JP2004128166A

JP2004128166A - プラズマエッチング装置、及びプラズマエッチング方法

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Publication number: JP2004128166A
Application number: JP2002289188A
Authority: JP
Inventors: Harunobu Muto; 武藤　治信; Hiroshi Yano; 矢野　弘
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】ウェハのエッチング状態を精度よく検出できるプラズマエッチング装置を提供する。
【解決手段】ウェハをプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、ウェハを格納する筐体と、筐体の内部に供給されたガスに電界を印加して、ウェハの表面をエッチングするためのプラズマを生成するプラズマ生成部と、光を生成し、生成した光をウェハの内部に入射させる光源と、ウェハから射出する射出光を受光する受光部と、受光部が受光した射出光のスペクトルに基づいて、ウェハの表面におけるエッチングの状態を判定する判定部とを備えることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハをプラズマエッチングするプラズマエッチング装置、及びプラズマエッチング方法に関する。特に本発明は、エッチングの状態を精度よく検出できるプラズマエッチング装置、及びプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばウェハに微細なコンタクトホールを形成するようなプラズマエッチングでは、生成するコンタクトホールの直径によってエッチングレートが変化する。例えば、コンタクトホールの直径が０．１μｍ以下になるとエッチングレートが急激に低下する。このため、直径の異なるコンタクトホールを同時に形成するようなプラズマエッチングにおいては、直径の大きいコンタクトホールは直径の小さいコンタクトホールよりも早くエッチングが終了する。
【０００３】
直径の大きいコンタクトホールのエッチングが終了しても、直径の小さいコンタクトホールのエッチングが終了するまでエッチング処理を行うため、直径の大きいコンタクトホールの底部には、プラズマ内で生成される高分子重合膜が付着してしまう。コンタクトホールには、上層と下層とを電気的に接続するために金属が埋め込まれるが、底部に高分子重合膜が付着していると上層と下層との接合特性を悪化させる。また、高分子重合膜は付着力が高く除去が困難であるため、エッチング工程において、コンタクトホールの底部に高分子重合膜を極力付着させないことが必要である。
【０００４】
従来、直径の大きいコンタクトホールの底部に高分子重合膜を極力付着させないために、直径の小さいコンタクトホールのエッチングの終了を精度よく検出し、エッチング処理を終了することにより、プラズマ内で生成される高分子重合膜の量を極小化することが試みられている。直径の小さいコンタクトホールのエッチングの終了を検出する手段として、プラズマ発光分光分析による終点検出法、プラズマインピーダンスのモニタリングによる終点検出法、及び光干渉測定による終点検出法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ発光分光分析による終点検出法では、プラズマ内の消費されたラジカルから発光される所定の波長の発光強度、又はエッチングによる反応生成物から発光される所定の波長の発光強度を測定することにより、エッチングの終点を検出している。しかし、この方法では、検出される信号の変化が小さく、精度よく終点を検出することが困難である。
【０００６】
また、プラズマインピーダンスのモニタリングによる終点検出法では、プラズマ生成電源の入射電力、反射電力等をモニタリングすることにより、エッチングの終点を検出する。しかし、この方法でも検出される信号の変化が小さいため、精度よく終点を検出することが困難である。
【０００７】
また、光干渉測定による終点検出法では、光をコンタクトホールに入射させ、反射光の位相のずれにより、コンタクトホールの深さを測定し、エッチングの終点を検出する。しかし、この方法では、光をコンタクトホールに入射させる必要があるため、直径の小さいコンタクトホールに対しては、測定することができない。これらのように、従来の検出法ではプラズマエッチングにおけるエッチングの終点を精度よく検出することが困難であった。
【０００８】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるプラズマエッチング装置、及びプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態では、ウェハをプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、ウェハを格納する筐体と、筐体の内部に供給されたガスに電界を印加して、ウェハの表面をエッチングするためのプラズマを生成するプラズマ生成部と、光を生成し、生成した光をウェハの内部に入射させる光源と、ウェハから射出する射出光を受光する受光部と、受光部が受光した射出光のスペクトルに基づいて、ウェハの表面におけるエッチングの状態を判定する判定部とを備え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。
