JPS62274738A - エツチング等の光学的モニタ装置 - 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、半導体基板のエツチングあるいはＣＶＤなど
の処理を光学的にモニタするための装置に関する。

［従来の技術］ 半導体基板のドライエツチングにおいては、近年エツチ
ング工程の自動化とエツチング精度の向上の為に、必要
な部分のエツチングの終了を検出するエツチングモニタ
に対する要求が高まっている。エツチングモニタの有効
な手段として従来から、第４図のような方法が考えられ
ている。第４図において、レーザ６からの光を反応室１
内の電極２上で処理中の半導体基板４表面に電極３の開
口を通して入射し、その反射光をハーフミラ−７からフ
ォトディテクター８により受け、アンプ９を介して検出
部１０でモニターすることにより、工ッチング膜が変わ
ることによる干渉波形の周期変化や反射率の変化などで
エツチング終点を検出することができる。しかし、この
方法は、レーザ光が入射する一点のモニタしか出来ない
ので、ウェハ上の各点におけるバラツキの情報が得られ
ず、エツチング処理全体としては、かならずしも最適な
終了点を示しているとは限らないという事が大きな欠点
の一つとなっていた。この問題を解決するための手段と
しては、例えば第５図のようにレーザ光を直線走査する
方式が考えられている。第５図においては、レーザ１６
からハーフミラ−７を介して送られてくるレーザ光を、
ミラー１８を１８〜１８’の間で動かすことで反応室１
１内の電極１２上で処理中の半導体基板１４表面を直線
的に走査することが出来る。尚、上部電極１３はこの場
合スリット孔を有している。この事により、レジストの
影響の小さい部分に光を入射させることも容易になり、
また、複数の点における情報も得ることができる。しか
しながら、この方法では、レーザ光を走査する手段のた
め装置が複雑となり大きな場所を占めることにもなる。

さらにこの方法においても、ウェハ上の１つの直線上の
データしか得ることは出来ない。

上記の欠点に加えて、最近は、特に反応性イオンビーム
エツチングのように、ウェハホルダーが回転する構造の
装置が多くなって来ているが、このようにエツチング中
に基板が回転することに対する対策は現在のところ考え
られていない。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は、先に述べた従来技術の欠点である２つの項目
、すなわち、クエへの回転に対する対応と、ウェハ上の
多点計測を簡単な構造で実現しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段コ 本発明に従えば、前述の課題を達成するために、エツチ
ング等の処理による半導体基板表面上の部分のレベル変
化をモニタ信号として検出する光学的モニタ装置は、定
速回転する半導体基板の表面から回転の周期に同期して
モニタ信号を検出する信号検出手段を備えている。

この信号検出手段は、ひとつの実施態様においては、半
導体基板上の回転方向に対して角度をもった直線状領域
に拡がったレーザ光を同時に当てる光学手段と、前記直
線状領域からの幅広の反射光を該幅方向に走査してモニ
タ信号を検出する直線走査受光手段とを含んでいる。好
ましくは前記直線状領域は回転の半径方向に向いており
、半径相当分または直径相当分の長さを有する。

また前記直線走査受光手段は例えば自己走査型のフォト
ダイオードアレイを含むものであってよい。

［作用］ 本発明の光学的モニタ装置では、定速回転する半導体基
板表面からその回転周期に同期したサンプリング検出を
行なうので、ドライエツチング装置等の半導体基板の回
転を伴う場合にもレーザ反射法によるモニタが可能とな
り、サンプリング点も回転周期との位相を適当にするこ
とにより半導体基板上の円周方向の任意の点にすること
が可能である。またレーザ光を回転する半導体基板の回
転半径方向に向けて直線状に拡げて当て、これを直線走
査受光手段（ラインセンナ）で検出することにより半径
方向に多数の点を同時にモニタすることが可能となり、
実質的に半導体基板上の全ての部分がモニタ可能である
。

［実施例］ 第１図と第２図は、本発明の実施例を示し、反応性イオ
ンビームエツチング装置に適用した例である。エツチン
グ装置は反応室３１とイオン源３２、ウェハホルダ３４
からなり、図示されてない排気系で反応室内を低圧（〜
１０−’ｔｏｒｒ）にした後、やはり図示していないガ
ス導入系により反応ガスを導入する。イオン源３２で作
られたイオンを加速電極３３で加速し、ホルダ３４上の
半導体基板３５に照射することによりエツチングを行な
う。この間、イオンビームのムラの影響などを低減する
ために、ウェハホルダ３４の定速回転を行なう。このエ
ツチング装置に対して、Ｈｅ−Ｎｅレーザ３６より射出
された光をシリンドリカル＝アフォーカルレンズ系３７
によって直線状に幅広にした平行光として、前記帳方向
が基板の半径方向に一致するように、入射させる。その
反射光をフォトダイオードアレイ・ラインセンサ３８で
走査受光し、検出部３９で必要な信号を取り出すことに
より、エツチングモニタを行なう。

