(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー、
上記真空チャンバー内で開口し、下流側にプラズマ化した活性種ガスを噴出するためのノズルを備えた複数の放電管、
上記真空チャンバー内にあって、上記活性種ガスの上記ノズルからの噴出先に備えられており、ワークを載置するための単一のワークテーブル、
上記ワークテーブルの平面運動を制御する制御装置、
上記活性種ガスの原料となる原料ガスを上記複数の放電管の中から選択された一つの放電管に供給する原料ガス供給装置、
出力調整可能な単一の電磁波発振器、
上記複数の放電管の一部をなしており、上記単一の電磁波発振器で発振された電磁波が照射されることによって、上記原料ガスがプラズマ化され活性種ガスが生成されるそれぞれのプラズマ発生部、及び、
上記単一の電磁波発振器で発振された電磁波を上記複数の放電管の中から上記原料ガスの供給が選択されている放電管のプラズマ発生部に照射するために電磁波の進路を切り替える電磁波切り替え器が備えられた電磁波伝達手段
を備えたことを特徴とする局所ドライエッチング装置。
【請求項２】
請求項１に記載された局所ドライエッチング装置において、
上記原料ガス供給装置は、同一の原料ガス供給源からのガスを上記複数の放電管の中から選択された一つの放電管に供給するように、上記局所ドライエッチング装置に付帯するバルブ装置にて切り替えるものであること
を特徴とする局所ドライエッチング装置。
【請求項３】
真空チャンバー、
上記真空チャンバー内で開口し、下流側にプラズマ化した活性種ガスを噴出するためのノズルを備えた複数の放電管、
上記真空チャンバー内にあって、上記活性種ガスの上記ノズルからの噴出先に備えられており、ワークを載置するための単一のワークテーブル、
上記ワークテーブルの平面運動を制御する制御装置、
上記活性種ガスの原料となる原料ガスを上記複数の放電管の中から選択された一つの放電管に供給する原料ガス供給装置、
出力調整可能な単一の電磁波発振器、
上記複数の放電管の一部をなしており、上記単一の電磁波発振器で発振された電磁波が照射されることによって、上記原料ガスがプラズマ化され活性種ガスが生成されるそれぞれのプラズマ発生部、及び、
上記単一の電磁波発振器で発振された電磁波を上記複数の放電管の中から上記原料ガスの供給が選択されている放電管のプラズマ発生部に照射するために電磁波の進路を切り替える電磁波切り替え器が備えられた電磁波伝達手段
を備えた局所ドライエッチング装置を使用して行う局所ドライエッチング加工方法であって、
上記局所ドライエッチング装置によってワークを局所ドライエッチング加工した後、搬出された加工後のワークを測定し、この測定結果に基づいて、上記加工時におけるエッチングレートを算出し、算出されたエッチングレートが、電磁波発振器の出力調整が不要な許容範囲内にある場合には、そのまま同じ出力で同じ放電管を用いて次のワークを加工し、上記エッチングレートが上記許容範囲を外れた場合には、上記加工に使用されなかった他の放電管を使用するように、原料ガスの供給と上記電磁波切り替え器による電磁波の照射の切り替えを行い、
更に、上記電磁波発振器の同じ出力のままで上記複数の放電管の全てを使用した場合には、上記電磁波発振器の出力をより大きい出力に調整して上記局所ドライエッチング加工を繰り返し、
これによって、放電管の交換に伴う真空引き回数の頻度とチューニング回数の頻度を少なくしたこと
を特徴とする局所ドライエッチング加工方法。
【請求項４】
請求項３に記載された局所ドライエッチング加工方法において、
上記原料ガス供給装置は、同一の原料ガス供給源からのガスを上記複数の放電管の中から選択された一つの放電管に供給するように、上記局所ドライエッチング装置に付帯するバルブ装置にて切り替えられること
を特徴とする局所ドライエッチング加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、局所エッチング装置に関する。局所エッチング加工といわれる加工法は、活性種ガスにより、シリコンウェーハや半導体ウェーハなどのワーク表面を局所的にエッチングすることにより、平坦化あるいは厚さ分布を均一にするための技術である。
