JPH05166760A - エッチング終点の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被エッチング膜のエッチング終点を検出する
方法に関し、レーザスポット内にマスク材の領域を多く
含む場合にも、被エッチング膜のエッチング終点を精度
良く、安定して検出できる方法の提供を目的とする。 【構成】 基板上に堆積された被エッチング膜上に開口
を有するマスク材を形成し、該マスク材をエッチングマ
スクにして該被エッチング膜のドライエッチングを行う
に際し、該マスク材を含んで該被エッチング膜上にレー
ザ光を照射し、該レーザ光の反射光の波形を経時的にモ
ニターしてその周波数を求め、該反射光の周波数が急激
に変化する時点を終点として検出するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造工程に
おける被エッチング膜のエッチング終点を検出する方法
に関する。

【０００２】近年、半導体装置は高集積化とともにその
信頼性を高めるために、アルミニウム(Al)配線において
も種々の合金化が行われている。そのために、Alのドラ
イエッチングの技術も日々進歩しているが、それに伴い
エッチング終点の検出方法は難しくなる一方である。そ
のために安定したエッチング終点の検出方法が要望され
ている。

【０００３】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程においてAl
膜のエッチングの終点検出は、発光分光分析を使用する
のが主流であった。

【０００４】ところが、エッチングガスの低圧化、及び
Al配線の多層化に伴い、ノイズの発生や充分な発光強度
が得られない等の理由により、安定した終点の検出がで
きなかった。

【０００５】そこで、本発明者はレーザ光を被エッチン
グ膜に照射し、その反射強度の変化を分析して終点を検
出する方法を開発してきた。レーザ光を用いた終点検出
方法では、エッチングガスの低圧化、及びAl配線の多層
化に対し検出感度を高める効果は大きい。しかし、デバ
イスの微細化が進むと、レーザ光は、レーザスポット内
の被エッチング膜であるAl膜とともにエッチングのマス
ク材であるレジスト及び酸化膜等にも照射されるように
なるため、本来は不必要なマスク材の干渉波形も同時に
観察されるようになる。

【０００６】そのため、レーザスポット内に露出する被
エッチング膜とマスク材の割合によっては、即ちマスク
材の割合が大きくなると、終点検出が困難になるという
問題が生じた。

【０００７】図４(A) 〜(C) は、レーザを用いたエッチ
ング終点検出方法の従来例の説明図である。図４(A)
は、Al膜及びマスク材にレーザ光を照射したときの反射
強度のエッチング処理時間に対する変化を示す。

【０００８】図４(B) は、Al膜上に被着されたマスク材
にのみレーザ光を照射したときの反射強度のエッチング
処理時間に対する変化を示す。検出波形は、マスク材表
面からの反射光と、マスク材を透過してのAl膜からの反
射光とが干渉して周期性を持っている。

【０００９】図４(C) は、Al膜のみにレーザ光を照射し
たときの反射強度のエッチング処理時間に対する変化を
示す。この場合、エッチングの終点Ｅは顕著に検出でき
る。即ち、Al膜のエッチング前およびエッチング中のレ
ーザ光の反射強度は一定であり、Al膜が完全にエッチン
グされて下地の酸化膜が露出した時点、即ちエッチング
終点で反射強度は大きな変化（低下）をもたらす。

【００１０】これに対して、図４(A) のAl膜およびマス
ク材にレーザ光を照射したときのエッチング終点Ｅは、
検出波形が図４(B) のマスク材からの反射強度と図４
(C) のAl膜の反射強度とが合成されるため、マスク材の
比率が高くなると終点の検出が困難になる。

【００１１】そのため上記従来方法は、基板上の一部に
前記レーザスポット内に表出する全面が被エッチング膜
になるような専用モニターを形成するか、或いは一定の
割合以上の被エッチング膜面積を有する品種にしか適用
できなかった。

【００１２】なお、上記専用モニターの形成は、集積度
の低下、或いはチップ収率の低下をもたらすので望まし
くない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、レー
ザスポット内に表出する被エッチング膜のマスク材に対
する割合が一定の値以上に達しないような微細パターン
においても、専用モニターを用いないで、被エッチング
膜のエッチング終点を精度良く、安定して検出できるエ
ッチング終点検出方法の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、基板
上に堆積された被エッチング膜上に開口を有するマスク
材を形成し、該マスク材をエッチングマスクにして該被
エッチング膜のドライエッチングを行うに際し、該マス
ク材を含んで該被エッチング膜上にレーザ光を照射し、
該レーザ光の反射光の波形を経時的にモニターしてその
周波数を求め、該反射光の周波数が急激に変化する時点
を終点として検出する本発明によるエッチング終点の検
出方法によって達成される。

【００１５】

【作用】被エッチング膜例えばAl膜のエッチングの終点
を精度良く、安定して検出する手段として、本発明はレ
ーザを使用した終点検出器において、その波形処理に注
目し、被エッチング膜のエッチング終点における反射強
度の周期の変化を周波数変化として求め、これによって
エッチング終点を決定するものである。

【００１６】従来は、図４(A) に示したように、レーザ
スポット内の被エッチング膜であるAl膜及び、マスク材
であるレジスト及び酸化膜の合成された反射強度の処理
時間に対する変化量を観察し、その特異な変化分を感知
して終点としていた。

【００１７】この図４(A) のカーブを波形的に観察する
と、その波形は、図４(B) に示したマスク材にのみレー
ザ光を照射したときの反射強度の波形と、図４(C) に示
したAl膜のみにレーザ光を照射したときの反射強度の波
形との合成波形になっていることに注目する。そのため
Alが完全にエッチング除去される（終点）までは波形の
周期は安定しているが、Alが除去されて下地の酸化膜が
露出した時点でその周期性が大きく崩れることは明らか
である。

