JP5458693B2 - 終点検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、終点検出装置、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関し、特に、低開口率の被エッチング材料の終点を検出するのに適した終点検出装置、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。

ドライエッチングにおける終点検出は、レーザ光をエッチング面に照射し反射光の強度変化を観測、またはエッチング中のプラズマ発光スペクトルデータの強度変化を観測して行っている。

レーザ光をエッチング面に照射し反射光の強度変化を観察する場合、毎回エッチング前に光軸をエッチング面に合わす必要があり自動化できない。

そこで、例えば、特許文献１には、ドライエッチングにおける終点検出方法について開示している。具体的に特許文献１は、ドライエッチングにおける終点検出方法において、反応生成物の発光スペクトル強度の変化から終点を検出している。しかし、特許文献１に記載の終点検出方法は、プラズマ発光スペクトルデータの強度変化を観測する場合、被エッチング材料のパターンの開口率（被エッチング材料の割合）が小さいと、プラズマ発光スペクトルデータの変化も小さくなり終点検出することが困難になってしまう。

終点検出が困難な場合、エッチングは時間固定での運用となるが、時間固定で運用すると装置起因のエッチングレートの変動等により、エッチングによる掘り込み量が不安定になってしまう。そのため、低開口率の被エッチング材料に対して終点検出可能な方法が求められている。

特開平１０−２６１６２４号公報

本発明は、低開口率の被エッチング材料に対しても終点検出ができる終点検出装置、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、二酸化珪素上に積層されたモリブデン、クロム、タンタル、タングステン、シリコンのいずれかによる被エッチング材料をフッ素ガスでエッチングして被エッチング材料の終点を検出する終点検出装置において、（１） フッ素ガスと同様の波長を有するレーザをレーザ光発生装置から発生させ、フッ素ガスによる７４２〜７４８ｎｍの波長帯のプラズマ発光スペクトル強度を取得し、（２） 被エッチング材料をエッチングすることで前記二酸化珪素から発生するフッ化珪素及び酸素による７７６ｎｍ〜７７８ｎｍの波長帯のプラズマ発光スペクトル強度を取得し、（３） フッ素ガスの波長帯のプラズマ発光スペクトル強度をフッ化珪素及び酸素の波長帯のプラズマ発光スペクトル強度で除算した演算データを用いて被エッチング材料の終点検出を行う、制御装置と、を備え、終点検出は、演算データの大きさがサンプリング時間として１秒間に０．５％以上減少することが３回連続で繰り返された時点を終点とすることを特徴とする終点検出装置としたものである。

本発明によれば、低開口率の被エッチング材料に対しても終点検出ができる終点検出装置、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るドライエッチング装置を示す概略断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係るモリブデンシリサイドのエッチング前を示す状態図であり、（ｂ）は、モリブデンシリサイドをフッ素系ガスでエッチングした後を示す状態図である。 本発明の実施例に係る７４２〜７４８ｎｍの波長域であるフッ素のプラズマ発光スペクトルデータを示す図である。 本発明の実施例に係る７７６〜７７８ｎｍの波長域であるフッ化ケイ素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータを示す図である。 本発明の実施例に係るフッ素の発光スペクトルデータをフッ化ケイ素と酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、図１に示す本発明の実施の形態に係るドライエッチング装置２０について説明する。なお、ドライエッチング装置２０の制御装置２６を終点検出装置として説明することにする。

図１は、本発明の実施の形態に係るドライエッチング装置２０を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係るドライエッチング装置２０は、チャンバ３１を所定の真空度まで排気した後、ガス供給口３４から反応性ガスを供給する。また、排気口３５を通して反応性ガスが排気されるので、チャンバ３１内は適当な圧力（約０．１ｍＴｏｒｒ〜数１００ｍＴｏｒｒ）に制御される。チャンバ３１の上部と下部には、それぞれアノード（陽極）３３及びカソード（陰極）３２があり、カソード（陰極）３２上には、合成石英基板１３上にモリブデンシリサイド１２及びクロム１１が順次形成された被エッチング材料１０が載置されている。カソード（陰極）３２には、インピーダンス整合器（Ｍ．Ｂ）３７、ブロッキングコンデンサ３６を介して、ＲＦ（高周波）電源（高周波発振器）３８が接続され、チャンバ３１内のガス中にＲＦ（高周波）電力が供給される。