【背景技術】
【０００２】
図１は、プラズマを用いた局所ドライエッチングによるワーク平坦化方法の原理を説明するための説明図である。放電管Ｂの一部をなすプラズマ発生部Ａで発生したプラズマ中の活性種ガスＧは、ノズルＮからワークＷの表面に噴射される。ワークＷは、ワークテーブルＴ上に載置固定されており、ワークテーブルＴをノズルＮに対して水平方向に制御された速度及びピッチでスキャンさせる。
【０００３】
ワークＷは平坦化加工前には場所に応じて厚さが異なり、微細な凹凸を備えている。平坦化するためのドライエッチング加工に先立って、ワークＷ毎に、その細分化された各領域における厚さが測定される。この測定により各領域の位置での厚さのデータ、すなわち、位置−厚さデータが得られる。
【０００４】
局所ドライエッチング加工では、領域毎の材料除去量は、その領域が活性種ガスＧに曝される時間に対応する。このため、ワークに対してノズルが通過する相対速度（以下、ノズル速度という）は、相対的に厚い部分（以下、相対厚部という）Ｗａの上では低速で、また、相対的に薄い部分では相対的に高速で、移動するように速度が決定される。
【０００５】
図２は、噴射される活性種ガスにより単位時間当たりに除去されるワーク材料の量（深さ）、すなわちエッチングレート、の分布を示すグラフである。このエッチングレートプロファイルと呼ばれる曲線はガウス分布に非常に近い曲線である。この図２に示されるように、エッチングレートＥはノズルＮの中心線上において最大の値Ｅｍａｘを有し、中心から半径ｒ方向に遠ざかるにつれて減少する。
【０００６】
このように材料除去能力がノズル中心からの距離に応じ分布を示すために、一つの領域に対して要求される材料除去量は、一つの領域のノズル速度だけを考慮することによっては決定することができない。つまり、一つの領域において材料除去が行われたとしても、隣の領域あるいは更にその隣など近傍の領域に対してエッチングが行われるとき、上記エッチングレートプロファイルに応じた材料除去が重ね合わさって行われるからである。
【０００７】
このように、一つの領域には、近傍の全ての領域に対するエッチングの影響が及ぶので、これらの影響を全ての領域について重ね合わせた結果として各領域の表面の高さが互いに等しくなるように、ノズル速度が計算により導き出される（特許文献１，６，７参照）。
【０００８】
局所ドライエッチング加工は、このように制御された速度でノズルをスキャンさせる点において、一般的なドライエッチング（特許文献２〜５参照）と大きく異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５２２１０号公報
【特許文献２】特開平１１−１３５４８５号公報
【特許文献３】特開２００４−０４７５５９号公報
【特許文献４】特開平０３−０３９４８０号公報
【特許文献５】特開平１１−０８７０９４号公報
【特許文献６】特開２００４−１２８０７９号公報
【特許文献７】特開２００４−１３４６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記位置−厚さ（あるいは凹凸）データとエッチングレートプロファイルとを元に計算によって得られたノズル速度で局所ドライエッチングを行えば所望の平面が得られるはずであるが、放電管を使用し続けると、放電管内で発生した活性種ガスが放電管の表面と反応することにより、放電管表面に反応生成物が徐々に堆積し、または放電管表面が侵食・改質されるなどの劣化Ｃが発生することによって、この劣化Ｃで原料ガスと反応する前に放電管表面と反応することによる電磁波のロスが生じ、加工性能が低下する。
【００１１】
加工性能が低下すると、つまり、エッチングレートプロファイルが低くなると、加工後の凹凸が予定した許容範囲の中に収まらなくなる。そのため、電磁波発振器の出力を上げることによって、エッチングレートプロファイルを維持するように加工結果が予定の範囲内に収まるように局所ドライエッチング装置のチューニングを行う必要がある。
【００１２】
