JPH09232286A - ドライエッチング装置およびドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング装置およびドライエッチング方法

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JPH09232286A
JPH09232286A JP8037723A JP3772396A JPH09232286A JP H09232286 A JPH09232286 A JP H09232286A JP 8037723 A JP8037723 A JP 8037723A JP 3772396 A JP3772396 A JP 3772396A JP H09232286 A JPH09232286 A JP H09232286A
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bell jar
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vacuum bell
vacuum
dry etching
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Takeisa Ogura
毅勇 小倉
Yoji Bito
陽二 尾藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドライエッチング装置において、真空ベルジ
ャの温度変化等によりエッチング特性が安定していなか
った。 【解決手段】 プラズマエッチング装置の真空ベルジャ
2にヒータ10を取り付け、エッチング処理ウェハ1枚
目の真空ベルジャ2の温度がウェハ5枚目以降の真空ベ
ルジャ2の温度になるように加熱する機構を有してい
る。その結果、真空ベルジャ2の温度を一定に保持する
ことにより、真空ベルジャ2内の雰囲気が安定し、枚葉
式のドライエッチング装置においても1枚目から安定し
たエッチング特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスの製
造装置と製造方法に関するものであり、特に枚葉式のド
ライエッチング装置およびドライエッチング方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体製造装置としてドライエッ
チング装置においては、枚葉式が主流となっている。従
来の枚葉式設備でウェハを連続で処理する場合、処理の
特性、例えばドライエッチング工程においては、エッチ
ング速度やエッチング速度のウェハ面内均一性、被エッ
チング物と下地あるいはレジストのエッチング速度比、
あるいはエッチング形状などが処理を重ねることにより
徐々に変化していく傾向がある。
【0003】以下、図面を参照しながら、従来のドライ
エッチング装置の一例について動作を説明する。
【0004】図5は従来のプラズマドライエッチング装
置の真空処理室の概略図である。図5において、1は被
エッチング物を堆積したウェハ、2は真空ベルジャ、3
はウェハを保持するステージ、4は真空排気口、5はガ
ス導入口、6は高周波電力の印加系、7は電極、8はグ
ランド、9はベント用ガスの導入口である。なお搬送機
構、真空計は省略している。
【0005】まず、被エッチング物を堆積したウェハ1
を真空ベルジャ2内のステージ3に搬送機構を用いて設
置する。次に真空ベルジャ2内を真空排気口4を通して
真空引きする。次に真空ベルジャ2内が所定の圧力まで
排気された後、ガス導入口5より所定の比率で混合され
たプロセスガスを真空ベルジャ2内に導入する。次に真
空ベルジャ2内が所定の圧力になった後、高周波電力の
印加系6より電極7に高周波電力が印加され、グランド
8との間でプラズマが生成される。そしてそのプラズマ
はウェハ1上に落下し、被エッチング物がエッチングさ
れる。次に所定の時間エッチングされた後、再度、真空
排気口4を通して真空引きされる。その後、ベント用ガ
ス導入口9よりベントガス(窒素など)を導入して、真
空ベルジャ2内を大気圧にする。そして搬送機構を用
い、エッチング済みのウェハ1を搬出するものである。
【0006】以上がウェハ1枚当たりのエッチングされ
る流れであり、以降のウェハのエッチングについては前
記した動作を反復するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな構成では、真空ベルジャの温度変化が起こったり、
あるいは真空ベルジャ内に反応生成物が堆積する場合が
あった。そのため、そのような真空ベルジャからのアウ
トガスなどの影響により、処理の特性、例えばドライエ
ッチング工程においては、エッチング速度やエッチング
速度の均一性、あるいは、被エッチング物と下地あるい
はレジストのエッチング速度比などが処理を重ねること
により、徐々に変化し、エッチングばらつきが起こると
いう課題を有していた。
【0008】本発明は前記課題に鑑み、真空ベルジャの
環境を処理とともに変化することなく、常時安定になる
ようなドライエッチング装置およびドライエッチング方
法を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明のプラズマドライエッチング装置は、温度調節
機構を用い、処理中の温度で安定するように予め加温す
る、あるいは処理中でも低温を維持するように冷却する
ことができる構成を備えたものである。
【0010】また、真空処理室の温度を常時モニターす
る機構と自動制御機構とを備えているものである。
【0011】
【発明の実施の形態】前記構成のように、真空ベルジャ
