JP3418810B2 - ドライ・エッチングにおける終点検出方法 - Google Patents
ドライ・エッチングにおける終点検出方法Info
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Description
ける終点検出方法に関するものであり、特に、半導体装
置の製造工程に用いるドライ・エッチング工程におい
て、光ファイバを用いて発光強度を観測することにより
エッチング終点を検出する方法に関するものである。
て、配線パターンを形成する手段としてウェット・エッ
チングに代わってドライ・エッチングが用いられるよう
になってきており、このようなドライ・エッチングにお
いてはエッチング反応に伴う発光等の強度を検出してエ
ッチング終点を検出していた。
ングしてパターニングする場合には、エッチング反応に
伴う反応生成物の発光スペクトルの強度の増減を分光器
を介して検出して、増から減に転じて一定の低水準に落
ちついた点をエッチング終点として検出して、さらに、
エッチング残渣を除去するために適度の追加エッチング
を行っていた。
ると共に、その上に所定パターンのフォトレジストを設
けたシリコン基板からなる被処理基板11をECR(電
子サイクロトロン共鳴)型プラズマエッチング装置の反
応室2の内部に配置した試料台12上に載置する。
プラズマ室1には、ガス供給口4を介してCCl4 から
なるエッチングガス3を導入し、試料台12に接続する
RF電源(13.56MHz)より高周波電力を供給し
てプラズマ14を生成すると共に、電磁石により875
Gaussの磁場を印加して、プラズマ14中の電子を
2.45GHzのサイクロトロン周波数で回転させる。
周波数と共鳴する2.45GHzのマイクロ波5をマイ
クロ波導波管6から供給することによって、電子を加速
してプラズマ反応を促進させ、生成されたプラズマ14
を反応室2に導入して、Al層をパターニングすること
によってAl配線パターンを形成する。なお、図におい
て、符号9,10は、夫々反応生成物を含む排気ガス及
び排気口を表すものである。
mにピークを有する発光が生ずるので、この発光をのぞ
き窓19を介して水平に設置した光ファイバ17で検出
し、その検出出力を分光器18により分光して261.
6nmの出力のみを取り出し、この出力の増減を監視す
ることによって、エッチング終点を判断していた。
型プラズマエッチング装置の反応室2の内壁部、特に、
のぞき窓19の表面に反応生成物等が付着した場合や、
或いは、エッチング量が少ない場合には、観測される発
光強度が低下するために、光ファイバ17を平行に設置
した状態で発光を検出した場合には、エッチング終点の
判断が不正確になり、過剰なエッチングがしばしば生じ
ていた。
ッチングによる残渣の発生や、オーバーエッチングによ
る配線パターンの細りなどが生じ、極端な場合には断線
も生じていたので、再現性や製造歩留りに問題があっ
た。
出における検出異常を解消して、確実で安定した半導体
装置の製造を行うことを目的とする。
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、光ファイバ17の光軸の延長線が電子
サイクロトロン共鳴ポイント(ECRポイント)15に
含まれるように前記光ファイバ17の仰角を設定して、
エッチング装置内で発生する発光を前記光ファイバ17
で検出することを特徴とするドライ・エッチングの終点
検出方法において、前記光ファイバ17を前記エッチン
グ装置の反応室外部に設置して、仰角θを測定強度が増
加から減少に転ずる点を中心にその点の強度に対して5
0%以上となるように設定することを特徴とする。
て、光ファイバ17の仰角θが、エッチング装置内で発
生する発光の検出強度が最大になる角度であることを特
徴とする。
(2)において、光ファイバ17の仰角θの設定を自動
的に行うことを特徴とする。
(3)のいずれかにおいて、エッチング装置内で発生す
る発光の内の複数の発光波長を検出し、各発光波長の検
出出力の変化によりエッチング終点を検出することを特
徴とする。
強度はプラズマ室1内部のECRポイント15近傍で最
大になるので、光ファイバ17の光軸の延長線がECR
ポイント15に含まれるように光ファイバ17の仰角θ
を設定することによって、発光強度が低い場合にも十分
な検出出力を得ることができ、それによって、高い精度
でエッチング終点を検出することができる。
ング装置内で発生する発光の検出強度が最大になる角度
に設定することによって、最も高い検出精度でエッチン
グ終点を検出することができる。
動的に行うことにより、ドライ・エッチング工程のスル
ープットを大幅に向上することができる。
内の複数の発光波長を検出し、各発光波長の検出出力の
比又は差の変化によりエッチング終点を検出することに
より、単一波長を用いるよりも検出精度を高めることが
できる。
2を参照して本発明の実施例を説明する。 図2参照 本発明の実施に用いるECR型プラズマエッチング装置
は、従来のECR型プラズマエッチング装置と実質的に
同じであるが、検出用窓16を後述するECRポイント
15を臨む位置に設けると共に、その窓用石英ガラスの
厚さを他の部分に設けているのぞき窓に用いている石英
ガラスの厚さ(12mm)より薄い5mm程度とする。
装置は大きく分けて、内直径R1 =200mm、高さh
1 =200mmの円筒状プラズマ室1と内直径R2 =4
30mm、高さh2 =450mmの円筒状の反応室2か
ら構成されている。
配線層となるAlを主成分とするAlCuTi層を堆積
すると共に、その上に所定パターンのフォトレジストを
設けたシリコン基板からなる被処理基板11をECR型
プラズマエッチング装置の反応室2の内部に配置した試
料台12上に載置する。
プラズマ室1には、ガス供給口4を介して50〜150
sccm、好適には87sccmのCl2 と30〜10
0sccm、好適には58sccmのBCl3 からなる
エッチングガス3を導入して、プラズマ室1内の圧力を
3.0×10-3〜6.0×10-3Torr、好適は4.
