JPH07211693A - ドライエッチングの終点検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一定のエッチング圧で安定にドライエッチン
グすると共に、エッチングの終了時点を容易に検出する 【構成】 一定流量の反応性ガスをエッチングチャンバ
１内に導入、排気し、エッチングチャンバ１内に配置し
た被加工物７に高周波電源８により活性化した反応性ガ
スを接触させて、被加工物１を触刻するドライエッチン
グ方法に於いて、前記反応性ガスの接触により生じるエ
ッチングチャンバ１内の圧力変化を圧力検出手段９で検
出し、自動圧力制御装置１０で排気系のバタフライバル
ブ４を開閉させて、エッチングチャンバ１内のガス圧を
一定に保持させると共に、エッチング終点検知器１１で
前記自動圧力制御装置１０より発せられるバタフライバ
ルブ開度信号の変化を検出してドライエッチングの終点
を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体素子の微細加工
に用いるドライエッチング方法、特に被加工物に活性な
反応性ガスを接触させて被加工物を触刻するドライエッ
チング工程の完了時点を検出するドライエッチングの終
点検知方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体素子の微細化、高集積度化の
ため、従来の湿式のエッチング方法から、高周波放電に
よるプラズマイオンをエッチング源に用いるドライエッ
チングが使われるようになった。このドライエッチング
技術によって、１μｍ程度のパターン形成が可能とな
り、超ＬＳＩなど回路パターンの微細化が図られてい
る。この回路パターンの微細化において、加工精度を高
め、被エッチング薄膜の残渣をなくし、また、被エッチ
ング薄膜下層の薄膜の損傷をできる限り小さくするため
には、ドライエッチングの終点を精度よく検出すること
が必要である。

【０００３】従来上記ドライエッチングの終点検知に
は、被エッチング薄膜と同一材料のエッチング試料から
所要のエッチング時間を算出するパイロット法やエッチ
ング時発生する発光スペクトルの強度変化を検出する光
学検知法が主として利用されている。

【０００４】しかしながら、前者のパイロット法は被エ
ッチング薄膜の露出面積の大きさでエッチング時間が異
なったり、被エッチング薄膜の表面の汚染状態などで、
ロット毎にエッチングスピードが異なるなどして、安定
な加工精度が得にくいものであった。また、後者の光学
検知法は被エッチング薄膜の加工毎に直接エッチング反
応を反映した発光スペクトルを検出するため、上記パイ
ロット法の欠点が補完できるが、発光スペクトルの検知
分析に用いるフィルタに汚れが生じ、装置の維持管理が
煩雑であった。また、エッチング反応で発光スペクトル
が変化しない素材もあり、エッチングの終了時点の検出
が不可能なものもあった。

【０００５】このため、エッチングチャンバ内に一定量
の反応性ガスを流入して被エッチング薄膜をエッチング
するとき、被加工物が反応性ガスと反応してエッチング
チャンバ内の圧力が変化することに着目し、ガス圧変化
を検出してエッチングの終了時点を検出する方法が提案
されている。

【０００６】例えば、エッチングの放電開始直後のエッ
チングチャンバのガス圧とエッチング途中の定常状態の
エッチングチャンバのガス圧からエッチング終了時のエ
ッチングチャンバのガス圧を予測する方法（特開昭５８
−１４０１２３号公報）や、エッチングチャンバ内のガ
ス圧を圧力検出手段で観測し、エッチング中のガス圧変
化を検出する方法（特開平４−１２７４２８号公報）な
どが提案されている。

【発明が解決しようとする課題】

【０００７】しかしながら、前者のエッチング終了時の
エッチングチャンバのガス圧を予測する方法は排気量を
調節するバタフライバルブの開度を固定させた状態で、
エッチング前後のエッチングチャンバ圧が一定になるよ
うに手動操作するもので、操作が厄介である上、エッチ
ング終了時の圧力を予測する演算回路が複雑となる問題
があった。また、後者のものはエッチングチャンバに供
給される反応ガスの流量やエッチングチャンバから排気
される排気速度が一定のものであり、エッチングチャン
バ内の圧力差は確実に検出されるものの、被加工物は上
記圧力変動の中でエッチングされる。このため、被加工
物のエッチング表面に影響をうけ、安定なドライエッチ
ングが出来ないといった問題があった。

