JP2006173223A - プラズマエッチング装置およびそれを用いたプラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フォーカスリングを使用限界まで適正に使用することのできるプラズマエッチング装置およびそれを用いたプラズマエッチング方法を提供する。
【解決手段】 内部を減圧可能に構成された容器１１と、容器１１に収納された半導体基板１２を支持する下部電極１３と、容器１１の外壁の一側に形成された入射光に対して透明な第１の窓１５と、第１の窓１５を通して半導体基板１２の外周部に配置されたフォーカスリング１４の上面にレーザ光を照射する光照射部１６と、容器１１の外壁の他側に形成され、フォーカスリング１４の上面で反射されたレーザ光に対して透明な第２の窓１７と、第２の窓１７に形成された目盛り１８とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法に係り、特にフォーカスリングの消耗量をモニタするのに好適な構造を有するプラズマエッチング装置およびそれを用いたプラズマエッチング方法に関する。

プラズマエッチング装置において、半導体基板の外周近傍でのプラズマを制御するために、フォーカスリングが用いられている。

フォーカスリングにより、半導体基板外周部でのエッチングレートが制御されるが、半導体基板外周部のエッチングレートはフォーカスリングの高さに依存して変化することが知られている。

プラズマエッチングによりフォーカスリングも徐々に削られて消耗していくので、プラズマの安定性が次第に崩れてエッチングレートが変動し、デバイス特性の劣化をもたらす。

そのため、フォーカスリングの消耗量を管理し、消耗量が規定の値を超えた場合には、フォーカスリングを交換する必要がある。

従来、フォーカスリングの消耗量の管理は、経験的に単位時間当たりの消耗量を予測して、累積エッチング時間を管理することにより行なわれていた。

その結果、累積エッチング時間が基準時間に達すると、フォーカスリングがまだ使用可能な場合であっても画一的にフォーカスリングを交換するので、プラズマエッチング装置のランニングコストが増加してしまう問題がある。

これに対して、フォーカスリングを交換することなく、半導体基板外周部のエッチングレートを一定に保つ機構を有するプラズマエッチング装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に開示されたプラズマエッチング装置では、下部電極上の半導体基板の外周部に配置されたフォーカスリングと、フォーカスリングの上面の位置を測定するセンサと、フォーカスリングを上下に駆動する駆動機構と、センサの測定結果に基づいて駆動機構を駆動し、フォーカスリングの上面位置を制御する制御部とを有している。

即ち、センサによりフォーカスリングの上面位置を検知し、駆動機構によりフォーカスリングの上面位置を所望の位置に調整している。

然しながら、特許文献１では、センサの具体的な構成については、何ら開示されていない。
特開２００２−１７６０３０号公報（２頁、図１）

本発明は、フォーカスリングを使用限界まで適正に使用することのできるプラズマエッチング装置およびそれを用いたプラズマエッチング方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様のプラズマエッチング装置では、内部を減圧可能に構成された容器と、前記容器に収納された半導体基板を支持する下部電極と、前記容器の外壁の一側に形成された入射光に対して透明な第１の窓と、前記第１の窓を通して前記半導体基板の外周部に配置されたフォーカスリングの上面にレーザ光を照射する光照射部と、前記容器の外壁の他側に形成され、前記フォーカスリングの上面で反射された前記レーザ光に対して透明な第２の窓と、前記第２の窓に形成された目盛りと、を有することを特徴としている。

また、本発明の一態様のプラズマエッチング方法では、半導体基板の外周部に配置されたフォーカスリングの上面にレーザ光を照射して、前記フォーカスリングの上面で前記レーザ光を反射させることで前記フォーカスリングの上面の位置を求める工程と、求められた前記フォーカスリングの上面の位置に基づいて前記フォーカスリングの消耗量を見積もる工程と、前記消耗量が所定の値を超えた場合に、前記フォーカスリングを交換して前記半導体基板のエッチング処理を行なう工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、フォーカスリングの消耗量を適正に把握できるので、安定したエッチングレートを維持することができる。