【００１０】
光源は、光として赤外光を生成し、生成した赤外光をウェハの内部に入射させ、受光部は、ウェハから射出する赤外光を射出光として受光してよい。また光源は、ウェハの側面から赤外光を入射させ、受光部は、ウェハの側面から射出する赤外光を受光してよい。
【００１１】
ウェハは、プラズマによってエッチングされない基板層と、基板層の上層に設けられプラズマによってエッチングされる被エッチング層とを有し、光源は、基板層の表面において赤外光が全反射する角度で、基板層の側面から基板層の内部に赤外光を入射することが好ましい。
【００１２】
判定部は、射出光のスペクトルに基づいて、エッチングが終了したか否かを判定してよい。また判定部は、基板層を形成する材料と、ガスの成分とに応じた、射出光のスペクトル成分の強度に基づいて、被エッチング層のエッチングが終了したか否かを判定してよい。
【００１３】
判定部は、基板層の原子とプラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される射出光のスペクトル成分の吸収強度の変化に基づいて、被エッチング層のエッチングが終了したか否かを判定してよい。光源は、基板層の原子とプラズマにおけるイオンとの結合によって吸収されるスペクトル成分を有する赤外光を生成することが好ましい。
【００１４】
被エッチング層をエッチングして直径の異なる複数のホールを生成する場合に、判定部は、基板層の原子とプラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される赤外光のスペクトル成分の吸収強度が、予め定められた時間、変化しない場合に、被エッチング層における複数のホールのエッチングが終了したと判定してよい。
【００１５】
生成するべき複数のホールのうち、最も直径の小さいホールと略同一又はより小さい直径を有する複数のダミーホールをエッチングにより生成する手段を更に備え、判定部は、基板層の原子とプラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される赤外光のスペクトル成分の吸収強度が、生成するダミーホールの個数に応じた吸収強度と略等しくなった場合に、被エッチング層における複数のホールのエッチングが終了したと判定してよい。
【００１６】
判定部は、基板層のシリコン原子が、プラズマにおける水素イオンにより水素終端されたＳｉ−Ｈ結合によって吸収される赤外光のスペクトル成分の吸収強度の変化に基づいて、被エッチング層のエッチングが終了したか否かを判定してよい。
【００１７】
また、判定部は、エッチングが終了した場合に、プラズマにおけるイオンにより基板層の上層に堆積される重合膜によって吸収される赤外光のスペクトル成分の吸収強度の変化に更に基づいて、被エッチング層における複数のホールのエッチングが終了したか否かを判定してよい。
【００１８】
光源は、エッチングが終了した場合に、プラズマにおけるイオンにより基板層の上層に堆積される重合膜によって吸収されるスペクトル成分を有する赤外光を生成してよい。
【００１９】
判定部は、プラズマにおける炭素イオンとフロンイオンとが重合し、基板層の上層に堆積した重合膜によって吸収される赤外光のスペクトル成分の強度の変化に基づいて、被エッチング層における複数のホールのエッチングが終了したか否かを判定してよい。
【００２０】
受光部は、筐体の内部に設けられ、ウェハの側面から射出した赤外光を集光する集光部と、筐体の側面に設けられ、集光部が集光した赤外光を透過する透過部と、筐体の外部に設けられ、透過部が透過した赤外光を受光する受光素子とを有してよい。
【００２１】
プラズマエッチング装置は、ウェハを載置するウェハステージと、ウェハステージを駆動することにより、ウェハの側面における複数の箇所から赤外光を入射させるウェハステージ駆動部とを更に備え、判定部は、複数の箇所から入射され、ウェハの側面から射出した赤外光のそれぞれのスペクトルに基づいて、複数の箇所に対応するウェハの表面の複数の領域における、エッチングの状態を判定してよい。また光源は、ウェハステージの位置に基づく角度で、赤外光がウェハの側面に入射させてよい。
【００２２】
本発明の第２の形態においては、ウェハをプラズマエッチングすることによりデバイスを製造するプラズマエッチング方法であって、ウェハを筐体に格納する段階と、筐体の内部にプラズマを生成するためのガスを供給するガス供給段階と、ガスに電界を印加して、ウェハの表面をエッチングするためのプラズマを生成し、ウェハをエッチングするプラズマ生成段階と、光を生成し、生成した光をウェハの内部に入射させる光生成段階と、ウェハから射出する光を受光する受光段階と、受光段階において受光した光のスペクトルに基づいて、ウェハの表面におけるエッチングの状態を判定する判定段階と、判定段階においてエッチングの終点が検出された場合に、エッチング処理を停止するエッチング停止段階とを備えることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２３】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る、プラズマエッチング装置１００の構成の一例を示す。プラズマエッチング装置１００は、ウェハ２００をプラズマエッチングする。プラズマエッチング装置１００は、筐体１０と、プラズマ生成部２０と、ガス供給部３０と、光源部１１０と、受光部９０と、ウェハステージ８０と、ウェハステージ駆動部１２０と、判定部９８と、真空ポンプ６０と、第２電源９０と、バルブ４０と、バルブ５０とを備える。
