JPH0237089B2 - - Google Patents

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JPH0237089B2
JPH0237089B2 JP55032214A JP3221480A JPH0237089B2 JP H0237089 B2 JPH0237089 B2 JP H0237089B2 JP 55032214 A JP55032214 A JP 55032214A JP 3221480 A JP3221480 A JP 3221480A JP H0237089 B2 JPH0237089 B2 JP H0237089B2
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JP
Japan
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etching
end point
plasma
electric signal
signal voltage
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JP55032214A
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JPS56129325A (en
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Minoru Inoe
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917Plasma diagnostics
    • H01J37/32935Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はドライ・エツチング方法にかかり、特
にドライ・エツチングに於ける終点検出方法に関
する。
半導体装置やフオト・マスクの製造に於て加工
精度の向上、工程の簡略化、自動化が可能、廃液
処理が不必要で無公害化が容易、不純物汚染の減
少、安全性の向上等の面から高周波プラズマによ
り励起せしめたエツチング・ガスのラジカル又は
イオンを用いて被処理物のエツチングを行う、プ
ラズマ・エツチング或るいは反応性スパツタ・エ
ツチング等のドライ・エツチング方法が多く用い
られるようになつて来た。
そしてこれらエツチング方法に於てエツチング
の終点を検出する際に、従来はモニターにより予
め設定した条件のエツチング速度を基準にして、
被エツチング物の厚さから必要なエツチング時間
を算出し、更に終点附近に於て被処理物のエツチ
ング状態を観察しながら被処理物の色調や光沢の
変化から終点を検知する目視による検出方法が行
われていた。この方法は作業者の熟練を要し、又
判定の個人差も無視できないのが現状である。更
にこのような目視による検出方法に於ては、被処
理物のエツチング・パターンが微細化するに伴つ
てエツチング終点の判定が困難になるために検出
精度が極度に低下するという問題があつた。その
ために被処理物とダミーをエツチング装置内に併
置せしめ、エツチング終点の判定が比較的容易な
ダミーのエツチング状態を観察してエツチング終
点を検出する方法もあるが、この方法に於ても目
視による終点の検出は正確さを欠き、又ダミーと
被処理物とのエツチング・レートに差が生ずるこ
とを避け得ない等の点から厳密に終点を検出する
ことが出来ず、そのためにオーバーエツチングや
エツチング不足を発生せしめるという問題があ
り、又ダミーの費用も余分に必要になるという問
題もあつた。そしてこれらの点から目視による判
定はエツチングプロセスの自動化を進める上で大
きな障害であつた。
本発明は上記問題点に鑑みダミーを使用せず、
しかも目視によらずにエツチングの終点を自動的
にかつ正確に検出することができるドライ・エツ
チング方法を提供する。
即ち本発明は、高周波放電プラズマによつて励
起されたエツチング・ガスを用い、該プラズマ中
において被処理物のドライ・エツチングを行うに
際して、被処理物とエツチング・ガスの反応によ
つて生ずる反応生成物質のプラズマ発光のうちの
特定の波長を有する光の強度が、当該エツチング
時に検出した最大強度水準値から該最大強度水準
値を所定の比率で除した値に減少した点を当該エ
ツチングの終点とし、該終点を、該特定の波長を
有するプラズマ光を選択的に電気信号電圧に変換
する手段、該電気信号電圧の最大値を検出する手
段、該最大電圧値を所定の比率で除して終点電圧
値を設定する手段、該電気信号電圧を該終点電圧
値と比較する手段を用いて自動的に検出すること
を特徴とするドライ・エツチング方法、或いは、
エツチング・ガスのプラズマ発光のうちの特定の
波長を有する光の強度が、当該エツチング時にお
ける被処理物と該エツチング・ガスの反応時に検
出した最小強度水準値から該最小強度水準値に所
定の比率を乗じた値に増加した点を当該エツチン
