JPH07283202A

JPH07283202A - ドライエッチング装置

Info

Publication number: JPH07283202A
Application number: JP6069461A
Authority: JP
Inventors: Takeisa Ogura; 毅勇小倉; Takako Ueda; 貴子上田; Hideo Nikawa; 秀夫二河
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】メンテナンスの周期を明確にし、反応生成物
に起因するパーティクルの影響を最小にして、常時安定
した状態でエッチングができるようにする。【構成】下部電極１１はヒータ１２によって所定の温
度に調節される。温度調節された下部電極１１上に、被
エッチング膜を堆積させたウエハ１３を搬送する。次
に、真空バルブ１４を開き、さらに圧力調整バルブ１５
を全開にして、真空ポンプ１６によって、エッチングチ
ャンバー内を一度高真空状態まで排気する。高真空とな
ったところで、マスフローコントローラー１８により所
定の流量に調節されたエッチングガスをガス吹き出し板
を兼ねた上部電極１９からチャンバー内に導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の微細化に伴い、マス
ク寸法と寸法変換差のない高精度なエッチング技術が要
求されている。そのため、エッチングガスと被エッチン
グ物とによって生成される反応生成物を、被エッチング
物の側壁部に側壁部保護膜として堆積させ、横方向のエ
ッチングを抑制することが行われている。この場合、反
応生成物がエッチングチャンバーの上壁部（以下チャン
バー上壁部という）あるいはその側壁部（以下チャンバ
ー側壁部という）にも堆積し、それが剥がれ落ちてパー
ティクルとなる。また、反応生成物から発生するガスに
よりエッチング特性が変化する。それを防止するために
は、メンテナンスをしてエッチングチャンバー内壁部に
堆積した反応生成物を除去する必要がある。

【０００３】従来の平行平板型反応性イオンエッチング
装置の構造と機能について、図面を用いて説明する。

【０００４】図６は従来のエッチング装置である。１は
下部電極で、ヒータあるいは冷却器２によって所定の温
度に保持される。３はウエハで、下部電極１上に配置さ
れる。４は上部電極で、下部電極１と対向して配置され
ている。

【０００５】搬送装置（図示せず）を用いて、ウエハ３
を下部電極１上にセットする。ウエハ３が下部電極１上
にセットされた後、ガス吹き出し口を兼ねる上部電極４
よりエッチングガスを吹き出し、排気装置（図示せず）
内の圧力調整バルブの動作によりチャンバー内を所定の
圧力に制御する。下部電極１に高周波電力（周波数１
３.５６ＭＨｚ）を印加して、ウエハ３をエッチングす
る。

【０００６】エッチングにより反応生成物が発生し、そ
れがエッチングチャンバー内壁部に付着する。所定の枚
数処理毎にその生成物をウェットクリーニングあるいは
ドライクリーニングによって除去する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】エッチングの際に発生
した反応生成物が上部電極１表面やチャンバー側壁部に
堆積する。これは剥がれ落ちてパーティクルとなり、製
品の歩留まりを低下させる。また、反応生成物から発生
するガスによってエッチング状態が徐々に変化して行く
などの問題があった。そのため、所定の処理枚数毎にチ
ャンバー内のクリーニングを行っていたが、処理するウ
エハ３によって被エッチング部の膜厚あるいはマスク開
口率（エッチング面積）が異なるなどエッチングが多様
化して、処理枚数だけによる判断ではクリーニングの正
確な時期が不明瞭であり、パーティクルなどの問題をひ
き起こす。従来、一定処理枚数毎にパーティクル測定を
行ってきたが、装置を一定時間停止することになり、稼
働率の点で有効とはいえなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のドライエッチング装置は、エッチングチ
ャンバーの上壁部あるいは側壁部に取り付けられた第１
の透明窓と、その外側に取り付けられた単色光の発光部
と、エッチングチャンバーの、第１の透明窓に対向する
底壁部あるいは側壁部に取り付けられた第２の透明窓
と、その外側に取り付けられた受光部とを備える。

【０００９】また、エッチングチャンバーの上壁部ある
いはチャンバー側壁部に取り付けられた第１の透明窓
と、その外側に取り付けられた単色光の発光部と、エッ
チングチャンバーの、第１の透明窓に対向する底壁部あ
るいは側壁部に取り付けられた第２の透明窓と、その外
側に取り付けられた受光部と、上壁部、側壁部あるいは
底壁部に取り付けられた膜厚測定器とを備える。

