JPS6223113A - 終点検出方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は終点検出技術、特に、半導体ウェハ上のポリシ
リコン膜の如き薄膜をエツチングする際の膜厚または残
留している膜厚の検出に適用して効果のある技術に関す
る。

〔背景技術〕

半導体ウェハの製造過程においてウェハ上に形成された
ポリシリコン膜等のＦｊｌ　ＩＩ！をエツチングにより
微細加工する場合、たとえばゲートのテーパ形状のコン
トロールのために膜厚全体のうちの所定割合だけをエツ
チングしたいとすると、その所定割合のエツチングが終
了した時点でエツチングを止めなければならない。その
ためには、エツチングにより除去された膜厚あるいは未
だエツチングされずに残留している膜［（残膜）をモニ
タリングしてエツチングの終点を検出し、所定の膜厚ま
たは残膜量を知る必要がある。このようなエンチングに
より除去される膜厚または残ＩＩＩ量の検出はその検出
結果によりエツチング時間すなわちエツチングの終点が
左右されるので、極めて高い梢度が要求される。

そこで、たとえばソリッドステートテクノロジー　（Ｓ
ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　／日
本版、１９８４年６月号Ｐ６４〜Ｐ７３には、ヘリウム
−ネオンレーザ光をウェハ上に照射し、その干渉波形の
信号ピークの有無によりエツチングの終点を検出するこ
とが開示されている。

しかしながら、この技術は最後までエツチングが実行さ
れたか否かを検出する単なる終点検出のみには適用でき
るが、エツチングにより除去された膜厚や未除去の残膜
厚をモニタして任意のエツチング時点において一定膜厚
でエツチングを終了させる場合には適用することができ
ないことを本発明者は見い出した。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、エツチング等で除去された膜厚を検出
することのできる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、エツチング等で除去された残りの
残膜厚を検出することのできる技術を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、検出された干渉波形のピーク数をカウントし
、そのピーク数を演算して、除去された膜厚をモニタす
ることにより、最後までエツチング等をしなくても、い
わば途中の一定膜厚で任意にエツチング等を終了させる
ことができるものである。

また、本発明によれば、初期膜厚を測定または計算で求
める一方、検出された干渉波形のピーク数に基づいて除
去された膜厚を演算し、この初期膜厚の測定値と除去さ
れた膜厚の演算値とから、未除去のままで残存している
残膜厚をモニタすることにより、一定膜厚で任意にエツ
チング等を終了させることができるものである。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例である終点検出方法を適用で
きる装置を組み込んだエツチング装置の概略説明図であ
る。

このエツチング装置において、真空チャンバｌの内部に
は、上部電極２と下部電極３とからなる複数組の電極対
４が設置され、下部電極３の上には被測定物である半導
体ウェハ５が載置されている。上部電極２はマツチング
回路６を介して高周波電源７に接続され、下部電極３は
接地されている。

真空チャンバ１への反応ガスは反応ガス供給系８から供
給される一方、該真空チャンバ１内は排気口９を経て真
空ポンプ（図示せず）により真空吸引されている。

また、半導体ウェハ５上に形成されたシリサイド膜、ポ
リシリコン膜等のエツチングの終点検出をするために、
真空チャンバ１の上方には、ウェハ５上にレーザ光たと
えばヘリウム−ネオンレーザ光を照射して干渉波形を得
るレーザ光ａｐｔｏと、このレーザ光の透過および反射
光の反射のためのハーフミラ−１１と、このハーフミラ
−１１で反射された反射光を検出する光センサ（検出器
）１２とが設けられている。

光センサ１２はたとえばＣｄＳ素子よりなる光電変換回
路１３に接続されている。この光電変換回路１３はピー
クカウンタ１４に接続されており、このピークカウンタ
１４は、得られた干渉波形を微分した干渉微分波形のピ
ーク数をカウントするものである。

このピークカウンタ１４は制御回路１５に接続され、該
制御回路１５は前記高周波電源７に接続されている。制
御回路１５はピークカウンタ１４による干渉微分波形の
ピーク数のカウント結果に基づいて所定の演算を行うこ
とにより、エツチングにより除去された膜厚を算出して
モニタし、そのモニタ結果が所定の値である場合には高
周波電源７に指令を出してエツチングを終了させること
ができるものである。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、高周波電源７から上部電極２に高周波電力を印加
し、上部電極２と下部電極３との間にプラズマ状態を発
生させることにより、半導体ウェハ５上のポリシリコン
膜をエツチングする。この時、真空チャンバ１内は反応
ガス供給系８から反応ガスの供給を受けると共に、排気
口９を介して図示しない真空ポンプで排気されている。

このようにして、プラズマエツチングされている半導体
ウェハ５のエツチング量をモニタするため、レーザ光源
１０からハーフミラ−１１を経てたとえばヘリウム−ネ
オンレーザ光が最上部の半導体ウェハ５のエツチング領
域に照射される。このレーザ光の照射による反射光はハ
ーフミラ−１１で反射され、光センサ１２で検出される
。

この光センサ１２で検出された光信号は光電変換回路１
３により電気信号に変換され、干渉波形が得られるが、
この干渉波形はレジスト等のバックグランドノイズを取
り除くため微分波形をとり、干［ｋ分波形を得るよう構
成されている。

この干渉微分波形のピーク数はピークカウンタ１４によ
りカウントされ、制御回路１５に送られる。この場合、
ピーク間の間隔はエツチングされる膜厚がある一定の膜
厚だけエンチングされる毎に生じる。