5×10-3Torrにし、且つ、試料台12の温度を2
0〜50℃、好適には35℃にした状態で、試料台12
に接続したRF電源より13.56MHzの場合には7
0〜130W、好適には100W、また、400kHz
の場合には25〜45W、好適には35Wの高周波電力
を供給してプラズマ14を生成すると共に、電磁石によ
り875Gaussの磁場を印加して、プラズマ14中
の電子を2.45GHzのサイクロトロン周波数で回転
させる。
周波数と共鳴する2.45GHzの周波数で700〜1
300W、好適には1000Wのマイクロ波5をマイク
ロ波導波管6から供給することによって、プラズマ14
中の電子を加速してプラズマ反応を促進させ、生成され
たプラズマ14を反応室2に導入して、700nm/分
のエッチングレートでAlCuTi層をパターニングし
てAlCuTi配線パターンを形成する。なお、反応生
成物及び未反応のエッチングガスからなる排気ガス9は
反応室2に設けた排気口10を介して反応室2から排出
される。
内において、発光強度の強いECRポイント15が形成
され、AlCuTi層のエッチングの場合には、エッチ
ングにより分離したAl原子がプラズマ室1内で励起さ
れ396nmのAlに起因する強い発光ピークが見られ
るので、このECRポイント15を臨むように光ファイ
バ17を検出用窓16を介して設定し、検出出力が低下
して安定した時点をエッチング終点として検出する。な
お、「ECRポイント15を臨む」とは、光ファイバ1
7の光軸の延長線がECRポイント15の中に含まれる
ようにすることである。
8によって波長毎にその強度を測定した結果を示したの
が図3であり、この測定に際しては、RF電源の周波数
を400kHzにして、396nmの発光強度が最大に
なる時点、即ち、AlCuTi層の厚さが700nmの
場合にはエッチング開始より50〜60秒後に光ファイ
バ17の仰角θを0.0°、12.8°、27.8°、
30.0°、34.5°、及び、44.4°に設定して
行った。
lに起因する発光ピークが見られ、また、他の波長領域
においては配線層を構成する他の成分Cu、Tiに起因
する発光波長ピーク、励起されたエッチングガス成分に
起因する発光波長ピーク、及び、配線層の構成元素とエ
ッチングガスの反応生成物に起因する発光波長ピークが
見られ、これらの発光ピークの強度は各ピークとも同じ
傾向の仰角依存性が見られる。
光ピークは、他の発光ピークに比べて発光強度はそれ程
高くないものの、発光ピークが比較的孤立しているの
で、測定に用いる波長としては好適である。
ァイバ17の仰角依存性を示したのが図4であり、図4
(a)はRF電源を13.56MHzにした場合の相対
強度の仰角依存性を示し、図4(b)はRF電源を40
0kHzにした場合の相対強度の仰角依存性(図3に対
応)を示したものである。
23.6°で最大強度が得られ、θ=0°、光ファイバ
17を水平に設置した従来例の場合の23.5倍の検出
出力が得られる。
と検出出力が急激に低下し、θ=30°ではθ=0°に
おける検出出力よりも小さくなるが、これは、使用して
いるECR型プラズマエッチング装置の形状・構造、特
に、検出用窓16の位置、による影響も有り、即ち、光
ファイバ17の仰角θが大きくなりすぎると、反応室2
とプラズマ室1との間の各壁に遮られて光ファイバ17
がECRポイント15に臨まなくなるからである。
=30.0°で最大強度が得られ、θ=0°の場合の3
7.5倍の検出出力が得られる。なお、この場合の発光
強度は、RF電源を13.56MHzにした場合の約4
0%である。
より大きくなると検出出力が急激に低下し、θ=34.