【０００８】従って、本発明は上記ドライエッチング方
法における被加工物と反応性ガスとの反応によるエッチ
ングチャンバ内の圧力変化を検出してエッチング終了時
点を検出するドライエッチングの終点検知方法の問題点
に鑑みなされたものであり、エッチング中はエッチング
チャンバ内の圧力を常に所定のエッチング圧に保持して
被加工物のエッチング表面の安定を得るとともに、エッ
チングの終了時点が容易に検出できるドライエッチング
の終点検知方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のドライエッチングの終点検知方法は一定流
量の反応性ガスをエッチングチャンバ内に導入、排気
し、前記エッチングチャンバ内に配置した被加工物に高
周波放電により生成した活性な反応性ガスを接触させて
前記被加工物を触刻するドライエッチング方法に於い
て、前記反応性ガスの接触によるエッチングチャンバ内
の圧力変化を圧力検出手段で検出させ、自動圧力制御装
置で排気系のバタフライバルブを開閉させて前記エッチ
ングチャンバ内のガス圧を一定に保持させると共に、前
記自動圧力制御装置より発せられるバタフライバルブ開
度信号の変化を検出して前記ドライエッチングの終点を
検出することを特徴としている。また、本発明のドライ
エッチの終点検知方法は前記バタフライバルブの近傍に
角度センサを配設し、この角度センサで前記バタフライ
バルブの開度信号の変化を検出することを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】自動圧力制御装置は圧力検出手段の検出信号に
より排気系のバタフライバルブを開閉させてエッチング
チャンバ内の圧力を一定の圧力に保持させる。従って、
被加工物はエッチング中、一定のエッチング圧でドライ
エッチングされ安定なエッチングが得られる。また、エ
ッチング中の反応生成物のモル数の増減はエッチングチ
ャンバ内の圧力変化させることなく、自動圧力制御装置
で制御される排気系のバタフライバルブの開度で対応さ
れ、このバタフライバルブ開度信号の変化を検出するこ
とで、ドライエッチングの終点が即応して検出される。
従って、エッチング層と下地の素材の反応生成物のモル
数が異なる各種の被加工物に適用でき、そのドライエッ
チングの終点が容易に検出できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳
述する。

【００１２】図１は本発明に係るドライエッチング装置
の概略構成図である。

【００１３】図において、１は真空容器からなるエッチ
ングチャンバ、２は反応性ガス供給手段、３はターボモ
レキュラポンプとロータリポンプを結合した排気手段、
４はエッチングチャンバ１の排気系に配設され、排気量
を制御するためのバタフライバルブ、５は反応性ガスの
噴射口を有する上部電極、６は被加工物７を載置支持す
る下部電極の支持台、８は上部電極５と支持台６との間
に高周波電力を印加して反応性ガス供給手段２から供給
された反応性ガスをプラズマ化する高周波電源、９はエ
ッチングチャンバ１内の圧力を検出する圧力検出手段
で、例えばキャパシタンスマノメータ、１０は自動圧力
制御装置、１１はエッチング終点検知器である。

【００１４】図２は上記自動圧力制御装置１０及びエッ
チング終点検知器１１のブロック回路である。

【００１５】自動圧力制御装置１０は圧力検出手段９で
検出したエッチングチャンバ１の圧力信号を設定値と比
較してその差に応じた信号を発してバタフライバルブ４
を開閉させ、エッチングチャンバ１内の圧力を常に所定
の設定したエッチング圧に制御する装置であり、次のよ
うに構成される。

【００１６】即ち、この制御装置１０は圧力検出手段９
のキャパシタンスマノメータで検出したアナログ信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１２、エッチ
ングチャンバ１内の圧力を所定圧に設定する設定回路１
３、Ａ／Ｄ変換回路１２の出力信号値と設定回路１３の
設定値とを比較してその差に比例した信号を送出するす
る比較回路１４、比較回路１４より入力された信号を増
幅する増幅器１５等から構成され、増幅器１５の出力信
号でバタフライバルブ開閉回路１６を駆動して、バタフ
ライバルブ４を所定量開閉する。尚、１７はタイミング
回路であり、所定パルス周期で第１ゲート回路１８を開
いて圧力検出手段９のアナログ信号をＡ／Ｄ変換回路１
２に取込んでディジタル信号に変換し、このディジタル
信号を第２ゲート回路１９を開いて比較回路１４に入力
し、エッチング作業中、所定のタイミング周期でエッチ
ングチャンバ１内の圧力を調整し、常時一定圧になるよ
うに構成している。