の周りにヒータを取り付け、真空ベルジャをプロセス温
度付近の温度に加熱することにより、枚葉式エッチング
装置においても1枚目から安定したエッチング特性が得
られる。また真空ベルジャの周りに冷却ユニットを設け
ることにより、枚葉式エッチング装置においても1枚目
から安定したエッチング特性が得られる。
【0012】以下、本発明の一実施形態について、図面
を参照しながら説明する。まず本発明の第1の実施形態
について説明する。図1は本実施形態のプラズマドライ
エッチング装置の真空処理室の概略図である。図1にお
いて、1は被エッチング物を堆積したウェハ、2は真空
ベルジャ、3はウェハを保持するステージ、4は真空排
気口、5はガス導入口、6は高周波電力の印加系、7は
電極、8はグランド、9はベント用ガスの導入口であ
る。また本実施形態では、10は真空ベルジャ2を加熱
するヒータ、11は真空ベルジャ2の温度を測定する熱
電対を設けている。搬送機構、真空計は省略する。
【0013】まず、被エッチング物を堆積したウェハ1
を真空ベルジャ2内のステージ3に搬送機構を用いて設
置する。次に真空ベルジャ2内を真空排気口4を通して
真空引きする。これは真空ベルジャ2内の大気あるいは
水分を除去するもので、ロードロック室があれば、この
動作を短縮できるものである。次に真空ベルジャ2内が
所定の圧力まで排気された後、ガス導入口5より所定の
比率で混合されたプロセスガスを真空ベルジャ2内に導
入する。次に真空ベルジャ2内が所定の圧力になった
後、高周波電力の印加系6より電極7に高周波電力が印
加され、グランド8との間で、プラズマが生成される。
このプラズマが被エッチング物上に落下し、ウェハ1は
エッチングされる。そして所定の時間エッチングされた
後、再度真空排気口4を通して真空引きされる。その
後、ベント用ガス導入口9よりベントガス(窒素など)
を導入して真空ベルジャ2内を大気圧にする。その後、
搬送機構を用い、ウェハ1を搬出する。ただしロードロ
ック室があれば、真空ベルジャ2内は真空状態のままで
ウェハ1を搬出することができる。以上が本実施形態に
おけるウェハ1枚当たりのエッチングの流れであり、以
降のウェハについては前記の動作を反復するものであ
る。
【0014】ここで、本実施形態では、真空ベルジャ2
に加熱用ヒータ10を敷設している。すなわちヒータ1
0の温度は、ウェハ1を連続処理しているときの真空ベ
ルジャ2の温度になるように設定している。この温度
は、経験則によって求めることができる。また、真空ベ
ルジャ2の温度は熱電対により測定され、±5[℃]以
内になるようにヒータ10の温度調節器により調節して
いる。
【0015】本実施形態のように、真空ベルジャ2の周
りにヒータ10を取り付け、真空ベルジャ2をプロセス
温度付近の温度に加熱することにより、安定したエッチ
ング特性が得られるものである。図2は本実施形態のプ
ラズマエッチング装置における処理枚数に対する真空ベ
ルジャ2の温度とシリコンのエッチング速度の関係を示
す図である。今回用いたエッチング条件での真空ベルジ
ャ2の温度は約70[℃]であった。そこで反応熱など
による温度上昇分を考慮して、ヒータ10の温度を70
[℃]よりも5[℃]低い65[℃]に設定した時の結
果である。なお、設定温度についてはエッチング条件に
より適宜、設定するものであるが、所定のエッチング条
件で連続してエッチングした時の真空ベルジャの温度よ
りも5〜20[℃]低い温度に設定するものである。ま
た本実施形態では、真空ベルジャ2の周りにヒータ10
を取り付けているが、真空ベルジャ2に直接にヒータ1
0を取り付けず、間接的に真空ベルジャ2を加熱するよ
うな構造にしてもよい。ただし、図示したように、直接
的にヒータ10を取り付けたほうが、温度制御が容易で
ある。
【0016】図2において、白点で示しているように、
1枚目処理時の真空ベルジャ2の温度が70[℃]にな
るようにヒータ10の温度を設定しておくと、2枚目以
降の温度もほぼ安定して推移することがわかる。また黒
点で示しているように、シリコン、レジスト、酸化膜の
エッチング速度も1枚目からほぼ安定して推移すること
がわかる。
【0017】また真空ベルジャの周りにヒータを設けな
い従来のエッチング方式では、前記した図2の結果とは
異なった不安定な結果となる。図3は真空ベルジャ2を
加熱するヒータが無いときの処理枚数に対する真空ベル
ジャ2の温度とシリコンのエッチング速度との関係を示
した図である。図3において、白点で示しているよう
に、放電開始時の1枚目から5枚目までは、真空ベルジ
ャ2の温度は上昇していき、その後、安定する。逆に、
黒点で示しているように、シリコンのエッチング速度は
5枚目ぐらいまで低下していき、その後、安定する。こ
の傾向はシリコン以外、例えば、レジストや酸化膜でも
起こっている。すなわち、ヒータを設けない場合は、5
枚目くらいまではエッチング特性が変動するものであ
る。
【0018】以上のように本実施形態のエッチング装置
によれば、真空ベルジャ2の周りにヒータ10を取り付
け、真空ベルジャ2をプロセス温度付近の温度に加熱す
ることにより、枚葉式エッチング装置においても1枚目
から安定したエッチング特性が得られ、半導体製造プロ
セスの安定化という格別の効果を奏するものである。
【0019】次に本発明の第2の実施形態について図面
を参照しながら説明する。図4は本実施形態のプラズマ
ドライエッチング装置の真空処理室の概略図である。図
4において、12は冷却ユニットである。なお、エッチ
ング処理の基本動作については第1の実施形態と同様な
ので省略する。
【0020】本実施形態では、真空ベルジャ2の周りに
冷却ユニットを設けた点に特徴を有するものである。冷