グの終点とし、該終点を、該特定の波長を有する
プラズマ光を選択的に電気信号電圧に変換する手
段、該電気信号電圧の最小値を検出する手段、該
最小電圧値に所定の比率を乗じて終点電圧値を設
定する手段、該電気信号電圧を該終点電圧値と比
較する手段を用いて自動的に検出することを特徴
とする。
以下本発明を第1図に示す一実施例に用いるプ
ラズマ・エツチング装置の断面模式図、第2図に
示す反応生成物の特定波長プラズマ光の強度プロ
フアイル図、第3図に示すエツチング・ガスの特
定波長プラズマ光の強度プロフアイル図及び第4
図に示す終点検出装置に於ける一実施例のブロツ
ク図を用いて詳細に説明する。
本発明の方法は被処理物例えば被処理基板のプ
ラズマ・エツチングを行う際に発生するプラズマ
光の中、干渉フイルタによつて選別した特定波長
のプラズマ光の強度を光電変換素子を用いて電気
信号に変換し、該電気信号の電圧レベルの変化に
よりエツチングの終点を自動的に検出する方法で
ある。
そして該方法に用いるプラズマ・エツチング装
置は第1図に示すように真空装置(図示せず)に
接続される排気管1、エツチング・ガス導入管
2、及び覗き窓3を有するエツチング容器4の内
部に、該容器と電気的に絶縁された平板状のター
ゲツト5が配設されており、該ターゲツト5とエ
ツチング容器4との間にプラズマ発生用の高周波
電力RFが印加される通常の平行平板型プラズ
マ・エツチング装置の覗き窓3の外部に該覗き窓
に接して特定波長の光のみを透過する干渉フイル
タ6及び該干渉フイルタ6を通過した光を電気信
号に変換するフオト・ダイオード7が配設された
構造を有している。なお図に於て8は被処理基板
を表わす。光電変換素子に於て上記のフオトダイ
オードは光電管に比較して安価でかつノイズに対
しても強く、電源系も簡単であり、本発明の実現
に最適と考えられる。上記のようなプラズマ・エ
ツチング装置を用いて、例えばアルミニウム
(Al)層の被着された半導体基板を0.1〜0.01
〔Torr〕程度の圧を有するハロゲン系のエツチン
グ・ガス、例えば四塩化炭素(CCl4)、三塩化硼
素(BCl2)、三臭化硼素(BBr3)、三塩化燐
(PCl2)等に13.56〔MHz〕200〜300〔W〕程度の高
周波を印加して発生せしめたプラズマ中にさらし
てAl層のエツチングを行うと、エツチングが開
始されると同時にプラズマ放電の中に反応生成ガ
ス中に含まれるAl原子の放電が加わつて来る。
そこでこのAl原子特有の発光波長の中、例えば
396〔nm〕の波長を有する光を干渉フイルタ(第
1図6)により選別しフオト・ダイオード(第1
図7)により電気信号に変換し、オフセツト回路
を介して散乱光、迷光等によつて生ずるバツクグ
ラウンドレベルを差し引くと、エツチングの進行
時に伴うフオト・ダイオードの出力電圧のプロフ
アイルは第2図に示すようにプラズマ光の強度変
化のみに対応する形状になる。即ち該出力電圧の
プロフアイルは高周波出力印加RFonすると短時
間で急激に上昇しAlのエツチングが行われてい
る間は最高の出力電圧Vmaxのレベルが維持さ
れ、Alのエツチングが終了した時点で出力電圧
が急激に低下し1/KVmax(kは或る常数)の値と なる。
又同様にCCl4を用いてAlをエツチングする場
合(0.1Torr、500W)には、Cl2 *又はCClによる
発光(257.0nm、307.0nm)量はエツチングが開
始されると同時にエツチング反応に消費されて低
下する。さらにその発光される光を干渉フイルタ
により選別しフオト・ダイオードにより電気信号
に変換し、オフセツト回路を介してバツクグラウ
ンドレベルを差し引くと、エツチングの進行に伴
つてフオト・ダイオードの出力電圧のプロフアイ
ルは第3図に示すようになる。即ち該出力電圧プ
ロフアイルはRFonと殆んど同時に急激に上昇
し、エツチングが開始されると急に減少して最低
出力電圧Vminのレベルになり、エツチングが行
われている間はこの電圧レベルが維持され、そし
てエツチングが完了すると急激にk・Vminの値
まで上昇する。(kは或る常数) 又、SiO2又はPSGのエツチングに関しては発
生するCOについて注目し、その発光を例えば
520.0nm、482〜484nm、451nm、600〜604nm、
561nmの波長で選択すれば、前記のAl原子の例
で述べたような出力の時間変化が得られる。
そこで本発明の方法に於ては、フオトダイオー
ドの出力電圧を第4図に示すように、入力端子9
から、散乱光、迷光等によつて生ずるフオト・ダ
イオード出力電圧のバツクグラウンド分を差し引
く機能を有するオフセツト回路10、該バツクグ
ラウンド分を差し引いたフオトダイオードの出力
電圧を増幅する増幅回路11、該出力電圧のピー
ク電圧を記憶するピーク・ホルダ12、該ピーク
電圧を所定の値で除算してエツチングの終点電圧
を算出する除算回路13を経て比較回路14に接
続する回路と、増幅回路11とピークホルダ12
の間から比較回路14に直かに接続する回路とか
らなる終点検出装置に入力し、前記フオト・ダイ