【００２６】
筐体１０は、ウェハ２００を格納する。ウェハステージ８０は、筐体１０の内部に設けられ、ウェハ２００を載置する。また、ウェハステージ駆動部１２０は、ウェハステージを駆動することにより、ウェハ２００を移動させる。
【００２７】
真空ポンプ６０は、筐体１０の内部のガスを吸引し、筐体１０の内部を真空にする。バルブ５０を開閉することにより、筐体１０と真空ポンプ６０とを接続、又は遮断する。
【００２８】
ガス供給部３０は、プラズマを生成するためのガスを筐体１０の内部に供給する。バルブ４０を開閉することにより、筐体１０と真空ポンプ６０とを接続、又は遮断する。本例において、ガス供給部３０は、当該ガスとしてフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）と水素ガス（Ｈ_２）を混合したガスを、筐体１０の内部に供給する。
【００２９】
プラズマ生成部２０は、筐体１０の内部に供給されたガスに電界を印加して、ウェハ２００の表面をエッチングするためのプラズマを生成する。プラズマ生成部２０は、コイル２４と第１電源２２とを有する。第１電源２２はコイル２４に電流を供給し、コイル２４は、供給された電流に応じて電磁誘導される電界を、筐体１０の内部のガスに印加してプラズマを生成する。また、第２電源９０は、ウェハステージ８０に所定の電位を与え、プラズマ中のイオンをウェハ２００に誘導する。これによりウェハ２００の表面をエッチングする。
【００３０】
光源部１１０は、プラズマエッチング装置１００がウェハ２００の表面をエッチングする間、光を生成してウェハ２００の内部に入射させる。光源部１１０は、筐体１０の外部に設けられ、光を生成する光源１１２と、筐体１０の側面に設けられ、光源１１２が生成した光を透過し、ウェハ２００に入射させる透過部１１４とを有する。本例において、光源部１１０は、赤外光を生成し、生成した赤外光をウェハ２００の内部に入射させる。
【００３１】
受光部９０は、ウェハ２００から射出する射出光を受光する。本例において、受光部９０は、ウェハ２００から射出する赤外光を当該射出光として受光する。受光部９０は、筐体１０の内部に設けられ、ウェハ２００の側面から射出した赤外光を集光する集光部９２と、筐体１０の側面に設けられ、集光部９２が集光した赤外光を透過する透過部９４と、筐体１０の外部に設けられ、透過部９４が透過した赤外光を受光する受光素子９６とを有する。
【００３２】
判定部９８は、受光部９０が受光した射出光のスペクトルに基づいて、ウェハ２００の表面におけるエッチングの状態を判定する。本例において、判定部９８は、射出光のスペクトルに基づいて、エッチングが終了したか否かを判定する。
【００３３】
図２は、ウェハ２００の断面図の一例を示す。ウェハ２００は、プラズマによってエッチングされない基板層２０２と、基板層２０２の上層に設けられ、プラズマによってエッチングされる被エッチング層２０４と、被エッチング層２０４の上層に設けられ、被エッチング層２０４においてエッチングされるべき領域を選択するレジスト層２０６とを有する。
【００３４】
光源部１１０は、図２に示すようにウェハ２００の基板層２０２の側面から赤外光を入射させる。また光源部１１０は、基板層２０２の表面及び裏面において赤外光が全反射する角度で、基板層２０２の側面から基板層２０２の内部に赤外光を入射させる。基板層２０２の内部に入射された赤外光は、基板層２０２の表面及び裏面において全反射を繰り返し、基板層２０２の側面から射出する。受光部９０は、基板層２０２の側面から射出する赤外光を受光する。
【００３５】
図３は、ウェハ２００の表面のエッチング状態の例を示す。本例において、基板層２０２はシリコン層、被エッチング層２０４は酸化シリコン層である。図３（ａ）は、被エッチング層２０４をエッチングしている状態を示す。図３（ａ）に示すように、被エッチング層２０４をエッチングしている場合、被エッチング層のシリコン原子２１２は、プラズマ中のフロンイオン２１４と結合することによりエッチングされる。つまり、コンタクトホール２３０の底部には、シリコン原子２１２とフロンイオン２１４との結合２１０が表出している。
【００３６】
図３（ｂ）は、被エッチング層２０４のエッチングが終了した状態を示す。図３（ａ）に示すように、被エッチング層２０４のエッチングが終了した場合、コンタクトホール２３０の底部には基板層２０２が表出する。表出した基板層２０２のシリコン原子は、プラズマ中の水素イオンにより水素終端され、コンタクトホール２３０の底部にＳｉ−Ｈ結合２２０が形成される。この場合、基板層２０２の内部に入射された赤外光のスペクトル成分のうち所定のスペクトル成分がＳｉ−Ｈ結合２２０により吸収される。例えば、Ｓｉ−Ｈ結合２２０により、波数２１００〜２１５０／ｃｍ付近のスペクトル成分が吸収される。