さらに、本発明の実施の形態に係るエッチング装置２０は、レーザ光を発生させるレーザ光発生装置２１、レーザ光発生装置２１から発生させたエッチングガスと同様の波長を有するレーザ光（図１中のチャンバ３１内の矢印方向）によりエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを検出し、被エッチング材料１０の表面がドライエッチングされる際に発生する反応生成物のプラズマ発光スペクトルデータを検出する検出器２４、検出器２４に接続され、検出器２４で検出されたエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを被エッチング材料１０をエッチングすることで発生する反応生成物のプラズマ発光スペクトルデータで除算することを含む数式で求めた演算データを用いて被エッチング材料１０の終点検出を行う制御装置２６を備える。

上述したように、エッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを被エッチング材料１０をエッチングすることで発生する反応生成物のプラズマ発光スペクトルデータで除算することを含む数式で求めた演算データを被エッチング材料１０の終点検出を行う制御装置２６を有することで、被エッチング材料１０の終点が従来よりも発光スペクトル強度の変化が大きくなり、低開口率の被エッチング材料１０に対して終点検出することができる。このため、被エッチング材料１０の適正な終了時点が得られるようになり、任意の深さに対するエッチングが達成可能となる。

本発明の実施の形態においては、例として、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、被エッチング材料１０にモリブデンシリサイド系材料をフッ素１４を含むガスでエッチングする場合とした。しかし、本発明の実施の形態では、これらに限定されるわけではなく、被エッチング材料１０にモリブデン、クロム、タンタル、タングステン、シリコンのいずれかを用いた場合、終点で従来よりも発光スペクトル強度の変化が大きくなり、低開口率の被エッチング材料１０に対して終点検出することができる。このため、被エッチング材料１０の適正な終了時点が得られるようになり、任意の深さに対するエッチングが達成可能となる。

本発明の実施の形態において、被エッチング基板１０をパターニングしてフォトマスクとすることができる。被エッチング基板１０をパターニングしてフォトマスクとする場合のドライエッチング加工において、被エッチング材料１０の終点で従来よりも発光スペクトル強度の変化が大きくなり、低開口率の被エッチング材料に対して終点検出することができる。このため、被エッチング材料１０の適正な終了時点が得られるようになり、任意の深さに対するエッチングが達成可能となる。

次に、本発明の実施の形態に係る終点検出方法について説明する。本発明の実施の形態に係る終点検出方法は、上述したように、反応生成物の発光スペクトル強度の変化に加えて低開口率でも安定して終点を検出するために、反応生成物が生成されるエッチングガスの発光スペクトル強度の変化を利用して終点を検出する。

本発明の実施の形態に係る終点検出方法は、反応生成物が生成されるとエッチングガスの発光スペクトル強度は減少していき、反応生成物の発光スペクトル強度は増加していく。これにより、エッチングガスの発光スペクトル強度を反応生成物の発光スペクトル強度で除算した発光スペクトル強度は、被エッチング材料１０の終点で発光スペクトル強度の変化が大きくなる。この際の発光スペクトル強度の変化を利用すれば、低開口率な被エッチング材料１０に対して安定した終点を検出できる。

次に、本発明の実施例について説明する。本発明の実施例においては、合成石英１３、モリブデンシリサイド１２及びクロム１１を順次積層した被エッチング材料１０を用いて、被エッチング材料１０をドライエッチングにより所望の膜厚に合成石英１３をパターニングした。以下、具体的に所望の膜厚にパターニングした合成石英１３の終点検出方法について説明する。

本発明の実施例に用いるエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータは、波長帯７４２ｎｍ〜７４８ｎｍのフッ素の波長帯を選択的に検出することが好ましい。図３は、モリブデンシリサイド系材料をフッ素を含むガスでエッチングした時の７４２ｎｍ〜７４８ｎｍの波長帯のプラズマ発光スペクトルデータの時間変化を示す。図３の縦軸はスペクトルデータの強度を示し、横軸は経過時間を示す。またその時の状態図を図２（ａ）及び（ｂ）に示す。図３に示すａ付近でフッ素の発光スペクトル強度が減少していることが確認できる。これは、図２（ｂ）に示すモリブデンシリサイド１２のエッチングが終了して、モリブデンシリサイド１２の下層である合成石英（二酸化ケイ素）１３がエッチングされ始めるとフッ素１４とケイ素が反応してフッ化ケイ素１５となり、フッ素１４がエッチング反応に使用されるためである。

