JPH02248042A

JPH02248042A - ドライエッチング装置

Info

Publication number: JPH02248042A
Application number: JP6765389A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Takado; 高堂　宣和
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1990-10-03
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JP2737993B2

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、半導体製造工程などでＧａＡＳ等にエツチン
グを施すドライエツチング装置に関する。

［従来の技術］ドライエツチング装置において、精密なエツチング量制
御を行うためには、ドライエツチングと同時にエツチン
グ量を検出する必要がある。このような従来例として、
エツチング物質のアモルファスシリコン（Ｓ　ｉ　）を
水晶振動子の電極表面上に厚さ約２庫堆積してアルゴン
イオンビームエツチングやキセノンフロライド（ＸｅＦ
２　）ガスのアシストエツチングを行い、該水晶振動子
のマイクロバランスによりエツチング量を精密に検出し
た例が、［ジャーナル・アプライド・フィジックス（Ｊ
、　　Ａｌ３１）１．　ＰｈＶＳ、）　ｊ　１９７９年
５月刊行、第５０巻、第５号に掲載のコバーン（Ｊ、Ｗ
、　Ｃｏｂｕｒｎ　）　。

ウインタース（Ｆ、Ｗｉｎｔｅｒｓ）らによる文献“″
イオンーアンドーエレクトロンーアシステツド・ガス・
サーフェイス・ケミストリー−アン・インポータント・
エフェクト・イン・プラズマ・エツチング（Ｉｏｎ−ａ
ｎｄ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｇａｓ　
ｓｕｒｆａｃｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙ−Ａｎ　ｉｍｐｏｒ
ｔａｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　ｐｌａｓｍａｅｔｃｈ
ｉｎｇ）　”で述べられている。

第５図は、そのようなドライエツチング量測定装置の一
例を示す構成図である。同図において、５１はイオン源
、５２はアルゴンビーム、５３はアモルファスシリコン
、５４は水晶振動子ヘッド、５５は水晶振動子、５６は
エツチングガスである。水晶振動子５５の両面には、全
面にわたって電極が設けられていて、更にその片面にア
モルファスシリコン５３が堆積されている。

このような構造で、水晶振動子５５表面の質量変化によ
り水晶振動子５５の共振周波数が変化するのを利用して
アモルファスシリコン５３のドライエツチングによる膜
厚減少を測定している。

［発明が解決しようとする課題］上記従来の装置では、水晶振動子の電極上にエツチング
対象物と同一材料を堆積しなければならない。従って、
１回に厚さ数庫のドライエツチングを行うような場合に
は、少なくとも厚さ１０μｓ以上の堆積物が必要となる
。

また最近、ドライエツチング装置はロードロックによる
高真空化がなされていて、エツチング室は常に高真空に
保たれている。従って水晶振動子交換のため頻繁にエツ
チング室をリークすることはできない。このため水晶振
動子を長期間使用するには、堆積物は数十卯の厚みが必
要となる。

また、従来例を砒化ガリウム（ＧａＡＳ）等化合物半導
体のドライエツチングのモニタとして使用する場合には
、水晶振動子の電極上に化合物半導体を堆積する必要が
ある。ここでの化合物半導体は組成比がエツチング物質
と同じ比率でなければならず、このため分子ビーム結晶
成長法（ＭＢＥ）等の結晶成長装置により、化合物半導
体を堆積することが考えられる。しかし、上記のような
結晶成長装置は一般に成長速度が遅く、例えばＭＢＥで
は１．ｍ／ｈの成長速度であり、厚み数十岸の堆積には
数十時間が必要となり実用的でない。

また、エツチング物質とは異なる材料、例えば３ｉを堆
積させ、予め化合物半導体とのエツチング速度比を調べ
ておくことによりモニタとして使用することも考えられ
るが、やは゛す３ｉ等を堆積する工程が必要であり、そ
れに長時間を費やしてしまう。

さらに、従来例では、試料と水晶振動子とは別々に設置
されていたので、必ずしも同一のエツチング条件ではな
く、膜厚減少量の測定精度の点でも問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みて創案されたもので、
ロードロック方式のエツチング室を大気リークすること
なく各エツチング毎にエツチング量測定用の水晶振動子
を交換可能で、かつ高精度の測定が可能なドライエツチ
ング装置を提供するこ゛とを目的とする。

