JPH10226892A - プラズマエッチング方法及びその装置 - Google Patents
プラズマエッチング方法及びその装置Info
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- JPH10226892A JPH10226892A JP9049863A JP4986397A JPH10226892A JP H10226892 A JPH10226892 A JP H10226892A JP 9049863 A JP9049863 A JP 9049863A JP 4986397 A JP4986397 A JP 4986397A JP H10226892 A JPH10226892 A JP H10226892A
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Abstract
らエッチングすることで、平坦度品質のばらつきのない
ウエハを量産することができるプラズマエッチング方法
及びその装置を提供することを目的としている。 【解決手段】 プラズマ発生器2の導管20をウエハ1
10の相対厚部111上に位置させ、活性種ガスGを相
対厚部111に噴射することでエッチングする。この
際、測定器3のレーザ変位計30からレーザ光L0を発
振して、相対厚部111からの反射光L1と反射板32
からの反射光L2との干渉状態を観測し、この干渉状態
の周期的変化をカウントする。そして、そのカウント数
mと、所望エッチング量をレーザ光の半波長で除した整
数値とが一致したときに、活性種ガスGの相対厚部11
1に対するエッチングを終了する。
Description
の表面の相対厚部分を局所的にエッチングするプラズマ
エッチング方法及びその装置に関するものである。
表面をエッチングする技術として、被エッチング物をプ
ラズマ励起した活性種ガス又はイオン中にさらして、そ
の表面全体を研削又は研磨する技術や、マスクによって
保護された部分以外を活性種ガスでエッチングして回路
パターンを形成する技術が数多く知られている。
ッチングする技術に替えて、シリコンウエハやSOI
(シリコン・オン・インシュレータ)などの被エッチン
グ物の表面上にある相対厚部に対して、局所的なエッチ
ングを行い、被エッチング物を薄くしたり(シンニン
グ)、表面を平坦化して、TTV(Total Thickness Va
riation)やLTV(Local Thickness Variation)とい
った形状変動を改善する技術が考案されている(例え
ば、特開平6−5571号公報記載の技術)。
示す概略図である。図20において、符号100はプラ
ズマ発生部であり、プラズマ発生部100で発生したプ
ラズマ中の活性種ガスGを、ノズル101から被エッチ
ング物としてのウエハ110の表面に噴射する。ウエハ
110はステージ120上に載置固定されており、ステ
ージ120を水平方向に移動させることで、ウエハ11
0の表面のうち規定厚さよりも相対的に厚い部分(以
下、「相対厚部」という)111をノズル101の真下
に導く。これにより、活性種ガスGをノズル101から
凸状の相対厚部111に噴射し、相対厚部111を局所
的にエッチングすることで、ウエハ110の表面を平坦
化する。しかしながら、ウエハ110上の相対厚部11
1の厚さは一様ではなく、多種多様である。このため、
相対厚部111の厚さに対応して、ノズル101の滞在
時間を制御する技術が考案されている(例えば特開平5
−160074号公報記載の技術)。 この技術は、ま
ずウエハ110の全表面にわたって、相対厚部111の
位置と厚みとを測定して、そのデータを作る。そして、
このデータを、相対厚部111の位置やエッチング処理
後にその相対厚部111が所望の平坦度になるようなノ
ズル101の滞在時間を示す位置ー滞在時間地図に変換
する。しかる後、この位置ー滞在時間地図に基づいて、
ステージ120を制御し、ノズル101を所定の相対厚
部111の真上まで移動させて、所定の時間だけ滞在さ
せることで、この相対厚部111を所望エッチング量だ
けエッチングする。すなわち、厚みが大きい相対厚部1
11の場合には、ノズル101の滞在時間を長くして、
エッチング量を多くし、厚みが小さい相対厚部111の
場合には、ノズル101の滞在時間を短くして、エッチ
ング量を少なくすることで、ウエハ110全体の平坦化
を行っている。
の技術では、プラズマパラメータ等の周囲環境の変動に
よって、期待通りの平坦化を達成することができないと
いう問題がある。すなわち、上記従来の技術では、ノズ
ル101から噴射される活性種ガスGによるエッチング
反応の速度が一定であり、単位時間当りのエッチング量
即ちエッチング速度が常に一定であるとの前提に立って
いる。しかしながら、実際には、プラズマパラメータな
どの周囲環境は変動することが多く、活性種ガスGの密
度やウエハ110の表面での反応速度が変動する。この
ためノズル101によるエッチング速度も上記周囲環境
によって変動することとなり、同じ滞在時間でありなが
ら、ある時はエッチング速度が大きく、ある時はエッチ
ング速度が小さくなるという事態が発生する。このこと
は、量産レベルにおいて、処理ウエハ110のTTVや
LTVといった平坦度品質のばらつきとなって現れてき
てしまう。
なされたもので、相対厚部の実際のエッチング量を測定
しながらエッチングすることで、平坦度品質のばらつき