【００１０】さらにまた、エッチングチャンバーの上壁
部あるいはチャンバー側壁部に取り付けられた第１の透
明窓と、その外側に取り付けられた単色光の発光部と、
エッチングチャンバーの、第１の透明窓に対向する底壁
部あるいは側壁部に取り付けられた透明窓と、その外側
に取り付けられた受光部と、上壁部、側壁部あるいは底
壁部に取り付けられた膜厚測定器とを備え、この膜厚測
定器によって得られた第１の信号を中央演算処理装置に
伝送し、その後、中央演算処理装置より圧力可変バル
ブ、マスフローコントローラー、および高周波発振器へ
第１の信号に応じた第２の信号を伝送して、エッチング
チャンバー内のクリーニングを自動で行う。

【００１１】

【作用】本発明を用いることにより、チャンバー内に付
着する反応生成物の状態を真空状態のままで認識するこ
とができ、クリーニング周期を明瞭化できる。また、エ
ッチング状態の変化を常時モニターすることができ、長
期にわたって安定にエッチングが行える。

【００１２】また、上記モニターにより、セルフクリー
ニングを適宜行うこともできる。

【００１３】

【実施例】本発明の第１の実施例のドライエッチング装
置について、図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は本実施例の構成を示す。図１におい
て、１１はウエハステージを兼ねた下部電極、１２はヒ
ータ、１３はウエハ、１４は真空バルブ、１５は圧力調
整バルブ、１６は真空ポンプ、１７は高真空確認用の真
空計、１８はマスフローコントローラー、１９は上部電
極、２０はプロセス用の真空計、２１は高周波発振器、
２２はマッチングユニット、２３は中央演算処理装置
（ＣＰＵ）、２４はチャンバー上壁部に取り付けられた
透明窓、２５はチャンバー底壁部に取り付けられた透明
窓で、チャンバー上壁部に取り付けられた透明窓２４に
対向するように配置されている。２６は単色光の発光
部、２７は受光部である。

【００１５】まず、ドライエッチング装置の一般的な動
作から説明する。下部電極１１はヒータ１２を用いて所
定の温度に調節される。また、下部電極１１は、別に設
けられたサーキュレーターなどで温度調節された水など
を循環させることによって温度調節することも可能であ
る。このように温度調節された下部電極１１上に被エッ
チング膜を堆積させたウエハ１３を搬送する。次に、真
空バルブ１４を開き、さらに圧力調整バルブ１５を全開
にして、真空ポンプ１６で、一度、エッチングチャンバ
ー内を高真空状態（５×１０^-5Ｐａ程度）まで排気す
る。真空ポンプ１６は、ターボ分子ポンプとロータリー
ポンプ、もしくはメカニカルブースターポンプとロータ
リーポンプを併用するなどして構成した。真空度は、ペ
ニング真空計あるいは電離真空計などの真空計１７で測
定した。高真空到達後、マスフローコントローラー１８
により所定の流量に調節されたエッチングガスがガス吹
き出し板を兼ねた上部電極１９からエッチングチャンバ
ー内に導入される。

【００１６】ここで、エッチングに数種類の混合ガスを
用いる場合には、マスフローコントローラー１８は複数
個になり、各々所定の流量に調節された後、混合されて
チャンバー内に導入される。次に、真空バルブ１４を開
き、オリフィスまたはバタフライバルブなどの圧力調整
バルブ１５を用いることにより、エッチングチャンバー
内を所定の真空度に設定する。エッチングチャンバー内
の真空度は、真空計（バラトロン真空計など）２０によ
り測定され、圧力調整バルブ１５に連動してエッチング
チャンバー内の真空度を調節している。所定の真空度に
調節された後、下部電極１１に高周波（１３.５６ＭＨ
ｚ）を印加する。高周波発振器２１より発生した高周波
は同軸ケーブルを通して下部電極１１に所定の出力で供
給される。その途中に高周波の反射波成分を最少にする
ためのマッチングユニット２２が接続されている。ま
た、本発明のドライエッチング装置では上部電極１９が
接地されている。

【００１７】各エッチング条件はレシピ毎に登録されて
いる。パラメーターにはガス流量、真空度、出力および
時間があり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２３により各
々制御されている。

【００１８】以上のように設定された条件でドライエッ
チングを行なう。そして、エッチングを終了したウエハ
１３は搬送装置（図示せず）を用いて、エッチングチャ
ンバーから外部に搬出される。