本発明の実施例に用いる合成石英（二酸化ケイ素）１３からの反応生成物のプラズマ発光スペクトルデータは、波長帯７７６ｎｍ〜７７８ｎｍのフッ化ケイ素１５と酸素１６の波長帯を選択的に検出することが好ましい。フッ化ケイ素１５と酸素１６の波長帯が非常に近いため、発光スペクトルはそれぞれの発光スペクトルが合成されたデータとなる。図４に７７７ｎｍ付近の波長帯のプラズマ発光スペクトルデータを示す。図４の縦軸はスペクトルデータの強度を示し、横軸は経過時間を示す。図４のｂ付近でフッ化ケイ素１５と酸素１６の発光スペクトル強度が増加していることが確認できる。これは、図２（ｂ）に示すモリブデンシリサイド１２のエッチングが終了して、合成石英（二酸化ケイ素）１３のエッチングが開始されるとフッ素とケイ素が反応してフッ化ケイ素１５となり増加していき、さらに合成石英（二酸化ケイ素）１３のケイ素と酸素の結合が切れて酸素１６も増加していくためである。

以上のように、フッ素の発光スペクトルデータをフッ化ケイ素１５と酸素１６の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータを図５に示す。図５の縦軸はスペクトルデータの強度を示し、横軸は経過時間を示す。モリブデンシリサイドエッチングの終点付近での反応によって減少する発光スペクトルデータを増加する発光スペクトルデータで除算することにより、モリブデンシリサイドの終点が検出しやすい発光スペクトルデータを得ることができた。

また、図５の発光スペクトルデータの強度変化を用いての終点検出方法は微分法が望ましい。例えば、波形データが１秒間に０．５％以上減少することが３回連続で繰り返した時点を終点とする終点検出方法である。これにより、閾値法などで検出するよりも正確に終点が検出できるようになる。

本発明の終点検出方法を使用してモリブデンシリサイド１２と二酸化ケイ素１３をエッチングした結果を表１に示す。モリブデンシリサイド１２の終点を検出後、二酸化ケイ素１３を９ｎｍエッチングすることをターゲットとした。その結果、低開口率である２．４７％の開口率でも終点検出に成功して、各開口率のターゲットに対する誤差も±１ｎｍが達成できた。

本発明は、開口率の小さい被エッチング材料に対しても終点検出できるので、任意の深さに対するエッチングを行うことができる。

ａ…モリブデンシリサイドの終点、ｂ…二酸化ケイ素のエッチング開始時点、ｃ…モリブデンシリサイドの終点、１０…被エッチング材料、１１…クロム、１２…モリブデンシリサイド、１３…合成石英（二酸化ケイ素）、１４…フッ素、１５…フッ化ケイ素、１６…酸素、２０…ドライエッチング装置、２１…レーザ光発生装置、２４…検出器、２６…制御装置、３１…チャンバ、３２…カソード（陰極）、３３…アノード（陽極）、３４…ガス供給口、３５…排気口、３６…ブロッキングコンデンサ、３７…インピーダンス整合器（Ｍ．Ｂ）、３８…ＲＦ（高周波）電源（高周波発振器）

Claims (1)

1. 二酸化珪素上に積層されたモリブデン、クロム、タンタル、タングステン、シリコンの
   いずれかによる被エッチング材料をフッ素ガスでエッチングして前記被エッチング材料の終点を検出する終点検出装置において、
   （１） フッ素ガスと同様の波長を有するレーザをレーザ光発生装置から発生させ、前記フッ素ガスによる７４２〜７４８ｎｍの波長帯のプラズマ発光スペクトル強度を取得し、
   （２） 前記被エッチング材料を前記エッチングすることで前記二酸化珪素から発生するフッ化珪素及び酸素による７７６ｎｍ〜７７８ｎｍの波長帯のプラズマ発光スペクトル強度を取得し、
   （３） 前記フッ素ガスの波長帯の前記プラズマ発光スペクトル強度を前記フッ化珪素及び前記酸素の波長帯の前記プラズマ発光スペクトル強度で除算した演算データを用いて前記被エッチング材料の終点検出を行う、
   制御装置と、
   を備え、
   前記終点検出は、前記演算データの大きさがサンプリング時間として１秒間に０．５％以上減少することが３回連続で繰り返された時点を終点とすることを特徴とする終点検出装置。