のないウエハを量産することができるプラズマエッチン
グ方法及びその装置を提供することを目的としている。
に、この発明は、プラズマ発生部の噴射口を被エッチン
グ物の所定の相対厚部に対向させ、活性種ガスを噴射口
から噴射して、相対厚部を平坦にエッチングするプラズ
マエッチング方法において、相対厚部の実際のエッチン
グ量をレーザ光で測定する第1の過程と、エッチング量
が予め定められた所定値に達したときに、相対厚部のエ
ッチングを止める第2の過程とを具備する構成とした。
かかる構成により、活性種ガスをプラズマ発生部の噴射
口から被エッチング物の相対厚部に噴射してエッチング
していくと、相対厚部の表面が削られて変位していく。
すると、第1の過程において、相対厚部表面のエッチン
グ量が測定され、このエッチング量が予め定められた所
定値に達すると、第2の過程において、この相対厚部の
エッチングが止められる。
は、プラズマ励起した活性種ガスを被エッチング物の所
定の相対厚部に噴射する噴射口を有したプラズマ発生部
と、相対厚部の実際のエッチング量をレーザ光で測定す
る測定部と、測定部で測定される実際のエッチング量と
予め定められた所定値とを比較し、エッチング量と所定
値とが一致したときに、相対厚部に対するエッチング動
作をとめる制御部とを具備する構成とした。かかる構成
により、プラズマ励起した活性種ガスがプラズマ発生部
の噴射口から被エッチング物の所定相対厚部に噴射され
ると、相対厚部がエッチングされ、その表面が変位して
いく。すると、このエッチング量が測定部によって測定
される。そして、この測定部で測定されたエッチング量
と予め定められた所定値とが制御部によって比較され、
これらが一致すると、この相対厚部に対するエッチング
動作が止められる。
いて図面を参照して説明する。 (第1の実施形態)図1は、この発明の第1の実施形態
に係るプラズマエッチング装置の構成図である。このプ
ラズマエッチング装置は、真空ポンプ10により内部が
約1Torrに保たれた処理室1内に設けられたプラズ
マ発生器2(プラズマ発生部)と、このプラズマ発生器
2に組み付けられた測定器3(測定部)と、X−Y駆動
機構4(移動機構)と、制御器5(制御部)とを具備し
ている。
管20と、供給管21を通じて導管20にガスを供給す
るガス供給装置22と、導管20に取り付けられたマイ
クロ波発振器23とを有している。具体的には、導管2
0が、筐体2a内に固定されており、その噴射口20a
をステージ40側に向けている。そして、ガス供給装置
22は、調整弁22a−1,22a−2,22a−3を
有したボンベ22−1,22−2,22−3を備えてお
り、各ボンベ22−1,22−2,22−3内には、C
F4(四ふっ化炭素),O2(酸素),Ar(アルゴン)
の各ガスが収納されている。また、マイクロ波発振器2
3は、出力500Wのマグネトロンであり、発生させた
マイクロ波を導波管23aを介して導管20内のプラズ
マ領域に向けて照射することができる。なお、符号23
bは、マイクロ波の位相を調整するためのチューナであ
る。これにより、所定の組成比のCF4とO2とArとの
混合ガスを導管20内に供給し、マイクロ波発振器23
によって、所定パワーのマイクロ波を導管20内のプラ
ズマ発生領域に照射すると、活性種ガスであるFガスG
を含んだプラズマが発生し、FガスGが下流に流れる。
すなわち、導管20は、FガスGを噴射口20aから被
エッチング物であるウエハ110の表面に向けて噴射
し、ウエハ110をエッチングする。
スGによるエッチング時に、ウエハ110の相対厚部1
11表面のエッチング量を測定するための機器である。
具体的には、レーザ変位計30(第1のレーザ変位計)
と、このレーザ変位計30に対向した状態で導管20の
真上に45度傾けられて配設されたハーフミラー31
と、このハーフミラー31の裏側にレーザ変位計30と
対向するように配設された反射板32とで構成されてい
る。
nm(ナノメータ)であるHe−Ne(ヘリウム−ネオ
ン)レーザ光を送受光し、受光したレーザ光L1,L2
による干渉状態の周期的変化の回数を測定する計器であ
る。ここで、レーザ変位計30の機能を詳しく述べてお
く。レーザ変位計30からレーザ光L0を発振すると、
レーザ光L0がハーフミラー31で反射されてウエハ1
10の相対厚部111に向かう。また、レーザ光L0の
一部は、ハーフミラー31を透過して反射板32に向か
う。そして、相対厚部111に至ったレーザ光L0は、
相対厚部111の表面で反射され、その反射光L1がハ
ーフミラー31を介してレーザ変位計30に戻る。一
方、反射板32に至ったレーザ光L0は、反射板32で
反射され、その反射光L2がハーフミラー31を通って
レーザ変位計30に戻る。このため、レーザ変位計30
では、反射光L1と反射光L2との干渉光が受光される
こととなる。反射光L1と反射光L2とによる干渉状態
は、相対厚部111の表面のエッチング量に応じて変化
していく。
1,L2の干渉状態との関係を示す模式図であり、図4
は干渉状態の周期的変化を示す干渉縞図である。初期状
態で、図3の(a)に示すように、受光された反射光L
1と反射光L2との位相が完全に一致しているとする
と、反射光L1と反射光L2との干渉光の明るさは最大
となる。レーザ変位計30と反射板32との間の光路長
は常に一定であるので、上記状態から、図3の(b)に
示すように、相対厚部111の表面がエッチングによっ