そして、加工性能の低下が更に続くと、放電管はそれ以上の使用に耐えられなくなる。そのため放電管の交換が必要となる。放電管の交換は、真空チャンバーの真空を解放した上で行い、再度真空引きするなど大規模な作業となるため、上記チューニングとは比較にならないくらいの時間がかかることになる。
【００１３】
また、高精度を要求するシリコンウェーハや半導体ウェーハに対する局所ドライエッチングでは、加工によるワークの材料除去量（除肉量）が非常に微少（数十ナノメートル程度）であるため、プラズマ状態の微少な変動が加工結果に大きな変動をきたしてしまう。ワーク表面の微細な凹凸を局所ドライエッチングにより除去するというシビアな加工を行うには、上記チューニングを行うことにより加工精度を維持することと共に、放電管状態の管理、安定化を図ることも重要である。
【００１４】
本願発明は、上記事情に鑑みてなされた発明であって、局所ドライエッチング装置において、できるだけチューニングの回数を減らすこと、あるいは、同じチューニングによってできるだけ長い時間加工できるようにすること、放電管交換のために真空チャンバーの真空を大気圧に解放する回数、つまり、真空引きの回数をできるだけ少なくし、これにより局所ドライエッチング加工における全体的な加工能率を改善すること、更には、放電管の劣化の進行を妨げることにより放電管の劣化に起因した加工条件の変動を極力抑制し、安定した加工レートを維持しながら高精度の加工を行うことを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は以下の手段により解決される。すなわち、第１番目の発明は、真空チャンバー、上記真空チャンバー内で開口し、下流側にプラズマ化した活性種ガスを噴出するためのノズルを備えた複数の放電管、上記真空チャンバー内にあって、上記活性種ガスの上記ノズルからの噴出先に備えられており、ワークを載置するための単一のワークテーブル、上記ワークテーブルの平面運動を制御する制御装置、上記活性種ガスの原料となる原料ガスを上記複数の放電管の中から選択された一つの放電管に供給する原料ガス供給装置、出力調整可能な単一の電磁波発振器、上記複数の放電管の一部をなしており、上記単一の電磁波発振器で発振された電磁波が照射されることによって、上記原料ガスがプラズマ化され活性種ガスが生成されるそれぞれのプラズマ発生部、及び、上記単一の電磁波発振器で発振された電磁波を上記複数の放電管の中から上記原料ガスの供給が選択されている放電管のプラズマ発生部に照射するために電磁波の進路を切り替える電磁波切り替え器が備えられた電磁波伝達手段を備えたことを特徴とする局所ドライエッチング装置である。
【００１６】
第２番目の発明は、第１番目の局所ドライエッチング装置において、上記原料ガス供給装置は、同一の原料ガス供給源からのガスを上記複数の放電管の中から選択された一つの放電管に供給するように、上記局所ドライエッチング装置に付帯するバルブ装置にて切り替えるものであることを特徴とする局所ドライエッチング装置である。
【００１７】
第３番目の発明は、真空チャンバー、上記真空チャンバー内で開口し、下流側にプラズマ化した活性種ガスを噴出するためのノズルを備えた複数の放電管、上記真空チャンバー内にあって、上記活性種ガスの上記ノズルからの噴出先に備えられており、ワークを載置するための単一のワークテーブル、上記ワークテーブルの平面運動を制御する制御装置、上記活性種ガスの原料となる原料ガスを上記複数の放電管の中から選択された一つの放電管に供給する原料ガス供給装置、出力調整可能な単一の電磁波発振器、上記複数の放電管の一部をなしており、上記単一の電磁波発振器で発振された電磁波が照射されることによって、上記原料ガスがプラズマ化され活性種ガスが生成されるそれぞれのプラズマ発生部、及び、上記単一の電磁波発振器で発振された電磁波を上記複数の放電管の中から上記原料ガスの供給が選択されている放電管のプラズマ発生部に照射するために電磁波の進路を切り替える電磁波切り替え器が備えられた電磁波伝達手段を備えた局所ドライエッチング装置を使用して行う局所ドライエッチング加工方法であって、上記局所ドライエッチング装置