JP3231560B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents
プラズマエッチング装置Info
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Description
に使用される、エッチング終点検知器を有するプラズマ
エッチング装置に関する。
置の微細加工技術の1つの鍵を握る主要なプロセス技術
になっている。被エッチング材料も酸化シリコン(Si
O2 )や窒化シリコン(Si3 N4 )などの絶縁膜の他
に、アルミ(Al)やモリブデン(Mo)などの配線材
料など種類も増えている。またトレンチ構造での溝掘り
プロセスなどデバイス構造を形成する上でも不可欠な技
術になっている。
スに高周波電界を印加して発生させたプラズマ中の活性
粒子の化学反応のみを利用した反応性プラズマエッチン
グ技術があり、この技術を用いた装置が反応性プラズマ
エッチング装置(以後プラズマエッチング装置と称す
る)である。
面を示す。1はエッチング室、2は上部電極、3は下部
電極である。高周波電源4は上部電極2と下部電極3間
に接続されており、上部電極2は接地されている。この
様な構造をカソードカップル方式と称する。上部電極2
にはエッチングガス導入口5が、またエッチング室1左
部にはガス排気口6がそれぞれ設けられており、図中矢
印はガスの導入方向および排気方向を示している。下部
電極3上には被エッチング試料7が載置されている。エ
ッチング室1の右部には覗き窓8がはめ込まれている。
この覗き窓8近傍にはホトトランジスター9が設置され
ており、テスター10と電線16で接続されている。
グガスを供給した状態で、高周波電源により上部電極2
と下部電極3間に高周波電界を印加して、イオンや活性
原子、あるいは分子のラジカルなどを発生させ、被エッ
チング試料との化学反応により、蒸気圧より高い物質を
生成して行われる。このとき、被エッチング試料はプラ
ズマエッチング中に置かれることになるが、被エッチン
グ試料とプラズマ電位との電位差は小さく(〜数十
V)、イオンによる衝撃の効果は殆ど無く、ラジカルに
よる反応性エッチングが主体となり、等方性エッチング
ができる。エッチング中はプラズマ発光による光が発生
し、その光の強さを示すプラズマ発光強度は被エッチン
グ試料の表面状態が変化することで変動する。
握する方法として、エッチング中のプラズマ発光強度の
変化をモニターする方法、エッチング中の自己バイアス
(上部電極2と下部電極3間の電圧)の変化をモニター
する方法等がある。一般に普及しているのは、プラズマ
発光強度をモニターする方法である。この方法は、被エ
ッチング膜をエッチングしている時と、被エッチング膜
の終点よりオーバーエッチングしている時とでのプラズ
マ中の発光強度の変化量が大きい波長の光をフィルター
を用いて選択しモニターするもので、この場合、光はエ
ッチング終点検知器なるものによって検知される。この
エッチング終点検知器は、導光器8、ホトトランジスタ
ー9、テスター10、電線16により構成される。被エ
ッチング試料7上で発生した光は、導光器8からエッチ
ング室1外部に放射される。その光をホトトランジスタ
ー9が受光し、電気信号に変換してテスター10によっ
て形而下に示す。導光器8は石英のような透過率のよい
材質により形成される。
ッチングガスとしては、多くの場合フロロカーボンガス
(CF4 ) が用いられる。このフロロカーボンガスは
プラズマ中で次のように解離して活性なF* ラジカルを
発生する。
性のフッ化シリコン(SiF4 )を生成し、エッチング
が行われる。
せるために、フロロカーボンガスに酸素(O2 )を添加
することが多く、酸素を添加するとF* の発生量は次式
により律則される。
ロロカーボンガスはエッチング生成物としてエッチング
室1内面および覗き窓8に付着し堆積する。図7はエッ
チング後の導光器8の斜視図である。11は光が入射す
る導光器入射面で、14はその光を外部に出射する導光
器出射面である。15はエッチング生成物である。導光
器入射面11は、部分的に露出しているが、エッチング
時間が長くなると完全に被覆される。この結果、図5
(図中、破線参照)に示すように、エッチング時間(放
電時間)が長くなると、導光器入射面11に入射する光
は、エッチング生成物によって遮断され、ホトトランジ
スター9に入射する光の強度(発光強度)が著しく低下
し、プラズマ発光強度の変化をモニターできなくなる。
通常、導光器8はエッチング室1の気密性を高めるため
に、エッチング室1に完全に固定されており交換は非常
に困難であり、また、導光器8の表面に堆積したエッチ
ング生成物の除去にも手間がかかる。
技術では導光器にエッチング生成物が堆積すると、プラ
ズマ光がホトトランジスターに到達しなくなっていた。
その結果、エッチング終点を検知することができなかっ
た。本発明は、上記欠点を除去し、エッチング生成物が
堆積しにくい導光器を有するプラズマエッチング装置を
提供することを目的とする。
に、第1の発明では、エッチング室と、このエッチング
室の所定箇所に形成され、前記エッチング室で発生した
プラズマ光を導光する導光器と、この導光器はプラズマ