てレーザ光の半波長分だけ下方に変位したとすると、反
射光L1の位相が反射光L2から半波長分シフトする。
この結果、反射光L1との反射光L2との干渉光の明る
さは最小となる。そして、図3の(c)に示すように、
相対厚部111表面がさらに半波長分変位すると、反射
光L1と反射光L2との位相が再び一致し、干渉光の明
るさが最大となる。すなわち、反射光L1と反射光L2
とによる干渉光は、半波長の周期で明と暗とを繰り返す
こととなる。
長単位ではなく、連続的に変位していくものである。す
なわち、反射光L1の位相が反射光L2から漸次ずれて
いく。したがって、初期状態時(図3の(a)参照)に
おける反射光L1と反射光L2との干渉光が図4の
(a)に示す最外リングR1を形成しているとすると、
リングR1は、図4の(b)に示すように、相対厚部1
11表面の変位に伴って漸次暗くなっていき、相対厚部
111表面が半波長だけ変位すると、図4の(c)に示
すように、リングR1が最も暗くなり、隣のリングR2
が最も明るくなる。そして、相対厚部111表面が更に
変位すると、リングR1が再び明るくなり出し(図4の
(b))、一波長分変位した時点で最も明るくなる(図
4の(a))。レーザ変位計30は、例えば上記リング
R1の明るさを電圧に変換する光電変換部を有している
(図示省略)。
る。上記したように、リングR1の明るさは半波長周期
で連続的に変化するので、図5に示すように、光電変換
部の出力電圧が、「2Pλ/2〜(2P+1)λ/2」
の区間で減少し、「(2P+1)λ/2〜(2P+2)
λ/2」の区間で増加することとなる。但し、Pは整数
である。そこでレーザ変位計30には、光電変換部の出
力電圧が有する最大電圧値Q1と最小電圧値Q2とを検
出して、そのパルスを出力する回路(図示省略)と、カ
ウンタ30a(図2参照)とが設けられている。カウン
タ30aは、上記回路からのパルスをカウントして、そ
のカウント数mを出力するためのものである。
は、図示しないサーボモータにより、筐体2aをX−Y
方向(図1の左右方向及び図1の紙面に垂直な方向)に
移動させて、プラズマ発生器2の導管20を所定個所に
位置決めするための周知の機構であり、このX−Y駆動
機構4は、制御器5によって上記測定器3と共に制御さ
れる。
0と、CPU50にバス接続されたドライバ51,RO
M52,RAM53とを備え、インターフェース54
(図6中「IF」と記す)を介して測定器3のレーザ変
位計30とX−Y駆動機構4とに接続されている(図1
参照)。
磁気ディスクなどの記録媒体55のデータを再生可能な
駆動装置であり、このドライバ51に使用される記録媒
体55には、ウエハ110に存在する各相対厚部111
のデータが予め収納されている。図7は、記録媒体55
に収納された相対厚部111のデータを示す概略図であ
る。N個の相対厚部がウエハ110の表面に存在する場
合には、各相対厚部111の位置データと高さに対応し
た整数値データとが記録媒体55に収納されている。具
体的には、図7の(a)に示すように、n(≦N)番目
の相対厚部111については、その位置をX−Y座標で
示す位置データPnと、一点鎖線で示す基準面Bからの
高さΔHnに対応した整数値データHnとが、一つのレ
コードとして記録され、このようなレコードが、図7の
(b)に示すように、1〜N番目の相対厚部111につ
いて記録媒体55に複数記録されている。整数値データ
Hnは、図1及び図2に示したレーザ変位計30のレー
ザ光の半波長λ/2で相対厚部111の高さΔHnを除
して得た整数値である。ところで、相対厚部111の高
さΔHnは、必ずしもレーザ光の半波長λ/2の整数倍
とはならない。このため、この実施形態では、半波長λ
/2に積算したときに、高さΔHnに最も近くなる整数
値を整数値データHnとして記録しておくものとする。
した記録媒体55内のデータとレーザ変位計30からの
カウント数mとに基づいて、測定器3のレーザ変位計3
0とX−Y駆動機構4とを制御する機能を有している。
このようなCPU50の実行プログラムはROM52に
格納されており、CPU50はこの実行プログラムに基
づいて種々の制御を行う。
く述べる。図8は、制御器5の制御機能を示すフローチ
ャート図である。制御器5のCPU50は、記録媒体5
5に記録されたn番目の相対厚部111のレコードから
位置データPnを読み込んで(ステップS1,S2)、
図2に示す導管20がこの相対厚部111の真上に来
て、噴射口22aがこの相対厚部111に対向するよう
に、X−Y駆動機構4を高速に制御するX−Y制御信号
C1を出力する(ステップS3)。続いて、整数値デー
タHnを記録媒体55から読み込み(ステップS4)、
レーザ変位計30のカウンタ30aをリセットさせると
共にレーザ変位計30を作動させる変位計制御信号C2
をレーザ変位計30に出力する(ステップS5)。そし
て、カウンタ30aから入力されるカウント数mと読み
込んだ整数値データHnとを比較し、これらが一致した
か否かを判断する(ステップS6)。入力されたカウン
ト数mが整数値データHnと未だ一致していない場合に
は、カウント数mの入力と上記比較とを継続する(ステ
ップS6のNO)。また、カウント数mが整数値データ
Hnと一致した場合には、レーザ変位計30の動作を停
止させる変位計制御信号C3をレーザ変位計30に出力
する(ステップS6のYES,ステップS7)。しかる