オードの出力電圧がエツチング進行中の電圧レベ
ルに対して所望の比率例えば1/k或るいはk倍に なるエツチング終点の検出を正確に行い、該終点
検出装置からの信号によりエツチングの停止を行
う。なお図に於て15は出力端子を示す。
上記のような方法により半導体基板上に被着せ
しめた1〔μm〕程度の等しい厚さのA1層を約
0.1〔μm/min〕程度のエツチング・レートを有
する同一条件でエツチングした際に、エツチング
終点の再現性は±30〔sec〕以内におさまり、且つ
多数枚の被処理基板を同時に処理した際に、基板
毎のエツチング・レートのばらつきにより発生す
るエツチング・オーバー或るいはエツチング不足
を大幅に減少せしめることができた。
上記実施例に於ては本発明をアルミニウムと二
酸化シリコン及び燐硅酸ガラスのエツチングに適
用する例について説明したが、本発明の方法はプ
ラズマ発光の波長を選択することによりポリ・シ
リコン、窒化シリコン、酸化クロム或るいはクロ
ム等種々な物質のドライ・エツチングに適用する
ことができる。
又本発明の方法は円筒型プラズマ・エツチング
装置を用いて実施することも可能である。
更に又本発明の方法に於ては被処理基板の同時
処理枚数の変動に伴うエツチング条件の変更や覗
き窓の汚れ等により、フオト・ダイオードの出力
電圧が全面的に平行移動する場合にも正確な終点
検出が可能である。また本発明に示す如く、プラ
ズマ発光の強度を時間的に追跡する場合には、ガ
ス流量・出力等のエツチング条件の大巾な変調
(ガス流量不足等)によるエツチングの異常状態
又はデポジシヨン発生のためのエツチングの停滞
等について迅やかに発見でき、適切な対応を取る
事が容易となる。
以上説明したように本発明の方法によれば電気
的にドライ・エツチングの終点を正確に検出する
ことができるので、半導体装置或るいはフオト・
マスクの製造に於ける特に微細パターン形成の際
のドライ・エツチング工程の自動化が可能にな
り、且つエツチング歩留まりの向上をはかること
ができる。
又ダミー基板等を使用しないのでエツチング費
用の低減をはかることもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法の一実施例に使用するプ
ラズマ・エツチング装置の断面模式図、第2図は
反応生成物の特定波長プラズマ光の強度プロフア
イル図、第3図はエツチング・ガスの特定波長プ
ラズマ光の強度プロフアイル図、第4図は終点検
出装置の一実施例のブロツク図である。 図に於て、1は排気管、2はエツチング・ガス
導入管、3は覗き窓、4はエツチング容器、5は
ターゲツト、6は干渉フイルタ、7はフオト・ダ
イオード、8は被処理基板、9は入力端子、10
はオフセツト回路、11は増幅回路、12はピー
ク・ホルダ、13は除算回路、14は比較回路、
15は出力端子、RFは高周波電力、RFonは高周
波出力印加、Vmaxは最高出力電圧、Vminは最
低出力電圧、kは常数、Vは出力電圧、tは時間
を表わす。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 高周波放電プラズマによつて励起されたエツ
    チング・ガスを用い、該プラズマ中において被処
    理物のドライ・エツチングを行うに際して、 被処理物とエツチング・ガスの反応によつて生
    ずる反応生成物質のプラズマ発光のうちの特定の
    波長を有する光の強度が、当該エツチング時に検
    出した最大強度水準値から該最大強度水準値を所
    定の比率で除した値に減少した点を当該エツチン
    グの終点とし、 該終点を、該特定の波長を有するプラズマ光を
    選択的に電気信号電圧に変換する手段、該電気信
    号電圧の最大値を検出する手段、該最大電圧値を
    所定の比率で除して終点電圧値を設定する手段、
    該電気信号電圧を該終点電圧値と比較する手段を
    用いて自動的に検出することを特徴とするドラ
    イ・エツチング方法。 2 高周波放電プラズマによつて励起されたエツ
    チング・ガスを用い、該プラズマ中において被処
    理物のドライ・エツチングを行うに際して、 エツチング・ガスのプラズマ発光のうちの特定
    の波長を有する光の強度が、当該エツチング時に
    おける被処理物と該エツチング・ガスの反応時に
    検出した最小強度水準値から該最小強度水準値に
    所定の比率を乗じた値に増加した点を当該エツチ
    ングの終点とし、 該終点を、該特定の波長を有するプラズマ光を
    選択的に電気信号電圧に変換する手段、該電気信
    号電圧の最小値を検出する手段、該最小電圧値に
    所定の比率を乗じて終点電圧値を設定する手段、
    該電気信号電圧を該終点電圧値と比較する手段を
    用いて自動的に検出することを特徴とするドラ
    イ・エツチング方法。
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