JP2009218300A - Dry etching device and dry etching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造装置に関するもので、特にドライエッチング装置およびその装置を用いたドライエッチング方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus, and more particularly to a dry etching apparatus and a dry etching method using the apparatus.
半導体基板にトランジスタ等の能動素子や抵抗・容量等の受動素子である半導体装置を作成するときに、半導体基板にコンタクト、ビア、トレンチなどの孔を形成したり、半導体基板の配線層や基板そのものをパターニングしたりするが、このときにドライエッチング装置が使用される。近年の半導体装置の微細化や細密化に伴って、ドライエッチング工程において正確で細密なパターニングが要求されている。 When creating a semiconductor device that is an active element such as a transistor or a passive element such as a resistor or a capacitor on a semiconductor substrate, a hole such as a contact, via, or trench is formed in the semiconductor substrate, or a wiring layer of the semiconductor substrate or the substrate itself. In this case, a dry etching apparatus is used. With recent miniaturization and densification of semiconductor devices, accurate and fine patterning is required in the dry etching process.
たとえば、半導体デバイスが形成された半導体基板の第1の面(以下、表面と呼ぶ)とは反対側の第2の面(以下、裏面と呼ぶ)から表面のI/O(入出力)パッドに向けて貫通孔を形成する場合において、貫通孔の形成はドライエッチング装置を用いて行われる。貫通孔は半導体基板内に形成されるので、半導体基板材料そのものをエッチングする必要がある。半導体基板としては、シリコン、ゲルマニウム、炭素などの単元素半導体材料、ガリウム砒素、インジウムリンなどの二元系化合物半導体材料、多元素の化合物からなる多元系化合物半導体材料が挙げられる。たとえば300ミクロンmの厚みのシリコン半導体基板を裏面から表面側のI/Oパッドへ向けてエッチングする状態を図3に示す。図3は、フォトレジスト106をマスクにして半導体(シリコン)基板101を裏面側からエッチングし、表面側の絶縁膜102が露出された状態を示している。表面側の絶縁膜102は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などである。その上にはI/Oパッド103があり、貫通孔105はこのI/Oパッドまで達する必要がある。何故なら、この表面側のI/Oパッド103と裏面側に形成される再配線層(図示せず)は貫通孔105を通して電気的に導通させなければならないからである。I/Oパッド103は通常アルミニウムを基材としたアルミニウム系膜(窒化チタン膜などのバリアメタルを含む場合もある)から形成されている。絶縁膜102の厚みは通常0.5ミクロンm〜3ミクロンmであり、I/Oパッド103の厚みは通常0.3ミクロンm〜2ミクロンmであるので、シリコン半導体基板101の厚み(通常50ミクロンm〜1000ミクロンm)に比べ、絶縁膜102の厚みおよびI/Oパッド103の厚みは非常に薄く、貫通孔を形成するときに、絶縁膜102だけでなくI/Oパッド103までもエッチングしてしまう可能性がある。導電層であるI/Oパッド103がエッチングされてしまうと、完全に表面側と貫通してしまい、その後に導電体膜である貫通配線を形成しても貫通配線とI/Oパッド103との導電性が悪くなってしまう。さらにこのときは貫通配線とI/Oパッド103との導通はI/Oパッド103の厚み部分と取れているだけであるから、接触抵抗が高くなっているおそれもあるし、すぐに導通が切れてしまい歩留まり低下や信頼性に影響を与えるおそれもある。そこで、貫通孔105のエッチング時に、絶縁膜102が出現したときを知ることができたり、I/Oパッド103が出現した時を知ることができたりすれば、上記の問題を防止することができる。この防止策として、エッチング途中で半導体基板をエッチング装置から取り出して顕微鏡で見る方法があるが、ドライエッチング装置は真空になっているため、真空を破り大気圧状態にする必要がある。この結果、貫通孔のエッチングに多大な時間を要し生産性が非常に悪くなる。しかも1回の取り出しで済めば良いが、何回も取り出して見なければならない場合には、増々時間を要し生産性が極度に悪くなる。
For example, the I / O (input / output) pad on the front surface from the second surface (hereinafter referred to as the back surface) opposite to the first surface (hereinafter referred to as the front surface) of the semiconductor substrate on which the semiconductor device is formed. In the case where the through hole is formed, the through hole is formed using a dry etching apparatus. Since the through hole is formed in the semiconductor substrate, it is necessary to etch the semiconductor substrate material itself. Examples of the semiconductor substrate