JPH03181127A - ドライエッチング装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はドライエンチング装置に関する。

〈従来の技術〉 ドライエ、チング装置は、−ｇに、反応室内で反応ガス
を高周波電力等によりプラズマ化し、このプラズマ中の
イオンを、ウェハ等の試料表面に導くことによって、そ
のウェハにエツチングを施すよう構成されている。

また、このようなドライエツチング装置においては、一
般に、反応室への反応ガス導入流量、プラズマを発生さ
せるための高周波電力、反応室内の真空度等のエツチン
グ条件を適宜設定することによって所望のエツチングを
行うよう構成されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、ドライエツチング装置においては、エツチン
グを繰り返してゆくにつれ、反応室内に反応生成物が堆
積することがあり、その堆積物によってプラズマ中の反
応種が消費され、本来必要である反応種の量が減少する
ことがある。このため、従来の装置では、処理パッチ数
が多くなるにつれ堆積物の量が増加すると、これに伴っ
てエツチング状態が変化するので、正常なエツチング特
性が得られる期間は限られていた。また、反応生成物等
の堆積量がある程度に達するごとに反応室内を頻繁にク
リーニングする必要があった。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、上記の従来の問題点を解決すべくなされたも
ので、その構成を実施例に対応する第１図を参照しつつ
説明すると、本発明は、反応室１内に生成されたプラズ
マＰの試料（ウェハ）Ｗと反応するイオン種の発光スペ
クトル強度を検出する手段（例えばバンドパスフィルタ
１０および光電変換装置１１等）と、その検出値をあら
かじめ設定した基準値と逐次比較する手段（例えば電圧
比較器１２）と、その比較結果に基づいて、スペクトル
強度の検出値が基準値に一致するようエツチング条件、
例えば反応ガス導入流量を変化させるための手段（マス
フローコントローラ７およびその駆動制御回路１３等）
を設けたことによって特徴づけられる。

〈作用〉 反応室１内で発生したプラズマ中の反応種の量の変化は
、その反応種の発光スペクトル強度の変化に相関する。

従って、プラズマ中の反応種の発光スペクトルの強度を
検出し、その検出値が、基準値に一致するように、エン
チング条件、例えば反応室１内への反応ガス流入量等を
制御することによって、反応種の量を常に一定とするこ
とができる。

〈実施例〉 本発明実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第１図は本発明実施例の構成の説明図で、反応室１をそ
の中央で縦に切断して示す正面図である。

反応室１内に接地電極２と基板ホルダ３が互いに対向し
て配設されており、そのホルダ３上にウェハＷが装着さ
れている。この基板ホルダ３には高周波電源４が接続さ
れている。

反応室１内には、その壁体を貫通してその内部に反応ガ
スを導入するための反応ガス導入管５が挿入されており
、その先端には多数のノズルｎ・・・ｎが形成されたガ
ス噴射管６が装着されている。

反応ガス導入管５には、マスフローコントローラ７を介
して反応ガス供給源８が接続されている。

なお、反応室１は例えばガラスベルジャで、その内部を
真空排気するための排気系（図示せず）等が接続されて
いる。

反応室１の側壁面にバンドパスフィルタ１０が配設され
ており、このフィルタ１０によってプラズマＰ中の反応
種の発光スペクトルのみが、光フィバケーブル１４によ
って次段の光電変換装置１へと導かれ、その強度に応じ
た電圧信号が電圧比較器１２へと人力される。

電圧比較器１２は、光電変換装置１１からの入力信号と
、あらかしめ入力された基準電圧値とを逐次比較し、そ
の両者の差に応じた信号を駆動制御回路１３に出力する
。駆動制御回路１３は、電圧比較器１２の比較結果に基
づき、光電変換装置１１の出力電圧が基準電圧値と等し
くなるよう、マスフローコントローラ７、すなわち反応
室１内への反応ガス導入流量を制御するよう構成されて
いる。

