JPH05136098A - 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】プラズマエッチング装置において、プラズマエ
ッチング中に、受光窓１１８，１１７でプラズマ発光を
モニタ−し、そのプラズマ発光強度により、反応ガス流
量をマスフロコントロ−ラ−１１５，１１６にて制御し
て、チャンバ−内のプラズマ密度を均一化させる。 【効果】プラズマ密度が均一化しＳｉＯ₂エッチングに
おいてウェハ−面内のＳｉＯ₂のエッチングレ−トとの
均一性が向上する。同様にプラズマエッチング装置にて
ポリシリコンまたはアルミニウム合金のエッチングを行
うと同様な効果が期待できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造装置及
び製造方法に関し特にプラズマエッチング装置と製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来のエッチング装置のチャン
バ−断面図であり、１１０１は反応ガス、１１０２はマ
スフロコントロ−ラ−、１１０３は冷却水、１１０４は
接地電極、１１０５はガス吹き出し板、１１０６は排気
ガス、１１０７はウェハ−、１１０８はウェハ−押え、
１１０９は絶縁物、１１１０は冷却水、１１１１は高周
波電極である。従来のエッチング装置と方法は、まず、
１１０１の反応ガスを１１０２のマスフロコントロ−ラ
−にて流量制御しながら流し、１１０５のガス吹き出し
板（図１２にガス吹き出し口を示す。）の吹き出し口か
ら吹き出し、そこで、チャンバ−内を真空にして１１１
１の高周波電極にてプラズマを発生させドライエッチン
グを行う。例としてＳｉＯ₂エッチングを説明する。ま
ず、チャンバ−内の中心に全面にＳｉＯ₂をＣＶＤによ
りデポジショウンして付け、そして、フォトリソ工程に
よりフォトレジストをパタ−ニングしたシリコンウェハ
−を１１０８のウェハ−押えに合うように設置してチャ
ンバ−内を真空状態にしたところで１１０５のガス吹き
出し板よりＣＨＦ₃ガスとＣ₂Ｆ₆ガスの混合ガスを導入
して１１１１の高周波電極により高周波を印加してプラ
ズマを発生させエッチングを行っていた。表１にエッチ
ング条件とエッチング特性を示す。

【０００３】

【表１】 ＣＨＦ₃ガス流量 １００（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 ４０（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ８００（Ｗ） 圧力 ２００（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト ７６５２（Å／ｍｉｎ） 均一性 ７．３２（％） 前述の従来の技術では、チャンバ−内のプラズマ密度が
反応ガスの流れが一定で、エッチング装置の構成により
ウェハ−面内におけるエッチングレ−トが不均一となり
問題となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマエッチ
ング装置ではチャンバ−内のプラズマ密度がチャンバ−
構成に影響され均一にならずエッチングレ−ト及びエッ
チング形状が均一にならなかった。よって、本発明はプ
ラズマエッチング装置のチャンバ−内のプラズマ密度を
均一化してエッチングレ−ト均一性向上を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造装置
の製造装置はプラズマを利用したエッチング装置におい
て少なくとも２つ以上のプラズマ受光センサ−を有し、
また、少なくとも２つ以上の反応ガス噴出口を有するこ
とを特徴とする。また、本発明は半導体装置の製造方法
は前記プラズマ受光量の変化により前記反応ガス噴出口
から反応ガス流量を変化させることを特徴とする。

【０００６】

【作用】プラズマの変化によりプラズマ発光強度が変化
することよりウェハ−上数点のプラズマ発光強度により
ウェハ−上での反応ガス流量を制御してプラズマ密度を
均一化し、プラズマ密度不均一によるエッチングレ−ト
不均一を防止する。