include single-element semiconductor materials such as silicon, germanium, and carbon, binary compound semiconductor materials such as gallium arsenide and indium phosphide, and multi-element compound semiconductor materials composed of multi-element compounds. For example, FIG. 3 shows a state in which a silicon semiconductor substrate having a thickness of 300 μm is etched from the back surface to the I / O pad on the front surface side. FIG. 3 shows a state in which the semiconductor (silicon)
この対策として、特許文献1では、エッチング装置にエッチングを行う部屋とエッチング状態(エッチング深さなど)を測定する部屋を別々に設けている。この場合は真空を破らずにエッチング途中でエッチング状態を知ることができるので、全体のエッチング時間が非常に長くなり生産性が極度に悪くなるということは起こらないが、エッチング室から測定室へ半導体基板を移動させなければならず、全体のエッチング処理時間が長くなるという問題がある。さらに、特許文献1のエッチング装置は、エッチング室以外に測定室を設けなければならないため、装置がかなり大きくなってしまうという問題もある。
As a countermeasure, in
特許文献2に示されたエッチング装置は、アノード電極に顕微鏡が取り付けられていて、エッチングの途中だけでなく、エッチング中においても半導体基板のエッチング状態を観測できる。しかしながら、この顕微鏡は真空容器(エッチング室)内に露出しているため、エッチング時にこの顕微鏡がエッチングガスやプラズマ等のエッチング雰囲気にさらされるため、顕微鏡本体や特に顕微鏡のレンズ部が劣化するという欠点がある。
半導体基板のドライエッチングにおいては、ドライエッチング途中の半導体基板のエッチング状態を時間をかけずに観測し、かつその結果をエッチング条件に反映することが問題となっている。上記説明したように、平行平板型のドライエッチング装置のアノード電極に顕微鏡を設置してエッチング時またはエッチング途中で半導体基板のエッチング状態を観測できる装置においては、顕微鏡がエッチング雰囲気に常に置かれているために、顕微鏡自体もエッチングされたり、劣化したりする。特に顕微鏡のレンズは、ガラス(主成分がシリコン酸化膜などである)や透明高分子材料であるため、CF4やC2F6やC3F8等のエッチングガスにより悪影響を受けやすく、エッチングや劣化の程度が激しくなり、定期的に新品と交換する必要がある。 In dry etching of a semiconductor substrate, it is problematic to observe the etching state of the semiconductor substrate during the dry etching without taking time, and to reflect the result in the etching conditions. As described above, in a device in which a microscope is installed on the anode electrode of a parallel plate type dry etching apparatus and the etching state of a semiconductor substrate can be observed during etching or during etching, the microscope is always placed in an etching atmosphere. For this reason, the microscope itself is also etched or deteriorated. In particular, microscope lenses are made of glass (the main component is a silicon oxide film, etc.) and transparent polymer materials, so they are easily affected by etching gases such as CF4, C2F6, and C3F8, and the degree of etching and deterioration becomes severe. It is necessary to exchange for a new one regularly.
エッチング室と観測室を分離した装置においては、顕微鏡のエッチングや劣化という問題はないが、半導体基板をエッチング室と観測室で出し入れするために、処理時間が長くなるという問題がある。しかも、観測室を別に設置しなければならず、装置が大きくなり、ひいては装置コストが大きくなるという問題もある。 In the apparatus in which the etching chamber and the observation chamber are separated, there is no problem of etching and deterioration of the microscope, but there is a problem that the processing time becomes long because the semiconductor substrate is taken in and out of the etching chamber and the observation chamber. In addition, a separate observation room must be installed, resulting in a problem that the apparatus becomes large and the apparatus cost increases.