後、当該n番目の相対厚部111が最後の相対厚部11
1か否か判断する(ステップS8)。そして、当該相対
厚部111が最後のものでない場合には、次の相対厚部
111を対象として、その位置データPnを読み込み、
X−Y駆動機構4を高速制御して、以後、上記と同様の
処理を実行する(ステップS8のNO,S9,S2〜S
8)。また、当該n番目の相対厚部111が最後のもの
である場合には、処理を終了する(ステップS8のYE
S)。
装置が示す動作について説明する。なお、この動作は、
請求項1及び請求項2のプラズマエッチング方法を具体
的に達成するものでもある。ここでは、理解を容易にす
るため、図9に示すように、2個の相対厚部111−
1,111−2を有したシリコンウエハ110を平坦化
する動作について説明する。このシリコンウエハ110
を測定したところ、相対厚部111−1,111−2の
位置と高さは、(P1,ΔH1)、(P2,ΔH2)であっ
た(図7参照)。そこで、高さΔH1,ΔH2を、図2
に示すレーザ変位計30のレーザ光の半波長λ/2で除
した整数値データH1,H2に変換して、相対厚部11
1−1,111−2のレコード(P1,H1),(P
2,H2)を記録媒体55に記録しておく。
御器5のドライバ51にセットし、図1に示すプラズマ
発生器2と制御器5とを駆動させると、FガスGが噴射
口20aから110側に噴射されると共に、相対厚部1
11−1のレコードから位置データP1がCPU50に
読み込まれて、X−Y制御信号C1が制御器5からX−
Y駆動機構4に出力される。これにより、位置データP
1に基づいて、X−Y駆動機構4が図1に示す筐体2a
を高速移動させ、図9の(a)に示すように、導管20
を相対厚部111−1の真上に位置させる。これと同時
に、制御器5において、相対厚部111−1の整数値デ
ータH1が記録媒体55から読み込まれ、変位計制御信
号C2が制御器5からレーザ変位計30に出力される。
これにより、カウンタ30aがリセットされると共にレ
ーザ変位計30が作動される。
図2に示したように、レーザ光L0がレーザ変位計30
から発振され、相対厚部111−1からの反射光L1と
反射板32からの反射光L2とがレーザ変位計30側に
向い、これらの干渉光がレーザ変位計30で受光され
る。この初期状態において、相対厚部111−1による
反射光L1と反射光L2との位相が、図3の(a)に示
したように一致していたとすると、図5に示した最初の
最大電圧値Q1を示すパルスがカウンタ30aに入力さ
れ、「1」のカウント数mがカウンタ30aから制御器
5に出力される。そして、導管20からの活性種ガスG
による相対厚部111−1のエッチングが進み、相対厚
部111−1の表面が半波長λ/2だけ削られると、最
初の最小電圧値Q2を示すパルスがカウンタ30aに入
力され、「2」のカウント数mがカウンタ30aから制
御器5に出力される。このようにして、相対厚部111
−1のエッチングが進むに従って、制御器5に出力され
るカウント数mが増加する。
ら漸次送られてくるカウント数mと整数値データH1と
が随時比較され、これらが一致すると、変位計制御信号
C3が制御器5からレーザ変位計30に出力され、レー
ザ変位計30の動作が停止される。
れ、相対厚部111−2の位置データP2が読み込まれ
る。これにより、図9の(b)に示すように、導管20
が相対厚部111−2の真上に高速移動され、以後、上
記相対厚部111−1と同様の処理動作が実行される。
て、6インチのシリコンウエハ110を処理したとこ
ろ、TTVやLTVが、平均0.5μmから0.13μ
mに向上し、そのバラツキも標準偏差で0.02以下で
あり、ウエハ平坦化の装置として十分な性能を発揮し
た。
チング装置によれば、制御器5において、レーザ変位計
30からのカウント数mと整数値データHnとを比較し
ながら、即ち、相対厚部111の実際のエッチング量を
モニタリングしながら、エッチングする構成であるの
で、プラズマ発生器2の環境が変動し、活性種ガスGの
密度が変動した場合においても、相対厚部111を所望
の高さだけ高精度でエッチングすることができ、この結
果、平坦化品質にばらつきがない高品質のウエハ110
を製造することができる。
ける最大電圧値Q1,最小電圧値Q2の発生数をカウン
タ30aでカウントし、そのカウント数mと整数値デー
タHnとが一致したときに、相対厚部111が「整数値
データHn×λ/2」だけエッチングされたと仮定する
構成であるので、若干の誤差が発生する。すなわち、導
管20が相対厚部111の真上に位置した初期状態で
は、反射光L1と反射光L2との位相が完全に一致して
いるか又は半波長λ/2以内でずれている。このため、
相対厚部111を実際にエッチングする量は「整数値デ
ータHn×λ/2」よりも半波長λ/2以内の量だけ足
らず、その分誤差が発生する。しかし、この実施形態の
レーザ変位計30から発振するレーザ光の波長λは63
0nmであり、かなり短い。したがって、半波長315
nmの誤差は許容範囲と考えられる。また、レーザ光の
波長λを短くすることで、誤差を極小にすることがで
き、高精度なエッチングが可能となる。
ラズマエッチング装置は、相対厚部表面のエッチング量
を連続的にモニタリングすることができる点が上記第1
の実施形態に係るプラズマエッチング装置と異なる。図
10は、この実施形態に適用されるレーザ変位計のブロ
ック図であり、図12はレーザ変位計における各関数の