その結果、デバイス特性が安定し、プラズマエッチング装置のランニングコストを抑えることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施例１に係るプラズマエッチング装置を示す断面図である。

図１に示すように、本実施例のプラズマエッチング装置１０は、内部を減圧可能に構成された容器１１と、容器１１に収納された半導体基板１２を支持する下部電極１３と、半導体基板１２の外周部に配置されたフォーカスリング１４と、容器１１の外壁の一側に形成された入射光に対して透明な第１の窓１５と、第１の窓１５を通してフォーカスリング１４の上面にレーザ光を照射する光照射部１６と、容器１１の外壁の他側に形成され、フォーカスリング１４の上面で反射されたレーザ光に対して透明な第２の窓１７と、第２の窓１７に形成された目盛り１８を有している。

更に、容器１１内にエッチングガスを導入するためのノズル１９と、容器１１内にプラズマを発生させるための高周波電源２０と、エッチングガスを供給するガス供給部２１と、容器１１を減圧するための排気部２２とを有している。

容器１１は、半導体基板１２をエッチング処理するための処理室であり、下部電極１３は容器１１内に設けられたカソード電極であり、ノズル１９は容器１１内に設けられたアノード電極である。

フォーカスリング１４は、例えばセラミックスであり、半導体基板１２、例えばシリコン基板の外周部に基板を取り囲むようにともに配置され、半導体基板１２の外周部のプラズマを制御している。

エッチングガス供給部２１からエッチングガスをノズル１９を介して容器１１内に導入し、排気部２２により減圧状態を保持し、高周波電源２０により高周波電力を供給すると、容器１１内にプラズマが発生し半導体基板１２がエッチングされる。同時に、フォーカスリング１４も僅かながらエッチングされて消耗する。

第１および第２の窓１５、１７は、例えば石英板であり、容器１１の外壁を挟んで相対向するように設けられている。

光照射部１６は、例えば半導体レーザ装置から放射されるレーザ光を第１の窓１５を通してフォーカスリング１４の上面に照射するためのものである。レーザ光の波長はフォーカスリング１４の上面で反射される波長であればよく、特に限定されない。

第１の窓１５を透過したレーザ光は、フォーカスリング１４の上面で反射して、第２の窓１７を透過して容器１１の外に取り出される。

第２の窓１７には、フォーカスリング１４の上面で反射したレーザ光の透過位置を読み取るための目盛り１８が刻まれている。

フォーカスリング１４が消耗するにつれてレーザ光の透過位置が下方にシフトしていくので、目盛り１８によりフォーカスリング１４の消耗量をその場で見積もることができる。

フォーカスリング１４は、通常、例えば１．６ｍｍ消耗すると交換されるが、交換までにいたる累積エッチング時間はエッチングプロセスに依存する。

従って、あらかじめ設定した位置に反射光が到達したところで交換時期であることを的確に判断することが可能である。

図２は、累積エッチング時間とフォーカスリング１４の消耗量との関係を示す図で、図中の実線ａが本実施例による場合、破線ｂが従来の最もフォーカスリング１４の消耗量の大きなプロセスを想定して単位時間当たりの消耗量を予測して求めた予想線である。

図から明らかなように、本実施例ではフォーカスリング１４が１．６ｍｍ消耗するに至った時間は７９時間であるが、従来例の最もフォーカスリング１４の消耗量の大きなプロセスを想定した予想線では、フォーカスリング１４が１．６ｍｍ消耗する時間は４０時間である。

これより、フォーカスリング１４の寿命は、消耗量で管理することにより累積エッチング時間で管理する場合に比べて、累積使用時間を大幅、例えば約２倍に伸ばすことができる。

以上説明したように、本発明の実施例１に係るプラズマエッチング装置１０によれば、フォーカスリング１４の消耗量を適正に把握できるので、安定したエッチングレートを維持することができる。