本発明は、半導体装置を構成する材料のドライエッチング状態を都度観測し正確な半導体材料のエッチングを行うことが可能な装置を提供するものである。すなわち、平行平板型のドライエッチング装置において、半導体基板を載置する電極(第1電極)と対向する反対の電極(第2電極)の内部に顕微鏡機能および膜厚測定機能を有するカメラを設置し、このカメラを用いて半導体基板のエッチング状態を観測できるようにした。カメラには上下移動機構もついている。同時にカメラ設置側の電極(第2電極)にはシャッター機構がついている。エッチング中はこのシャッターが閉じていて、エッチングガスやプラズマがカメラに接触しないようになっている。また、エッチング途中でシャッターを開き電極(第2電極)内部へ設置したカメラを用いて半導体基板を観測できるようになっている。さらに、シャッターは電極と同一または類似の材料から形成され、電極の一部となっているため、シャッター部がエッチング中のプラズマ状態を乱さないようになっている。 The present invention provides an apparatus capable of performing accurate etching of a semiconductor material by observing the dry etching state of the material constituting the semiconductor device each time. That is, in a parallel plate type dry etching apparatus, a camera having a microscope function and a film thickness measuring function is installed inside an electrode (second electrode) opposite to an electrode (first electrode) on which a semiconductor substrate is placed. The etching state of the semiconductor substrate can be observed using this camera. The camera also has a vertical movement mechanism. At the same time, the electrode (second electrode) on the camera installation side has a shutter mechanism. During etching, this shutter is closed so that etching gas and plasma do not come into contact with the camera. In addition, the semiconductor substrate can be observed using a camera in which the shutter is opened during etching and the electrode (second electrode) is installed. Further, since the shutter is made of the same or similar material as the electrode and is a part of the electrode, the shutter portion does not disturb the plasma state during etching.
半導体基板(半導体基板に形成された絶縁膜や金属膜を含む、以下同じ)をエッチングするときは、カメラが覗く窓部はシャッターで完全に塞がれていて、かつシャッターも電極の一部となっているので、エッチング時に電極全体が使用できる。半導体基板のエッチング面内均一性は、カメラもシャッターもない通常の平行平板電極の場合と同程度となり、良好なエッチング特性を得ることができる。図3に示すように、半導体基板101のエッチングが進行し貫通孔105が絶縁膜102に達したと思われるときに、エッチングを中断し、半導体基板101が載置されている電極(第1電極)とは反対の電極(第2電極)に備わっているシャッターを開き、その電極内部に設置されたカメラを用いて半導体基板のエッチング状態を観測する。カメラには顕微鏡機能も付いているので、必要に応じて所望の倍率に拡大または縮小可能である。このときに本発明においては膜厚測定機能もついているので、後どのくらいの厚みの半導体基板材料101や絶縁膜102をエッチングすれば、I/Oパッド103へ到達できるかを知ることができる。その後再びシャッターを閉じ、必要な残りのエッチングを行うことにより、ネライとするI/Oパッド103への正確な到達を実現することができる。
When etching a semiconductor substrate (including an insulating film or a metal film formed on a semiconductor substrate, the same shall apply hereinafter), the window that the camera looks into is completely closed by the shutter, and the shutter is also part of the electrode. Therefore, the entire electrode can be used during etching. The etching in-plane uniformity of the semiconductor substrate is almost the same as that of a normal parallel plate electrode without a camera and a shutter, and good etching characteristics can be obtained. As shown in FIG. 3, when the etching of the
本発明は、平行平板型のドライエッチング装置の電極部にカメラを設置することにより非常に精密・正確なエッチングを可能にする装置および方法を提供するものである。 The present invention provides an apparatus and a method that enable very precise and accurate etching by installing a camera on an electrode portion of a parallel plate type dry etching apparatus.
