JPS62271434A - エツチング完了点検出方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置のドライエツチング加工に係り、
特に、そのエッチバンク加工時での加工完了時点の検出
に好適なエツチング完了点検出方式に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩなどの半邸体装欝のｉ造処理においては。

種々のエツチング加工を必要とする場合が多いが、この
とき、特に、エッチバック（平坦化加工のこと）におい
ては、その加工の完了時点の検出を正確に行なう必要が
ある。

ところで、このエッチバック完了時点の検出方式として
は、従来から１例えば、被エツチング基板の材質やエッ
チャントの成分に起因する発光スペクトル強度の変化等
による方式や、例えば、特開昭５６　５０５１５号公報
に開示されているように、被エツチング基板の表面に回
折格子パターンを設置するか、或いは、干渉光測定領域
を設定し、これに外部から所定の光を照射して、これら
による回折光、干渉光の測定によりエツチング部分の膜
厚を検出することにより完了時点を知る方式、又は、例
えば、特開昭５７−２８３３４号公報に開示されている
ように、パターンと被膜の表面状ｆｌＡ　ＣＭ晶粒の大
きさ等の違いなど）に起因した散乱光強度の変化により
完了時点を判断する方式などが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これら従来例には、それぞれ以下に説明
するような問題点がある。

まず、ＩＦ！光スペクトル強度変化を検出する方式のも
のでは、肴ツチング加工に伴なうプラズマ光による影響
を除くのが困難で、構成が複雑になる上、エツチング面
積の変化が少い場合には、完了時点の検出が困楚である
という問題点がある。

また、回折光や干渉光を利用した方式では、被エツチン
グ基板の表面にパターンや所定の測定用の領域を設定す
る必要があり、かつ、これらのパターンや領域の設置部
分に正確に光を照射させるだめの、特別な工夫を要する
などの問題点があり。

さらに、パターン上部の被膜厚さの不定さが、そのまま
平坦化の不確定さに反映されてしまうという問題点があ
る。

そして１表面状態の変化による方式では、同じく、照射
光の位置決めの問題がある上、基板面での被膜や、パタ
ーンの材質による適用制限があるという問題点がある。

本発明は、これら従来例の問題点に充分に対処すること
ができ、常に確実にエツチング完了時点の検出が得られ
るようにしたエツチング完了点検出方式の提供を目的と
するものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記目的は１本発明によれば、エッチバックによって基
板面に発生する段差を、その側面による散乱光を利用し
て光学的に検出し、こ、１１によりエツチングの完了時
点を判断することにより達成される。

〔作　用〕

被エツチング基板の表面におけろ段差は、エッチバック
が完了した直後に、それに続いてパターン以外の部分の
エツチングが進むにつれて急激に発生するから、これを
検出することによりエッチバックの完了時点を確実に、
かつ、容易に検出することができる。

〔実施例〕

以下、本発明によるエツチング完了点検出方式について
１図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は１本発明を、多層配線半導体装置の製造工程な
どにおいて、半導体基板の表面に存在する、成る層の表
面上で、アルミニウム（Ａｔ）層をドライエッチ法によ
りバターニングして配線電極を形成後、その面全体に絶
縁材等の被膜を塗布、ベータし、これをエッチバックす
ることにより所望の配線層を形成する場合に適用した一
実施例であり、以下、この実施例により説明する。

この第１図において、１は、下部電極２と上部電極３を
有する平行板型プラズマエツチング装置を表わし、これ
ら電極２，３に高周波［１；［５から高周波電圧を供給
すると共に、ガス導入管６から所定の、例えば酸！（０
，）などのエツチングガスを供給しながら排気管７から
所定の流量で排気を行ない、これによりエツチング装＠
１内のガス圧を１例えば、１０　（Ｐａ）などの所定値
に保ち、高周波ｆｌｉ源５から高周波電圧を供給するこ
とにより、下部電極３上にａ置した被エツチング基板４
のエツチングを行なうようになっている。なお、このと
きの高周波電圧の周波数としては、例えば１３．６　（
ＭＨｚ）が用いられている。