以上の本発明実施例においては、まず、反応室１内に、
処理すべきウェハＷを装着し、真空引きを行った後に反
応ガス導入管５から所定量の反応ガスを導入した状態で
、基板ホルダ３に高周波電圧を印加する。これにより、
接地電極２と基板ホルダ３間で放電が生し、その間に反
応ガスのプラズマ領域Ｐが形成され、このプラズマ中の
イオンがウェハＷ表面と反応することによってその表面
層がエツチングされる。

ここで、エツチングを繰り返してゆくにつれ、反応室１
内に反応生成物等が堆積することがあり、その堆積物に
よりプラズマ中の反応種が消費され、本来エツチングに
必要な反応種の量が減少することがある。このように、
反応種の量が減少したときには、その反応種の発光スペ
クトルの強度が減少するので、その強度をモニタしてお
くことで、エツチング状況が正常であるか否かを知るこ
とができる。そこで、バンドパスフィルタ１０によりプ
ラズマ中の反応種の発光スペクトルのみを光電変換装置
１１に導き、その強度に基づく電圧信号が基準電圧値と
なるように、反応室１内に導入する反応ガスの流量を増
加することで、反応種の発光スペクトル強度、すなわち
反応種の量を一定に保つことがでる。

従って、所望のエツチングを行う際の反応種の発光スペ
クトル強度に対する光電変換装置１１の出力値をあらか
じめ調査しておき、その電圧値を比較器１２の基準値と
しておくことによって、所望のエツチングを、常に正常
な状態で順次継続して行うことが可能となる。

次に、以上の本発明装置の使用して、ウェハＷ表面のメ
タルエツチングを行った後に、その防食処理としてのド
ライエツチングを行う場合の例を説明する。なお、メタ
ルドライエツチング後の防食処理は多種多様の方法で行
われているが、この例では、メタルドライエツチングと
防食処理としてのドライエツチングを同一の反応室１で
行い、かつ、反応ガスとしては、３７フ化メタン（ＣＨ
Ｆ３）と酸素（０２）の混合ガスを用いたプラズマ処理
を行うものとする。

まず、メタルドライエツチングでは、エツチング形状制
御のため堆積物を生成しつつエツチングを進行させてゆ
くため、反応室１内にも反応生成物が堆積し、その堆積
物によって次の防食処理時のプラズマ中の反応種が消費
される。この消費量は、堆積物の量すなわち処理バッチ
数が多（なるにともなって増大し、ついには充分な防食
効果が得られなくなる結果、腐食が発生する。

さて、従来の装置では、処理ごとのエンチング条件は一
定であり、腐食の発生する確率は、第２図の破線に示す
ように、処理バッチ数が１００を超える時点から急激に
高くなる。ここで、処理ごとの反応種、酸素活性種およ
びフッ素活性種の発光スペクトル強度（○：ｌｌｌｎｍ
、Ｆ：１０４ｎｌＩ）を測定したところ、第３図に示す
ように、腐食確率が高くなるに伴って減少することが明
らかとなった。なお、図中、実線は酸素活性種、破線は
フッ素活性種をそれぞれ示す。

これに対し、本発明装置では、第４図に示すように、反
応種のスペクトル強度を一定に保つべくエツチング条件
としての反応室１内への反応ガス（実線：０２．破線：
ＣＨＦ５）の導入流量が変化し、これによってプラズマ
中の反応種の量が一定に保たれるので、第２図の実線に
示すように、処理バッチ数が２００を超えても腐食は発
生しない。

なお、以上の実施例の構成に、エツチング時の反応ガス
導入流量すなわちエツチング条件を記憶し、この記憶内
容を、次に同一目的のエツチングを行う際の初期の条件
とする機能を付加すれば、プラズマ中の反応種の量を、
一定に保つための制御が迅速となる。例えば、第５図お
よび第６図に示すように、上記の機能を設けない場合（
図中破線）では、発光スペクトル強度を一定とするため
の反応ガス導入流量の調整にエツチング開始時から４分
以上も要するのに対し、設けた場合（図中実線）には、
エツチング開始直後に発光スペクトル強度つまりプラズ
マ中の反応種の量が一定となる。