【０００７】

【実施例】以下に本発明について実施例に基づき詳細に
説明する。

【０００８】図１は本発明の第１の実施例を示すナロ−
ギャップ型ＲＩＥ装置のチャンバ−断面図であり、１０
１は反応ガス、１０２は接地電極、１０５は冷却水、１
０３はガス吹き出し板、１０４は排気ガス、１０６はウ
ェハ−、１０７はウェハ−押え、１０８は絶縁物、１０
９は冷却水、１１０は高周波電極、１１３，１１４はデ
ィテクタ−、１１２は計算部、１１１，はコントロ−ラ
−、１１９，１２０はファイバ−、１１５，１１６はマ
スフロコントロ−ラ−、１１７，１１８は受光窓であ
る。次に本発明の実施例としてＳｉＯ₂エッチングを例
として説明する。まず、シリコンウェハ−全面にＳｉＯ
₂をＣＶＤによりデポジションして、フォトリソ工程に
よりパタ−ンニングしたものをチャンバ−内の中心に設
置して、チャンバ−内を真空にして１１５と１１６のマ
スフロコントロ−ラ−によりＣＨＦ₃ガスとＣ₂Ｆ₆ガス
の混合ガスを１０３のガス吹き出し板（図２にガス吹き
出し口を示しす。）より流し込み１１０の高周波電極の
印加によりプラズマを発生させてエッチングを開始す
る、その時、図３のウェハ−面上の２箇所のプラズマ発
光を１１８の受光窓（ウェハ−中心部）と、１１７の受
光窓（ウェハ−外周部）でモニタ−して１１９，１２０
のファイバ−により信号を１１３，１１４のディテクタ
−に送り電気信号に変換し増幅する、増幅された信号は
１１２の計算部に送り計算部より制御信号を１１１のコ
ントロ−ラ−を通して１１５，１１６のマスフロコント
ロ−ラ−に送り反応ガス流量制御を行ないながらエッチ
ングを行う。

【０００９】図４、図５、図６に図３のプラズマ発光強
度とエッチング時間を示し、プラズマ発光強度による反
応ガス流量制御パタ−ンについて説明する。１）図４に
おいてプラズマ発光強度が安定する時間ｔ１からｔ２ま
でプラズマ発光強度をモニタ−してｔ１からｔ２までの
間におけるプラズマ発光強度の平均を求め、この平均値
になるように流量を制御する。この方法でエッチングし
た時のエッチング条件とエッチング特性を表２に示す。

【００１０】

【表２】 ＣＨＦ₃ガス流量 １１５（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 ２５（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ７５０（Ｗ） 圧力 ２００（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト ７５１２（Å／ｍｉｎ） 均一性 ４．２５（％） ２）図５においてプラズマ発光強度が安定する時間ｔ１
からｔ２までプラズマ発光強度をモニタ−してｔ１から
ｔ２までの間におけるプラズマ発光強度の最大値を求
め、この最大値になるように流量を制御する。この方法
でエッチングした時のエッチング条件とエッチング特性
を表３に示す。

【００１１】

【表３】 ＣＨＦ₃ガス流量 １１０（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 ２５（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ８００（Ｗ） 圧力 ２００（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト ７６５８（Å／ｍｉｎ） 均一性 ５．３２（％） ３）図６においてプラズマ発光強度が安定する時間ｔ１
からｔ２までプラズマ発光強度をモニタ−してｔ１から
ｔ２までの間におけるプラズマ発光強度の最小値を求
め、この最小値になるように流量を制御する。この方法
でエッチングした時のエッチング条件とエッチング特性
を表４に示す。

【００１２】

【表４】 ＣＨＦ₃ガス流量 １１０（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 ３０（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ７５０（Ｗ） 圧力 ２００（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト ６８５０（Å／ｍｉｎ） 均一性 ３．５１（％） 図７は、本発明の第２の実施例を示す平行平板型プラズ
マエッチング装置のチャンバ−断面図であり、７０１は
高周波電極、７０２，７０３はマスフロコントロ−ラ
−、７０４はコントロ−ラ−、７０５は計算部、７０
６，７０８はディテクタ−７０７，７０９は受光窓、７
１０はウェハ−、７１１はアノ−ド、７１２，７１３は
排気ガス７１４はア−ス、７１５はカソ−ド電極７１
６，７１７はファイバ−である。次に本発明の実施例と
してＳｉＯ₂エッチングを例として説明する。まず、シ
リコンウェハ−全面にＳｉＯ₂をＣＶＤによりデポジシ
ョンして、フォトリソ工程によりパタ−ンニングしたも
のをチャンバ−内の中心に設置して、チャンバ−内を真
空にして７０２と７０３のマスフロコントロ−ラ−によ
りＣＨＦ₃ガスとＣ₂Ｆ₆ガスの混合ガスをそれぞれのガ
ス噴出口（図８にガス吹き出し口を示す。）から出し７
１５のカソ−ド電極（電極に穴が開いている）を通しチ
ャンバ−内に流し込み７０１の高周波電極の印加により
プラズマを発生させエッチングする。その時、図３ウェ
ハ−面上の２箇所のプラズマ発光を７０７の受光窓（ウ
ェハ−外周部）と７０９の受光窓（ウェハ−中心部）で
モニタ−して７１６，７１７のファイバ−により信号を
７０６，７０８のディテクタ−に送り電気信号に変換し
増幅する、そして、増幅された信号は７０５の計算部に
送り計算部より制御信号を７０４のコントロ−ラ−を通
して７０２，７０３のマスフロコントロ−ラ−に送り反
応ガス流量制御を行ないながらエッチングを行なう。プ
ラズマ発光強度による反応ガス流量制御方法は先の第１
の実施例と同様で、また、プラズマ発光強度による反応
ガス流量制御パタ−ンも同様の３つのパタ−ンである。
表５にプラズマ発光強度の平均値を求めて制御するパタ
−ンのエッチング条件とエッチング特性を示す。