によってワークを局所ドライエッチング加工した後、搬出された加工後のワークを測定し、この測定結果に基づいて、上記加工時におけるエッチングレートを算出し、算出されたエッチングレートが、電磁波発振器の出力調整が不要な許容範囲内にある場合には、そのまま同じ出力で同じ放電管を用いて次のワークを加工し、上記エッチングレートが上記許容範囲を外れた場合には、上記加工に使用されなかった他の放電管を使用するように、原料ガスの供給と上記電磁波切り替え器による電磁波の照射の切り替えを行い、更に、上記電磁波発振器の同じ出力のままで上記複数の放電管の全てを使用した場合には、上記電磁波発振器の出力をより大きい出力に調整して上記局所ドライエッチング加工を繰り返し、これによって、放電管の交換に伴う真空引き回数の頻度とチューニング回数の頻度を少なくしたことを特徴とする局所ドライエッチング加工方法である。
【００１８】
第４番目の発明は、第３番目の局所ドライエッチング加工方法において、上記原料ガス供給装置は、同一の原料ガス供給源からのガスを上記複数の放電管の中から選択された一つの放電管に供給するように、上記局所ドライエッチング装置に付帯するバルブ装置にて切り替えられることを特徴とする局所ドライエッチング加工方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ワークを局所ドライエッチング加工した後、搬出された加工後のワークを測定し、この測定結果に基づいて、上記加工時におけるエッチングレートを算出し、算出されたエッチングレートが、電磁波発振器の出力調整が不要な許容範囲内にある場合には、そのまま同じ出力で同じ放電管を用いて次のワークを加工し、上記エッチングレートが上記許容範囲を外れた場合には、上記加工に使用されなかった他の放電管を使用するように、原料ガスの供給と上記電磁波切り替え器による電磁波の照射の切り替えを行う。
【００２０】
そして、上記電磁波発振器の同じ出力のままで上記複数の放電管の全てを使用した場合には、上記電磁波発振器の出力をより大きい出力に調整して上記局所ドライエッチング加工を繰り返す。
【００２１】
この結果、局所ドライエッチング装置において、チューニングの回数を減らすこと、あるいは、同じチューニングによって長い時間加工できるようになり、放電管交換のために真空チャンバーの真空を大気圧に解放する回数、つまり、真空引きの回数を少なくすることができるので、局所ドライエッチング加工における全体的な加工能率を改善することができ、更には、放電管の劣化の進行を妨げることにより放電管の劣化に起因した加工条件の変動を極力抑制し、安定した加工レートを維持しながら高精度の加工を行うことができるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】プラズマを用いた局所ドライエッチングによるワークの平坦化方法の原理を説明するための説明図である。
【図２】噴射される活性種ガスのエッチングレートの分布を示すグラフである。
【図３】本発明の局所ドライエッチング装置の一実施例を示す説明図である。
【図４】上記実施例の平面を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００２４】
図３は、本発明の局所ドライエッチング装置の一例を示す説明図である。この実施例の局所ドライエッチング装置１には、真空チャンバー２、放電管３１〜３４、電磁波伝達手段である導波管４１〜４４、４５、電磁波切り替え器５、電磁波発振器６、ワークテーブル７、制御装置８、原料ガス供給装置９が備えられている。
【００２５】
放電管３１〜３４は、真空チャンバー２内で開口し、下流側にプラズマ化した活性種ガスを噴出するためのノズルＮを備えている。単一の真空チャンバー２に対して放電管３１〜３４は複数本が備えられている。ワークテーブル７は、真空チャンバー２内にあって、上記活性種ガスのノズルＮからの噴出先に備えられており、この上に被加工物つまりワークＷが載置固定される。ワークテーブル７は、単一の真空チャンバー２に対応して一つだけ備えられている。上記ワークテーブル７の平面運動は制御装置８によって制御される。