その結果、デバイス特性が安定し、プラズマエッチング装置のランニングコストを抑えることができる。

ここでは、レーザ光に対して透明な第２の窓１７に直接目盛り１８を形成した場合について説明したが、目盛りを有する透明なフィルムを第２の窓１７に貼り付けても構わない。

また、透明な第２の窓１７の少なくとも目盛りを形成する領域が半透明、例えばすりガラス状、あるいは、目盛りを有するフィルムが半透明なフィルムであっても構わない。

半透明状の目盛りであれば、レーザ光が一部拡散されて輝度が和らぐので、レーザ光の透過位置の視認性を高めるのに適している。

図３は、本発明の実施例２に係るプラズマエッチング装置を示す断面図である。

本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施例が実施例１と異なる点は、第２の窓にレーザ光を受光する受光部を設けたことにある。

即ち、図３に示すように、本実施例のプラズマエッチング装置３０は、第２の窓１７にレーザ光を受光する受光部３１と、受光部３１の受光結果を表示する表示部３２が設けられている。

第１の窓１５を透過したレーザ光は、フォーカスリング１４の上面で反射し、第２の窓１７を透過して容器１１外に取り出され、受光部３１に入射する。

受光部３１は、例えばフォトダイオードやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの受光素子がライン状に配置されたリニアセンサで、フォーカスリング１４の上面で反射し第２の窓１７を透過したレーザ光の透過位置を検出する。

表示部３２は検出されたレーザ光の透過位置を表示し、その表示からフォーカスリング１４の消耗量をその場で見積もることができる。

以上説明したように、本発明の実施例２に係るプラズマエッチング装置３０によれば、受光部３１によりレーザ光の透過位置を検知するようにしたので、遠方に表示部３２を設置し、フォーカスリング１４の消耗量を遠方で見積もることができる利点がある。

図４は、本発明の実施例３に係るプラズマエッチング装置を示す断面図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施例が実施例１と異なる点は、フォーカスリングの消耗量に応じて、フォーカスリングを移動させるようにしたことにある。

即ち、図４に示すように、本実施例のプラズマエッチング装置４０は、容器１１に収納された半導体基板１２を支持する下部電極４１と、フォーカスリング１４を支持する下部電極４２と、下部電極４１と下部電極４２とを互いに独立に上下動させることが可能な駆動部４３と、第２の窓を透過したレーザ光の透過位置に関する受光部３１の検出結果に応じて駆動部４３を制御する制御部４４とを有している。

半導体基板１２を支持する下部電極４１とフォーカスリング１４を支持する下部電極４２は高周波電源２０に共通接続されている。

半導体基板１２を支持する下部電極４１は上下動シャフト４５を介して駆動部４３のモータＭ１に連結され、フォーカスリング１４を支持する下部電極４２は上下動シャフト４６を介して駆動部４３のモータＭ２に連結されている。

制御部４４は、受光部３１の検出結果であるレーザ光の透過位置情報とフォーカスリング１４の基準位置情報とを比較してフォーカスリング１４の消耗量を求め、フォーカスリング１４を支持する下部電極４２の制御情報を出力する。

駆動部４３は、制御部４４の指令に基づいてモータＭ２を駆動し、シャフト４６を介してフォーカスリング１４の上面の位置が所定の基準位置に略一致するように下部電極４２の位置を制御する。

これにより、フォーカスリング１４が消耗してもフォーカスリング１４の上面の位置を基準位置に略一致させることが可能である。

以上説明したように、本発明の実施例３に係るプラズマエッチング装置４０によれば、駆動部４３によりフォーカスリング１４の消耗量に応じて、フォーカスリング１４を移動させるようにしたので、フォーカスリング１４の上面の位置を基準位置に保持することができる利点がある。

ここでは、フォーカスリング１４の上面の位置の調整は、フォーカスリング１４の消耗量に応じて行なう場合について説明したが、エッチング処理毎に行なっても、あるいは所定枚数処理した後に行なっても構わない。

また、半導体基板１２を支持する下部電極４１の位置を固定し、フォーカスリング１４を支持する下部電極４２の位置を制御する場合について説明したが、下部電極４２の位置を固定し、下部電極４１の位置を制御しても良く、更に、下部電極４１および下部電極４２の両方の位置を制御するようにしても構わない。