光が入射する入射面とプラズマ光を出射する出射面を有
しており、前記出射面からのプラズマ光を検知する検知
器を有するプラズマエッチング装置において、前記入射
面にアスペクト比が30以上の凹凸が形成されているこ
とを特徴とするプラズマエッチング装置を提供し、第2
の発明ではエッチング室と、このエッチング室の所定箇
所に形成され、前記エッチング室で発生したプラズマ光
を導光する第1の導光器と、この第1の導光器はプラズ
マ光が入射する入射面とプラズマ光を出射する出射面を
有しており、前記出射面からのプラズマ光を検知する検
知器を有するプラズマエッチング装置において、前記入
射面上にアスペクト比が30以上の凹凸を有する第2の
導光器が載設されていることを特徴とするプラズマエッ
チング装置を提供する。
いると、導光器入射面に凹凸部が形成されているため
に、マイクロローディング効果により、エッチングによ
って生成されたエッチング生成物が、凹部に堆積しにく
くなる。その結果、エッチング生成物が堆積する条件下
においても、プラズマ光を安定して検知器に供給するこ
とができる。
する。図1は第1の実施例のプラズマエッチング装置の
断面を示す。1はエッチング室、2は上部電極、3は下
部電極である。高周波電源4は上部電極2と下部電極3
間に接続されており、上部電極2は接地されている。こ
の様な構造をカソードカップル方式と称する。上部電極
2にはエッチングガス導入口5が、またエッチング室1
左部にはガス排気口6がそれぞれ設けられており、図中
矢印はガスの導入方向および排気方向を示している。下
部電極3上には被エッチング試料7が載置されている。
エッチング室1の右部には石英製の導光器8がはめ込ま
れている。導光器入射面11には溝状の細いスリットが
無数に設けられている。この導光器8の近傍にはホトト
ランジスター9が設置されている。このホトトランジス
ター9はテスター10と電線16で接続されている。
斜視図である。スリットは導光器入射面11に形成され
た凸部12と凹部13により構成される。凸部12には
エッチング生成物15が堆積するため凸部12からは殆
どプラズマ光は入射しない。
断面図であり、図2の断面図である。凹部13にはエッ
チング生成物15は堆積しないので、ここからプラズマ
光が入射可能であることが判る。このように、溝状のス
リットを設けることで、凹部13にエッチング生成物1
5が堆積しないことをマイクロローディング効果とい
う。この効果によりプラズマ光の入射面積を確保するこ
とができ、長時間エッチングを行う際にプラズマ光が遮
断されにくくなる。マイクロローディング効果を得るた
めのスリットの形状は、溝状以外に穴状であってもよ
い。さらに、導光器は必ずしも1つである必要はなく、
例えばスリットを有する別の導光器を導光器入射面11
上に載置してもよい。以下にその実施例を示す。
た場合のエッチング後の導光器を示す拡大斜視図であ
る。凹凸部を有しない導光器(以後第1の導光器とす
る)8の導光器入射面11上に、第1の導光器8をエッ
チング生成物から保護するために第2の導光器17が載
置されている。この第2の導光器17には孔が設けられ
ている。この孔は保護板17を貫通しており、導光器入
射面11の所定箇所は露出している。エッチング生成物
15は第2の導光器17上に堆積しているが、導光器入
射面11には殆ど堆積しない。従って、導光器を1つだ
け用いた第1の実施例と同様の効果を得ることができ
る。さらに、本実施例ではエッチング生成物15によっ
て第2の導光器17の孔が目詰まりを起こしても、第2
の導光器17の交換が容易なため、直ちにエッチングを
始めることができる。したがってスループットの面でも
効果が絶大である。
ッチング時間(放電時間)に対するホトトランジスター
9に入射する光の強度(発光強度)特性を示す。エッチ
ング条件は、被エッチング試料7にエッチング中のプラ
ズマ光の発光強度の変化を防ぐために、シリコン(S
i)のブランクウェハ(パターニングされていない生ウ
ェハ)を使用し、被エッチング試料7を下部電極3上に
載せて、エッチング室1内にエッチング生成物が堆積す
るガスを用いてエッチングを行った。この時、使用した
ガスはフロロカーボンを基本とし、構成をCHF3 :C
O=1:3、圧力を5.3とした。また、上部電極2と
下部電極3間に、周波数13.56MHz、エネルギー
密度4.5W/cm2 、の高周波電圧を印加した。
させ、エッチング中の光をホトトランジスター9に導光
し、発光強度の変化をテスター10により読みとった。
この時使用した覗き窓を図2に示す。また、比較のため
に図7に示す従来の覗き窓も使用した。本実施例の覗き
窓として、スリットのアスペクト比(A/B)をBの寸
法を一定に10、30と変化させたものと、従来の覗き
窓としてスリットの無い(アスペクト比∞)を用意し、
放電時間の発光強度がアスペクト比に対してどのように
変化するかを観察した。その結果、図5に示すように、 1. 発光強度特性は放電時間に対して減衰傾向を示
す。
峻で、本発明の場合ではスリットのアスペクト比が大き
いほど緩やかな減衰傾向を示す。 3. 発光強度は導光器にスリットを設けたことによっ
て段階的な減衰傾向を示す。 ことが判った。発光強度特性が減衰傾向を示す原因は、
エッチング生成物が導光器入射面11に付着しプラズマ