【００３７】
以上の説明から、基板層２０２の内部で全反射を繰り返し射出した赤外光のスペクトル成分を検出することにより、ウェハ２００の表面のエッチング状態を検出することができる。判定部９８は、基板層２０２を形成する材料と、ガス供給部３０が供給したガスの成分とに応じた、赤外光のスペクトル成分の吸収強度に基づいて、被エッチング層２０４のエッチングが終了したか否かを判定する。つまり、判定部９８は、基板層２０２の原子とプラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される赤外光のスペクトル成分の吸収強度の変化に基づいて、被エッチング層２０４のエッチングが終了したか否かを判定する。本例においては、判定部９８は、基板層２０２のシリコン原子２１６が、プラズマにおける水素イオン２１８により水素終端されたＳｉ−Ｈ結合２２０によって吸収される赤外光のスペクトル成分の吸収強度の変化に基づいて、被エッチング層２０４のエッチングが終了したか否かを判定する。
【００３８】
図３（ｃ）は、被エッチング層２０４のエッチングが終了した後に、エッチング処理を継続した状態を示す。被エッチング層２０４のエッチングが終了し、コンタクトホール２３０が基板層２０２まで到達した後に、エッチング処理を継続した場合、コンタクトホール２３０の底部には、プラズマ内において生成される重合膜２２２が堆積される。本例においては、コンタクトホール２３０の底部には、Ｃ−Ｆ結合により重合膜２２２が堆積される。この場合、基板層２０２の内部に入射された赤外光のスペクトル成分のうち所定のスペクトル成分がＣ−Ｆ結合の重合膜２２２により吸収される。例えば、重合膜２２２により、波数１０００〜１２１０／ｃｍ付近のスペクトル成分が吸収される。
【００３９】
以上の説明から、ウェハ２００から射出する赤外光のスペクトル成分のうち、重合膜２２２によって吸収されるスペクトル成分を検出することによっても、ウェハ２００の表面におけるエッチング状態を検出することができる。判定部９８は、プラズマにおけるイオンにより基板層の上層に堆積される重合膜によって吸収される赤外光のスペクトル成分の強度の変化に更に基づいて、被エッチング層２０４における複数のホールのエッチングが終了したか否かを判定する。本例において、判定部９８は、プラズマにおける炭素イオンとフロンイオンとが重合し、基板層２０２の上層に堆積した重合膜２２２によって吸収される赤外光のスペクトル成分の強度の変化に基づいて、被エッチング層２０４におけるコンタクトホール２３０のエッチングが終了したか否かを判定する。
【００４０】
また、光源１１０は、基板層２０２の原子とプラズマにおけるイオンとの結合によって吸収されるスペクトル成分と、エッチングが終了した場合に、プラズマにおけるイオンにより基板層２０２の上層に堆積される重合膜２２２によって吸収されるスペクトル成分とを有する赤外光を生成することが望ましい。
【００４１】
図４は、ウェハ２００の表面に形成するべきコンタクトホールの直径とエッチングレートとの関係の一例を示す。図４に示すように、コンタクトホールの直径が大きくなるにつれ、マイクロローディング効果によりエッチングレートが増大する。つまり、直径の異なる複数のコンタクトホールを形成する場合、コンタクトホールのエッチング終点はコンタクトホールの直径により異なる。プラズマエッチング装置１００は、即ち最もエッチング終点が遅いコンタクトホールのエッチング終点を全てのコンタクトホールのエッチング終点として検出する。本例においては、プラズマエッチング装置１００は、形成するべきコンタクトホールのうち最も直径の小さいコンタクトホールのエッチング終点を全てのコンタクトホールのエッチング終点として検出する。
【００４２】
また、他の例において、逆マイクロローディング効果によりコンタクトホールの直径が小さくなるにつれ、エッチングレートが増大する場合、プラズマエッチング装置１００は、最も直径の大きいコンタクトホールのエッチング終点を全てのコンタクトホールのエッチング終点として検出してもよい。例えば、ガス供給部３０が筐体１０の内部に水素ガスを供給しない場合に、プラズマエッチング装置１００は、最も直径の大きいコンタクトホールのエッチング終点を全てのコンタクトホールのエッチング終点として検出する。
【００４３】
図５は、Ｓｉ−Ｈ結合による赤外光吸収強度と、エッチング時間との関係の一例を示す。本例において、プラズマエッチング装置１００は、ウェハ２００の表面に３種類の直径毎にそれぞれ同数のコンタクトホールを形成する。まず、エッチング時間Ｔ_１において、最も直径の大きいコンタクトホールのエッチングが終了する。このとき、図３において説明したように、エッチングが終了したコンタクトホールの底部におけるシリコン原子は水素終端され、Ｓｉ−Ｈ結合が形成される。形成されたＳｉ−Ｈ結合により、基板層２０２の内部に入射された赤外光の所定のスペクトル成分が吸収される。エッチングが終了したコンタクトホールには、徐々に重合膜が堆積されるため、Ｓｉ−Ｈ結合による赤外光吸収は減少する。
