JPH04234115A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング用ガスを用
いて被エッチング基板、例えばウエハのエッチング処理
を行うドライエッチング装置に係り、特に、エッチング
の終了時点を検出する機能を備えたドライエッチング装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、エッ
チング用ガスを用いて薄膜やウエハ等のエッチング処理
が行われる。

【０００３】このエッチング処理、例えば反応性プラズ
マエッチング処理は、チャンバー内にエッチング用ガス
を導入し、このエッチング用ガスに高周波電界を印加し
てプラズマを発生させ、このプラズマ中の活性粒子の化
学反応を利用して行われる。

【０００４】ところで、被エッチング薄膜やウエハ等の
エッチング処理においては、高精度な微細パターンを形
成する際、あるいは被エッチング薄膜の下地にあたる他
の薄膜やウエハ等へのダメージや汚染を最小にするため
に、エッチングの適正な終了時点を正確に判定すること
が極めて重要である。

【０００５】そこでエッチングの終了時点の検出を、従
来は、真空ポンプによってチャンバー内から反応生成ガ
スを吸引する際、その反応生成ガスの一部を取り出して
分析し、エッチングの進行に伴う反応生成ガスの成分変
化を計測することにより行っていた。

【０００６】また、エッチングの進行に伴う反応生成ガ
スの成分変化によって、プラズマの発光スペクトルが変
化するので、プラズマの自発光を分析して、エッチング
の終了時点を検出することも行われていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た反応生成ガスの一部を取り出して分析する方式では、
チャンバーの容積が大きいので、エッチングの進行に伴
う成分変化が全体的に希薄になった反応生成ガスを分析
することになる。このため、エッチングの終了時点の判
定に時間的遅れが大きくなり、特に、短時間（十秒〜数
十秒）処理によるエッチングの終了時点を正確に検出す
るには、必ずしも適切ではないという問題があった。

【０００８】また、上述したプラズマの自発光を分析す
る方式では、外部からチャンバー内を観測する方向やチ
ャンバー内におけるプラズマ発生領域の大小によって、
プラズマの自発光が微妙に異なる。このため、エッチン
グの終了時点を正確に検出するのは、かなり難しいとい
う問題があった。

【０００９】そこで、本発明は、エッチングの適正な終
了時点を正確かつ瞬時に判定することができるようにし
たドライエッチング装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被エッチング基板を収容したチャンバー
内にエッチング用ガスを導入して前記被エッチング基板
のエッチング処理を行うドライエッチング装置において
、前記被エッチング基板の表面近傍に且つその表面に対
してほぼ平行に測定光を照射する光源と、この光源から
の測定光を検出する光検出器とを備え、この光検出器で
受けた光の特性を測定するようにしたものである。

【００１１】

【作用】エッチングの進行に伴う反応生成ガスの成分変
化は、被エッチング基板の表面近傍において最も顕著に
現れる。光源から光検出器に到達する測定光は、被エッ
チング基板のエッチングが進行する表面に極めて近い反
応生成ガス雰囲気中を通過する。ガス分子は分子振動に
対応して特定の波長の光を強く吸収するので、この特定
ガス成分の吸収波長に対応した測定光の波長を選択して
用い、反応生成ガス成分の吸収強度を測定することによ
り、エッチング中の被エッチング基板の表面近傍におけ
る反応生成ガス成分の濃度をモニターすることができる
。

【００１２】

【実施例】以下、本発明をウエハのドライエッチング装
置に適用した実施例を図面を参照して説明する。なおこ
の例は、ウエハを１枚ずつエッチングする枚葉式のドラ
イエッチング装置である。

【００１３】まず、図１及び図２は第１実施例を示すも
のであり、図１において、エッチング装置の基台１上に
有蓋円筒状のチャンバー２が設置されている。このチャ
ンバー２は、石英製のベルジャー３と、このベルジャー
３の下部に固着された円筒状をなすステンレス製の遮蔽
板４とによって構成されている。そして、チャンバー２
内にはサセプタ５が配置され、このサセプタ５の載置台
６上にウエハ７が載置される。

【００１４】更に、図１及び図２に示すように、遮蔽板
４の直径方向に沿った両側には、一対の透過窓１０、１
１が設けられている。そして、チャンバー２即ち遮蔽板
４の外側で、透過窓１０に対向して光源１２及び光検出
器１３が配置され、透過窓１１に対向してミラーからな
る反射器１４が配置されている。なお、光源１２及び光
検出器１３は一体的にアレイ化されたものであってもよ
い。

【００１５】そして、図１において、チャンバー２内に
エッチング用ガスが導入され、図外の真空ポンプによっ
てその反応生成ガスが吸引される。この状態で、高周波
電源８によって下部電極である載置台６と上部電極９と
の間に高周波が加えられ、エッチング用ガスに高周波電
界を印加して発生させたプラズマ中でウエハ７のエッチ
ングが行われる。なお、高周波に加えて載置台６及び上
部電極９の全体にＤＣバイアスをかけてもよい。

【００１６】このエッチング中に、図１及び図２におい
て、光源１２から照射された測定光Ｐ１　は、透過窓１
０を透過してウエハ７の表面近傍をその表面に対してほ
ぼ平行に通過し、透過窓１１を透過して反射器１４に到
達する。そして、反射器１４によって反射された測定光
Ｐ２　は、再び透過窓１１を透過してウエハ７の表面近
傍をその表面に対してほぼ平行に通過し、透過窓１０を
透過して光検出器１３によって検出される。なお、測定
光Ｐ１　及びＰ２　とウエハ７との間の間隔は１ｍｍ程
度にするとよく、また、測定光Ｐ１　及びＰ２　のビー
ムはコリメートしてシャープにするのが好ましい。

