JPH0445527A - エッチングの終点検知方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏ
ｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）のプラズマエツチング装置又
は平行平板型反応性エツチング装置等のエツチング装置
を使用してエツチングを行う工程において、その終点を
検出する方法に関する。

〔従来の技術〕

第７図は半導体製造工程におけるエツチング工程を説明
する図である。図において１０は基板であり、その上部
には加工材料である膜２３が形成されている。またさら
にその上部にはマスク２２が塗布されており、該マスク
２２はエツチング加工部位だけを露光等の手段により除
去されている。このような基板を図示しないエツチング
装置に取付け、マスク２２が除去されたエツチング加工
部位を工・ツチングする。

このとき膜２３のエツチング未了又は基板１０までのオ
ーハエソチングが生じると断線、短絡等の配線不良が生
し、製造される半導体の特性に影響を与える。従ってエ
ツチングを膜２３と基板１０との境界部で終わらせるべ
く終点を検知することがエツチング工程における重要な
課題になっている。

このエツチングの終点を検知する従来の方法として、例
えば特開昭５６４１４３９９号公報に開示されたものが
ある。これはプラズマ光の一部を選択的に取り出し、そ
のスペクトル強度の変化を検出すると共に、このスペク
トル強度を２点以上でサンプリングし、それらの出力差
が所定値以下となった時をエツチングの終点と判定して
いる。

ところがプラズマ発光のスペクトル強度の測定信号はノ
イズにより高周波が重畳されていると共に．エッチング
に使用するガス種によっては低周波のふらつきを生じて
いることがあり、これらはエツチングの終点をスペクト
ル強度の変化量で見るときの誤検出の原因となっている
。そこで、この誤検出を防止するため、スペクトル強度
が平衡状態になった後もしばらく測定を続けているが、
平衡状態に入ってからエツチングの終点を判定するとエ
ツチングが進行しすぎ、基板までエツチングされてしま
うという問題があった。

そこで本出願人が出願した特願平１−３２１７３０号の
発明がなされた。この発明は基板上に形成された膜をエ
ツチングするときに発生するプラズマ光から基板及び／
又は膜を構成する元素のスペクトル強度を選択して時系
列的に検出し、検出された複数のスペクトル強度を用い
て最小二乗法により、その変化を直線近似し、その傾き
の大きさによりエツチングの終点を検出する方法である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の如き従来の技術では被エツチング材又は被エツチ
ング材とエツチングガスとの化合物の発光を観察し、エ
ンチングの終点を検知していた。

例えばエツチングガスとしてＢＣＩｓを使用して八１合
金のエツチングを行う場合、ＡＩの特性波長である３９
６．１ｎ＋＋又は３０９．２ｎｍの波長のスペクトル強
度並びにＡｌＣｌ１の特性波長である２６１．４ｎ−の
波長のスペクトル強度の変化を検出していた。

第８図は基板１０の上側にＳｉＯ□膜１９、バリアメタ
ルであるＴｉＮ膜２０、ＡＩＶ合金膜２１、レジスト２
２が順次形成された試料である。この試料に対し、エツ
チングガスとしてＢＣＩ、を使用してｉ合金膜２１及び
ＴｉＮ膜２０のエツチングを行う場合、ＡＡ合金膜２１
をエツチングするときはｉ又はｌとエツチングガスとの
反応物であるＡｌＣｌ２の特性波長のスペクトル強度を
検出し、ＴｉＮ膜２０をエツチングするときはＴｉＮと
エツチングガスとの反応物であるＴｉＣｊ？の特性波長
のスペクトル強度を検出するというように被エツチング
材に応して検出波長を変更しなければならず技術的に問
題があった。

また上述のように波長を途中で変更しない場合はモノク
ロメ−夕を２台以上取り付けなければならず、コスト的
にも問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであり、エツチ
ングガスの発光スペクトル強度を検出−することにより
、２種類以上の被エツチング材が積層された試料を同一
のガスでエツチングする場合にも、スペクトル強度の変
化を検出すべき波長を変更する必要がなく、またモノク
ロメータを２台以上設置する必要もなく、高精度にエツ
チングの終点を検知できる方法を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るエツチングの終点検知方法は．エッチング
装置にエツチングガスを導入してエツチングする方法に
おいて、前記エツチングガスまたはエツチングガスを構
成する元素の発光スペクトルの強度変化によりエツチン
グの終点を検知することを特徴とする。