【００４４】
次に、エッチング時間Ｔ_２において、次に直径の大きいコンタクトホールのエッチングが終了する。この場合においても同様にＳｉ−Ｈ結合により赤外光が吸収されるが、コンタクトホールの総面積が小さいため、エッチング時間Ｔ_１における赤外光吸収よりも強度は小さくなる。更に、エッチング時間Ｔ_３において、最も直径の小さいコンタクトホールのエッチング終了する。エッチング時間Ｔ_３において全てのコンタクトホールのエッチングが終了するため、エッチング時間Ｔ_３以降においては、Ｓｉ−Ｈ結合によって赤外光は吸収されない。
【００４５】
判定部９８は、基板層２０２の原子とプラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される赤外光のスペクトル成分の強度が、予め定められた時間τ_１の間変化しない場合に、被エッチング層２０４における複数のコンタクトホールのエッチングが終了したと判定する。本例においては、判定部９８は、Ｓｉ−Ｈ結合によって吸収される赤外光のスペクトル成分の強度が、時間τ_１の間変化しない場合に、被エッチング層２０４における複数のコンタクトホールのエッチングが終了したと判定する。判定部９８は、受光部９０が受光した射出光のスペクトルの変化によって、Ｓｉ−Ｈ結合によって吸収された赤外光のスペクトル成分の強度を検出する。
【００４６】
図６は、Ｃ−Ｆ結合の重合膜による赤外光吸収強度と、エッチング時間との関係の一例を示す。本例において、プラズマエッチング装置１００は、ウェハ２００の表面に３種類の直径毎にそれぞれ同数のコンタクトホールを形成する。まず、エッチング時間Ｔ_１において、最も直径の大きいコンタクトホールのエッチングが終了する。エッチング時間Ｔ_１の直後のＴ_１’から、図３において説明したように、コンタクトホールの底部には、重合膜が堆積される。堆積された重合膜により、基板層２０２の内部に入射された赤外光の所定のスペクトル成分が吸収される。エッチングが終了したコンタクトホールには、徐々に重合膜が堆積されるため、重合膜による赤外光吸収は徐々に増加する。
【００４７】
次に、エッチング時間Ｔ_２において、次に直径の大きいコンタクトホールのエッチングが終了する。この場合、形成されたコンタクトホールの総面積が増加するため、重合膜による赤外光吸収の増加率が増大する。更に、エッチング時間Ｔ_３において、最も直径の小さいコンタクトホールのエッチング終了する。エッチング時間Ｔ_３において全てのコンタクトホールのエッチングが終了するため、時間Ｔ_３’以降においては、重合膜による赤外光吸収の増加率は増大しない。
【００４８】
判定部９８は、プラズマにおけるイオンにより基板層２０２の上層に堆積される重合膜によって吸収される赤外光のスペクトル成分の強度の増加率が、予め定められた時間τ_２の間変化しない場合に、被エッチング層２０４における複数のコンタクトホールのエッチングが終了したと判定する。本例においては、判定部９８は、Ｃ−Ｆ結合の重合膜によって吸収される赤外光のスペクトル成分の強度の増加率が、時間τ_２の間変化しない場合に、被エッチング層２０４における複数のコンタクトホールのエッチングが終了したと判定する。判定部９８は、受光部９０が受光した射出光のスペクトルの変化によって、重合膜によって吸収された赤外光のスペクトル成分の強度を検出する。
【００４９】
また、判定部９８は、図５に関連して説明したＳｉ−Ｈ結合の赤外吸収強度の変化と、図６に関連して説明したＣ−Ｆ結合の重合膜の赤外吸収強度の変化とに基づいて、被エッチング層２０４におけるコンタクトホールのエッチング終点を検出してよい。例えば、Ｓｉ−Ｈ結合の赤外吸収強度がτ_１の間変化せず、且つＣ−Ｆ結合の重合膜の赤外吸収強度がτ_２の間変化しない場合に、被エッチング層２０４におけるコンタクトホールのエッチングが終了したと判定してよい。この場合、更に精度よくコンタクトホールのエッチング終点を検出できる。
【００５０】
図７は、ウェハ２００の上面図の一例を示す。本例において、光源１１０は、ウェハ２００の側面における複数の箇所から赤外光を入射させる。例えば、光源１１０は複数の赤外光を生成し、生成した複数の赤外光をウェハ２００の側面の複数の箇所に入射してよい。また、光源１１０は一の赤外光を生成し、ウェハステージ駆動部１２０がウェハステージを８０を駆動することにより、ウェハ２００の側面における複数の箇所から赤外光を入射させてもよい。また、光源１１０は、エッチング処理を開始してからエッチング終点を検出するまで、連続して赤外光を生成し、ウェハ２００の側面に入射させる。
【００５１】
判定部９８は、複数の箇所から入射され、ウェハ２００の側面から射出した赤外光のそれぞれのスペクトルに基づいて、複数の箇所に対応するウェハの表面の複数の領域２４０における、エッチングの状態を判定する。また、光源１１０は、ウェハ２００の上面及び下面において赤外光が全反射する角度で、ウェハ２００の側面のそれぞれの箇所に赤外光を入射させる。例えば、光源１１０が複数の赤外光を生成する場合、光源１１０は、それぞれ異なる位置から異なる角度で複数の赤外光を射出してよい。また、光源１１０が一の赤外光を生成する場合、光源１１０は、ウェハステージ８０の位置に基づく角度及び位置で赤外光を射出し、赤外光をウェハの側面に入射させる。