【００１９】ウエハ１３をエッチングすると、エッチン
グガスとレジストあるいは被エッチング膜から反応生成
物が発生する。この反応生成物の一部は気体状態のまま
外部に排出されるが、残りは上部電極１９の表面やチャ
ンバーの側壁部、底壁部に堆積する。エッチング枚数が
増加してくると、堆積する反応生成物の膜厚が厚くな
る。そして、ある膜厚を越えると、ウエハ上に剥がれ落
ちてパーティクル等の原因になる。また、この反応生成
物より発生するガスによって、エッチング中のガスの組
成が変化し、エッチング速度やエッチング形状、エッチ
ング加工寸法等が変化して行くことがある。このような
状態でウエハのエッチングを続けると、製品歩留まりが
いちじるしく低下する原因となる。

【００２０】エッチングにより生成した反応生成物は、
チャンバー上部蓋に設けた透明窓２４，透明窓２５にも
上述と同様にして反応生成物が堆積する。なお、透明窓
２４，２５はチャンバー側壁部にも対向する形で設置し
てもよい。単色光の発光部２６より一定の発光強度で単
色光を発光すると、透明窓２４，２５を透過して受光部
２７に到達する。受光部２７で受光強度を計測し、それ
を中央演算処理装置（ＣＰＵ）２３に伝送する。

【００２１】次に原理を説明する。エッチングチャンバ
ー内をクリーニングすると、反応生成物はすべて除去さ
れる。そのため、発光部２６が発した単色光の発光強度
と受光部２７での受光強度とがほぼ同じとなる。しかし
ながら、エッチング処理枚数の増加とともに反応生成物
がチャンバー壁面に堆積し始め、徐々に厚くなって行
く。透明窓２４，２５にも同様に堆積するため発光強度
に対して受光強度が徐々に減少して行く。

【００２２】これはLambert-Beerの法則により下式
（１）のように示される。Ｉ＝Ｉ₀ｅｘｐ（ーαｃｄ） ………… （１）（１）式から明らかなように、受光強度Ｉは単色光の発
光強度Ｉ₀と透過する物質の膜厚ｄの関数である。発光
部２６においてつねに発光強度Ｉ₀を一定にしておけ
ば、受光強度Ｉを受光部２７で測定することにより、反
応生成物の膜厚をモニターすることができる。

【００２３】本実施例の動作について、図２のフローチ
ャートで説明する。まず、一定枚数のエッチングを行う
（３１）。エッチング終了後、発光部より発光させ（３
２）、受光部にて強度を測定する（３３）。“ＹＥＳ”
の場合、すなわち、その強度が強度変化の規格値以上の
場合には、工程３１に戻り、エッチングを継続する。こ
こで、規格値はエッチング装置の用途によって異なる
が、たとえばポリシリコンをエッチングする場合には、
５０％が良好である。これは、エッチングの処理枚数と
ともに強度変化、およびパーティクルの発生数を測定
し、パーティクルの規格（たとえば０.３μｍ以上、５
０個以下）を満たす条件である。

【００２４】以下、工程３３での測定において、“Ｎ
Ｏ”がでるまではエッチングを継続できる。さて、“Ｎ
Ｏ”の場合、すなわち、強度変化が規格値以下になった
場合には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）より、マスフロ
ーコントローラー、高周波発生器、真空バルブへ動作停
止が命令されて、全ての動作を停止する（３４）。次
に、ＣＰＵよりチャンバーベント用のバルブを開く命令
が送られチャンバー内が大気圧になる（３５）。作業者
がチャンバーを開き、ウェットクリーニングなどによ
り、メンテナンスを行う（３６）。メンテナンス終了
後、チャンバー内を真空引きして、再び発光部より単色
光を発光させる（３７）。そして、強度測定を行う（３
８）。今回の強度変化の規格は９５％以上とする。“Ｙ
ＥＳ”の場合には工程３１に戻り通常のエッチングを再
開する。“ＮＯ”の場合には工程３５のベントに戻り再
度メンテナンスを行う。以下規格値を満たすまで工程３
５から工程３８を繰り返す。