光を遮断するためであり、またスリットを設けたことに
よって減衰傾向が緩和されるのは、本エッチング条件に
おいてマイクロローディング効果が顕著に現れ、スリッ
トの凹部13へのエッチング生成物の堆積速度がアスペ
クト比に反比例して緩やかとなるためである。さらに発
光特性が段階的な減少傾向を示す原因は、エッチング生
成物15がスリットの凸部12に堆積するために一時的
に発光強度が減少するためである。アスペクト比が30
の場合では、凸部12が完全に覆い尽くされてしまえば
ほぼ定常状態となり、その際の発光強度はエッチング終
点検知に対して影響のないレベルであり、実用可能であ
る。
ッチング室1内にエッチング生成物が堆積するようなエ
ッチングガス、例えば塩素ガス(Cl2 )や三塩化ホウ
素(BCl3 )と塩素(Cl2 )と窒素(N2 )の混合
ガスを用いる場合においても有効である。
クロローディング効果により、スリットを有する導光器
へのエッチング生成物の堆積を抑制することができる。
その結果、従来のエッチング生成物が堆積するようなエ
ッチング条件においても、エッチング終点を検知するこ
とが可能なプラズマエッチング装置を提供することがで
きる。
グ装置の断面図。
光器の拡大斜視図。
光器の拡大断面図。
つの導光器の拡大斜視図。
の特性図。
図。
Claims (3)
- 【請求項1】 エッチング室と、 このエッチング室の所定箇所に形成され、前記エッチン
グ室で発生したプラズマ光を導光する導光器と、 この導光器はプラズマ光が入射する入射面とプラズマ光
を出射する出射面を有しており、前記出射面からのプラ
ズマ光を検知する検知器を有するプラズマエッチング装
置において、 前記入射面にアスペクト比が30以上の凹凸が形成され
ていることを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項2】 エッチング室と、このエッチング室の所
定箇所に形成され、前記エッチング室で発生したプラズ
マ光を導光する第1の導光器と、 この第1の導光器はプラズマ光が入射する入射面とプラ
ズマ光を出射する出射面を有しており、前記出射面から
のプラズマ光を検知する検知器を有するプラズマエッチ
ング装置において、 前記入射面上にアスペクト比が30以上の凹凸を有する
第2の導光器が載設されていることを特徴とするプラズ
マエッチング装置。 - 【請求項3】 前記凹凸がスリット・溝・孔の何れかの
形状を成していることを特徴とする請求項1および請求
項2記載のプラズマエッチング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21223394A JP3231560B2 (ja) | 1994-09-06 | 1994-09-06 | プラズマエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21223394A JP3231560B2 (ja) | 1994-09-06 | 1994-09-06 | プラズマエッチング装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0878393A JPH0878393A (ja) | 1996-03-22 |
JP3231560B2 true JP3231560B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=16619172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21223394A Expired - Fee Related JP3231560B2 (ja) | 1994-09-06 | 1994-09-06 | プラズマエッチング装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3231560B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU6319796A (en) * | 1996-07-08 | 1998-02-02 | Hitachi Limited | Method of production of semiconductor integrated circuit device |
JP4162773B2 (ja) | 1998-08-31 | 2008-10-08 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置および検出窓 |
JP2006310472A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Nec Electronics Corp | プラズマ処理装置 |
-
1994
- 1994-09-06 JP JP21223394A patent/JP3231560B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH0878393A (ja) | 1996-03-22 |
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