波形図である。図10に示すように、この実施形態にお
けるレーザ変位計6(第2のレーザ変位計)は、光電変
換部60と基準関数格納部61とシフト関数作成部62
とエッチング量演算部63とを具備している。
レーザ変位計30に適用された光電変換部と同じであ
り、反射光L1と反射光L2との干渉光の明るさに対応
した電圧Vを出力する部分である。
示す一定の基準関数V0を格納した部分である。すなわ
ち、この実施形態では、図3の(a)に示すように、反
射光L1と反射光L2との位相が一致した場合に、光電
変換部60から出力されるであろう電圧Vの波形を模し
た波形を基準関数V0として採用している。
61内の基準関数V0に基づいて図12の(b)や
(c)に示すようなシフト関数V0′,シフト関数V
0″を作成する部分である。具体的には、光電変換部6
0からの電圧Vを入力し、最初の電圧値V1(初期値)
を基準関数格納部61に記憶させて、最大電圧値Q1又
は最小電圧値Q2の入力を待つ。そして、最小電圧値Q
2を最初に入力した場合には、基準関数格納部61から
基準関数V0と電圧値V1とを読み出し、図12の
(a)に示す基準関数V0の区間「0〜λ/2」内で最
小電圧値Q2の手前に存在する電圧値V1に対応した値
αを求める。しかる後、基準関数V0を値αだけ左にシ
フトさせて、図12の(b)に示すシフト関数V0′を
作成する。すなわち、初期電圧値V1の入力以降に予想
される電圧Vとエッチング量との関係を示すシフト関数
V0′を作成する。また、最大電圧値Q1を入力した場
合には、基準関数V0の上記区間内で最大電圧値Q1の
手前に存在する電圧値V1に対応した値βを求め、基準
関数V0を値βだけ左にシフトさせて、図12の(c)
に示すシフト関数V0″を作成する。
成部62からのシフト関数V0′又はシフト関数V0″
と光電変換部60からの電圧Vとに基づいて、相対厚部
111の実際のエッチング量m(v)を演算して制御器
5に出力する部分である。具体的には、シフト関数V
0′がシフト関数作成部62からエッチング量演算部6
3に入力された状況では、シフト関数V0′に対応した
電圧Vが漸次入力される。すなわち、電圧値V1を始点
として、シフト関数V0′の曲線上を図12(b)の右
側に進行する電圧Vの値がエッチング量演算部63に入
力される。したがって、現時点で入力された電圧Vの値
をシフト関数V0′に当て嵌めることで、現時点のエッ
チング量m(v)を演算することができる。エッチング
量演算部63は、このようにして求めたエッチング量m
(v)を制御器5に出力する。シフト関数V0″がシフ
ト関数作成部62からエッチング量演算部63に入力さ
れる場合も同様である。すなわち、相対厚部111のエ
ッチング進行に伴って増加し且つ相対厚部111の実際
の減少量を示すエッチング量m(v)が制御器5に出力
されるわけである。
ング量m(v)と記録媒体内の所定データとを比較し、
これらが一致したときにレーザ変位計6の作動を停止さ
せる部分であり、上記第1の実施形態の場合と同様の機
能を有する。図11は、記録媒体へのレコード収納状態
を示す概略図である。図11に示すように、記録媒体5
5′内には、各相対厚部111の位置データPnと基準
面Bからの実際の高さを示す高さデータΔHnとを組と
するレコードが相対厚部111の数だけ収納されてい
る。制御器5のCPU50は、位置データPnの位置に
ある高さデータΔHnを記録媒体55′から読み出し、
この高さデータΔHnと入力されるエッチング量m
(v)とを比較し、一致したときに、変位計制御信号C
3をレーザ変位計6に出力するようになっている。
説明する。なお、この動作は、請求項1及び請求項3の
プラズマエッチング方法を具体的に達成するものでもあ
る。図13は、レーザ変位計6の動作を示すフローチャ
ート図である。制御器5のCPU50(図6参照)にお
いて、記録媒体55′に記録されたn番目の相対厚部1
11のレコードから位置データPnが読み込まれ、X−
Y制御信号C1が制御器5からX−Y駆動機構4に出力
されると、導管20がこの相対厚部111の真上に位置
される。続いて、高さデータΔHnが記録媒体55′か
ら読み込まれ、変位計制御信号C2が制御器5からレー
ザ変位計6に出力される。これにより、レーザ変位計6
が作動され(図13のステップS1)、レーザ光が上記
相対厚部111の表面に照射される。そして、図10に
示すように、相対厚部111からの反射光L1と反射光
L2との干渉光がレーザ変位計6の光電変換部60に入
力されると、その明るさに対応した電圧Vがシフト関数
作成部62とエッチング量演算部63とに出力される
(ステップS2)。
入力された電圧Vの最初の電圧値V1が基準関数格納部
61に記憶された後、最大電圧値Q1または最小電圧値
Q2が入力されたか否かが判断される(ステップS3,
S4)。最小電圧値Q2が最初に入力された場合には、
基準関数格納部61の基準関数V0と電圧値V1とに基
づいて、シフト量αが決定されて、シフト関数V0′が
作成され(図12の(a)及び(b)参照)、また、最
大電圧値Q1が最初に入力された場合には、シフト量β
が決定されて、シフト関数V0″(図12の(c)参
照)が作成される(ステップS4,S5又はS6)。こ
れにより、エッチング量演算部63には、シフト関数作
成部62からのシフト関数V0′又はシフト関数V0″
が入力されると共に光電変換部60からの電圧Vが入力