【００２５】以上のように本実施例の場合、一定枚数の
エッチング終了毎に強度測定を行うことにより、エッチ
ングチャンバー内に堆積した反応生成物の量を推定でき
る。本装置の場合、いかなる種類のエッチングにおいて
も発光強度を測定するだけで、メンテナンスの時期を明
確にすることができ、パーティクルの影響を最少に抑え
ることができ、さらに反応生成物からのガス発生の影響
を少なくして、つねに安定な状態でエッチングできるよ
うになる。また、チャンバー内のメンテナンスの状態を
確認でき、つねに安定した初期状態でエッチングが再開
できる。

【００２６】本実施例ではチャンバー上壁部とそれに対
向する位置（底壁部）に測定装置を設けて、チャンバー
上壁部や、底壁部の反応生成物の堆積量をモニターした
例について述べたが、チャンバー側壁部とそれに対向す
る位置の側壁部に測定系を設けても、同様にチャンバー
側壁部の堆積量をモニターすることができる。

【００２７】図３は本発明の第２の実施例のドライエッ
チング装置である。図３において、３９は水晶振動子を
組み込んだ膜厚計である。本方式は水晶振動子を用いる
ものであり、それ自体に付着した膜の厚みに応じてその
固有振動数が変化することを利用している。質量ｍ_qの
水晶振動子上に質量Δｍ_sの膜が堆積したときのその発
振周波数の変化分Δｆは次式で表わされる。

【００２８】Δｆ＝−（Δｍ_s／ｍ_q）・ｆ_q ただしｆ_q：水晶自体の固有振動数これをエッチングチャンバーの上壁部、あるいは側壁
部、底壁部に取り付ける。エッチングの処理枚数の増加
とともに反応生成物がチャンバー内に堆積して行く。水
晶振動子表面に反応生成物が堆積すると質量Δｍ_sが変
化して、それに応じて水晶振動子の発振周波数変化分Δ
ｆが変わる。

【００２９】本実施例の動作について、図４のフローチ
ャートを参照して説明する。エッチングを行う（４１）
とともに、水晶振動子の固有振動数を常時モニターする
（４２）。“ＹＥＳ”の場合、すなわち、そのモニター
により強度が強度変化の規格値以上の場合には、そのま
ま工程４１のエッチングを継続する。ここで、規格値は
エッチング装置の用途によって異なるが、たとえば、ｆ
_q＝６（ＭＨｚ）の水晶振動子の場合、Δｆ＝１（ＭＨ
ｚ）まで使用できる。今回はΔｆ＝２（ＭＨｚ）になる
まではパーティクルに関して問題がなかった（０.３μ
ｍ以上５０個以下）。この結果より、水晶振動子の発振
周波数がΔｆ＝２（ＭＨｚ）のときをチャンバーのメン
テナンスの時期と判定した。

【００３０】以下、４２の測定において“ＮＯ”がでる
まではエッチングを継続できる。さて、“ＮＯ”の場
合、すなわち、発振周波数が規格値以下になった場合に
はＣＰＵより、マスフローコントローラー、高周波発生
器、真空バルブへ動作停止が命令されて、全ての動作を
停止する（４３）。次に、ＣＰＵよりチャンバーベント
用のバルブを開く命令が送られチャンバー内が大気圧に
なる（４４）。作業者がチャンバーを開き、ウェットク
リーニングなどにより、メンテナンスを行う（４５）。
メンテナンス終了後、水晶振動子を新しいものに交換す
る（４６）。その後初期の振動数を確認しておく。その
後、４１の工程に戻り通常のエッチングを再開する。

【００３１】以上のように本実施例を用いると、特別に
時間を設定することなく、いつでも測定することができ
る。そのときの各測定値から、エッチングチャンバー内
に堆積した反応生成物の量を推定できる。それに伴い、
メンテナンスの時期を明確にすることができ、パーティ
クルの影響を最少にし、さらに常時安定した状態でエッ
チングできるようになる。

【００３２】図５は本発明の第３の実施例におけるドラ
イエッチング装置の動作を説明するフローチャートであ
る。

【００３３】まず、エッチングを行う（５１）。エッチ
ング終了後、第１，２の実施例で説明した測定方法を用
いて、エッチングチャンバー内に堆積した反応生成物の
膜厚を測定する（５２）。“ＹＥＳ”の場合、すなわ
ち、生成物の膜圧の変化量が規格値以内の場合には、工
程５１に戻り、エッチングを継続する。以下、工程４２
での測定において“ＮＯ”がでるまでエッチングを継続
する。