【００５２】
また、光源１１０は、ウェハ２００の上面及び下面において、赤外光が臨界反射角と略等しい角度で反射するように、赤外光をウェハ２００に入射させることが好ましい。ウェハ２００の内部における赤外光の反射角を臨界反射角と略等しい角度とすることにより、赤外光がウェハ２００の上面において反射する間隔を短くすることができる。これにより、コンタクトホールによる赤外光吸収を精度よく検出することができる。
【００５３】
本例におけるプラズマエッチング装置１００によれば、ウェハ２００の全ての領域において、エッチング終点を精度よく検出することができる。また、プラズマエッチング装置１００は、光源１１０とウェハ２００との間に、赤外光を集光する光学素子を更に備えてもよい。当該光学素子は、光源１１０が生成した赤外光を、所定の屈折率で屈折させてウェハに入射させる。当該光学素子は、赤外光がウェハ２００の側面に入射する角度を制御してもよい。
【００５４】
また、光源１１０は一の赤外光を連続して生成し、ウェハステージ駆動部１２０がウェハステージ８０を回転させることにより、ウェハ２００の側面の複数の箇所に、赤外光を入射させてもよい。これによっても、ウェハ２００の全ての領域において、エッチング終点を精度よく検出することができる。
【００５５】
また、プラズマエッチング装置１００によれば、エッチング処理中にリアルタイムでエッチング状態を検出することができ、ｉｎ−ｓｉｔｕでのエッチング状態検出ができる。
【００５６】
図８は、ウェハ２００の断面拡大図の一例を示す。図８に示すように、レジスト層２０６には、形成するべきコンタクトホール２６０を生成するためのパターンが設けられている。プラズマエッチング装置１００は、生成するべき複数のコンタクトホール２６０のうち、最も直径の小さいコンタクトホールと略同一又はより小さい直径を有する複数のダミーホール２７０をエッチングにより更に生成してもよい。この場合、レジスト層２０６には複数のダミーホール２７０を生成するためのパターンが設けられる。複数のダミーホール２７０は、ウェハ２００において形成されるべきデバイスに使用されない不使用領域２５０に形成されることが好ましい。
【００５７】
判定部９８は、生成するべきコンタクトホール２６０と同一又はより小さい直径を有するダミーホールのエッチング終点を検出することにより、生成するべきコンタクトホール２６０のエッチングが終了していることを検出してもよい。図５において説明したように、当該ダミーホールによる赤外光の吸収強度は、ダミーホールの総面積に応じて大きくなる。このため、多数のダミーホールを生成することにより、ダミーホールのエッチング終点は容易に検出することができる。
【００５８】
本例において、判定部９８は、基板層２０２の原子とプラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される赤外光のスペクトル成分の強度が、生成するダミーホールの個数に応じた強度と略等しくなった場合に、被エッチング層２０４における複数のコンタクトホール２６０のエッチングが終了したと判定する。つまり、判定部９８は、Ｓｉ−Ｈ結合による赤外光吸収の強度が、予め定められた個数のダミーホールの総面積に応じた強度と略等しくなった場合にエッチングが終了したと判定してよい。また、判定部９８は、Ｓｉ−Ｈ結合による赤外光吸収の強度が、予め定められた強度より大きくなった場合に、エッチングが終了したと判定してもよい。
【００５９】
図９は、本発明の実施形態に係るプラズマエッチング方法の一例を示すフローチャートである。本プラズマエッチング方法は、ウェハをプラズマエッチングすることによりデバイスを製造する。本例では、当該プラズマエッチング方法を、図１から図８において説明したプラズマエッチング装置１００を用いて説明する。まず、格納段階Ｓ３００において、ウェハ２００を筐体１０に格納する。次に、ガス供給段階Ｓ３０２において、ガス供給部３０が、筐体１０内部にプラズマを生成するためのガスを供給する。次に、プラズマ生成段階Ｓ３０４において、プラズマ生成部２０が、筐体１０内部のガスに電界を印加して、ウェハ２００の表面をエッチングするためのプラズマを生成する。
【００６０】
次に、光生成段階Ｓ３０６において、光源１１０が光を生成し、生成した光をウェハ２００の内部に入射させる。次に、受光段階Ｓ３０８において、受光部９０が、ウェハ２００から射出する光を受光する。次に、判定段階Ｓ３１０において、判定部９８が、受光段階Ｓ３０８において受光した光のスペクトルに基づいて、ウェハ２００の表面におけるエッチングの状態を判定する。次に、判定部９８は、図５及び図６において説明したように、生成するべきコンタクトホールの全てについてエッチングが終了したか否かを判定する（Ｓ３１２）。エッチングが終了していない場合、プラズマエッチング装置１００は、Ｓ３０６〜Ｓ３１２の処理を繰り返す。エッチングが終了している場合、エッチング停止段階Ｓ３１４で、プラズマエッチング装置１００はエッチング処理を終了する。本フローチャートの各フローにおいて、プラズマエッチング装置１００の各構成要素は、図１から図８においてそれぞれ説明した機能を有してよい。
【００６１】