図1は、本発明の平行平板型のドライエッチング装置の1例を示す模式図である。図1に示す装置は反応性イオンエッチング(いわゆる、RIE)タイプのものであり、真空容器(エッチング室)1の中に平板カソード電極4および平板アノード電極2が平行に配置されている。カソード電極4には高周波電源8がマッチングボックス7及びブロッキングコンデンサ6を介して接続されている。カソード電極4にはエッチングを行うための試料である被エッチング基板(半導体基板)5が載置されている。真空容器1およびアノード電極2は接地(アース)されていて、アノード電極2の内部には顕微鏡機能も持つカメラ9およびシャッター3が取り付けられている。シャッター3は自動または手動で開閉できるようになっている。たとえば、横方向(アノード電極2の平面方向)にスライドすることで開閉できる構造となっている。シャッター3をあけるとカメラ9はカソード電極4上に載置された半導体基板5を観測できるようになっている。カメラ9は上下方向(アノード電極2の平面方向と垂直な方向)の移動機構を持っていて、自動または手動で半導体基板5に対して焦点位置合わせを正確に行うことができる。たとえば、図3に示す貫通孔105の内部にも焦点を結ぶようにすることもできるので、貫通孔105の底部すなわち絶縁膜102やI/Oパッド103も観察可能である。さらに、カメラ9は光学式の膜厚測定機能も持っているので、エッチング途中での貫通孔105内の半導体基板101の厚みや絶縁膜102の厚みを測定することができる。カメラ9の出力は真空容器1外に設置されたテレビモニタ10や記録計(図示せず)に接続されていて、カメラ9から得られる情報をモニタできるようになっている。また、シャッター3は電極機能がありアノード電極2の一部となっている。シャッター3の材料は通常アノード電極と同一材料か類似の材料であり、並行平板電極がプラズマ放電しているときに、このシャッターの存在によりプラズマ状態が不安定にならないようになっている。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a parallel plate type dry etching apparatus of the present invention. The apparatus shown in FIG. 1 is of a reactive ion etching (so-called RIE) type, and a
図2は、図1に示すカメラが設置されている状態をさらに詳細に説明するためにカメラが収納されている部分の1例を拡大した図である。平行平板の上部電極(図1においてはアノード電極に相当)22内にカメラ収納空間29を設けその中にカメラ26が収納されている。カメラ26はカメラ支持柱30によって支えられている。カメラには顕微鏡機能部分27および28(27は接眼レンズ部分、28は対物レンズ部分に相当)を有している。カメラ26にはカメラ部を上下に移動することが可能な上下移動機構31が備わっている。カメラ収納部29の下部には窓25があいていて、窓はシャッター23で開閉できるようになっている。図2においては、窓25はカメラ収納部29より小さくなっているが同程度の大きさでも良い。シャッター23が閉じているときには、シャッター23は図2に示すように電極22内にほぼ完全にはめ込まれるように納まっていて、シャッター23は、電極22と電気的に接触しているだけでなく、電極22の下面とほぼ平坦な状態になっている。このように、シャッター23が閉じた状態においては電極22と一体となっているので、プラズマ放電してもシャッターの存在によってプラズマが乱されない。シャッター23は自動または手動で開閉できる。カメラが設置されている電極とは反対側の電極(下部電極、図1においてはカソード電極4に相当)21には、半導体基板24が載置されている。半導体基板24のエッチング面は当然カメラが設置された電極22側を向いている。エッチング途中またはエッチング前後で半導体基板24のパターンのエッチング状態を見るためには、シャッター23をあけ、カメラ部から半導体基板24のパターンを見る。焦点が合わず像がぼけている場合には、上下移動機構31や顕微鏡部27および28に備わっている焦点合わせ機能などを用いて、32に示す矢印方向に上下移動させて、焦点合わせを行い鮮明な画像を得ることができる。半導体基板24のパターンが微小(たとえば、1ミクロンm以下)なため鮮明な像を得るにはカメラや顕微鏡を半導体基板24にかなり接近しなければならないときでも、本発明の上下移動機構を用いることにより、カメラや顕微鏡を電極22の下面よりさらに下方に伸ばしてカメラや顕微鏡を半導体基板24に接近させることも可能である。尚、カメラや窓の位置、半導体基板の位置は最もエッチング状態を把握できるような効果的な場所に配置させると良い。また、カメラや顕微鏡などの制御は支持柱30の内部を通したケーブルを用いて行うことができる。本発明のカメラには膜厚測定機能も付いているので、半導体基板24の平坦な領域の膜厚測定だけでなく、貫通孔底部のような微小な領域における種々の材料の膜厚もカメラや顕微鏡機能と協同して測定できる。
FIG. 2 is an enlarged view of an example of a portion in which the camera is accommodated in order to explain the state where the camera shown in FIG. 1 is installed in more detail. A
尚、図1においてはカソードタイプの平行平板型ドライエッチング装置を示しているが、被エッチング基板である半導体基板が載置される電極がアノード電極側になるアノードタイプの平行平板型ドライエッチング装置においても本発明を使用できることは言うまでもない。 1 shows a cathode type parallel plate type dry etching apparatus, an anode type parallel plate type dry etching apparatus in which an electrode on which a semiconductor substrate to be etched is placed becomes an anode electrode side. Of course, the present invention can be used.