【００２６】
原料ガス供給装置９は、上記活性種ガスの原料となる原料ガス（ＳＦ６（六フッ化硫黄）ガス等）が容れられた原料ガス供給源であるボンベ９１、９２から上記複数の放電管３１〜３４の中から選択された一つの放電管の上流側にガスを供給する。このために切り替え用のバルブ装置９５〜９８が備えられている。
【００２７】
プラズマ発生部３５〜３８は、それぞれ上記放電管３１〜３４の一部をなしている。単一の電磁波発振器６で発振された電磁波（たとえばマイクロ波）は、複数の放電管３１〜３４の中から原料ガスの供給が選択された一つの放電管のプラズマ発生部３５〜３８に選択的に切り替えて照射され、原料ガスがプラズマ化されて活性種ガスが生成される。電磁波発振器６は出力調整可能である。
【００２８】
電磁波切り替え器５は、上で述べたように、単一の電磁波発振器６で発振された電磁波（マイクロ波）を上記複数の放電管の中から上記原料ガスの供給が選択されている放電管におけるプラズマ発生部に照射するために電磁波の進路を切り替えるものである。この電磁波切り替え器５は電磁波伝達手段である導波管４１〜４５の途中に設けられている。
【００２９】
制御装置８は、上述したようなワークテーブル７の平面運動のほかに電磁波発振器６、電磁波切り替え器５等の制御全般も行う。図示しないが、真空チャンバー２には、ロードチャンバーや搬送チャンバーが設けられている。ロードチャンバーはワークＷを真空チャンバー２内に出し入れするとき、事前に真空チャンバー２の圧力と等しくなるように圧力調整を容易化するために設けられた小容積のチャンバーである。搬送チャンバーは内部に搬送ロボットが納められており、このロボットによってワークは真空チャンバー２とロードチャンバー間で搬送される。これらのチャンバー間には搬入搬出扉が設けられており、真空あるいは大気がチャンバー間を移動しないようにするためのものである。
【００３０】
導波管４１〜４４は、電磁波発振器６で発振された電磁波（マイクロ波）を選択された一つの放電管に照射するための電磁波伝送路であり、電磁波発振器６で発振された電磁波（マイクロ波）が導波管４５を伝わり、電磁波切り替え器５にて電磁波の伝送先を切り替えられて、各放電管３１〜３４のうち一つの放電管に導かれる。導波管４１〜４４は各放電管３１〜３４に外挿されている。この例では、放電管が４本の例が示されているが、２本以上であれば適宜の本数とすることができる。導波管４１〜４４の本数、電磁波切り替え器５の切り替え数もこれに対応する。
【００３１】
放電管３１〜３４は、下端部にノズルＮが形成された円筒体であり、上端部には、原料ガス供給装置９の供給パイプが連結されている。原料ガス供給装置９は、放電管３１〜３４内に原料ガスを供給するための装置であり、ＳＦ６（六フッ化硫黄）ガスのような各種原料ガスのボンベ９１、９２を有し、ボンベ９１、９２が供給パイプに設けられたバルブ９５、９６、９７、９８を介して放電管３１〜３４に連結されている。なお、原料ガスとしてのＳＦ６ガスは例示であり、他にＣＦ４、ＮＦ３などを選択することも可能である。
【００３２】
原料ガス供給装置９から選択された一つの放電管３１〜３４に原料ガスを供給すると共に、電磁波発振器６によって電磁波を発振すると、選択された一つの放電管３１〜３４内においてガスのプラズマ化が行われる。プラズマ化によって生成された活性種ガスＧがノズルＮから噴射される。
【００３３】
ワークＷは、真空チャンバー２内のワークテーブル７上に配置され、ワークテーブル７に静電気力によって吸着される。真空チャンバー２には、付図示の真空ポンプがとりつけられており、この真空ポンプによって真空チャンバー２内が真空にされる（減圧される）。
【００３４】
本局所ドライエッチング装置の動作は次のとおりである。まず、最初の状態として、放電管３１〜３４は全て新しいものが設置され、真空チャンバー２は真空引きが済み、ワークテーブル７上にはワークＷが装填されているとして説明する。
【００３５】