5°ではθ=0°における検出出力程度となるが、これ
も使用しているECR型プラズマエッチング装置の形状
・構造の影響よるものである。
大強度が得られる角度に設定することによって、従来の
ように水平に設定した場合に比べて略20〜40倍の検
出出力が得られるので、エッチング終点を検出する場合
の検出精度が高まり、検出異常を大幅に低減することが
できる。
最適ではあるが、必ずしも、最大強度が得られる角度で
ある必要はなく、最大強度の50〜100%の強度が得
られる角度であれば良い。また、最大強度が得られる仰
角θは、使用するECR型プラズマエッチング装置の形
状・構造、及び、光ファイバ17の設置位置に依存する
ので、実施例における数値に絶対的な意味はない。
薄くすることによって、石英ガラスを透過する際の光の
吸収による減衰が少なくなり、検出精度が高まる。因
に、石英ガラスの厚さが12mmの一般ののぞき窓を介
して発光を検出した場合には、光ファイバ17の仰角を
変化させても大幅な検出強度の向上が見られなかった。
動で設定していたが、これを自動的に設定して、スルー
プットを向上させても良い。この場合には、モータを利
用して光ファイバ17の仰角θを自動的に変化させなが
ら発光強度を測定し、発光強度がθ=0°の場合の少な
くとも1.5倍以上で、且つ、測定強度が増加傾向から
減少傾向に転じた点を検出し、測定強度が増加傾向から
減少傾向に転じた点、或いは、その近傍の仰角θに光フ
ァイバ17を設定する。
反応によって分離したAlの発光のみを利用して終点検
出をしているが、この様な検出方法に限られるものでは
なく、エッチング反応に起因する発光ピーク(例えば、
CF4 によるSi3 N4 のエッチングにおいては、Nに
起因する749nm)と、エッチングガス自体に起因す
る発光ピーク(同じく、CF4 によるSi3 N4 のエッ
チングにおいては、Fに起因する686nm)等の複数
の発光ピークを測定して終点検出を行っても良い。
に連れて、エッチング反応に起因する発光ピークの強度
が低下し、且つ、エッチングガス自体に起因する発光ピ
ークの強度は急激に増加するので、両者の比又は差を監
視することによって、一方の発光ピークのみを監視する
場合に比べて検出精度が高まる。
ラズマエッチング装置としてダウンストリーム型(フレ
ア型)のECR型プラズマエッチング装置を用いている
が、本発明は有磁場マイクロ波型(プラズマ内側)のE
CR型プラズマエッチング装置をも対象とするものであ
る。
いたAlCuTiのドライ・エッチング工程に限られる
ものではなく、他の配線材料、或いは、絶縁膜のパター
ニング工程にも適用し得るものであり、その場合の検出
波長としては、発光強度が高く、且つ、比較的孤立した
発光ピークを選択することが望ましい。
程におけるエッチング終点を検出する際に、光ファイバ
を用いると共に、光ファイバの仰角θを所定以上の強度
が得られる角度に設定することによって、一定値以上の
検出出力を確保できるので、終点検出異常をなくすこと
ができ、それによって、半導体装置を再現性良く、且
つ、高スループットで製造することができる。
明図である。
性の説明図である。
法の説明図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 光ファイバの光軸の延長線が電子サイク
ロトロン共鳴ポイントに含まれるように前記光ファイバ
の仰角を設定して、エッチング装置内で発生する発光を
前記光ファイバで検出することを特徴とするドライ・エ
ッチングの終点検出方法において、前記光ファイバを前
記エッチング装置の反応室外部に設置して、仰角θを測
定強度が増加から減少に転ずる点を中心にその点の強度
に対して50%以上となるように設定することを特徴と
するドライ・エッチングの終点検出方法。 - 【請求項2】 上記光ファイバの仰角が、上記エッチン
グ装置内で発生する発光の検出強度が最大になる角度で
あることを特徴とする請求項1記載のドライ・エッチン
グの終点検出方法。 - 【請求項3】 上記光ファイバの仰角の設定を自動的に
行うことを特徴とする請求項1または2に記載のドライ
・エッチングの終点検出方法。 - 【請求項4】 上記エッチング装置内で発生する発光の
内の複数の発光波長を検出し、前記各発光波長の検出出
力の変化によりエッチング終点を検出することを特徴と
する請求項1乃至3のいずれか1項に記載のドライ・エ
ッチングの終点検出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15570695A JP3418810B2 (ja) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | ドライ・エッチングにおける終点検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15570695A JP3418810B2 (ja) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | ドライ・エッチングにおける終点検出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH098003A JPH098003A (ja) | 1997-01-10 |
JP3418810B2 true JP3418810B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=15611741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15570695A Expired - Lifetime JP3418810B2 (ja) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | ドライ・エッチングにおける終点検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3418810B2 (ja) |
-
1995
- 1995-06-22 JP JP15570695A patent/JP3418810B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH098003A (ja) | 1997-01-10 |
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