この検出系の主要部を第４図により説明する。

Ｈｅ−Ｎｅレーザから出た光ｄは、シリンドリカル凹レ
ンズ３７−１とシリンドリカル凸レンズ３７−２からな
る１次元ビームエキスパンダーによりて直線状に幅広に
された平行光ａとなる。この光線を図のｂのようにウニ
八回転の半径方向と前記幅方向が一致する向きで基板３
５に当たるように入射させる。このとき、厳密にウェハ
３５上のすべての点を測定するのでなければ、幅広ビー
ムｂの向きをそれほど正確に半径方向に合せる必要はな
い。幅広の反射光Ｃは、フォトダイオードアレイのよう
なラインセンサ８で受光する。図には示していないが、
実際には光学系を用いてラインセンサの長さに適合する
ように調整する。基板３５の回転数を例えば３０ｒｐｍ
とするど周期は２秒であり、基板上の任意の点の情報は
１周期に１回サンプリングすることで２秒の分解能で得
ることができる。多点計測に関しては、半径方向には一
度に全点を取ることができる。この中から、レジストの
影響の少ない画素からの信号を運んでモニタする。１画
素の素子の受けもつ面積（長さ）が大きく、レジストか
らの反射が小さい画素が少ない場合は、信号処理により
レジストからの反射光の成分を除去する様にしてもよい
。回転方向には、−周期につき任意の回数をサンプリン
グする事で多点モニタを容易に行なえる。パターン上で
モニタに都合のよい部分を選ぶことも容易である。レー
ザ光は連続的でもパルス的でもよく、ラインセンサの画
素数もそれほど多くなくても良い。

本発明に係るモニタの時間的な分解能は基板の回転数に
よっても決るが、入射するレーザ光の数を増やしてやれ
ば、分解能をそれだけ上げることができる。しかし、こ
の検出系の数をあまり増やすのは実際的ではない。従っ
て好ましくは、第３図のように、半径相当分子であった
入射光の領域を、ｇのように直径相当分にわたって入射
するようにし、ｌ／２周期でラインセンサの信号を中心
で左右反転してやれば、あまりかわらない光学系で２倍
の分解能を得ることができる。また、いままでは、エツ
チングに関して述べてきたが、同様のウェハホルダの構
造を持つものであればＣＶＤなどの製膜装置にも応用す
ることができる。

なお、基板が固定された（回転しない）半導体処理装置
においても、直線状に伸びたビームを入射すれば、反射
光をラインセンサで受けることにより多点の情報を同時
に得ることができ、それなりに有効である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、これまでレーザ
反射法によるエツチングモニタが適用出来なかったウェ
ハホルダの回転機構を持つ半導体基板エツチング装置に
おいても基板の回転周期に同期した信号検出をすること
によりレーザ反射法によるモニタが可能となる。さらに
、入射光を基板の回転半径上に直線状に伸ばしたレーザ
光とし、これをラインセンサで受光することにより、ウ
ェハ上のすべての地点のモニタが可能となり、特に半径
方向にはすべての点の情報が同時に得られるようになる
。しかも、これらの特徴は、光学系を固定したままで行
なえるので、簡単な装置構成で可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を反応性イオンビームエツチング装置に
適用した実施例を概念的に示す構成図、第２図はその主
要部の斜視図、第３図は直線状領域を示す斜視図、第４
図は従来のレーザ反射法によるモニタ装置の典型例を示
す構成図、第５図は従来の多点計測ないし最適位置計測
を行なうモニタ装置の一例を示す構成図である。 ３４：ウェハホルダ、３５：半導体基板、３６；レーザ
、３７；シリンドリカルビームエキスパンダー、３８：
フォトダイオードアレイ・ラインセンサ、３９：検出部
。 第１図 口 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エッチング等の処理による半導体基板表面上の部分
   のレベル変化をモニタ信号として検出する光学的モニタ
   装置において、定速回転する半導体基板の表面から回転
   の周期に同期してモニタ信号を検出する信号検出手段を
   備えたことを特徴とする光学的モニタ装置。２、信号検
   出手段が、半導体基板上の回転方向に対して角度をもっ
   た直線状領域に拡がったレーザ光を同時に当てる光学手
   段と、前記直線状領域からの幅広の反射光を該幅方向に
   走査してモニタ信号を検出する直線走査受光手段とを含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学
   的モニタ装置。 ３、直線状領域が回転の半径方向に向いていることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の光学的モニタ装
   置。 ４、直線走査受光手段がフォトダイオードアレイを含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の光学的
   モニタ装置。