却ユニット12の設定温度は、常温よりも20〜30
[℃]低めにする。図3で示したように、1枚目の放電
で20[℃]程度上昇するので、その温度分、予め冷却
すればよい。以上、本実施形態のように、真空ベルジャ
2の周りに冷却ユニットを設けることにより、枚葉式エ
ッチング装置においても1枚目から安定したエッチング
特性が得られるものである。
【0021】なお、冷却ユニット12に用いる冷媒の温
度は、エッチング処理中の真空ベルジャ2の温度が1枚
目からエッチング終了まで常温付近でほとんど変化しな
いように設定するものである。また冷却方法について、
本実施形態では、冷媒を用いた方法を記載しているが、
ファン等による空冷、あるいは、両者の併用も可能であ
る。温度調節については第1の実施形態と同様に熱電対
を用いるものである。また本実施形態では、真空ベルジ
ャ2の周りに冷却ユニット12を取り付けているが、真
空ベルジャ2に直接に冷却ユニット12を取り付けず、
間接的に真空ベルジャ2を冷却するような構造にしても
よい。ただし、図示したように、直接的に冷却ユニット
12を取り付けたほうが、温度制御が容易である。
【0022】以上のように、第1,第2の実施形態で示
したように、真空ベルジャ2に対して、ヒータ10また
は冷却ユニット12を設け、温度調節を行なうことによ
り、枚葉式エッチング装置においても1枚目から安定し
たエッチング特性が得られるものである。なお、枚葉式
エッチング装置のエッチング特性において、図3で示し
たような、温度が高くなるとエッチング速度が低くなる
ような温度とエッチング速度の関係の場合には、第1の
実施例に示すような加熱の方式ではなく、第2の実施形
態のような冷却方式のほうが、エッチング速度も速く有
効である。逆に温度が高くなるとエッチング速度が高く
なるようなエッチング特性の場合には、第1の実施形態
に示したようなヒータ方式のほうが有効である。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明は、真空ベルジャの
周りに加熱ユニット(ヒータ)あるいは、冷却ユニット
を取り付け、真空ベルジャの温度を一定に保持すること
により、枚葉式エッチング装置においても1枚目から安
定したエッチング特性が得られる。その結果、製造した
半導体デバイスの特性も安定化するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるプラズマエッチン
グ装置の概略図
【図2】本発明の一実施形態における温度とエッチング
特性の関係を示す図
【図3】従来例における温度とエッチング特性の関係を
示す図
【図4】本発明の一実施形態におけるプラズマエッチン
グ装置の概略図
【図5】従来のプラズマエッチング装置の概略図
【符号の説明】
1 ウェハ 2 真空ベルジャ 3 ステージ 4 真空排気口 5 ガス導入口 6 印加系 7 電極 8 グランド 9 ベント用ガス導入口 10 ヒータ 11 熱電対 12 冷却ユニット

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被エッチング物を堆積したウェハを保持す
    るステージと、真空ポンプにつながる排気口と、プロセ
    スガス導入口を備えた真空ベルジャと、前記真空ベルジ
    ャの外部に設置された高周波電力を印加する電極板と、
    前記真空ベルジャの外部に設置されたグランド板と、前
    記真空ベルジャの温度を調節する温度調節機構を備えた
    ことを特徴とするドライエッチング装置。
  2. 【請求項2】被エッチング物を堆積したウェハを保持す
    るステージと、真空ポンプにつながる排気口と、プロセ
    スガス導入口を備えた真空ベルジャと、前記真空ベルジ
    ャの外部に設置された高周波電力を印加する電極板と、
    前記真空ベルジャの外部に設置されたグランド板と、前
    記真空ベルジャに対して前記真空ベルジャの温度を調節
    する温度調節機構を備えたことを特徴とするドライエッ
    チング装置。
  3. 【請求項3】温度調節機構がヒータ等の加熱機構である
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のドライ
    エッチング装置。
  4. 【請求項4】温度調節機構が冷媒やファン等の冷却機構
    であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の
    ドライエッチング装置。
  5. 【請求項5】被エッチング物を堆積したウェハを保持す
    るステージと、真空ポンプにつながる排気口と、プロセ
    スガス導入口を備えた真空ベルジャと、前記真空ベルジ
    ャの外部に設置された高周波電力を印加する電極板と、
    前記真空ベルジャの外部に設置されたグランド板と、前
    記真空ベルジャの温度調節機構を備えたドライエッチン
    グ装置で、前記温度調節機構により真空ベルジャ自体を
    加熱または冷却した状態でエッチングすることを特徴と
    するドライエッチング方法。
  6. 【請求項6】温度調節機構によりウェハを連続処理して
    いるときの真空ベルジャの温度になるように真空ベルジ
    ャを加熱してエッチングすることを特徴とする請求項5
    記載のドライエッチング方法。
  7. 【請求項7】温度調節機構により常温よりも20〜30
    [℃]低い温度に真空ベルジャを冷却してエッチングす
    ることを特徴とする請求項5記載のドライエッチング方
    法。
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