８はレーザ光源、９は集光レンズ、１０は光学フィルタ
、１１１よフォトダイオードからなる光検出器、１２は
信号記録装置である。

例えばＧ３３（ｎ■〕のＪ′！振波長波長１〔１〕程度
の光出力を有する）！ｅ−Ｎｅ　レーザなどからなるレ
ーザ光源８は、エツチング装置１による基板４のエツチ
ング開始と共に、レーザ光Ｌｉを基板４の側方から、こ
のへ板４の表面に対して５度位の角度で照射する。この
ときのレーザ光Ｌｉによる基板４の照射領域は、例えば
長軸が約１０（＋ａｓ）、短軸が約　０　、８１：ｍｍ
）の楕円形となるようにしである。

次に、この楕円形の照射領域からの反射光Ｌｒは集光レ
ンズ９．光学フィルタ１ｏを介して光検出ｇ１１１に入
射され、その強度に応じた電気信号に変換された上で信
号記録装！！！１２にスカされる。

このとき、集光レンズ９は反射光Ｌｒを効率良く集める
働きをし、光学フィルタ１ｏはレーザ光Ｌｉと同じ波長
、即ち６３３　（ｎｍ３の光だけを光検出Ｄ１１に入射
させる鋤らきをする。

次に、この実施例の動作について説明する。

上記したように、エツチング装［１による基板４のドラ
イエツチングを続けながら、信号記録装置１２により反
射光Ｌｒの強度Ｒを測定してゆくと、この強度Ｒの時間
ｔに対する変化は第２図のようになる。

この第２図において、Ｓはエツチング開始時点、この時
点で残っている強度Ｐは、エツチング装＝１内で発生し
ているプラズマに含まれている、波長が６３３　（ｎ＋
ｍ）の光成分による検出強度、Ｄはエッチバックが進ん
で段差が現われ、この段差の高さが約５０　［ｎｍ］に
達した時点Ｅでの検出強度、モしてＦは基板４の被膜が
全てエツチングされてしまったときでの検出強度をそれ
ぞれ表わす。

そこで、基板４のエツチングを開始したら、信号記録装
置１２により反射光Ｌｒの強度Ｒを連続的に監視し、最
初のうち、それが、開始時点Ｓでの強度Ｐから順次、ゆ
るやかに上昇していたのが。

やがて、その上昇状態に変化が現われ、急激に強度が増
加して所定強度りに達した時点Ｅでエツチング加工を終
了させてやれば、所定の平坦度にエッチバック加工され
た基板４を得ることができる。

次に、この理由について第４図により説明する。

この第４図は被エツチング基板４の表面に形成されてい
る配線パターン４０と被膜４１とを断面として示したも
ので、最初、段差ｄがない状態では、入射レーザ光Ｌ１
による反射光Ｌｒはほとんど生じない。従って、゛この
ときには、第２図の時点Ｓから時点Ｅに達しない期間で
示すように、反射光Ｌｒの強度Ｒのレベルはほとんど初
期の強度Ｐから上昇しない。

しかして、エッチバックが進み、配線パターン４０の表
面が現われ、やがて、被膜４１の表面だけのエッチバッ
クが進むと、ここで配線パターン４０の側面にほぼ垂直
な立上り部分が生じ、ここに段差ｄが現われる。そうす
ると、この段差ｄにより、それまで、はとんどなかった
反射光Ｌｒが現われ、この結果、この段差ｄが現われた
時点以降、急激に反射光Ｌｒの強度Ｒが上昇し９段差ｄ
が所定値に達した時点Ｅで、はとんどステップ的に所定
の強度りが得られ、確実に、しかも容易にエッチバック
の完了時１点を知ることができるのである。

なお、この実施例によれば、第２図におけろ強度りの値
は、最終的に飽和状急に達したときの強度Ｆの約４分の
１であり、Ｓ／Ｎとして３１：ｄＢ］が得られ、充分な
精度をもってエツチングの完了時点の検出を行なうこと
ができた。

ところで、以上の実施例では、基板４の表面に入射すべ
き光どしてレーザ光を用いているが、これに代えて点光
源からの光を１反射鏡やレンズなどの適当な光学系によ
り爪−指向性のものとじて用いてもよい、また、レーザ
光を用る場合でも、上記したＨａ−Ｎｅレーザに限らな
いことは言うまでもない。