本例におけるプラズマエッチング方法によれば、ウェハを精度よくエッチングすることができ、このためデバイスを精度よく製造することができる。
【００６２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６３】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法によれば、ウェハのエッチング状態を容易に検出することができる。例えば、コンタクトホールのエッチング終点を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置１００の構成の一例を示す図である。
【図２】ウェハ２００の断面図の一例を示す図である。
【図３】ウェハ２００の表面のエッチング状態の例を示す図である。図３（ａ）は、被エッチング層２０４をエッチングしている状態を示し、　図３（ｂ）は、被エッチング層２０４のエッチングが終了した状態を示し、被エッチング層２０４のエッチングが終了した後に、エッチング処理を継続した状態を示し、図３（ｃ）は、被エッチング層２０４のエッチングが終了した後に、エッチング処理を継続した状態を示す。
【図４】ウェハ２００の表面に形成するべきコンタクトホールの直径とエッチングレートとの関係の一例を示す図である。
【図５】Ｓｉ−Ｈ結合による赤外光吸収強度と、エッチング時間との関係の一例を示す図である。
【図６】Ｃ−Ｆ結合の重合膜による赤外光吸収強度と、エッチング時間との関係の一例を示す図である。
【図７】ウェハ２００の上面図の一例を示す図である。
【図８】ウェハ２００の断面拡大図の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係るプラズマエッチング方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・筐体、２０・・・プラズマ生成部、２２・・・第１電源、２４・・・コイル、３０・・・ガス供給部、４０・・・バルブ、５０・・・バルブ、６０・・・真空ポンプ、８０・・・ウェハステージ、９０・・・受光部、９２・・・集光部、９４・・・透過部、９６・・・受光素子、９８・・・判定部、１００・・・プラズマエッチング装置、１１０・・・光源部、１１２・・・光源、１１４・・・透過部、１２０・・・ウェハステージ駆動部、２００・・・ウェハ、２０２・・・基板層、２０４・・・被エッチング層、２０６・・・レジスト層、２１０・・・Ｓｉ−Ｆ結合、２１２・・・シリコン原子、２１４・・・フロンイオン、２１６・・・シリコン原子、２１８・・・水素イオン、２２０・・・Ｓｉ−Ｈ結合、２２２・・・重合膜、２３０・・・コンタクトホール、２４０・・・領域、２５０・・・不使用領域、２６０・・・コンタクトホール、２７０・・・複数のダミーホール

Claims

ウェハをプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、
前記ウェハを格納する筐体と、
前記筐体の内部に供給されたガスに電界を印加して、前記ウェハの表面をエッチングするためのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
光を生成し、生成した前記光を前記ウェハの内部に入射させる光源と、
前記ウェハから射出する射出光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記射出光のスペクトルに基づいて、前記ウェハの表面におけるエッチングの状態を判定する判定部と
を備えることを特徴とするプラズマエッチング装置。
前記光源は、前記光として赤外光を生成し、生成した前記赤外光を前記ウェハの内部に入射させ、
前記受光部は、前記ウェハから射出する赤外光を前記射出光として受光することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
前記光源は、前記ウェハの側面から前記赤外光を入射させ、
前記受光部は、前記ウェハの側面から射出する前記赤外光を受光することを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
前記ウェハは、前記プラズマによってエッチングされない基板層と、前記基板層の上層に設けられ前記プラズマによってエッチングされる被エッチング層とを有し、
前記光源は、前記基板層の表面において前記赤外光が全反射する角度で、前記基板層の側面から前記基板層の内部に前記赤外光を入射することを特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
前記判定部は、前記射出光のスペクトルに基づいて、前記エッチングが終了したか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング装置。
前記判定部は、前記基板層を形成する材料と、前記ガスの成分とに応じた、前記射出光のスペクトル成分の強度に基づいて、前記被エッチング層のエッチングが終了したか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