され、これらに基づいて、現時点の相対厚部111の減
少量を示すエッチング量m(v)が演算され、制御器5
に出力される(ステップS7)。すると、制御器5のC
PU50において、読み込んでおいた高さデータΔHn
と入力されるエッチング量m(v)とが一致しているか
否かが判断され、これらが一致していると、変位計制御
信号C3が制御器5からレーザ変位計6に出力されて、
レーザ変位計6の作動が停止される(ステップS8,S
9)。
チング装置によれば、レーザ変位計6から連続的に出力
されるエッチング量m(v)と読み出された高さデータ
ΔHnとを制御器5で比較しながら、相対厚部111の
エッチングを行うので、高さデータΔHnに完全に一致
したエッチングが可能となり、極めて高精度なエッチン
グを達成することができる。その他の構成,作用効果は
上記第1の実施形態と同様であるので、その記載は省略
する。
第3の実施形態に係るプラズマエッチング装置の要部を
示すブロック図である。図14に示すように、このプラ
ズマエッチング装置は、レーザ変位計70と演算器71
とでなる測定器7を有している。
厚部111表面迄の距離を測定可能な変位計であり、導
管20の近傍に取り付けられている。具体的には、導管
20の中心軸Aに対して角度θだけ傾けて取り付けられ
ており、レーザ光Lを相対厚部111の傾斜面に照射す
ることで、この傾斜面迄の距離を測定し、その距離を示
す信号Sを演算器71に出力するようになっている。
号Sに基づいて、相対厚部111のエッチング量を演算
する機器である。図15は、測定位置のエッチング量と
相対厚部頂点のエッチング量を示す相対厚部の概略図で
ある。図15に示すように、相対厚部111が実線で示
す初期状態から破線で示す状態迄エッチングされると、
レーザ変位計70からのレーザ光Lの照射位置が点q0
から点q1に変化するので、演算器71はレーザ変位計
70からの信号Sに基づいてその間の距離hを求める。
このとき、点q0が中心軸Aから「δr」だけ離れた位
置であったとすると、この位置のエッチング量H(δ
r)は下記(1)式で表される。 H(δr)=h/cosθ ・・・(1) 次に、このエッチング量H(δr)に基づいて、相対厚
部111の頂点のエッチング量H(0)を求める。図1
5に示すように、一定時間内のエッチングにおいて、相
対厚部111の頂点のH(0)が最も大きく、相対厚部
111のすそ野に行くに従ってエッチング量が小さくな
っているのが判る。図16はエッチング形状図であり、
演算器71はこのエッチング形状図に基づいて上記エッ
チング量H(0),H(δr)とを求める。すなわち、
平坦なウエハ110を所定時間エッチングし、中心のエ
ッチング量R(0)とその周りのエッチング量との関係
を図16に示すエッチング形状として予め得ておく。こ
のエッチング形状は、図15に示す相対厚部111のエ
ッチング量の縮小版といえるものであるから、相対厚部
111の頂点のエッチング量H(0)とエッチング形状
図におけるエッチング量R(0)とが対応すると共に、
相対厚部111の頂点からの距離δrだけ離れたレーザ
光Lの照射位置におけるエッチング量H(δr)とエッ
チング形状図におけるエッチング量R(δr)とが対応
する。したがって、下記(2)式が成立する。 H(0)/H(δr)=R(0)/R(δr) ・・・(2) この結果、上記(1)及び(2)式から下記(3)式が求められ
る。 H(0)=R(0)・h/R(δr).cosθ ・・・(3) ここで、R(0)は定数であり、R(δr)及びθはレ
ーザ光Lの照射位置及び照射角度であり、これらは予め
決定されているので、上記(3)式における変数はレーザ
光Lの照射位置の変位量hのみである。したがって、演
算器71は、レーザ変位計70からの信号Sに基づいて
変位量hを求め、この変位量hから上記(3)式を演算し
て相対厚部111頂点のエッチング量H(0)を求め、
このエッチング量H(0)を出力する。
に用いられた記録媒体55′が用いられており、制御器
5は、演算器71からのH(0)と記録媒体55′の高
さデータΔHnとを比較し、一致したときに、測定器7
の作動を止めるようになっている。その他の構成,作用
効果は上記第1及び第2の実施形態と同様であるので、
その記載は省略する。
第4の実施形態に係るプラズマエッチング装置の要部を
示すブロック図である。図17に示すように、このプラ
ズマエッチング装置は、2つのレーザ変位計70−1,
70−2と演算器72とでなる測定器7´を有してい
る。すなわち、角度θ1に傾けられたレーザ変位計70
−1と角度θ2に傾けられたレーザ変位計70−2とで
ウエハ110の点q1と点q2と迄の距離を測定すし、
エッチング時にその距離を示す信号S1,S2を演算器
72に出力する。そして、演算器72では、信号S1,
S2から点q1,q2の各エッチング量を求め、これら
のエッチング量の平均値を導管20の中心軸Aの部分の
エッチング量として、制御器5に出力する構成となって
いる。その他の構成,作用効果は上記第1ないし第3の
実施形態と同様であるので、その記載は省略する。
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の
変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、
プラズマエッチング装置の動作中は、常にFガスGを導
管20から噴射する構成としたが、一の相対厚部から次
