JPS6293943A - 終点検出方法および装置 - 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】 ［技ｉネｉ分野］ 本発明は、終点検出波ｉＪ、特に、半導体装置の製造に
おけるドライエツチングの終点検出に適用して有効な技
術に関する。

［背景技術］ たとえば、半導体装置の製造において半導体ウェハ上に
形成された所定の物質からなる薄膜をドライエツチング
などによって所定のパターンに微細加工する場合、エツ
チングの終点を確実に把握することが、下地部分の損傷
の防止やパターン寸法の制御などの観点から重要となる
。

ところで、ドライエツチングにおける終つ、検出方法と
しては、エツチング処理室内に形成されたプラズマから
得られる特定の反応生成物に対応した単一波長の発光ス
ペクトル強度を継続的に観測し、プラズマ中における反
応生成物の星が所定の値以下になった時、すなわち発光
スペクトル強度が所定の値以下となった時をエツチング
の終点とすることが考えられる。

しかしながら、上記のような終点検出方法においては、
エツチングによって形成されるパターンがより微細化さ
れ、エツチング反応による反応生成物の発生量が比較的
少ない場合、すなわち発光スペクトル強度の変化量が小
さい場合などにおいては、ノイズやウェハ各部にお１３
ろ工、チングの進行のばらつきの影古によって終点検出
誤差が人となり、エツチング時間にばらつきを１して工
。

チング精度が低下されるという欠点があることを本発明
者は見いだした。

なお、ウェハのエツチング処理における終点検出技術に
ついて説明されている文献としては、株式会社工業調査
会、昭和５６年１１月１０ＩＥ発行「′電子材料−＋　
１９８２ｉｒ別冊Ｐ　１４６〜Ｐ　１５１がある。

［発明の目的１ 本発明の目的は、検出精度を向上させることが可能な終
点検出技術を提供することにある２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ら代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、つぎの通りである。

すなわち、波長の異なる複数の発光スペクトル強度信号
から合成信号を算出し、該合成信号の微分波形のピーク
位置を終点とすることにより、たとえば終点近傍におい
て相反する変化を有する発光スペクトル強度信号を合成
して変化を増幅させ、さらに、変化が増幅された合成信
号の微分波形のピークから、ノイズなどに影響されるこ
となく、終点が正確に判定されるようにして、終点検出
の精度を向上させたものである。

［実施例コ 第１図は、本発明の一実施例である終点検出装置が組み
込まれたプラズマエツチング装置の要部を示す説明図で
ある。

すなわち、プラズマエツチング装置の基体部ｌには、た
とえば石英などの透明な物質で構成されるヘルジャ２が
着脱自在に設けられ、エツチング処理室３が構成されて
いる。

コノエツチング処理室３の内部には、エツチング処理す
べきウェハ４が載置される下側電極５と上側電極６とか
らなる平行平板電極７が水平に設けられ、高周波型ａ８
に接続されている。

また、２．（体部１には、真空ポンプなどの（ノド気ｆ
段（図示セず）に接続される排気管９が設けられエツチ
ング処理室３の内部が所定の真空度に１１１′気される
構造とされている。

さらに、ヘルジャ２には、反応ガス制御機構１０を介し
て所定の反応ガス源（図示せず）に接続される反応ガス
供給管１１が設けられ、エツチング処理室３の内部に所
定の組成の反応ガスが供給されるように構成されている
。

そして、エツチング処理室３の内部に反応ガス供給管１
１を通じて流入される反応ガスは、平行平板電極７に印
カロされる高周波電力によりプラズマ１２を形成して活
性化され、平行平板電極７の間に位置されるウェハ４に
対するエツチング反応が促進されるものである。

この場合、ヘルジャ２の近傍には、複数のフォトダイオ
ード１３ａおよびフォトダイオード１３ｂ（検出部）が
設けられ、それぞれ透過波長域の互いに異なる複数のバ
ンドパスフィルタ１４ａおよびバンドパスフィルタ１４
ｂ　（検出部）を介して、ベルジャ２の内部に形成され
るプラズマ１２から発生される光線が入射され、前記バ
ンドパスフィルタ１４ａおよび１４ｂの透過波長に対応
した、たとえば反応種および反応生成物などの物質の発
光スペクトルの強度変化が検知されるように構成されて
いる。