【００３４】さて、“ＮＯ”の場合、すなわち強度変化
が規格値以外になった場合には、ＣＰＵよりマスフロー
コントローラー、高周波発生器、および真空バルブへ動
作停止が命令されて、全ての動作を停止する（５３）。
次にドライクリーニングを行う（５４）。工程５４での
動作については、図１を参照して説明する。２９はドラ
イクリーニング用ガスのマスフローコントローラーであ
る。ドライクリーニング専用のウエハを１枚チャンバー
内に搬送し、下部電極１１の上に設置する。以下の動作
は第１の実施例に準じている。ガスに関してはマスフロ
ーコントローラー２９を用いる。これは複数個の場合も
ある。ガス種としては不活性ガス、酸素、弗素系ガス
（六弗化硫黄など）、または塩素系ガス（塩化水素な
ど）の単独、もしくはそれらの混合ガスを用いる。ドラ
イクリーニング時間は任意で設定できる。

【００３５】ドライクリーニング終了後、再度測定を行
う（５５）。規格値は別途指定し、規格値以内の時、す
なわち“ＹＥＳ”は、コンディショニングの意味で実際
のエッチングガスを用いてダミー放電を行う。時間は通
常エッチング時間で５〜１０枚処理を行う。ウエハは専
用のものを用いる。その後、エッチングを再開する。
“ＮＯ”の場合には５４の工程に戻り、ドライクリーニ
ングを行う。このようにして５４、５５の工程を繰り返
す。３回繰り返しても“ＹＥＳ”にならないときには、
ＣＰＵよりチャンバーベント用のバルブを開く命令が送
られて、チャンバー内が大気圧になる（５６）。作業者
がチャンバーを開き、ウェットクリーニングなどにより
メンテナンスを行う（５７）。

【００３６】

【発明の効果】本発明のドライエッチング装置は、エッ
チング時に発生する反応生成物の堆積状態を常時モニタ
ーすることができ、また、エッチング室内のメンテナン
スの時期を明確にすることができる。それにより、反応
生成物に起因するパーティクルの影響を最小にし、ま
た、常時安定した状態でエッチングができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のドライエッチング装置
の概略図

【図２】本発明の第１の実施例の動作を示すフローチャ
ート

【図３】本発明の第２の実施例のドライエッチング装置
の概略図

【図４】本発明の第２の実施例の動作を示すフローチャ
ート

【図５】本発明の第３の実施例におけるドライエッチン
グ装置の動作を示すフローチャート

【図６】従来のドライエッチング装置の概略図

【符号の説明】

１１下部電極１２ヒータ１３ウエハ１４真空バルブ１５圧力調整バルブ１６真空ポンプ１７真空計１８マスフローコントローラー１９上部電極２０真空計２１高周波発振器２２マッチングユニット２３中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４，２５透明窓２６単色光の発光部２７受光部２８膜厚計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチングチャンバーの上壁部あるいは
側壁部に取り付けられた第１の透明窓と、その外側に取
り付けられた単色光の発光部と、前記エッチングチャン
バーの、前記第１の透明窓に対向する底壁部あるいは側
壁部に取り付けられた第２の透明窓と、その外側に取り
付けられた受光部とを備えたドライエッチング装置。
【請求項２】エッチングチャンバーの上壁部あるいは
チャンバー側壁部に取り付けられた透明窓と、その外側
に取り付けられた単色光の発光部と、前記エッチングチ
ャンバーの、前記透明窓に対向する底壁部あるいは側壁
部に取り付けられた透明窓と、その外側に取り付けられ
た受光部と、前記上壁部、前記側壁部あるいは前記底壁
部に取り付けられた膜厚測定器とを備えたドライエッチ
ング装置。
【請求項３】エッチングチャンバーの上壁部あるいは
チャンバー側壁部に取り付けられた透明窓と、その外側
に取り付けられた単色光の発光部と、前記エッチングチ
ャンバーの、前記透明窓に対向する底壁部あるいは側壁
部に取り付けられた透明窓と、その外側に取り付けられ
た受光部と、前記上壁部、前記側壁部あるいは前記底壁
部に取り付けられた膜厚測定器とを備え、前記膜厚測定
器によって得られた第１の信号を中央演算処理装置に伝
送し、その後、前記中央演算処理装置より圧力可変バル
ブ、マスフローコントローラー、および高周波発振器へ
前記第１の信号に応じた第２の信号を伝送して、前記エ
ッチングチャンバー内のクリーニングを自動で行うこと
を特徴とするドライエッチング装置。