下部電極４１および下部電極４２の両方の位置を制御する場合には、例えば半導体基板１２とフォーカスリング１４の相対位置を一定に維持しつつ、ノズル１９と下部電極４１、４２との距離を制御することができるので、適宜エッチングプロセスの経時変動を補償することができる等の利点がある。

本発明の実施例１に係るプラズマエッチング装置を示す断面図。 本発明の実施例１に係る累積エッチング時間とフォーカスリングの消耗量の関係を示す図。 本発明の実施例２に係るプラズマエッチング装置を示す断面図。 本発明の実施例３に係るプラズマエッチング装置を示す断面図。

符号の説明

１０、３０、４０ プラズマエッチング装置
１１ 容器
１２ 半導体基板
１３、４１、４２ 下部電極
１４ フォーカスリング
１５ 第１の窓
１６ 光照射部
１７ 第２の窓
１８ 目盛り
１９ ノズル
２０ 高周波電源
３１ 受光部
３２ 表示部
４３ 駆動部
４４ 制御部
４５、４６ シャフト
Ｍ１、Ｍ２ モータ

Claims (5)

1. 内部を減圧可能に構成された容器と、
   前記容器に収納された半導体基板を支持する下部電極と、
   前記容器の外壁の一側に形成された入射光に対して透明な第１の窓と、
   前記第１の窓を通して前記半導体基板の外周部に配置されたフォーカスリングの上面にレーザ光を照射する光照射部と、
   前記容器の外壁の他側に形成され、前記フォーカスリングの上面で反射された前記レーザ光に対して透明な第２の窓と、
   前記第２の窓に形成された目盛りと
   を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
2. 内部を減圧可能に構成された容器と、
   前記容器に収納された半導体基板を支持する下部電極と、
   前記容器の外壁の一側に形成された入射光に対して透明な第１の窓と、
   前記第１の窓を通して前記半導体基板の外周部に配置されたフォーカスリングの上面にレーザ光を照射する光照射部と、
   前記容器の外壁の他側に形成され、前記フォーカスリングの上面で反射された前記レーザ光に対して透明な第２の窓と、
   前記第２の窓を透過した前記レーザ光を受光する受光部と
   を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
3. 半導体基板の外周部に配置されたフォーカスリングの上面にレーザ光を照射して、前記フォーカスリングの上面で前記レーザ光を反射させることで前記フォーカスリングの上面の位置を求める工程と、
   求められた前記フォーカスリングの上面の位置に基づいて前記フォーカスリングの消耗量を見積もる工程と、
   前記消耗量が所定の値を超えた場合に、前記フォーカスリングを交換して前記半導体基板のエッチング処理を行なう工程と
   を有することを特徴とするプラズマエッチング方法。
4. 内部を減圧可能に構成された容器と、
   前記容器に収納された半導体基板を支持する下部電極と、
   前記容器の外壁の一側に形成された入射光に対して透明な第１の窓と、
   前記第１の窓を通して前記半導体基板の外周部に配置されたフォーカスリングの上面にレーザ光を照射する光照射部と、
   前記容器の外壁の他側に形成され、前記フォーカスリングの上面で反射された前記レーザ光に対して透明な第２の窓と、
   前記フォーカスリングを上下に駆動する駆動部と、
   前記第２の窓を透過した前記レーザ光の透過位置を検出した結果に基づいて、前記駆動部を駆動し、前記フォーカスリングの上面の位置を制御する制御部と
   を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
5. 半導体基板の外周部に配置されたフォーカスリングの上面にレーザ光を照射して、前記フォーカスリングの上面で前記レーザ光を反射させることで前記フォーカスリングの上面の位置を求める工程と、
   求められた前記フォーカスリングの上面の位置と前記フォーカスリングの上面の基準位置との差から、前記フォーカスリングの消耗量を見積もる工程と、
   前記消耗量が所定の値を超えた場合に、前記フォーカスリングを上方に移動させて前記フォーカスリングの上面の位置を前記基準位置に略一致させた後、前記半導体基板のエッチング処理を行なう工程と
   を有することを特徴とするプラズマエッチング方法。

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