の相対厚部に移る間は、FガスGの噴射を停止させる構
成としても良い。また、導管20を石英で形成したがア
ルミナ,窒化珪素等のセラミックで形成することもでき
る。また、プラズマ発生部として、所定パワーのマイク
ロ波を導管20内のプラズマ発生領域に照射して、活性
種ガスであるFガスGを含んだプラズマが発生するプラ
ズマ発生器2を適用したが、このプラズマ発生器2の代
わりに、例えば、高周波を用いた誘導結合プラズマ発生
器(ICP)、容量結合プラズマ発生器、ヘリコン波を
用いたプラズマ発生器、ECRなどをも本発明のプラズ
マ発生部として適用することができる。また、プラズマ
発生用のガスとして、CF4,O2,Arの混合ガスを用
いたがCF4に代えて、SF6(六ふっ化硫黄)等のフ
ルオロカーボン系ガスを用いても良い。また、上記第2
の実施形態では、基準関数V0として、図12の(a)
に示すように、最大電圧値Q1を初期値とする関数を採
用したが、これに限るものではなく、例えば、図12の
(a)に示す関数の位相をλ/2だけシフトさせて、最
小電圧値Q2を初期値とする関数を基準関数として採用
することができる。また、上記第3の実施形態では、レ
ーザ変位計70を傾け、相対厚部111の傾斜面の所定
位置のエッチング量を測定する構成としたが、これは、
図18の(a)に示すように、レーザ変位計70を導管
20内に配置して、相対厚部111の頂点のエッチング
量を直接測定したり、図18の(b)に示すように、レ
ーザ変位計70を傾けて、相対厚部111の頂点のエッ
チング量を測定する構成とすることを除外するものでは
ない。また、上記実施形態では、凸状の相対厚部111
をエッチングする場合について説明したが、基準厚さよ
りも厚い凹状の厚部に対するエッチングについても適用
することができることは勿論である。また、ウエハだけ
でなくガラスなどについてもエッチングすることができ
る。さらに、上記各実施形態では、プラズマ発生器2を
X−Y駆動機構4で移動させることにより、導管20を
所望の相対厚部111上に位置させる構成としたが、図
19に示すような構成とすることもできる。すなわち、
図19に示すように、プラズマ発生器2を処理室1の外
側に組み付けて、導管20を処理室1に固定した状態に
し、ステージ40側をX−Y駆動機構4によって移動さ
せることで、ウエハ110の所望の相対厚部111を導
管20の真下に位置させる構成とすることができる。
よれば、相対厚部に対する実際のエッチング量を測定し
ながらエッチングすることができる構成であるので、プ
ラズマパラメータ等の周囲環境が変動した場合において
も、相対厚部を所望の量だけエッチングすることがで
き、この結果被エッチング物に対してばらつきがない高
品質な平坦化が可能となるという優れた効果がある。特
に、請求項3,請求項8及び請求項9の発明によれば、
干渉光に対応した電気信号の初期値から予想される電気
信号とエッチング量との関係を示すシフト関数を作成
し、このシフト関数に変換された電気信号の値を当て嵌
めることで、相対厚部の実際のエッチング量を測定する
ことができる構成であるので、より高精度なエッチング
が可能となるという効果がある。
チング装置の構成図である。
す模式図である。
る。
る。
ある。
ッチング装置に適用されるレーザ変位計のブロック図で
ある。
である。
る。
である。
ッチング装置の要部を示すブロック図である。
ッチング量を示す相対厚部の概略図である。
ッチング装置の要部を示すブロック図である。
・測定器、4・・・X−Y駆動機構、 5・・・制御
器、 20・・・導管、 20a・・・噴射口、30・
・・レーザ変位計、 31・・・ハーフミラー、 32
・・・反射板、110・・・ウエハ、 111・・・相
対厚部、 G・・・Fガス、 L0,L1,L2・・・
レーザ光。
Claims (9)
- 【請求項1】 プラズマ発生部の噴射口を被エッチング
物の所定の相対厚部に対向させ、活性種ガスを上記噴射
口から噴射して、上記相対厚部を平坦にエッチングする
プラズマエッチング方法において、 上記相対厚部の実際のエッチング量をレーザ光で測定す
る第1の過程と、 上記エッチング量が予め定められた所定値に達したとき
に、上記相対厚部のエッチングを止める第2の過程と、 を具備することを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のプラズマエッチング方
法において、 上記第1の過程は、 上記相対厚部を略平担化すべき所望エッチング量を所定
レーザ光の半波長で除した整数値を予め設定する過程
と、 上記レーザ光を所定反射面と上記相対厚部表面とに照射
し、上記反射面からの反射光と上記相対厚部表面からの
反射光とによる干渉状態が上記相対厚部のエッチング量
に対応して周期的に変化する回数を測定する過程とを具
備し、 上記第2の過程は、 上記干渉状態の周期的変化の回数と上記整数値とが一致
したときに、上記相対厚部のエッチングを止める過程を
具備する、 ことを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載のプラズマエッチング方
法において、 上記第1の過程は、 上記相対厚部を略平担化すべき所望エッチング量を予め
設定する過程と、 所定レーザ光を所定反射面と上記相対厚部表面とに照射
し、上記反射面からの反射光と上記相対厚部表面からの