［課題を解決するた、めの手段］本発明は、水晶板の両面に電極を形成した水晶振動子を
保持すると共に、該水晶振動子へ電気的入出力を行う電
極端子を有する水晶振動子ヘッドと、該水晶振動子ヘッ
ドおよび試料を設置する試料ホルダと、エツチング室内
に設置され、電気コネクタを有するマニピュレータと、
該マニピュレータの電気コネクタに接続した水晶振動子
の振動数変化検出手段とを備え、前記試料ホルダを前記
マニピュレータに装着することにより、前記マニピュレ
ータの電気コネクタと前記水晶振動子ヘッドの電極端子
とを接続する手段を備えたことを特徴とするドライエツ
チング装置である。

［作用］本発明によるドライエツチング装置では、エツチング材
料と水晶振動子を同一の試料ホルダに配置できるため、
水晶振動子の電極上の薄膜がエツチングされる条件とエ
ツチング材料がエツチングされる条件が同じであり、エ
ツチング材料のエツチング量と水晶振動子の電極上の薄
膜のエツチング量の関係が正比例となる。従って、水晶
振動子の電極上薄膜の膜厚減少量を水晶振動子の共振周
波数変化分を検出することにより、精度°よくエツチン
グ材料のエツチング量を測定する。

さらに、本発明のドライエツチング装置を、いわゆるロ
ードロック方式とした場合には、大気リークすることな
く、各エツチング毎にエツチング量測定用水晶振動子を
交換することができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例のドライエツチング装置を示
す構成図である。同図において、ドライエツチング装置
はロードロック方式の反応性イオンビームエツチング（
ＲＩＢＥ）Ｉ置である。

図中、１１はマイクロ波、１２はエツチングガス、１３
はマグネットコイル、１４はプラズマ室、１５はエツチ
ング室、１６は水晶振動子ヘッド、１７は試料、１８は
試料ホルダ、１９は水晶振動子の振動数変化検出手段と
しての周波数モニタ、２０は試料導入室である。

第２図は上記実施例のドライエツチング装置に使用され
る試料ホルダの一例を示す断面図および平面図である。

同図において、ロードロック方式の搬送可能な試料ホル
ダ２１はＧａＡＳの試料２２の膜厚測定用水晶振動子２
４を保持し、かつ該振動子２４への電気入出力が可能な
電極端子２５を有する水晶振動子ヘッド２３を備えてい
る。

水晶振動子ヘッド２３は、試料ホルダ２１がマニピュレ
ータに装着された時に電極端子２５を通して周波数モニ
タと電気的に接続する。

次に、第３図（ａ）は試料ホルダ２１がマニピュレータ
３１に装着された状態を示す断面図である。第２図にお
いて説明したように、試料ホルダ２１側の電極端子２５
はマニピュレータ３１の電気コネクタ３３と接続する。

第３図（ｂ）は、電極端子２５が電気コネクタ３３と接
続される状態を示す説明図である。試料ホルダ２１がト
ランスファ０ツドに保持されたままマニピュレータ３１
の位置で回転されて搬送されると同時に、電極端子２５
が電気コネクタ３３の溝に入り込む。

この時、試料ホルダ２１は押えバネ３２によって裏面か
ら押えられ、電極端子２５と電気コネクタ３１は隙間な
く接触する。

第４図は、本実施例のドライエツチング装置に使用され
る水晶振動子の一例を示す断面図である。

同図において、円板上の水晶振動子（ＡＴカット）４１
の金電極４２の片面上にＧａＡＳ薄膜４３を分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）装置を用いて厚さ７卯蒸着する。ま
た、水晶振動子の基本周波数は６　ＭＨｚである。上記
の水晶振動子４１を第２図に示した水晶振動子ヘッド２
３に入れ、ＧａＡＳ試料２２の近傍に配置する。