【００１７】上記のように構成された実施例によれば、
測定光Ｐ１　及びＰ２　は、ウエハ７のエッチングが進
行する表面に極めて近い反応生成ガス雰囲気中を通過し
て光検出器１３によって検出される。その光検出器１３
の検出信号に基づいて反応生成ガス成分の吸収強度を測
定すれば、エッチング中のウエハ７の表面近傍における
反応生成ガス成分の濃度をモニターすることができる。 しかもその際、ウエハ７の表面近傍に複数の測定光Ｐ１
　及びＰ２　の光路が配設されるので、信号変化分を増
幅して精度のより高い検出が可能となるほか、ウエハ７
の表面の広い範囲において反応生成ガス成分の濃度を平
均的にモニターすることができる。なお、光検出器１３
の検出信号から反応生成ガス成分の吸収強度を演算して
その濃度を得るには、既知の信号処理手段を用いてよい
。

【００１８】なお、エッチングの進行に伴ってウエハ７
の表面近傍では、エッチング用ガス成分の濃度が減少し
、反応生成ガス成分の濃度が増大するので、光源１２と
しては、エッチング用ガス成分に吸収される特定波長を
有するもの、或いは反応生成ガス成分に吸収される特定
波長を有するものを用いることができる。また、光源１
２としては、その検出対象ガス成分に対する吸収特性の
シャープな波長を適宜選択し、光検出器１３及び反射器
１４もこの波長に対して特性の良好なものを選択する。 なお、本実施例では、光源１２及び光検出器１３が一体
的にアレイ化されているので、これらを検出対象ガスに
応じて簡単に交換することができる上に、温度補償の点
でも有利となっている。また、透過窓１０、１１につい
ては、使用測定光の波長に対する透過率が小さいものを
用い、曇りや汚れ等もないようにする。

【００１９】なお、上述した第１実施例の構成を複数組
設置して、測定光の光路をさらに増加させることも勿論
可能である。ただし、その場合には光源１２及び光検出
器１３が多くなるので、図３に示す第２実施例の構成を
用いることができる。

【００２０】この第２実施例においては、遮蔽板４の透
過窓１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対向して、複数個の反射
器１４ａ、１４ｂ、１４ｃが設置されており、光源１２
によって照射された測定光Ｐ１　は、反射器１４ａ、１
４ｂ、１４ｃによって順次反射（測定光Ｐ２　、Ｐ３　
、Ｐ４　）されて光検出器１３によって検出される。

【００２１】この第２実施例によれば、最少個数である
一対の光源１２及び光検出器１３によって、ウエハ７の
表面近傍に多数の測定光Ｐ１　〜Ｐ４　の光路を配設す
ることができ、ウエハ７の表面のさらに広い範囲におい
て反応生成ガス成分の濃度を平均的にモニターすること
ができる。

【００２２】以上、本発明の実施例に付き説明したが、
本発明は実施例に限定されることなく、本発明の技術的
思想に基づいて各種の有効な変更並びに応用が可能であ
る。

【００２３】例えば、本発明は、反応性プラズマエッチ
ングや反応性スパッタエッチング等、ガスを利用する各
種のドライエッチング装置に適用可能である。

【００２４】なお、本発明は、ウエハのドライエッチン
グ装置に限定されることなく、各種基板のエッチング処
理を行う各種のドライエッチング装置に応用可能である
。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エッチング中に被エッチング基板の表面の極く近傍にお
ける反応生成ガス成分の濃度を正確にモニターすること
ができるので、ほぼ「その場（ｉｎ　ｓｉｔｕ　）計測
」に近い状態で、エッチングの適正な終了時点を極めて
正確かつ瞬時に判定することができる。従って、ドライ
エッチングにおいて、過少または過多エッチングのない
微細パターン形成の精度をより一層向上させることがで
き、また、被エッチング薄膜の下地にあたる他の薄膜や
ウエハなどへのダメージや汚染を最小限にすることがで
きる。

【００２６】なお、実施例に示したように、被エッチン
グ基板の表面近傍に複数の測定光の光路を配設すれば、
信号変化分を増幅して精度のより高い検出が可能となる
ほか、被エッチング基板の表面の広い範囲において反応
生成ガス成分の濃度を平均的にモニターすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をウエハのドライエッチング装置に適用
した第１実施例における装置の縦断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での矢視平面図である。

【図３】第２実施例における図２と同様な平面図である
。

【符号の説明】

２　　チャンバー ３　　ベルジャー ４　　遮蔽板 ７　　ウエハ（被エッチング基板） １０、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ　　透過窓１２　
　光源 １３　　光検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被エッチング基板を収容したチャンバ
   ー内にエッチング用ガスを導入して前記被エッチング基
   板のエッチング処理を行うドライエッチング装置におい
   て、前記被エッチング基板の表面近傍に且つその表面に
   対してほぼ平行に測定光を照射する光源と、この光源か
   らの測定光を検出する光検出器とを備え、この光検出器
   で受けた光の特性を測定することを特徴とするドライエ
   ッチング装置。