【００１７】また、エッチング終点検知器１１は自動圧
力制御装置１０より出力されるバタフライバルブ開閉信
号の変化を検出してエッチングの終点を検出し、高周波
電源８を開閉する装置であり、増幅器１５の出力を検出
し、単位時間当たりの出力変化が所定量以上の急激な変
化の場合これを検知してパルス信号を出力するバタフラ
イバルブの開度検出回路２０と、前記開度検出回路２０
の出力パルスをカウントし、所定カウント数の時にエッ
チングの終点として高周波電源を開放させるパルス信号
を出力するカウンタ２１とから構成され、このカウンタ
２１のパルス信号により高周波電源開閉回路２２を駆動
してエッチングを終了させる。

【００１８】かかる構成のドライエッチング装置のエッ
チング動作を図３の作動図を参照して説明する。

【００１９】図３（ａ）及び（ｂ）は上記ドライエッチ
ング装置のエッチング工程におけるエッチングチャンバ
１内の圧力状況及びバタフライバルブ４の開度状況の推
移を示す。

【００２０】先ず、時刻ｔ₀において、被加工物７を支
持台６上に設置して、排気手段３によりエッチングチャ
ンバ１内を真空に排気する。次に、このように真空排気
した後、時刻ｔ₁において、自動圧力制御装置１０を作
動させ、反応ガス供給手段２を開いて所定流量の反応ガ
スを流し、エッチングチャンバ１内を反応ガスに置換さ
せる。すると、バタフライバルブ４は上記反応ガスの流
量に対応して所定開度で開き、エッチングチャンバ１内
は設定回路１３で設定された設定圧力を維持する。

【００２１】上記時刻ｔ₁の反応ガスの供給に伴うバタ
フライバルブ４の動作時、自動圧力制御装置１０はエッ
チングチャンバ１内の圧力が真空状態から反応ガスの流
入によりバタフライバルブ開閉信号を大きく変化させて
バタフライバルブ４を開く。このバタフライバルブ開閉
信号の変化は同時にエッチング終点検知器１１の開度検
出回路２０に付与され、その検知信号がカウンタ２０で
カウントされる。しかし、このバタフライバルブ開度信
号変化の検知信号は１回目であり、エッチング終点検知
器１１は終点検知信号は出力しない。

【００２２】次いで、このようにエッチングチャンバ１
内に反応ガスが所定圧力で流入された段階の時刻ｔ₂に
おいて、高周波電源８を駆動して高周波電力を支持台６
と上部電極５との間に印加して反応性ガスをプラズマ化
し、活性化された反応性ガスを被加工物７に接触させて
エッチングする。この時、被加工物７は反応性ガスと反
応して反応生成物のモル数が反応性ガスのモル数に比べ
て大きい場合、エッチングチャンバ１内の圧力を押し上
げるように作用するが、自動圧力制御装置１０により排
気系のバタフライバルブ４の開度が大きくなって排気流
量が増加し、チャンバ１内の圧力は一定に保持され、こ
の圧力一定の状態で、被加工物７がエッチングされる。
尚、反応生成物のモル数が反応性ガスのモル数に比べて
小さい場合は、図示しないが、自動圧力制御装置１０に
より排気系のバタフライバルブ４の開度が小さくなり、
同様に、チャンバ１内の圧力は圧力一定状態が保持され
る。

【００２３】上記時刻ｔ₂のエッチング開始時の反応生
成物の発生に伴う上記バタフライバルブ４の開度動作は
上記時刻ｔ₁の反応ガスの供給時と同様に、バタフライ
バルブ開閉信号の大きい変化を生じ、このバタフライバ
ルブ開閉信号の変化がエッチング終点検知器１１の開度
検出回路２０に付与されてカウンタ２１でカウントさ
れ、２回目のバタフライバルブ開度信号変化の検知信号
がカウントされる。しかし、この検知信号は２回目であ
り、エッチング終点検知器１１はエッチングの終点検知
信号は出力しない。