〔作用〕

エツチングガスの消費量に対応してエツチングの前後で
エツチングガスの発光スペクトルの強度が変化する。従
ってエツチングガスの発光スペクトルを検出することに
よりエツチングの終点を検知することができる。

また、被エツチング材が異なるとエツチングガスの消費
量が異なるので、２種類以上の被エツチング材を連続し
てエツチングする場合もエツチングガスの発光スペクト
ルの検出によりエツチングの終点を検知することができ
る。

（実施例〕 以下、本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図はＥＣＲプラズマエツチング装置の概略縦断面図
であり、図中３１はプラズマ生成室である。プラズマ生
成室３１の上面には石英ガラス板３１ｂにより封止され
たマイクロ波導入口３１ｃが、下面にはプラズマ引出窓
３１ｄが設けられている。プラズマ生成室３１の下側に
は反応室３３が連設されている。

マイクロ波導入口３１ｃには図示しない高周波発振器に
接続されたマイクロ波導波管３２が連結されている。ま
た、プラズマ生成室３１及びマイクロ波導波管３２の下
部を囲繞するように励磁コイル３４が配設されている。

反応室３３内には前記プラズマ引出窓３１ｄと対向する
位置に試料Ｓをそのまま、又は静電吸着等の手段にて着
脱可能に載置すべき試料台、３５が配設されており、反
応室３３の下面には排気口３３ａが設けられ、図示しな
い排気装置に連結されている。反応室３３の側壁上部に
はガス導入管３３ｇが連結されており、その連結部の下
側に石英ガラス製のプラズマ光取出窓３６が設けられて
おり、これはモノクロメータ３７に接続されている。ま
た、プラズマ生成室３１の上部にはガス導入管３１ｇが
連結されている。

このようなエツチング装置を使用する場合は、プラズマ
生成室３１内にガス導入管３１ｇよりエツチングガスと
してＡｒ、Ｏｚ　＋　Ｎｚ　＋　Ｈ２＋　Ｈｅ　＋　Ｃ
１ｚ　＋ＢＣ７！、等のガスを、反応室３３内にガス導
入管３３ｇより前述のガスと同様のエツチングガスを供
給し、プラズマ生成室３１、反応室３３内を所定の低圧
状態に設定し、試料台３５に試料Ｓを載置する。そして
励磁コイル３４に直流電流を通流させ、導波管３２よリ
プラズマ生成室３１にマイクロ波を導入させるとプラズ
マが発生し、反応室３３側に向かって発散する磁界によ
りプラズマイオンが試料保持台３５上の試料Ｓに投射さ
れ．エッチングが行われる。そしてこのときプラズマ光
取出窓３６より取出されたプラズマ光をモノクロメータ
３７で分光処理する。

次に本発明方法の実施例を示す。第２図は基板１０の上
側にＳｉＯ□膜１９、バリアメタルであるＴｉＮ膜２０
．６１合金膜２１、レジスト２２が順次形成された試料
である。前述の如く構成された装置を使用して第２図に
示した試料のＡ１合金膜２１（厚み１００００人）及び
ＴｉＮ膜２０（厚み１０００人）のエツチングを下記の
表１に示した条件で行った。

表１中、ＲＦパワーは６インチシリコンウェハー全面に
ＲＦを印加した場合の出力を示す。

（以下余白） 表１ そしてプラズマ光取出窓３６で取出されたプラズマ光の
うちモノクロメータ３７において必要なスペクトル部分
を分光し、これをデータ処理した。

第３図から第６図はスペクトル強度と反応時間との関係
を示すグラフであり、第３図から第５図は本発明の方法
、第６図は従来の被エツチング材とエツチングガスとの
化合物の発光を観察する方法に従い、スペクトルを検出
したものである。