本発明のドライエッチング装置は上述のように、平行平板型の電極構造を持ち、対抗する2つの電極のうち被エッチング基板である半導体基板を載置する電極と反対側の電極の内部に顕微鏡機能および膜厚測定機能を持つカメラと電極の一部であるシャッターを有する。シャッター3の目的は、エッチング中は閉じた状態になっていて、電極の一部となっていることであり、エッチングガスやプラズマ等のエッチング雰囲気からカメラ9を隔離しエッチングによるカメラ部やレンズ部の劣化を防止することである。以下に、本発明のドライエッチング装置をどのように使用するかを図1を用いて説明する。
As described above, the dry etching apparatus of the present invention has a parallel plate type electrode structure, and a microscopic function is provided inside an electrode opposite to an electrode on which a semiconductor substrate to be etched is placed among two opposing electrodes. And a camera having a film thickness measurement function and a shutter which is a part of the electrode. The purpose of the
図1に示すドライエッチング装置の真空容器1内のカソード電極4上に被エッチング基板である半導体基板5を載置する。図1においては、半導体基板5はカソード電極4より小さく示されているが、半導体基板5は電極4と同じ大きさかそれ以上の大きさでも良い。また、半導体基板5の周辺をクランプで抑えて固定しても良いし、半導体基板を真空吸着または静電吸着しても良い。さらに、図1においては、真空容器1は平行平板電極を完全に包含していて平行平板電極より大きく示されているが、平行平板電極とほぼ同じ大きさであっても良い。或いは平行平板電極より小さくなり半導体基板と同じ程度の大きさとなっても良い。真空容器1を小さくするとドライエッチング装置を小さくできるだけでなく、真空引きする時間や真空を破る時間を短くできる。
A
半導体基板5が載置された後、真空容器1内を所望の圧力になるまで真空引きする。この真空引きの途中またはその前後にシャッター3を開け、カメラ9を用いて半導体基板5の表面を観測する。エッチング前の半導体基板5の状態を観察したり、エッチングするべき半導体基板のパターンにおける材料の膜厚を測定したりすることができる。エッチングガスを導入したり、プラズマをエッチング前にたてたりする前にシャッター3を閉じる。シャッター3はできるだけ電極2の面(図1においては電極2の下面)と同程度の位置(高さ)にくるようにする。このようにしないと、エッチング中のプラズマの分布が不均一になり、半導体基板5のエッチングも不均一になる可能性がある。シャッターは横からのスライド方式だけでなく、電極内のカメラ部を設置している空間からシャッターを窓の方へ押し出して窓部を塞いでも良いが、このときもシャッターと電極2の他の面とは同程度の位置(高さ)になることが好適である。
After the
シャッター3が閉じられた後で、エッチングガスを導入しプラズマ発生させ、半導体基板5の所定の部分をエッチングする。このときエッチングガスは電極2の表面(電極4を向いた面)にも存在しプラズマ雰囲気にも曝されるので、電極2の表面も幾分劣化する。従って、シャッター3がなければ電極の窓(たとえば、図2における25)からエッチングガスやプラズマも侵入していき、カメラは高分子材料等で構成されているのでエッチングされ劣化する。特にカメラ部のレンズがガラスである場合には、レンズがエッチングガス(CF系やSF系のガスが多い)によって急速にエッチングされるおそれがある。これを防止するために、本発明ではシャッター3を備えエッチング中はシャッター3を閉じて窓を完全に封鎖し、エッチングガスやプラズマ雰囲気がカメラを設置している場所へ侵入しないようにしている。もちろん、エッチング中以外にもカメラを劣化させる原因となるエッチングガスなどが装置内に存在する場合にもシャッターを閉じていることが望ましい。エッチングがある程度進行しエッチング途中のエッチング形状を観測したいときには、エッチングを中断する。すなわち電極に印加する電圧等を切断してプラズマを発生させない状態にし、エッチングガスのエッチング室(真空容器1)への導入を切断しエッチング室の残留エッチングガスを排気し真空状態にするか窒素等の不活性ガスを導入し低圧状態にする。(エッチング雰囲気を排除する。)このようにエッチング不可状態にした後にシャッター3を開き、カメラを用いて対向電極に載置された半導体基板のエッチング状態を観測する。エッチング形状を観察したいときは、カメラ機能だけでなく顕微鏡機能を用いることができる。焦点がずれてきたらカメラの上下移動機構を使い所望の場所に焦点を合わせる。あるいは、レンズ部のみの移動機能を使って焦点を合わせても良い。カメラの上下移動機構やレンズ部の移動機能は自動で行うこともできるし、手動で行うこともできる。高倍率の像を得るにはカメラを半導体基板に近づける必要があるが、本発明のカメラの移動機構やレンズ部の移動機能を使用することによりこれを実現できる。このようにして、本発明を用いることにより、半導体基板の表面だけでなく、図3に示すような貫通孔の内部の状況を詳細に観察することが可能である。たとえ、貫通孔の深さが200ミクロンm〜500ミクロンmと深くても本発明を用いて貫通孔の底部を見ることができ、エッチングが確実に行なわれているか、まだ不十分であるかを知ることができ、この後どのようなエッチングを行なえば良いか判断(エッチング時間やエッチング条件の決定)もできる。