【００１８】そこで本発明は、被エッチング膜のエッチ
ング終点における反射強度の周期の変化を周波数変化と
して求め、これによってエッチング終点を精度良く、安
定して検出するものである。

【００１９】図１(A) 〜(B) は本発明の原理説明図であ
る。図１(A) は、Al膜を前記マスク材をマスクにしてエ
ッチングした際のレーザ光の反射強度のエッチング処理
時間に対する変化（経時変化）を示す。

【００２０】この図は、特にレーザスポット内に露出す
るAl膜の割合がマスク材に比べて少なく従来の反射強度
の変化を検出する方法では終点検出が困難なものであ
る。図１(B) は、同エッチング処理におけるレーザ光の
反射強度のピーク周波数の時間に対する変化（経時変
化）を示す。

【００２１】即ち本発明では、エッチング開始直後から
の反射強度を観察し（図１(A) 参照）、単位観測時間内
の反射強度を周波数解析し、その波形の周期を周波数分
布として求め、その最大値をピーク周波数として検出
し、そのピーク周波数が大きく変化した時点をエッチン
グ終点たとして検出する。

【００２２】このようにすると、図１(B) から明らかな
ように、Alがエッチングされている間（Ａの領域）は反
射強度波形の周期が安定しているためピーク周波数もほ
ぼ安定している。そしてAlが完全にエッチング除去され
たエッチング終点において、反射強度波形の周期が崩れ
ることによりピーク周波数が大きく変化する。その際の
ピーク周波数の変化量は、Alエッチング中即ちＡの領域
の周期の乱れ即ちピーク周波数の分布より大きくなるの
で、このピーク周波数の変化を検出することでAl膜即ち
被エッチング膜のエッチング終点Ｅが精度良く安定して
検出できる。

【００２３】

【実施例】図２は実施例に使用した装置の構成図であ
る。図において、１はレーザ、２はミラー、３はハーフ
ミラー、４はフォトデテクタ、５はパワーメータ、６は
コンピュータ（パソコン）、７はエッチング室、８は対
向電極、９はサセプタ電極、10はRF電源、11はエッチン
グ物を被着したウエーハである。

【００２４】図において、平行平板型プラズマエッチャ
の対向電極８の中心にレーザ光の徹孔を開け、サセプタ
電極９上のウエーハ11の中央にレーザ光を垂直に入射さ
せ、その反射強度をフォトデテクタ４によりモニターす
る。

【００２５】フォトデテクタ４に検出された反射光はパ
ワーメータ５でその強度が測定され、そのデータをパソ
コン６に送り、そこで周波数解析し、ピーク周波数の経
時変化を順次もとめて行く。

【００２６】そしてそのピーク周波数の大きな変化を観
測して終点として検出し、終点検出と同時にパソコン６
側からエッチャにRF電源10をオフする信号を送る。図３
は実施例のエッチング終点検出方法を説明するフローチ
ャートである。

【００２７】図において、31でレーザ光の反射強度をサ
ンプリングする。32で反射強度波形のピーク周波数を検
出する。33で終点の検出を行う。

【００２８】YES ならば、次の34に行く。34でエッチャ
にエッチング停止の指示を出す。NO ならば、33に帰還
する。

【００２９】なお、配線形成工程に上記実施例を適用
し、SiO₂下地絶縁膜上に堆積された厚さ 0.5〜１μｍ程
度のAl-2%Cu 合金膜を、ポジレジストをマスクにし、Cl
₂ 系ガスによるリアクティブイオンエッチング処理によ
り１μｍルールでパターニングした際、精度良く、安定
した終点の検出がなされて、エッチング不良の大幅な減
少が確認されている。その際、レーザには波長 670ｎｍ
の半導体レーザを用い、スポット径を約６ｍｍ、パワー
を 400Ｗとした。

【００３０】以上、本発明を被エッチング膜がAl若しく
はAl-2%Cu 合金膜の場合について説明したが、本発明は
上記以外の導電膜のエッチングにも勿論適用される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
光分光分析法では発光強度が低くて終点の検出が困難な
プロセスにおいても、レーザを用いることで検出が可能
になり、且つレーザの反射光により終点の検出を行う
際、レーザスポット内にマスク材の領域を多く含む場合
にも、被エッチング膜のエッチング終点を精度良く、安
定して検出できるようになった。

【００３２】この結果、微細なデバイスのエッチングを
高精度に行うことが可能になり、本発明が半導体装置の
微細化に寄与する効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理説明図

【図２】 実施例に使用した装置の構成図

【図３】 実施例のフローチャート

【図４】 従来例の説明図

【符号の説明】

１ レーザ ２ ミラー ３ ハーフミラー ４ フォトデテクタ ５ パワーメータ ６ コンピュータ（パソコン） ７ エッチング室 ８ 対向電極 ９ サセプタ電極 10 RF電源 11 被エッチング物を被着したウエーハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に堆積された被エッチング膜上に
   開口を有するマスク材を形成し、該マスク材をエッチン
   グマスクにして該被エッチング膜のドライエッチングを
   行うに際し、 該マスク材を含んで該被エッチング膜上にレーザ光を照
   射し、該レーザ光の反射光の波形を経時的にモニターし
   てその周波数を求め、 該反射光の周波数が急激に変化する時点を終点として検
   出することを特徴とするエッチング終点の検出方法。
2. 【請求項２】 前記基板が絶縁膜よりなり、前記被エッ
   チング膜がアルミニウムまたはその合金よりなり、前記
   マスク材がレジストまたは酸化シリコンよりなることを
   特徴とする請求項１記載のエッチング終点の検出方法。