なお１本発明では、入射光としてどのような光を用いて
も実施可能であるが、上記したように、単一指向性の光
を用いるのが効果的であり、特に。

上記実施例のように、この単一指向性の光としてレーザ
光を用いた場合には、その単位面積当りの出力が大きい
ので、そのレーザ光の波長における照射面からの反射光
の強度は、その波長におけるプラズマ光の強度に比して
著しく大きい。

従って、この実施例によれば、プラズマ光の影響をほと
んど受けることなく、高感度で、しかも精度良く反射光
強度変化の検出が可能になり、エツチング完了時点の検
出精度を充分に高めることができる。

一方、光検出器１１としても、フォトダイオードに限ら
ず、光電子増信管など任意の光電変換器の使用が可能で
あり、さらに光学フィルタ１０として、カットフィルり
のほか、モノクロメータの使用も可能なことは言うまで
もない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、エツチングによ
って生じる段差の高さ、および、この段差部側面での傾
斜角変化に対応して現われる反射光強度の変化によって
エツチング完了時点の検出を行なうようにしたので、従
来技術の問題点に充分に対処でき、常に高精度の検出が
容易に得られ。

平坦度の良いエツチングを行なうことができる。

また１本発明によれば、被エツチング基板の。

入射光による照射面内のどの部分にエツチングによる段
差が生じても、検出が可能なため、エッチバックに適用
した場合、基板面での光照射部分の位置決めが容易で、
基板面に特別な工夫などは全く不要であり、簡単な設備
で容易に適用でき、かつ、先行試験用の基板も不要にす
ることができる。

さらに１本発明は、上記したように、エツチングによっ
て生じる段差の高さ、および、その側面部での傾斜角変
化による反射光強度のモニタを検出原理としているため
、上記したエッチバックに限らず、半導体装置のゲート
ｌ！瓶形成時での酸化膜側壁部形成のためのエツチング
、或いは所望のエツチング深さでエツチングを終了させ
るための加工工程などに適用して、エッチツバツクの場
合と同様な作用効果を得ることができるのは、言うまで
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエツチング完了点検出方式の一実
施例を示すブロック図、第２図は動作説明用の特性図、
第３図は同じく動作説明用の基板の断面図である。 １・・・・プラズマエツチング装置、２・・・・下部電
極、３・・・・上部電極、４・・・・被エツチング基板
、５・・・・高周波電源、６・・・・ガス導入管、７・
・・・排気管、８・・・・レーザ光源、９・・・・集光
レンズ。 １０・・・・光学フィルタ、１１・・・・光検出器、１
２・・・・Ｉｎ号記＠装置。 第１図 第２図 第３図 ｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エッチング加工中での被エッチング基板の表面状態
   を光学的に監視してエッチング完了時点を検出するよう
   にしたエッチング完了点検出方式において、上記被エッ
   チング基板表面近傍での、該基板表面に存在するほぼ垂
   直な面による散乱光を検出する光学的手段を設け、エッ
   チング加工により上記被エッチング基板の表面に発生す
   る段差の検出によりエッチング完了時点を検出するよう
   に構成したことを特徴とするエッチング完了点検出方式
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記光学的手段が
   、上記被エッチング基板の表面に対して側方から光を照
   射する光源装置と、この光源装置による照射光軸とほぼ
   同じ方向からの反射光を検出する光検出装置とで構成さ
   れていることを特徴とするエッチング完了点検出方式。 ３、特許請求の範囲第２項において、上記光源装置の照
   射光軸が、上記被エッチング基板の表面に対して３０度
   以下の角度に設定されていることを特徴とするエッチン
   グ完了点検出方式。 ４、特許請求の範囲第３項において、上記光検出装置に
   よる検出光軸が、上記光源装置の照射光軸に対して４５
   度以下の立体角に設定されていることを特徴とするエッ
   チング完了点検出方式。 ５、特許請求の範囲１項において、上記光源装置による
   照射光が、単一指向性を強められたものとなるように構
   成されていることを特徴とするエッチング完了点検出方
   式。 ６、特許請求の範囲第５項において、上記照射光が、レ
   ーザ光であることを特徴とするエッチング完了点検出方
   式。 ７、特許請求の範囲第１項において、上記エッチング完
   了時点の検出が、上記散乱光の検出強度、および、その
   時間に対する変化率の少くとも一方が所定値を超えたか
   否かによって判断されるように構成されていることを特
   徴とするエッチング完了点検出方式。