルダ２３を蓋体１９上面に接合した
状態から第４図に実線で示す状態に上昇させる。窓ホル
ダ２３が上昇したならばパルスモ−タ３９を作動させて
窓ホルダ２３を９０度たけ回転させ、ｔ９れていない窓
部材２７を窓用透孔２８の上方に持ってくる。そしてシ
リンダロッド２１を降下させ、窓ホルダ２３を蓋体１９
上面に接触させる。次いで、図示しないポンプにより窓
用透孔２８内を減圧状態にすると、窓ホルダ２３と蓋体
１９は密接に接合する。その後ゲートバルブ４３を開き
、再びエツチングを行える状態になったならば、エツチ
ング制御装置１４に、窓交換制御部１５から窓部材２７
の交換か終了したという信号を送り、エツチングを再開
させる。

この様に窓ホルダ２３か回転して、窓用透孔２８の上端
に汚れていない窓部材２７が装着されると、同時に、汚
れた窓部材２７は洗浄室４７のするブラシホルダ５３か
、駆動部４８の収められたケース５８ごとシリンダ６６
のシリンダロッド６７によって上方へ持ち上げられ、ブ
ラシ５２か窓部材２７の内面に接触する。そしてブラシ
ホルダ５３に設けられた複数個の噴出孔５４から、図示
しない給水源より供給された洗浄水か噴出するとともに
、ブラン５２およびブラシホルダ５３は、ケース５８内
に設けられた駆動モータ６１によって回転することによ
って、窓部材２７の内面は洗浄されるのである。洗浄か
終了するとブラシ５２の回転および洗浄水の噴出は止ま
り、シリンダ６６のシリンダロッド６７の降下にしたが
ってブラシ５２の上端面は窓部材２７内面から離間する
。

その後、熱風供給管６つにより熱風を窓部材２７の内面
に吹付は乾燥し、洗浄工程は完了するのである。

また、何回も洗浄を繰り返して窓部材２７を使用してい
くうちに窓部材２７が傷等によって劣化する。そのため
、窓部材２７を交換してから反射回折光の強さが一回目
のエツチングで基準値Ｔ以下となることが考えられる。

そのような場合、その窓部材２７が劣化していると判断
し、そのことをブザーやパイロットランプなどで知らせ
たり、あるいはメツセージが出るようにしておくととも
に、インターロックをかけてエツチングが出来ないよう
にして劣化した窓部材を交換すれば良い。

なお、この発明は上記実施例に限定されない。

例えば、本実施では窓ホルダは円盤状であるが、矩形板
状でもかまわないし、窓部材保持孔の形状も長方形など
であってもかまわないであろう。

さらに、窓ホルダに保持される窓部材の数は４つに限ら
れず、しかも窓部材を交換する機構や洗浄する機構も上
記一実施例に限定されるものではない。さらに、窓部材
を洗浄する方法としては、エツチングによって窓部材に
付着した反応生成物を除去するようにしても良い。

［発明の効果］ この発明は上記のように構成されているので、エツチン
グにより発生した反応生成物が窓部材に付着堆積しても
、測定不可能となる前に、反射回折光の強度から判断し
て自動的に窓部材を交換することかできる。よって、常
にエツチング深さを正確に測定することかできるから、
それによってエツチングを高精度で行える。また、窓部
材交換時に真空チャンバ内の減圧状態を解除しないで行
えるので、生産性に大きく影響を及ぼすことかない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略構成図、第２図（ａ
）および第２図（ｂ）は同しく被エツチング基板からの
反射回折光の強度検出信号を表す波形図、第３図は同じ
く窓交換機構の、平面図、第４図は同じく窓交換機構の
側断面図、第５図は同じく窓交換機構のスプライン軸周
辺の拡大して示す側断面図、第６図は同じく窓部材洗浄
機構の断面図である。 １・・・真空チャンバ、２・・・一方の電極、３・・・
他方の電極、４・・・高周波電源、７・・・レーザ発振
器、６・・・観測窓、９・・・検出器、１１・・・エツ
チング深さモニタ一部、１２・・・窓交換判断部、１６
・・・窓交換機構 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第 国 工・ブナング時間 （ａ） エツチング＠藺 （ｂ） 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部において被エッチング基板にエッチングが行われ
   る真空チャンバと、前記真空チャンバの壁部に設けられ
   た光透過性の窓部材と、前記真空チャンバの外部に配置
   され、レーザ光を前記窓部材を通過させて前記被エッチ
   ング基板に照射するためのレーザ発振器と、前記被エッ
   チング基板からの反射回折光の強度を検出し、その検出
   信号に基づいてエッチング深さを測定するエッチング深
   さ測定手段と、前記測定手段で測定された検出信号と予
   め設定された基準信号とを比較して窓交換時を判断する
   窓交換判断部と、前記窓交換判断部の判断に基づいて窓
   の交換を上記真空チャンバの減圧状態を維持しつつ行う
   窓交換機構とを有することを特徴とするエッチング装置