第３図、第４図はエツチングガスのスペクトルとしてＢ
Ｃｌのスペクトルを選択したものであり、第３図は２７
２．２ｒ＋ｍ　、第４図は２４９．７ｎｍの波長のスペ
クトル強度を測定した結果を示している。

なお、ＢＣＩ！３の発光スペクトルの波長としてＢ（Ｊ
’の波長を用いたのは、Ｂｌ！３の波長に関するデータ
がなく、Ｂｃｚの波長でＢＣｌ、が検出できると見なし
たからである。結果的に８１３の存在量の変化が検出さ
れているので、ＢＣｌとＢＣ／！’３の波長はほぼ近似
しているものと考えられる。

第５図はエツチングガスのスペクトルとしてエツチング
ガスの構成元素であるＢのスペクトルを選択したもので
あり、２７８．Ｏｎｍの波長のスペクトル強度を測定し
た結果を示している。

第６図はｉ合金と工、チングガスとの反応物のスペクト
ルとしてＡｌＩＣ１のスペクトルを選択したものであり
、２６１．４ｎｍの波長のスペクトル強度を測定した結
果を示している。

第３図から第６図に示したグラフ中ｔ０は第２図のへ１
合金膜２１のエツチング開始点、ｔｌはｉ合金膜２１の
エツチング終了点、Ｃ２はＴｉＮ膜２０のエツチング終
了点を示している。Ｃ３は工、チング終了点を示してい
る。

第６図のグラフより１１点は判定できるが、Ｃ２点を判
定することは困難であり、第３図から第５図のグラフに
おいては１．点及びＣ２点を容易に判定することができ
ることがわかる。

以上の如く本発明においては、被エツチング材又は被エ
ツチング材とエツチングガスとの反応物のスペクトルを
検出するのではなく．エッチングガスまたはエツチング
ガスを構成する元素のスペクトルを検出しているので、
同一のガスで複数の膜をエツチングする場合に途中で検
出すべきスペクトルの波長を変更することなく検出を続
行し、確実に終点を検知することができる。

本発明に係る実施例においてはエツチングガスとしてＢ
（Ｊ、を使用したので、ＢＣｆ又はＢの特性波長のスペ
クトル強度の変化を検出したが、何らこの場合に限定さ
れるものではなく、使用する工・ノチングガスの種類に
応じて検出すべき波長を選択すればよい。

そして、検出したスペクトル強度変化の曲線を一次微分
して、又はスペクトル強度変化の曲線を直線近似したと
きのその傾きの大きさを調べて、エツチングの終点を検
知することとしてもよい。

更に前述の実施例は本発明をＥＣＲプラズマエツチング
装置に適用した場合につき説明しているが、何らこれに
限定されるものではなく、例えば平行平板型反応性エツ
チング装置等のエツチング装置にも通用し得ることは言
うまでもない。

〔効果〕

以上の如く本発明においては．エッチングガスまたはエ
ツチングガスを構成する元素の発光スペクトル強度の変
化を検出してエンチングの終点を検知するので、２種類
以上の被エツチング材が積層された試料を同一のガスで
エツチングする場合にもスペクトル強度の変化を検出す
べき波長を変更する必要がなく、またモノクロメータを
２台以上設置する必要がない等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエツチングの終点検知方法の実施
に用いるＥＣＲプラズマエツチング装置の構成を示す模
式的縦断面図、第２図はエツチングを行う試料の縦断面
図、第３図から第６図はスペクトル強度と反応時間との
関係を示すグラフ、第７図及び第８図はエツチングを行
う試料の縦断面図である。 ３１・・・ブラズ、マ生成室　３２・・・マイクロ波導
波管３３・・・反応室　３４・・・励磁コイル　３５・
・・試料台３６・・・プラズマ光取出窓　３７・・・モ
ノクロメータＳ・・・試料 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　失笑 図 第 図 第 図 第 ワ 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．エッチング装置にエッチングガスを導入してエッチ
   ングする方法において、 前記エッチングガスまたはエッチングガス を構成する元素の発光スペクトルの強度変化によりエッ
   チングの終点を検知することを特徴とするエッチングの
   終点検知方法。