After the
本発明はさらにカメラ9に膜厚測定機能を持つ。膜厚測定機能とは主に光学式方法を利用した光学式膜厚測定機能である。この光学式膜厚測定機能とは、たとえば光(赤外線、可視光線、紫外線やX線を含む)やレーザー光を膜厚測定したい場所に照射しその反射光や干渉光のスペクトル分析を行うことにより膜厚測定を行なえるようにしたものである。或いはエリプソメトリ法により膜厚測定を行なう方法もある。顕微鏡と組み合わせることにより光のスポット径を1ミクロンm以下に絞ることもできるので、極めて微小なパターンの材料の膜厚を測定することも可能である。シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の上の半導体基板材料(たとえば、シリコン、ゲルマニウム、炭素(ダイヤモンドを含む)、炭化珪素(SiC)、各種の化合物半導体、これらの多結晶体・非晶質体)の厚み、アルミニウムや窒化金属や半導体材料(非晶質、多結晶体を含む)上の絶縁膜の厚みを測定することもできる。図3に示すような貫通孔105の場合には、半導体基板材料であるシリコン等がまだ完全にエッチングされていない状態においては、絶縁膜102上に半導体基板材料101が存在するが、この半導体基板材料101の厚みを測定でき、残りどのくらいの厚みの半導体基板材料101をエッチングすれば良いか分かるので、適切なエッチングガスや装置のエッチング条件(たとえば、エッチングパワー、エッチング圧力)を選択し、正確なエッチング時間を算出可能である。この結果、絶縁膜102の厚みが0.5ミクロンm〜3ミクロンmと薄くても(半導体基板の厚み(50〜1000ミクロンm)に比較すると非常に薄い)絶縁膜102を過度にエッチングすることなく残りの半導体基板101を完全にエッチングすることができるし、ほぼ完全に半導体基板101をエッチングする時間も判断できるので、途中で絶縁膜102を適切にエッチングする条件に変更し、半導体基板101をエッチングした後で連続して絶縁膜102をエッチングすることも可能である。
In the present invention, the camera 9 further has a film thickness measuring function. The film thickness measurement function is an optical film thickness measurement function mainly using an optical method. This optical film thickness measurement function is, for example, by irradiating light (including infrared rays, visible rays, ultraviolet rays, and X-rays) and laser light to a place where the film thickness is to be measured, and performing spectral analysis of the reflected light and interference light. The film thickness can be measured. Alternatively, there is a method of measuring the film thickness by ellipsometry. By combining with a microscope, the spot diameter of light can be reduced to 1 micrometer or less, so that the film thickness of a material with an extremely small pattern can be measured. Semiconductor substrate material on silicon oxide film, silicon nitride film, etc. (for example, silicon, germanium, carbon (including diamond), silicon carbide (SiC), various compound semiconductors, polycrystalline / amorphous materials thereof) It is also possible to measure the thickness of the insulating film on aluminum, metal nitride, or semiconductor materials (including amorphous and polycrystalline materials). In the case of the through-
残りのエッチングを再開するときには、エッチングガスやプラズマ印加する前にシャッター3を再び完全に閉じる。このようにすることにより再びエッチングガスを導入しプラズマエッチングしてもカメラやカメラレンズ等が有害な雰囲気にさらされることはなく、これらがエッチングされたり劣化したりすることはないので、半永久的にカメラ9等を使用することが可能となる。
When resuming the remaining etching, the
図3に示すような貫通孔105の内部の半導体基板101がほぼエッチングされたときにも、エッチングを中断して、エッチング雰囲気を完全に排除した後でシャッター3をあけて貫通孔内部を観察して完全に半導体基板101がエッチングされて絶縁膜102が出現したかをカメラを用いて観測できる。半導体基板101が完全にエッチングされて絶縁膜102が露出している場合には、膜厚測定機能を用いて絶縁膜102の厚みを正確に知ることができる。その後で前述した方法と同様にシャッターを閉じて絶縁膜のエッチングを行なうことが可能となる。この結果、絶縁膜102を完全にエッチングしアルミニウム等で構成されたI/Oパッド103を過度にエッチングをすることがなく、貫通孔の底部にI/Oパッド103を露出させることができる。
