JPS6211492B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスパツタエツチングや活性イオンによ
るリアクテイブイオンエツチングにおけるエツチ
ング反応生成物質の発生によるプラズマ雰囲気の
イオン化率の変化を検出し、エツチング量の制御
を可能としたるエツチング制御装置に関する。

半導体集積回路をはじめとする電子素子製造工
程でのエツチング処理技術は、製品の歩溜り及び
製品の品質に大きく影響している。近年半導体デ
バイスの集積度の向上が特に要求されており薬品
溶液によるエツチングでは加工精度の限界が明ら
かになつてきた。一方エツチングに要する大量の
化学薬品溶液の処理が公害問題等で困難になりは
じめてきた。

これら問題を改善する方法として、減圧された
ガスプラズマ雰囲気中に被エツチング物質を配置
しエツチングする方法が検討されている。上記減
圧されたガスプラズマ雰囲気を用いる方法は大別
して二通りの方法がこれまでに確立されている。
その一つは、10^-3〜10^-2Torrに減圧された不活性
ガス（アルゴンなど）の雰囲気を用いる方法で、
該雰囲気に高電圧を印加しガス放電を維持させつ
つ、電界で加速されたイオンを被エツチング物質
に衝突させ物理的にエツチングするいわゆるスパ
ツタエツチングである。他方は、上記不活性ガス
の代りに弗素、塩素、臭素等の成分を含有するガ
スの雰囲気を用い、前記と同じ方法によつてプラ
ズマ放電を生じせしめ、放電中のガス分子の解難
によつて生ずる化学的に活性なイオンに被エツチ
ング物質を晒すことによつて化学的にエツチング
を行うリアクテイブイオンエツチングである。後
者は、プラズマ雰囲気の圧力を10^-3Torrから数
Torrの範囲で使用することができ、仮に10^-3〜
10^-2Torrで使用する場合は、前記のスパツタエ
ツチングの機構も含めることができる。

これらエツチング方法は共通して化学薬品溶液
を用いる化学エツチングほどエツチング速度が材
料の違いに依存しない、すなわち選択的なエツチ
ングができない。特にスパツタエツチングにおい
ては、２，３の物質を除いてエツチング速度はほ
とんど一定である。またリアクテイブイオンエツ
チングにおいても、２，３の物質の組合せを除き
エツチング速度比を大きくすることが困難であ
る。例えば、シリコン単結晶でできた基板上に加
熱酸化して形成された二酸化シリコン被膜の上に
真空蒸着法等によつて被着したアルミニウム被膜
と下地になる二酸化シリコン被膜のエツチング速
度比は加熱したリン酸を含む溶液では容易に
100：１以上が得られるのに対し、リアクテイブ
イオンエツチング方法では10〜30、スパツタエツ
チング方法では１〜２程度である。

半導体集積回路デバイスの加工においては被エ
ツチング層とその下地層との選択比を確保するこ
とがますます重要な条件となつており、化学エツ
チングに比して良好なエツチング加工精度を有す
るガスプラズマを利用したエツチング方法の実用
化を困難にしている原因の一つになつている。

本発明の目的は、スパツタエツチングやリアク
テイブイオンエツチングにおいて、エツチング反
応生成物質の混入したガスプラズマ雰囲気中のイ
オン化率の変化を検出し、エツチング終了点を的
確に判断できるエツチング制御装置を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、前記検出信号をエツチン
グプロセスの制御信号とし、エツチングプロセス
の自動化を計ることのできるエツチング制御装置
を提供することにある。

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は本発明によるリアクテイブイオンエツ
チング装置におけるエツチング検出制御方法の実
施例の構成図である。図において、真空容器１０
は絶縁リング１２を介して高周波電極１１と該電
極の対向電極板を兼ねたフタ１３とガスプラズマ
雰囲気のイオン化率の変化を検出する検出器２０
から構成されている。真空容器１０は、排気ポン
プ１４によつて排気された後、バリアブリリーク
バルブ１５で流量を調整されて、ガス溜１６中の
ガスが導入され所定の圧力に保たれ、高周波電極
１１に高周波電源３０から高周波電力が供給され
ガス放電１８を発生する。