【００１３】

【表５】 ＣＨＦ₃ガス流量 ８０（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 １５（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ３００（Ｗ） 圧力 ７０（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト ８９６（Å／ｍｉｎ） 均一性 ５．９８（％） また、プラズマ発光強度の最大値及び最小値を求め制御
するパタ−ンのエッチング条件及びエッチング特性を表
６，７に示す。

【００１４】

【表６】 ＣＨＦ₃ガス流量 ７０（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 ２０（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ２５０（Ｗ） 圧力 １００（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト １００３（Å／ｍｉｎ） 均一性 ６．５８（％）

【００１５】

【表７】 ＣＨＦ₃ガス流量 ７５（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 １０（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ２１０（Ｗ） 圧力 ６０（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト ７５２（Å／ｍｉｎ） 均一性 ３．９１（％） 図９は本発明の第３の実施例を示すカソ−ドカップリン
グ型ＲＩＥ装置のチャンバ−断面図であり、９０１，９
０２はマスフロコントロ−ラ−、９０３はコントロ−ラ
−、９０４は計算部、９０５，９０６はディテクタ−、
９０７は冷却水、９０８はアノ−ド（ガス吹き出し板）
９０９，９１０は受光窓、９１１はウェハ−、９１２は
絶縁物、９１３，９１４は排気ガス、９１５は冷却水、
９１６は高周波電極、９１７，９１８はファイバ−であ
る。次に本発明の実施例としてＳｉＯ２エッチングを例
として説明する。まず、シリコンウェハ−全面にＳｉＯ
₂をＣＶＤによりデポジションして、フォトリソ工程に
よりパタ−ンニングしたものをチャンバ−内の中心に設
置して、チャンバ−内を真空にして９０１と９０２のマ
スフロコントロ−ラ−によりＣＨＦ₃ガスとＣ₂Ｆ₆ガス
の混合ガスをそれぞれのガス噴出口（図１０にガス吹き
出し口を示す。）から出し９０８のアノ−ドを通しチャ
ンバ−内に流し込み９１６の高周波電極の印加によりプ
ラズマを発生させエッチングする。

【００１６】その時、図３のウェハ−面上の２箇所のプ
ラズマ発光を９１０の受光窓（ウェハ−外周部）と９０
９の受光窓（ウェハ−中心部）でモニタ−して９１７，
９１８のファイバ−により信号を９０６，９０５のディ
テクタ−に送り電気信号に変換し増幅する、そして、増
幅された信号は９０４の計算部に送り計算部より制御信
号を９０３のコントロ−ラ−を通して９０１，９０２の
マスフロコントロ−ラ−に送り反応ガス流量制御を行な
いながらエッチングを行なう。プラズマ発光強度による
反応ガス流量制御方法は先の第１の実施例と同様で、ま
た、プラズマ発光強度による反応ガス流量制御パタ−ン
も同様の３つのパタ−ンである。表８にプラズマ発光強
度の平均値を求めて制御するパタ−ンのエッチング条件
とエッチング特性を示す。また、プラズマ発光強度の最
大値または最小値を求め制御するパタ−ンのエッチング
条件及びエッチング特性を表９，１０に示す。

【００１７】

【表８】 ＣＨＦ₃ガス流量 ６０（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 ２０（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ２００（Ｗ） 圧力 ５０（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト １００５（Å／ｍｉｎ） 均一性 ５．１０（％）