反射光とによる干渉光を電気信号に変換する過程と、 電気信号とエッチング量との関係を示す一定の基準関数
を設定し、この基準関数を、エッチング時における電気
信号の初期値に基づいて所定量シフトさせることで、予
想される電気信号とエッチング量との関係を示すシフト
関数を作成し、このシフト関数に漸次変換される電気信
号の値を当て嵌めることで、実際のエッチング量を求め
る過程とを具備し、 上記第2の過程は、 上記実際のエッチング量と上記所望エッチング量とがほ
ぼ一致したときに、上記相対厚部に対するエッチングを
止める過程を具備する、 ことを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 【請求項4】 プラズマ励起した活性種ガスを被エッチ
ング物の所定の相対厚部に噴射する噴射口を有したプラ
ズマ発生部と、 上記相対厚部の実際のエッチング量をレーザ光で測定す
る測定部と、 上記測定部で測定される実際のエッチング量と予め定め
られた所定値とを比較し、上記エッチング量と所定値と
が一致したときに、上記相対厚部に対するエッチング動
作をとめる制御部と、 を具備することを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載のプラズマエッチング装
置において、 上記測定部は、 所定波長のレーザ光を所定反射面と上記相対厚部表面と
に照射して、上記反射面からの反射光と上記相対厚部表
面からの反射光とを受光し、これらの反射光による干渉
状態が上記相対厚部のエッチング量に対応して周期的に
変化する回数を測定するものであり、 上記制御部は、 上記相対厚部を略平担化すべき所望エッチング量を上記
レーザ光の半波長で除した整数値と上記測定部で測定さ
れた上記回数とが一致したときに、上記相対厚部のエッ
チングを止めるものである、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載のプラズマエッチング装
置において、 上記測定部は、 上記レーザ光を送受光し、受光レーザ光による干渉状態
の周期的変化の回数を測定可能な第1のレーザ変位計
と、 上記第1のレーザ変位計と上記プラズマ発生部の噴射口
との間に介設され、上記レーザ光を上記噴射口を介して
上記相対厚部に導くと共に、その反射光を上記噴射口を
介して上記第1のレーザ変位計に導くハーフミラーと、 上記ハーフミラーを介して上記第1のレーザ変位計に対
向するように配設された反射板と、 を具備することを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項7】 請求項5または請求項6に記載のプラズ
マエッチング装置において、 上記被エッチング物又は上記噴射口のいずれかを移動可
能な移動機構を設け、 上記制御部を、各相対厚部に対応した上記整数値とその
位置とのデータを記録した記録媒体と、上記位置データ
を読み出して、その位置の相対厚部に上記噴射口が対向
するように上記移動機構を制御すると共に上記測定部を
作動させ、上記整数値と測定部の上記回数とを比較し、
これらが一致したときに、上記測定部の動作を停止させ
ると共に、次の位置データを読み出して、その位置の相
対厚部に上記噴射口が対向するように上記移動機構を制
御する制御器とで構成した、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項8】 請求項4に記載のプラズマエッチング装
置において、 上記測定部は、 所定レーザ光を所定反射面と上記相対厚部表面とに照射
し、上記反射面からの反射光と上記相対厚部表面からの
反射光とによる干渉光を電気信号に変換し、予め設定さ
れた電気信号とエッチング量との関係を示す一定の基準
関数を、エッチング時における電気信号の初期値に基づ
いて所定量シフトさせることで、予想される電気信号と
エッチング量との関係を示すシフト関数を作成し、この
シフト関数に漸次変換される電気信号の値を当て嵌める
ことで、実際のエッチング量を求めるものであり、 上記制御部は、 上記実際のエッチング量と上記所望エッチング量とがほ
ぼ一致したときに、上記相対厚部に対するエッチングを
止めるものである、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項9】 請求項8に記載のプラズマエッチング装
置において、 上記測定部は、 受光レーザの干渉光を電気信号に変換する光電変換部,
電気信号とエッチング量との関係を示す一定の基準関数
を格納した基準関数格納部,上記光電変換部からの電気
信号の初期値に基づいて、上記基準関数を所定量シフト
させることで、以降に予想される電気信号とエッチング
量との関係を示すシフト関数を作成するシフト関数作成
部,及び、上記シフト関数に光電変換部からの電気信号
の値を当て嵌めることで実際のエッチング量を求めるエ
ッチング量演算部を有する第2のレーザ変位計と、 上記第2のレーザ変位計と上記プラズマ発生部の噴射口
との間に介設され、上記レーザ光を上記噴射口を介して
上記相対厚部に導くと共に、その反射光を上記噴射口を
介して上記第2のレーザ変位計に導くハーフミラーと、 上記ハーフミラーを介して上記第2のレーザ変位計に対
向するように配設された反射板と、 を具備することを特徴とするプラズマエッチング装置。
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