ガス放電中の活性なイオンが高周波電極１１の
上に配置された被エツチング物質１７に入射し、
反応することによつて反応生成物がガス放電１８
に混入する。そして、上記反応生成物質の混入し
た前記ガスプラズマ１８のガス成分を直接採集で
きるような位置に検出器２０を配置することによ
り、検出器２０の内部に設置されたコレクター２
１と検出器の容器の間に高電圧電源５０より一定
の高電圧を印加することにより、該コレクター２
１と検出器２０の内壁間に放電２２を生ずる。か
かる装置において、イオン化されたイオンは加速
されコレクター２１に入射し、コレクターイオン
電流として検出されるが、上記反応生成物が放電
雰囲気中に混入するとイオン化率が反応を生じな
い場合のイオン化率と異なる場合、コレクターに
入射するイオン量（イオン電流）が変化する。こ
のイオン電流の変化を検出制御電源４０の中でデ
ーター処理して高周波電源３０の出力を制御する
ことによつて被エツチング物質１７のエツチング
量を制御するものである。

すなわち本発明のこの実施例は、エツチング量
の変化を、異なるイオン化率反応生成物の混入に
よるイオン量の変化とし、またコレクターイオン
電流の変化として検出し、これによつてエツチン
グ量を制御することにある。

この実施例において、被エツチング物質として
は板厚0.5mmの石英板上に面積15cm²、膜厚5000Å
のアルミニウムを真空蒸着した基板を用いた。こ
の実施例のエツチングは圧力0.06Torr、高周波電
力150Wにて行つた。

第２図は第１図の検出制御電源４０の機能のブ
ロツク図で、検出器２０からの信号入力装置４１
で信号変換が行なわれる。必要に応じて信号が記
憶装置４２で記憶され、一部は比較装置４４での
基準信号として使用される。エツチング時間の経
過に伴い、一定間隔でサンプリングされた信号が
微分装置４３で処理され微分値と勾配の正負等の
情報が、次の比較装置４４で、前もつて設定され
た条件と比較される。比較されたデータはデータ
処理装置４５で分析されてエツチングの状態を判
断し出力装置４６で高周波電源３０における高周
波出力を制御する仕組を示している。

第３図は上記条件のもとで被エツチング物質を
エツチングした場合の検出制御電源４０で監視し
たイオン電流の変化を記録したもののチヤートで
ある。図において、放電開始直後のイオン電流値
V₁を記憶装置４２において記憶する。放電開始
後のエツチング初期のピークは検出器２０の内壁
及びコレクター２１等からのガス放出によるもの
でデータサンプリングから除外し、イオン電流値
V₂になつた時点をエツチング開始時と判断しデ
ータのサンプリングが開始される。

エツチング量とイオン電流の関係は、エツチン
グ条件一定のもとでは、単位時間にエツチングさ
れる量に反比例する。即ち、単位時間にエツチン
グされる量が大きいほどイオン電流値は小さくな
る関係から、前もつてエツチングする処理面積が
明らかであれば、必要とするエツチング速度を乗
ずれば単位時間当りのエツチング量が算出でき
る。かかる関係より所定のエツチング速度を制御
するには、イオン電流V₃を前もつて設定するこ
とにより高周波電源４０の出力を制御することに
よつてエツチング量を一定に制御することができ
る。

エツチングが終了に近ずくにつれてイオン電流
が再び増加しはじめる。第３図において、イオン
電流値V₃より増加しはじめた時点が被エツチン
グ物質の周辺部がエツチング完了した点に相当す
る。この時点でエツチング量の制御は解除されエ
ツチング終了の検出に移行する。即ちイオン電流
値がV₃より大きいV₄に達し一定になつた時点で
エツチングが終了したことになり、検出制御電源
４０の出力装置からの信号で高周波電源３０の出
力を停止させれば放電が停止してエツチングが終
了する。このように本検出制御方法ではイオン電
流値V₁とエツチング開始時の値V₂と終了時の値
V₄がほぼ一致するという点に制御上の重要な点
がある。