次に、このような水晶振動子ヘッド２３を備えた第２図
の試料ホルダ２１を、第１図に示した試料導入室２０よ
りエツチングガスな状態で、ＧａＡＳ試料１７をドライエツチングするこ
とにより、水晶振動子の電極上のＧａＡＳ薄膜も同時に
エツチングされる。エツチングガス１２として塩素ガス
を３ｘｌＯ−４丁ｏｒｒ　、イオン引き出し電圧４００
Ｖのエツチング条件でのＧａＡＳ結晶のエツチング速度
は約１５００人／ｍｉｎである。この時の水晶振動子の
電極上ＧａＡＳ１膜も（３ａＡＳ試料と同じイオン電流
密度の条件でエツチングされ、エツチング速度は約１８
００人／ｍｉｎである。

このように、ＧａＡＳ試料と水晶振動子の電極上ＧａＡ
Ｓｉ膜とのエツチング速度比は一定で市り、ＱａＡｓｉ
Ｉ膜のエツチング量を水晶振動子の共振周波数変化から
検出することにより、ＱａＡＳ試料のエツチング量を測
定することができる。

従って、ＧａＡＳ試料が所望の膜厚だけエツチングされ
たところでエツチングを終了することができ、精度１％
の制御が可能である。

また本発明では従来のように、１枚の水晶振動子で何回
ものドライエツチングに使用する必要がなく、従って水
晶振動子の電極上に設ける薄膜も薄く、短時間で蒸着等
ができる。さらに水晶振動子の電極上薄膜はエツチング
材料と同種の材質である必要があり、各エツチング毎に
エツチング材料の材質が異なる場合でも水晶振動子の電
極上の薄膜を各エツチング毎に最適な材質、膜厚とする
ことができる。

また、エツチング材料と水晶振動子を同一の試料ホルダ
に配置できるため、エツチング材料と水晶振動子電極上
の薄膜が同一のエツチング条件でエツチングされる。

上記の理由により、水晶振動子の電極上の薄膜の膜厚減
少量を水晶振動子の共撮周波数変化分を検出することに
より、精度よくエツチング材料のエツチング量を測定す
ることができる。

［発明の効果］以上説明したとおり、本発明によれば、ロードロック方
式のエツチング室を大気リークすることなく、各エツチ
ング毎にエツチング量測定用水晶振動子を交換すること
が可能で、かつ高精度の測定が可能なドライエツチング
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のドライエツチング装置の一実施例を示
す構成図、第２図は本発明のドライエツチング装置に用
いられる試料ホルダの断面図および平面図、第３図はマ
ニピュレータに装着された試料ホルダの断面図と電気端
子が電気コネクタに接続される状態の説明図、第４図は
本発明に使用される水晶振動子の断面図、第５図は従来
例によるドライエツチング量測定装置の構成図である。１１・・・マイクロ波１２、５６・・・エツチングガス１３・・・マグネットコイル　　１４・・・プラズマ室
１５・・・エツチング室１６、２３．５４・・・水晶振動子ヘッド１７、２２・
・・試料　　　　　　１８．２１・・・試料ホルダ１９
、３４・・・周波数モニタ　　２０・・・試料導入室２
４、４１．５５・・・水晶振動子　２５・・・電極端子
２６・・・ピン　　　　　　　　３１・・・マニピュレ
ータ３２・・・押えバネ　　　　　　３３・・・電気コ
ネクタ４２・・・金電極　　　　　　　４３・・・Ｇａ
ＡＳ薄膜５１・・・イオン源　　　　　　５２・・・ア
ルゴンビーム５３・・・アモルファスシリコン

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水晶板の両面に電極を形成した水晶振動子を保持
すると共に、該水晶振動子へ電気的入出力を行う電極端
子を有する水晶振動子ヘッドと、該水晶振動子ヘッドお
よび試料を設置する試料ホルダと、エッチング室内に設
置され、電気コネクタを有するマニピュレータと、該マ
ニピュレータの電気コネクタに接続した水晶振動子の振
動数変化検出手段とを備え、前記試料ホルダを前記マニ
ピュレータに装着することにより、前記マニピュレータ
の電気コネクタと前記水晶振動子ヘッドの電極端子とを
接続する手段を備えたことを特徴とするドライエッチン
グ装置。
（２）試料ホルダは、試料導入室からエッチング室内の
マニピュレータへ真空中で搬送される請求項（１）に記
載のドライエッチング装置。