さらに、上記の記憶機能に加えて、例えばオペレータら
によるキー人力等によって所定の外部信号が人力された
ときには、次のエンチングの条件を、このエツチングと
同一目的のエツチングが行われた第一回目、すなわち反
応室１内に反応生成物が堆積していないときに記憶され
た条件に設定する機能を設ければ、反応室内のクリーニ
ング終了後、オペレータらがキー人力等を行うことによ
り、そのクリーニング後の反応室内の雰囲気に対応した
エツチング条件を設定できる。例えば、第７図および第
８図に示すように、記憶機能のみを設けた場合（図中破
線）では、クリーニングにより反応室内の雰囲気が大き
く変化したときには、発光スペクトル強度を一定とする
ための反応ガス導入流量の調整に、エツチング開始時か
ら４分以上も要するのに対し、この設定機能を設けた場
合（図中実線）には、エツチング開始直後に発光スペク
トル強度つまりプラズマ中の反応種の量が一定となる。

従って、クリーニングを行った場合でも、プラズマ中の
反応種の量を一定に保つための制御が迅速となる。

なお、第３図、第６図および第８図に示すグラフおける
縦軸の発光スペクトル強度は、目的とするエツチングの
正常な状態でのスペクトル強度をｌＯＯとしている。

以上の本発明実施例では、プラズマ中の反応種の量を一
定に保つべく、反応室１内への反応ガス導入流量を制御
するよう構成しているが、本発明はこれに限られること
なく、プラズマを発生させるための高周波電力、反応室
内の真空度等の、他のエツチング条件を制御するよう構
成してもよいし、あるいは、これらの反応ガス導入流量
、高周波電力、真空度等の条件を、適宜に組み合わせて
制御するよう構成してもよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、プラズマ中の反
応イオン種の発光スペクトル強度をモニタし、その発光
スペクトル強度を一定にすべく、反応ガス導入流星等の
エツチング条件を変更するよう構成したので、プラズマ
中の反応イオン種の星を常に一定に保つことができる。

これにより、処理バッチ数が多い場合であっても、所望
のエツチングを常に正常な状態で繰り返し継続すること
が可能となる。また、反応室内のクリーニングの頻度を
少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成の説明図で、反応室１をそ
の中央で縦に切断して示す正面図である。 第２図乃至第４図は本発明実施例の作用説明図で、第２
図は処理バッチ数に対する腐食の発生確率を示すグラフ
、第３図は処理バッチ数に対する反応種の発光スペクト
ル強度の変化を示すグラフ、第４図は処理バッチ数に対
する反応ガス導入流量の変化を示すグラフである。 第５図乃至第８図は、本発明実施例の変形例の作用説明
図で、第５図および第７図は、それぞれエツチング経過
時間に対する反応ガス導入流量の変化を示すグラフ、第
６図および第８図は、それぞれ工・ノチング経過時間に
対する発光スペクトル強度の変化を示すグラフである。 １・・・反応室 ２・・・接地電極 ３・・　・基牟反ホルダ ４　・ ５　・ ６　・ ７　・ ８　・ １０　・ １１　・ １２　・ １３　・ Ｗ　・ 高周波電源 反応ガス導入管 ガス噴射管 マスフローコントローラ 反応ガス供給源 バントパスフィルタ 光電変換装置 重圧比較器 駆動制御回路 ウェハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応室内の放電により生成されたプラズマ中のイオンを
   上記反応室内に設置されたウェハ等の試料に表面に導く
   ことによって、その試料にエッチングを施す装置におい
   て、上記プラズマ中の試料と反応するイオン種の発光ス
   ペクトルの強度を検出する手段と、その検出値をあらか
   じめ設定した基準値と逐次比較する手段と、その比較結
   果に基づき上記検出値が上記基準値に一致するようエッ
   チング条件を変更するための手段を設けたことを特徴と
   する、ドライエッチング装置。