Even when the
以上のようにして、顕微鏡および膜厚測定機能を有するカメラ9を平行平板電極に設置し、かつシャッター機能を備えることによって、良好なエッチング状態を有する半導体装置を形成できる。しかも、被エッチング材料の膜厚やエッチング形状等を観測するために、従来用いられていた観測室を別に設置することがないので装置の大きさを最小限に小さくすることができるとともに、真空状態または低圧状態において半導体基板を移動させる必要がないため、非常に短時間にエッチング状態を観測できる。たとえば、シャッターを開く前にエッチングをやめエッチングガスを排気し真空状態にするが、エッチング雰囲気がすでに低圧状態であるためこの処理時間は極めて短時間である。またこの後で不活性ガスを入れる場合においても低圧状態にしておくだけなので、この処理時間も極めて短時間である。シャッターを開く時間もわずかであり、エッチング状態の観測(膜厚測定、エッチング形状観察等)も自動で行なうことにより極めて短時間に行なうことができる。シャッターを閉じてその後再びエッチング雰囲気に戻すことも簡単で短時間に行なうことができる。以上から、従来の方法に比べれば、要する時間はごくわずかであり、本発明を用いても装置の生産性を下げる要因とはならず、観測結果を後のエッチング条件(たとえば、エッチング時間、エッチングパワー、エッチングガス、エッチング圧力)に適用できるので、安定した良好な品質を保持できるようになり、歩留まりの向上や歩留まりの安定化を実現できる。 As described above, the semiconductor device having a good etching state can be formed by installing the camera 9 having the microscope and the film thickness measuring function on the parallel plate electrode and providing the shutter function. Moreover, in order to observe the film thickness, etching shape, etc. of the material to be etched, there is no need to install a separate observation chamber that has been used in the past. Alternatively, since it is not necessary to move the semiconductor substrate in a low pressure state, the etching state can be observed in a very short time. For example, the etching is stopped before the shutter is opened and the etching gas is exhausted to be in a vacuum state, but this processing time is extremely short because the etching atmosphere is already in a low pressure state. Further, when the inert gas is added thereafter, the processing time is also extremely short because only the low pressure state is maintained. The time for opening the shutter is also short, and the etching state observation (film thickness measurement, etching shape observation, etc.) can be automatically performed in a very short time. Closing the shutter and then returning to the etching atmosphere again can be done easily and in a short time. From the above, the time required is very short compared with the conventional method, and even if the present invention is used, it does not cause a reduction in the productivity of the apparatus, and the observation result is changed to the subsequent etching conditions (for example, etching time, etching time, etc.). Power, etching gas, and etching pressure), stable and good quality can be maintained, and yield can be improved and yield can be stabilized.