予め取得されているワークＷの凹凸情報に基づいて計算された加工条件で局所ドライエッチング加工を行う。このワークＷを搬出し、搬出された加工後のワークを測定する。この測定結果に基づいて、上記実加工時におけるエッチングレートを算出する。算出されたエッチングレートが、電磁波発振器の出力調整が不要である場合、すなわち実加工におけるエッチングレートが許容範囲内にある場合には、そのまま同じ出力で同じ放電管を用いて次のワークを加工する。
【００３６】
これを繰り返す内、やがて、放電管の加工性能が低下するので、エッチングレートが上記許容範囲から外れるようになる。外れた場合には、最初の放電管から次の放電管（すなわち上記加工に使用されなかった他の放電管）へと切り替える。この切り替えは、上記バルブ装置による原料ガスの供給と上記電磁波切り替え器による電磁波の照射の切り替えによって行うが、重要なのは、上記電磁波発振器６についてはチューニングを行うことなく同じ出力のままである点である。
【００３７】
ワークを次々に加工する内に、いずれ、上記電磁波発振器の同じ出力での加工により、上記複数（本実施例の場合４本）の放電管の全てを使用してしまうことになる。この場合には、上記電磁波発振器をチューニングして、すなわち、出力をより大きい出力に調整して、上記局所ドライエッチング加工を繰り返す。これを繰り返していく内に、チューニングによっては対処できない程度にまで放電管の性能が低下するので、この場合には放電管の交換を行う。
【００３８】
放電管の交換は、真空チャンバー２の真空を解放しなければ行えない。そして、一旦、真空を解放したら、放電管交換後、再度真空引きしなければならない。従来のように放電管が一本の場合には、放電管一本に対し同じ回数だけ、真空チャンバー２の真空を解放し、真空引きしなければならないことになる。
【００３９】
これに対し、本願発明では、複数(本実施例の場合４本)の放電管の寿命が全て尽きた時に、一度だけ真空チャンバー２の真空の解放と次の加工のための真空引きをするだけで済むため、装置のメンテナンス作業が簡易化され、メンテナンスにかかるコスト・時間も大幅に削減することができる。
【００４０】
更に、本願発明では、複数（本実施例の場合４本）の放電管をとおして、同じチューニングのまま加工が行われるので、一本一本の放電管の加工性能の低下が許容範囲を超えるたびに行わなければならない従来のものに比して、相対的にチューニング回数も少なくて済むことになる。これにより、局所ドライエッチング加工における全体的な加工能率を大幅に改善することができる。
【００４１】
なお、本発明では、加工後のワーク測定結果に基づいて加工時におけるエッチングレートを算出し、使用する放電管の切り替えを行うことについて示したが、加工後のワーク測定結果に基づく他に、装置特性や加工条件等から予め設定された加工パラメータ・予め求められたエッチングレート、予め設定されたワーク加工枚数・加工時間・加工条件、エッチングレートと相関を持つ装置モニタ値等に基づいて電磁波切り替え器により電磁波の照射先の切り替えを行うことも可能である。
【００４２】
また、本発明では、電磁波発振器６で発信される電磁波をマイクロ波として示したが、マイクロ波に限らず周知のプラズマの励起に用いられる周波数帯である短波長の電磁波であればよく、例えば高周波なども適用可能である。さらに、本発明では、電磁波伝達手段を導波管として示したが、電磁波の周波数帯や出力に応じた電磁波伝達手段（ケーブルなど）を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  局所ドライエッチング装置
２  真空チャンバー
３１〜３４  放電管
３５〜３８  プラズマ発生部
４１〜４４、４５  導波管
５  電磁波切り替え器
６  電磁波発振器
７  ワークテーブル
８  制御装置
９  原料ガス供給装置
９１、９２  ボンベ
９５〜９８  バルブ装置
Ａ  プラズマ発生部
Ｅ  エッチングレート
Ｇ  活性種ガス
Ｎ  ノズル
Ｔ  ワークテーブル
Ｗ  ワーク
Ｗａ  相対厚部
【図１】
0006046580.tif 000002
【図２】
0006046580.tif 000003
【図３】
0006046580.tif 000004
【図４】
0006046580.tif 000005