さらに、前記フォトダイオード１３ａおよび１３ｂは、
増幅部１５ａおよび増幅部１５ｂ、さらにはアナログ−
ディジタル変換部１６ａおよびアナログ−ディジタル変
換部１６ｂを介して合成回路部１７に接続されており、
フォトダイオード１３ａおよび１３ｂでそれぞれ独立に
取り込まれた複数の発光スペクトル強度信号が差分信号
に合成され、合成信号は判定部１８に入力されるように
構成されている。

そして、判定部１８においては、前記合成回路部１７か
ら入力された合成信号に対して微分演算が行われ、得ら
れる微分波形のピークからエツチング処理の終点が判定
されるものである。

また、＋ｔｉｊ記高周波高周波電源８反応ガスの反応ガ
ス制御機構１０は判定部１８に接続されており、平行平
板電極７に対する高周波電力の印加およびエツチング処
理室３の内部への反応ガスの供給などが制御されるよう
に構成されている。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、排気管９を通してエツチング処理室３の内部が所
定の真空度にされるとともに、反応ガス供給管１１を通
して所定のｋ１１成の反応ガスが工・チング処理室３の
内部に流入され、さらに平行平板電極７には高周波電力
が印加されることによって、平行平板電極７の間にはプ
ラズマ１２が形成され、平行平板電極７の間に位置され
るウェハ４に幻するエツチング反応が開始される。

この時、プラズマＩ２から発生される光線はバンドパス
フィルタ１４ａおよび１４ｂを介してフォトダイオード
＋３３および１３ｂに入射され、プラズマ１２に含まれ
る所定の物質の発光スペクトル強度信号が検知される。

この場合、前記バンドパスフィルタ１４ａおよび１４ｂ
の透過波長域は、エツチング処理の終点近傍で発光スペ
クトル強度の変化が相反する反応種および反応生成物に
対応する波長域にそれぞれ設定されており、それぞれの
発光スペクトル強度信号Ａおよび発光スペクトル強度信
号Ｂの、エツチング処理過程における変化の様子を示し
たものが第２図（ａｌである。

そして、フォトダイオード１３ａおよび１３ｂで個別に
検知された所定の物質の発光スペクトル強度信号Ａおよ
びＢば、合成回路部１７において第２図ｆｂｌに示され
るように、差分信号に合成され、強度の変化が増幅され
て判定部１８に入力される。

さらに、判定部１８においては、第２図（Ｃ１に示され
るように、強度変化が増幅された前記差分信号に微分演
算を施すことにより微分波形が構成され、そのピークが
エツチングの終点と判定される。

そして、この終点から所定の時間だけ経過した時点、す
なわち、所定のオーバエツチングが施された時点で、反
応ガスの供給および高周波電力の印加が停止され、ウェ
ハ４に対するエツチング処理が完了される。

このように、本実施例においては、エツチング処理の終
点近傍において発光スペクトル強度の変化が相反する反
応種および反応生成物に対応する複数の波長の発光スペ
クトル強度信号ＡおよびＢを合成することにより、エツ
チングの終点におｌる発光スペクトル強度信号Ａおよび
Ｂの変化が増幅して取り出され、さらに合成信号の微分
波形のピーク時点を終点と判定することにより、たとえ
ば、個々の発光スペクトル強度１３号の変化が比較的小
さい場合などでも、ノイズやウェハ４の平面内における
エツチング進行のばらつきなどに影響されることなく、
エンチングの終点を正確に判定でき、エツチング処理時
間のばらつきが低減される。

この結果、正確な終点を基４艦として所定のオーバエツ
チングを行うことにより、安定したエツチングを行うこ
とが可能となる。

なお、北記の実施例の説明において、終点検出後、反応
ガスのエツチング処理室３の内部への供給を制ｊコ■す
る反応ガス制？：Ｉｌｌ　１ｍ横１０によって選択比な
どの異なる他の反応ガスに切り換えてオーバエツチング
が行われるようにしても良い。