前記判定部は、前記基板層の原子と前記プラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される前記射出光のスペクトル成分の吸収強度の変化に基づいて、前記被エッチング層のエッチングが終了したか否かを判定することを特徴とする請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
前記光源は、前記基板層の原子と前記プラズマにおけるイオンとの結合によって吸収されるスペクトル成分を有する前記赤外光を生成することを特徴とする請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
前記被エッチング層をエッチングして直径の異なる複数のホールを生成する場合に、
前記判定部は、前記基板層の原子と前記プラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される前記赤外光のスペクトル成分の吸収強度が、予め定められた時間変化しない場合に、前記被エッチング層における前記複数のホールのエッチングが終了したと判定することを特徴とする請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
生成するべき前記複数のホールのうち、最も直径の小さいホールと略同一又はより小さい直径を有する複数のダミーホールを前記エッチングにより生成する手段を更に備え、
前記判定部は、前記基板層の原子と前記プラズマにおけるイオンとの結合によって吸収される前記赤外光のスペクトル成分の吸収強度が、生成する前記ダミーホールの個数に応じた吸収強度と略等しくなった場合に、前記被エッチング層における前記複数のホールのエッチングが終了したと判定することを特徴とする請求項９に記載のプラズマエッチング装置。
前記判定部は、前記基板層のシリコン原子が、前記プラズマにおける水素イオンにより水素終端されたＳｉ−Ｈ結合によって吸収される前記赤外光のスペクトル成分の吸収強度の変化に基づいて、前記被エッチング層のエッチングが終了したか否かを判定することを特徴とする請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
前記判定部は、前記エッチングが終了した場合に、前記プラズマにおけるイオンにより前記基板層の上層に堆積される重合膜によって吸収される前記赤外光のスペクトル成分の吸収強度の変化に更に基づいて、前記被エッチング層における前記複数のホールのエッチングが終了したか否かを判定することを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載のプラズマエッチング装置。
前記光源は、前記エッチングが終了した場合に、前記プラズマにおけるイオンにより前記基板層の上層に堆積される重合膜によって吸収されるスペクトル成分を有する前記赤外光を生成することを特徴とする請求項１２に記載のプラズマエッチング装置。
前記判定部は、前記プラズマにおける炭素イオンとフロンイオンとが重合し、前記基板層の上層に堆積した前記重合膜によって吸収される前記赤外光のスペクトル成分の強度の変化に基づいて、前記被エッチング層における前記複数のホールのエッチングが終了したか否かを判定することを特徴とする請求項１２に記載のプラズマエッチング装置。
前記受光部は、
前記筐体の内部に設けられ、前記ウェハの側面から射出した前記赤外光を集光する集光部と、
前記筐体の側面に設けられ、前記集光部が集光した前記赤外光を透過する透過部と、
前記筐体の外部に設けられ、前記透過部が透過した前記赤外光を受光する受光素子と
を有することを特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
前記ウェハを載置するウェハステージと、
前記ウェハステージを駆動することにより、前記ウェハの側面における複数の箇所から前記赤外光を入射させるウェハステージ駆動部と
を更に備え、
前記判定部は、前記複数の箇所から入射され、前記ウェハの側面から射出した前記赤外光のそれぞれのスペクトルに基づいて、前記複数の箇所に対応する前記ウェハの表面の複数の領域における、前記エッチングの状態を判定することを特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
前記光源は、前記ウェハステージの位置に基づく角度で、前記赤外光が前記ウェハの側面に入射させることを特徴とする請求項１６に記載のプラズマエッチング装置。
ウェハをプラズマエッチングすることによりデバイスを製造するプラズマエッチング方法であって、
前記ウェハを筐体に格納する段階と、
前記筐体の内部にプラズマを生成するためのガスを供給するガス供給段階と、
前記ガスに電界を印加して、前記ウェハの表面をエッチングするための前記プラズマを生成し、前記ウェハをエッチングするプラズマ生成段階と、
光を生成し、生成した前記光を前記ウェハの内部に入射させる光生成段階と、
前記ウェハから射出する前記光を受光する受光段階と、
前記受光段階において受光した前記光のスペクトルに基づいて、前記ウェハの表面におけるエッチングの状態を判定する判定段階と、
前記判定段階においてエッチングの終点が検出された場合に、エッチング処理を停止するエッチング停止段階と
を備えることを特徴とするプラズマエッチング方法。