【００１８】

【表９】 ＣＨＦ₃ガス流量 ５５（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 ２５（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ２８０（Ｗ） 圧力 ７０（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト １２５０（Å／ｍｉｎ） 均一性 ５．９７（％）

【００１９】

【表１０】 ＣＨＦ₃ガス流量 ７０（ＳＣＣＭ） Ｃ₂Ｆ₆ガス流量 ２５（ＳＣＣＭ） ＲＦパワ− ２３０（Ｗ） 圧力 ８０（ｍＴｏｒｒ） エッチングレ−ト ９５０（Å／ｍｉｎ） 均一性 ３．９８（％）

【００２０】

【発明の効果】本発明の製造工程によれば、プラズマ密
度が均一化しＳｉＯ₂エッチングにおいてウェハ−面内
のＳｉＯ₂のエッチングレ−トとの均一性が向上した。
同様に本発明のプラズマエッチング装置にてポリシリコ
ンまたはアルミニウム合金のエッチングを行うと同様な
効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造装置
を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造装置
の反応ガス噴出口位置を示す平面図である。

【図３】本発明の半導体装置の製造装置におけるウェハ
−上のプラズマ発光測定領域を示す図である。

【図４】本発明の半導体装置の製造装置によりＳｉＯ₂
エッチングした時のエッチング時間とプラズマ発光強度
を示す図である。

【図５】本発明の半導体装置の製造装置によりＳｉＯ₂
エッチングした時のエッチング時間とプラズマ発光強度
を示す図である。

【図６】本発明の半導体装置の製造装置によりＳｉＯ₂
エッチングした時のエッチング時間とプラズマ発光強度
示す図である。

【図７】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造装置
を示す断面図である。

【図８】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造装置
の反応ガス噴出口位置を示す平面図である。

【図９】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造装置
を示す断面図である。

【図１０】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造装
置の反応ガス噴出口位置を示す平面図である。

【図１１】従来の半導体装置の製造装置を示す断面図で
ある。

【図１２】従来の半導体装置の製造装置の反応ガス噴出
口位置を示す平面図である。

【符号の説明】

１０１ 反応ガス １０２ 接地電極 １０３ ガス吹き出し板 １０４ 排気ガス １０５ 冷却水 １０６ ウェハ− １０７ ウェハ−押え １０８ 絶縁物 １０９ 冷却水 １１０ 高周波電極 １１１ コントロ−ラ− １１２ 計算部− １１３，１１４ ディテクタ− １１５，１１６マスフロコントロ−ラ− １１７，１１８ 受光窓 １１９，１２０ ファイバ− ７０１ 高周波電極 ７０２，７０３ マスフロコントロ−ラ− ７０４ コントロ−ラ− ７０５ 計算部 ７０６，７０８ ディテクタ− ７０７，７０９ 受光窓 ７１０ ウェハ− ７１１ アノ−ド ７１２，７１３ 排気ガス ７１４ ア−ス ７１５ カソ−ド電極 ７１６，７１７ ファイバ− ９０１，９０２ マスフロコントロ−ラ− ９０３ コントロ−ラ− ９０４ 計算部 ９０５，９０６ ディテクタ− ９０７ 冷却水 ９０８ アノ−ド（ガス吹き出し板） ９０９，９１０ 受光窓 ９１１ ウェハ− ９１２ 絶縁物 ９１３，９１４ 排気ガス ９１５ 冷却水 ９１６ 高周波電極 ９１７，９１８ ファイバ− １１０１ 反応ガス １１０２ マスフロコントロ−ラ− １１０３ 冷却水 １１０４ 接地電極 １１０５ ガス吹き出し板 １１０６ 排気ガス １１０７ ウェハ− １１０８ ウェハ−押え １１０９ 絶縁物 １１１０ 冷却水 １１１１ 高周波電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマを利用したエッチング装置にお
   いて少なくとも２つ以上のプラズマ受光センサ−を有
   し、また、少なくとも２つ以上の反応ガス噴出口を有す
   ることを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 【請求項２】 半導体装置の製造装置について前記プラ
   ズマ受光量の変化により前記反応ガス噴出口から反応ガ
   ス流量を変化させることを特徴とする半導体装置の製造
   方法。