上記の説明において、貫通孔を有する半導体基板における貫通孔部分の形状や膜厚測定等の観測を行い、本発明を適用することを述べてきたが、これは1つの実例であって、本発明は、一般に平行平板ドライエッチング装置を用いて被エッチング材料をエッチングする場合に適用できることは言うまでもない。たとえば、コンタクト孔、ビア、絶縁膜、導電体膜のエッチング等においても適用できる。尚、被エッチング材料として、上記説明した半導体基板(半導体基板に形成された絶縁膜(たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、他の無機質酸化膜、他の無機質窒化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、有機絶縁膜)や導電体膜(たとえば、シリコン膜、多結晶シリコン膜、非晶質シリコン膜、金属膜、有機系導電体膜)を含む)だけでなく、セラミックやガラスや高分子材料などの絶縁体基板(絶縁体基板に形成された絶縁膜(たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、他の無機質酸化膜、他の無機質窒化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、有機絶縁膜)や導電体膜(たとえば、シリコン膜、多結晶シリコン膜、金属膜、有機系導電体膜)を含む)や、金属や導電体(単結晶、非晶質、多結晶)シリコンや金属や導電体無機材料や有機導電体材料などの導電体基板(導電体基板に形成された絶縁膜(たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、他の無機質酸化膜、他の無機質窒化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、有機絶縁膜)や導電体膜(たとえば、シリコン膜、多結晶シリコン膜、金属膜、有機系導電体膜)を含む)などが挙げられる。 In the above description, it has been stated that the present invention is applied by observing the shape of the through-hole portion and the film thickness measurement in the semiconductor substrate having the through-hole, but this is an example and the present invention. Needless to say, the present invention is generally applicable when a material to be etched is etched using a parallel plate dry etching apparatus. For example, the present invention can be applied to etching of contact holes, vias, insulating films, conductor films, and the like. As the material to be etched, the semiconductor substrate described above (insulating film formed on the semiconductor substrate (for example, silicon oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film, other inorganic oxide film, other inorganic nitride film, metal Oxide films, metal nitride films, organic insulating films) and conductor films (including silicon films, polycrystalline silicon films, amorphous silicon films, metal films, organic conductor films), as well as ceramics Insulator substrates such as glass and polymer materials (insulator films formed on insulator substrates (for example, silicon oxide films, silicon nitride films, silicon oxynitride films, other inorganic oxide films, other inorganic nitride films, metal oxides) Film, metal nitride film, organic insulating film) and conductor film (including silicon film, polycrystalline silicon film, metal film, organic conductor film), metal and conductor (single crystal, amorphous) , Polycrystalline) Conductor substrates such as copper, metal, conductive inorganic materials and organic conductive materials (insulating films formed on conductive substrates (for example, silicon oxide films, silicon nitride films, silicon oxynitride films, other inorganic oxide films, Other inorganic nitride films, metal oxide films, metal nitride films, organic insulating films) and conductor films (including silicon films, polycrystalline silicon films, metal films, organic conductor films) and the like.
本発明は、半導体産業で用いられるドライエッチングプロセスに利用できる。 The present invention can be used in dry etching processes used in the semiconductor industry.
1・・・真空容器(エッチング室)、2・・・アノード電極(上部電極)、
3・・・シャッター、4・・・カソード電極(下部電極)、
5・・・被エッチング基板(半導体基板)、6・・・ブロッキングコンデンサ、
7・・・マッチングボックス、8・・・高周波電源、9・・・カメラ、
10・・・テレビモニタ、21・・・下部電極、22・・・上部電極、
23・・・シャッター、24・・・半導体基板、25・・・窓、26・・・カメラ、
27、28・・・顕微鏡部、29・・・カメラ収納部、30・・・カメラ支持柱、
31・・・上下移動機構、101・・・半導体基板、102・・・絶縁膜、
103・・・I/Oパッド電極、104・・・保護膜、105・・・貫通孔
1 ... Vacuum container (etching chamber), 2 ... Anode electrode (upper electrode),
3 ... shutter, 4 ... cathode electrode (lower electrode),
5 ... Substrate to be etched (semiconductor substrate), 6 ... Blocking capacitor,
7 ... Matching box, 8 ... High frequency power supply, 9 ... Camera,
10 ... TV monitor, 21 ... lower electrode, 22 ... upper electrode,
23 ... Shutter, 24 ... Semiconductor substrate, 25 ... Window, 26 ... Camera,
27, 28 ... Microscope part, 29 ... Camera storage part, 30 ... Camera support column,
31 ... Vertical movement mechanism, 101 ... Semiconductor substrate, 102 ... Insulating film,
103 ... I / O pad electrode, 104 ... Protective film, 105 ... Through hole
Claims (5)
シャッターを再び閉じた状態において前記観測結果を利用して半導体基板を再びドライエッチングする工程において、前記膜厚測定結果を用いて被エッチング材料をエッチングする条件を定めることを特徴とする、
請求項4に記載のドライエッチング方法。
In the step of observing the etching state of the semiconductor substrate using the camera, the film thickness of the material to be etched on the semiconductor substrate is measured, and
In the step of dry etching the semiconductor substrate again using the observation result in a state where the shutter is closed again, a condition for etching the material to be etched is determined using the film thickness measurement result,
The dry etching method according to claim 4.
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KR101317680B1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-10-15 | 주식회사 이코니 | Thickness gauging system for etching panel |
US12142502B2 (en) | 2019-03-15 | 2024-11-12 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Processing condition selection method, substrate processing method, substrate product production method, processing condition selecting device, computer program, and storage medium |
-
2008
- 2008-03-08 JP JP2008058831A patent/JP2009218300A/en active Pending
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