第４図は本発明によるリアクテイブイオンエツ
チング装置におけるエツチング制御方法の他の実
施例の構成図である。図において、リアクテイブ
イオンエツチング装置の第１図と同一番号は同じ
ものを示す。また検出制御電源４０の機能も前記
第２図に示すものと同様である。本実施例の特徴
は前記第１図において、放電１８のガスを採集し
これをイオン化する機構を必要としないところに
ある。即ち本実施例は被エツチング物質１７がエ
ツチングされることによつて反応生成物の該ガス
放電１８中への混入による放電インピーダンスの
変化に伴う高周波電極１１にかかる電圧変化を検
出器２０で検出し、検出制御電源４０でデータ処
理して高周波電源３０の出力を制御することによ
つて被エツチング物質１７のエツチング量を制御
するものである。

この実施例において、被エツチング物質は前記
実施例で用いたものと同じ基板を使用し、エツチ
ング条件も同一とした。第５図は同条件のもとで
の上記エツチング物質のエツチングを行つた場合
の放電インピーダンスの変化に伴う高周波電極１
１の電圧変化を記録したチヤートである。

第５図によれば、放電開始後、放電が安定にな
つた時点での高周波電極電圧V₁₁を検出制御電源
４０の記憶装置４２で記憶する。エツチングの開
始と共に反応生成物のガス放電１８中への混入に
よるイオン化率の変化に伴い、該放電インピーダ
ンスが変化する。この場合、投入される電力が電
力制御のもとでは高周波電極１１にかかる電圧が
変化し、エツチング量に応じて放電インピーダン
ス、即ち高周波電極電圧が変化する。同適用例に
おいてはエツチング量が大きくなれば電極電圧は
低くなる。

エツチングの終了近くでは、基板の周辺から中
央に向つてエツチングが進行する傾向があり、エ
ツチング量が減少するため、電極電圧が再び高く
なりはじめる。中央部も完全にエツチングが終了
すると電極電圧はV₁₃で一定となる。この場合の
電圧値V₁₃は先に放電初期電圧として記憶した電
圧値V₁₁にほぼ一致する。このようなデータを検
出制御電源４０の中でデータ処理し、出力装置を
経て高周波電源３０の移入電力を停止すれば放電
が停止しエツチングが終了する。このように本実
施例による制御上の特徴は放電開始初期の電圧
V₁₁とエツチング終了点の電圧V₁₃がほぼ一致する
点にある。

以上２つの実施例において説明した如く、本発
明は放電を利用したエツチングにおいて被エツチ
ング物質のエツチング反応生成物の該放電への混
入によるガスのイオン化率の変化を、イオン電流
の変化という形で検出し、またはインピーダンス
の変化に伴う電極電圧の変化という形で検出して
いるもので、両者の検出方法は原理的に同一であ
る。

したがつて、本発明は被エツチング物質のエツ
チング生成物が発生することによつて放電のイオ
ンに変化が生じるようなエツチングプロセスへの
応用が有益である。

また、本発明は、これまで作業者が経験と感を
たよりに行つていたエツチング終了点の判断を確
実に再現性よく検出し、放電を制御することによ
つて適正なエツチング加工ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるリアクテイブイオンエツ
チングにおけるエツチング制御装置の実施例の構
成図、第２図は第１図の検出制御電源４０の機能
ブロツク図、第３図は第１図の実施例の石英板上
のアルミニウムをエツチングした場合の検出イオ
ン電流の変化のタイムチヤート、第４図は本発明
のリアクテイブイオンエツチングにおけるエツチ
ング制御装置の第二の実施例の構成図、第５図は
第４図の実施例の石英板上のアルミニウムをエツ
チングした場合のインピーダンス変化による高周
波電極の電圧変化のタイムチヤートである。 １０……真空容器、１１……高周波電極、２０
……検出器、３０……高周波電源、４０……検出
制御電源、５０……高圧電源、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被エツチング物質を減圧されたガスプラズマ
   雰囲気中に配置しエツチングを行うエツチング装
   置において、エツチング反応生成物質が該雰囲気
   中に混入することによつて生じる該雰囲気のイオ
   ン化率の変化を検出する手段と、この検出信号に
   よりエツチングを制御する手段とを有することを
   特徴とするエツチング制御装置。 ２ 前記イオン化率の変化を検出する手段がイオ
   ン化機構を備えた検出器である特許請求の範囲第
   １項記載のエツチチング制御装置。 ３ 前記イオン化率の変化を検出する手段が、ガ
   スプラズマ雰囲気のインピーダンスの変化を検出
   する検出器である特許請求の範囲第１項記載のエ
   ツチング制御装置。