【００２４】次に、被加工物７のエッチングが進み、時
刻ｔ₃において、下地層に達すると、反応性ガスは下地
層と反応することとなる。この下地層との反応生成物の
モル数が上記エッチング層の反応生成物のモル数に比べ
て大きい場合、エッチングチャンバ１内の圧力は更に押
し上げられるように作用する。しかし、この場合も上記
エッチング層の場合と同様に、自動圧力制御装置１０に
よりバタフライバルブ４の開度が大きくなって、排気流
量が増加し、エッチングチャンバ１内の圧力は一定に保
持される。尚、下地層との反応生成物のモル数がエッチ
ング層の反応生成物のモル数に比べて小さい場合も、同
様に一定圧に保持される。

【００２５】この時刻ｔ₃の下地層との反応生成物によ
るバタフライバルブ４の開度信号の変化は、上記エッチ
ング層の場合と同様に大きい開度信号変化となって、
即、エッチング終点検知器１１の開度検出回路２０で検
出され、その検知信号がカウンタ２１に送出される。そ
して、カウンタ２１により３回目の検知信号がカウント
され、エッチングの終点検知信号が出力されて、高周波
電源開閉回２２が駆動され、高周波電源８が停止されエ
ッチングを終了させる。後は反応ガス供給手段２、排気
手段３が止められ、エッチングチャンバ１内が空気に置
換された後、被加工物７がエッチングチャンバ１より取
出される。従って、被加工物７はエッチングチャンバ１
にセッティング後取出しまでのエッチング開始前の時刻
ｔ₁〜ｔ₂及びエッチング中の時刻ｔ₂〜ｔ₃の間、一定の
圧力雰囲気にあり、安定なエッチングがなされる。ま
た、エッチング終了後の時刻ｔ₃の下地層のエッチング
はエッチング終点検知器１１によりバタフライバルブ４
の開度信号の変化が即検出され、オーバエッチングが防
止でき、精度良く微細加工ができる。

【００２６】尚、上記実施例において、エッチング終点
検出器２１は自動圧力制御装置１０の出力信号からバタ
フライバルブ開度信号の変化を直接検出するように構成
したが、これに限定されるものではない。例えば、バタ
フライバルブ４の近傍に磁気抵抗素子等の角度センサを
配設し、この角度センサでバタフライバルブの開度信号
の変化を検出することもでき、開度検出回路２０の回路
構成を簡略化することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は反応性ガ
スをエッチングチャンバ内に導入、排気して、エッチン
グチャンバ内に配置した被加工物に活性な反応性ガスを
接触させて被加工物を触刻するドライエッチングに於い
て、自動圧力制御装置でバタフライバルブを開閉させて
エッチングチャンバ内のガス圧をエッチング前後で常に
一定に保持させてエッチングするように構成しているか
ら、被加工物が安定にエッチングされるともに、自動圧
力制御装置より発せられるバタフライバルブ開度信号の
変化を検出してドライエッチングの終点を検出するよう
に構成したから、種々のエッチング材料の被加工物に適
用でき、そのエッチング終了時点が容易に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドライエッチング装置の概略構成
図である。

【図２】図１の自動圧力制御装置及びエッチング終点検
出器の回路図である。

【図３】図１のドライエッチング装置の作動説明図で、
（ａ）はエッチングチャンバ内の圧力推移、（ｂ）はバ
タフライバルブの開度推移を示す。

【符号の説明】

1 エッチングチャンバ 2 反応性ガス供給手段 3 排気手段 4 バタフライバルブ 5 上部電極 6 支持台 7 被加工物 8 高周波電源 9 圧力検出手段 10 自動圧力制御装置 11 エッチング終点検知器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定流量の反応性ガスをエッチングチャ
   ンバ内に導入、排気し、前記エッチングチャンバ内に配
   置した被加工物に高周波放電により生成した活性な反応
   性ガスを接触させて前記被加工物を触刻するドライエッ
   チング方法に於いて、 前記反応性ガスの接触によるエッチングチャンバ内の圧
   力変化を圧力検出手段で検出させ、自動圧力制御装置で
   排気系のバタフライバルブを開閉させて前記エッチング
   チャンバ内のガス圧を一定に保持させると共に、前記自
   動圧力制御装置より発せられるバタフライバルブの開度
   信号変化を検出して前記ドライエッチングの終点を検出
   することを特徴とするドライエッチングの終点検知方
   法。
2. 【請求項２】 前記バタフライバルブの近傍に角度セン
   サを配設し、この角度センサで前記バタフライバルブの
   開度信号変化を検出することを特徴とするドライエッチ
   ングの終点検知方法。