したがって、エツチングされた膜厚Ｌｔ８は次式１式％ ここで、ｔＲ：　　エツチング時間 ｔ：　高周波電源ＯＮ時から初めての ピークまでの時間 Ｔ；　微分波形の一周期 １；　−周期にエツチングされる膜厚 この演算は制御回路１５で行われ、制御回路１５はこの
演算の結果、ある一定の膜厚のエツチングが終了したこ
とがモニタされると、高周波電源７に信号を送ってその
作動を停止し、エツチングを終了させる。

したがって、本実施例においては、膜の全体のエツチン
グが最後まで行われなくても、所定の膜厚骨だけエツチ
ングが終了した時点でそのエツチングにより除去された
膜厚をモニタすることができる。その結果、テーパ形状
のコントロールが必要な微細加工プロセスにも有効に適
用でき、いわゆるテーパエツチングが可能である。

〔実施例２〕 この実施例２は本発明によりエツチング中のある時点で
未除去のまま残されている残膜の厚さく残膜厚）をモニ
タすることによって、残膜厚が所定の寸法となった時に
エツチングを終了させることができるものである。

すなわち、この場合には、エツチングすべき膜のエツチ
ング前の膜厚Ｓを予め測定しておけば、残膜ｆｆＬは、
次式（２）により求めることができる。

し×！ Ｌ　　＝　　Ｓ−□　　・・・（２） また、初ｙＩ膜＋ｙＪ−３が測定されていない場合でも
、その膜厚の製造誤差が±１／２１内であれば、残膜厚
Ｉ−は次式（３）により求めることができる。

ここで、Ｘ：　　！ｘ（ｓ／／） 本実施例２の方法を実施するための装置は前記実施例１
において第１図に示したものと同様の構成のものを利用
して測定および演算させることができる。

すなわち、本実施例２では、エツチングされる膜の初期
膜厚が測定されている場合はその初期膜厚Ｓから前記実
施例１で求められるエツチングされた膜厚に相当するも
のを除算すれば良く、また初期膜厚が測定されていない
場合には、前記式（３）に示す如く計算で求めた初期膜
厚からエツチングされた膜厚を除算すれば良く、これら
の演算においてもレーザ光の干渉微分波形のピーク数に
基づく膜厚の演算が行われる。

したがって、本実施例においても、対象となる膜を最後
までエツチングすることなく、エツチング途中の任意の
時点で所定の残膜厚に達したことが検出された時に制御
回路１５からの指令により高周波電源７の作動を停止さ
せれば、エツチングを任意の時点で終了させることがで
きる。

〔効果〕

（１）、検出された干渉波形のピーク数に基づいて膜厚
を演算して、除去された膜厚を求めることにより、エツ
チング等の任意の時点でその時までに除去された膜厚を
モニタでき、それにより終点を検出できるので、モニタ
精度、終点検出精度が向上する。

（２）、検出すべき膜の初期膜厚を求める一方、検出さ
れた干渉波形のピーク数に基づいて除去された膜厚を演
算し、前記初期膜厚の値と前記除去された膜厚の演算値
とから、残留している膜厚を求めることにより、エツチ
ング等の任意の時点でその時に残留している残膜厚をモ
ニタでき、それにより終点を検出できるので、モニタ精
度、終点検出精度が向上する。

（３）、前記（１１，（２＋により、モニタ時間、終点
検出時間の短縮が可能となる。

（４）、前記ｆｌｙ、　（２１により、対象の膜を最後
まで除去する必要がな（なり、除去途中の任意の時点で
エツチング等の処理を停止できるので、極めて微細な膜
加工を行うことができる。

（５１，前記（４）により、テーパ状のコントロールが
必要な微細加工でも精度良く行うことができ、いわゆる
テーパエツチング等も可能となる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、終点検出装置の構造としては前記した構造以
外のものを使用してもよい。

また、本発明はエツチング等で除去された膜厚または残
留している残膜厚のモニタのために、専用されるよう構
成してもよい。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるプラズマエツチング
に適用した場合について説明したが、それに限定される
ものではなく、たとえば、他の方式によるエツチングや
スパッタリング等にも広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である終点検出方法を適用で
きる装置を組み込んだエツチング装置の概略説明図であ
る。 １・・・真空チャンバ、２・・・上部電極、３・・・下
部電極、４・・・電極対、５・・・半導体ウェハ、６・
・・マツチング回路、７・・・高周波電源、８・・・反
応ガス供給系、９・・・排気口、１０・・・レーザ光源
、１１・・・ハーフミラ−１１２・・・光センサ（検出
器）、１３・・・光電変換回路、１４・・・ピーフカラ
ンク、１５・・・制御回路。 第　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検出膜に照射した光の反射光を検出し、検出され
   た干渉波形のピーク数に基づいて膜厚を演算して、除去
   された膜厚を求めることを特徴とする終点検出方法。 ２、ウェハ上の薄膜からエッチングで除去された膜厚を
   求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の終
   点検出方法。 ３、検出すべき膜の初期膜厚を求める一方、被検出膜に
   照射した光の反射光を検出し、検出された干渉波形のピ
   ーク数に基づいて除去された膜厚を演算し、前記初期膜
   厚の値と前記除去された膜厚の演算値とから、残留して
   いる膜厚を求めることを特徴とする終点検出方法。 ４、ウェハ上の薄膜のエッチングで除去された残りの膜
   厚を求めることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   の終点検出方法。