［効果］ （１）、波長の異なる複数の発光スペクトル強度信号か
ら合成信号を算出し、さらに該合成信号の微分波形のピ
ーク位置を終点とするため、たとえば、個々の発光スペ
クトル強度信号の変化が比較的小さい場合でも、ノイズ
やエツチング進行のばらつきなどに影響されることなく
、エツチングの終点を正確に判定でき、エツチング処理
時間のばらつきを低減できる。

（２）、前記複数の発光スペクトル強度信号が、終点近
傍において変化が互いに逆になる波長の発光スペクトル
強度信号であることにより、該複数の発光スペクトル強
度信号から得られる合成信号の終点近傍における変化が
増幅され、判定がより正確となる。

（３１，ｑＮ記＋１１の結果、正確な終点を基準として
所定のオーバエツチングを行うことにより、安定した工
、チングを行うことがｆｉＴ能となる。

（４）、前記（１）の結果、エツチング処理によってウ
ェハに形成されるパターンの寸法精度が向」ニされ、半
導体装置の製造における歩留りが向上される。

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１１；１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、変化の冗なる二つの波長の発光スペクトル強
度信号を一紺として合成し、これを複数組作り、各々の
組の変化分をさらに合成して発光スペクトル強度信号の
終点近傍における大きな変化を７３るようにすることも
可能である。

また、検出部のセンサーはフォトダイオ−１′でなくフ
ォトマルチプライヤ−など他の光′、π素子でもよく、
さらに分光器のようなものでもよい。

また、高周波電力の印加方式は陽極結合ばかりでなく陰
極結合方式でも可能である。

「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ろウェハのプラズマエ
ツチング処理の終点検出技術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、気相反応の
進行状況を正確に把握することが必要される分野などに
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装置が組み
込まれたプラズマエツチング装置の要部を示す説明図、 第２図（ａｇ、　ｆｈｌ、　（Ｃ１は、それぞれ発光ス
ペクトル強度信号の処理過程を示す線図である。 ■・・・基体部、２・・・ヘルジャ、３・・・エツチン
グ処理室、４・・・ウェハ、５・・・下側電極、６・・
・上側電極、７・・・平行平板電極、８・・・高周波電
源、９・・・排気管、１０・・・反応ガス制ｉ〕ｌ１機
構、１１・・　反応ガス供給管、１２・・・プラズマ、
１３ａ、１３ｂ・・・フ、ｔ　ｌ・ダイオード（検出部
）、１４ａ、１４ｂ・・・バンドパスフィルタ（検出部
）　、１５　ａ　。 １５ｂ・・・増幅部、１５ａ、１６ｂ・・・アナログ−
ディジタル変換部、１７・・・合成回路部、１８・・・
判定部。 一＼、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、波長の異なる複数の発光スペクトル強度信号から合
   成信号を算出し、該合成信号の微分波形のピークを終点
   とすることを特徴とする終点検出方法。 ２、前記複数の発光スペクトル強度信号が、終点近傍に
   おいて変化が互いに逆になる波長の発光スペクトル強度
   信号であ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、前記複数の発光スペクトル強度信号が、それぞれ少
   なくとも一つの反応生成物および反応種から発生される
   発光スペクトル強度信号であ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。 ４、前記終点検出方法が、ドライエッチング処理の終点
   検出方法であ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。 ５、波長の異なる複数の発光スペクトルを取り込む検出
   部と、該検出部において得られる複数の発光スペクトル
   強度信号から合成信号を得る合成回路部と、該合成信号
   に微分演算を施して得られる微分波形のピークから終点
   を判定する判定部とからなることを特徴とする終点検出
   装置。 ６、前記複数の発光スペクトル強度信号が、終点近傍に
   おいて変化が互いに逆になる波長の発光スペクトル強度
   信号であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の終点検出装置。 ７、前記複数の発光スペクトル強度信号が、反応生成物
   および反応種から発生される発光スペクトル強度信号で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の終点
   検出装置。 ８、前記終点検出方法が、ドライエッチング処理の終点
   検出方法であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の終点検出装置。