JPS63229718A - ドライエツチング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体製造装置の微細加工に用いられるドライ
エツチング装置に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩの高集積度化に伴い、多結晶シリコンのゲート加
工や配線金属膜のパターニング等の微細加工手段として
、ドライエツチング法が広く用いられている。

このドライエツチング装置の自動化やエツチングプロセ
スの安定化の為には、被加工材料のエツチングの終点を
判定するモニタが必要であるが、従来のドライエツチン
グ装置では、発光分光分析法により、これを行なってい
る。即ち、エツチング室内の発光を分光し、適当な波長
での発光強度をモニタリン°グすることにより、反応ガ
ス種や反応生成物の濃度変化を測定し、エツチングの終
点を判定している。゛ 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上述した従来のモニタ方法では、被加工
材料のエツチングの深さや終点を知ることできない上、
ある波長だけでのモニタゆえ、プラズマや放電の安定性
が悪いと、発光スペクトルのゆらぎが大きくなって、エ
ツチングのモニタが正確にできないという欠点がある。

本発明の目的は、上記欠点を除去し、半導体ウェハー上
の被加工材料のエツチングの終点を正確に判定すること
のできるドライエツチング装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のドライエツチング装置は、エツチング室中の半
導体ウェハーを照射するための光源と、前記半導体ウェ
ハーで反射した光を分光する分光器と、分光された光を
検出するマルチチャンネルアナライザーと、このアナラ
イザーからの入力信号を処理し、エツチングの深さを算
出するマイクロコンピュータ−とを含んで構成される。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は光源
と分光器とエツチング室の位置関係を示す図である。

第１図及び第２図において、水銀ランプやハロゲンラン
プのような白米を発する光源１１がらの光をエツチング
室１２内の半導体ウェハー（以下単にウェハーという）
２３に当てた後、エツチング室１２に導入された反応ガ
スを放電させ、エツチングを開始する。ウェハーからの
反射光は、出射スリットを取り去った分光器１３に入射
し、分光される。

すなわち光源１１からの光をアパーチャー２１を通し、
ハーフミラ−２２で一部反射させ、ウェハー２３に当て
る。電極２４のうち、ウェハー２３と対向する側の電極
は、一部に孔をあけ、光源１２からの入射光とウェハー
２３からの反射光が通るようにしておく。ウェハー２３
で反射した光は、ハーフミラ−２２を一部透過する。こ
の透過光を石英レンズ２５で集光し、分光器１３に入射
させる。光源１１からの光は、分光器１３に直接漏れな
いようにしておく。

さて、分光器１３で分光された光は、マルチチャンネル
アナライザー１４で検出され、Ｄ／Ａ変換器１６を介し
て、ＣＲＴ１７上に、反射スペクトルとしてリアルタイ
ムで表示される。測定に要する時間は１秒程度で済む。

このとき同時にエツチング室１２内の発光スペクトルも
得られるが、発光が強くて反射スペクトルが明瞭でない
場合は、光源１１の前にチョッパーを設けて、光源１１
からの光を一定周波数のパルス光にし、その周波数に同
期したゲートをマルチチャンネルアナライザー１４にか
けることにより、発光スペクトルの影響を全く受けない
反射スペクトルを得ることができる。

ウェハー２３上の被加工材料がエツチングされるにつれ
、反射スペクトルも徐々に変化するが、被加工材料が完
全にエツチングされると、この反射スペクトルが大きく
変化する。従って、ウェハー２３からの反射スペクトル
をモニタすることにより、エツチングの終点を判定する
ことが可能である。

装置の自動化の為には、マルチチャンネルアナライザー
１４の出力の変化をマイクロコンピュータ−１５に判断
させ、被加工材料が完全にエツチングされ、反射スペク
トルが大きく変化した時に、反応制御系１８を帰還して
、反応ガスの放電を止め、エツチングを終了させるよう
にする。

一方、被加工材料のエツチングの深さの変化をモニタす
る条件として、反射スペクトルの膜厚依存性が大きいも
のであることが必要である。その例を以下に述べる。

第１の例は、アルミ配線上に露光時の反射防止の為につ
けられたシリコンの薄膜をドライエツチングにより除去
する場合である。シリコン膜は、反射スペクトルの膜厚
依存性が大きいので、そのデータをあらかじめマイクロ
コンピュータ−１５に記憶させておけば、反射スペクト
ルがら膜厚を算出することができ、従って、エツチング
の深さをインラインプロセスでモニタすることが可能で
ある。第３図及び第４図にシリコン薄膜の反射スペクト
ルの一例及び膜厚と吸収ピーク波長の相関の一例を示す
。

この場合、シリコン薄膜のエツチング中は第３図のよう
な反射スペクトルを示すが、（実際には、アルミ配線の
ない部分の下地膜による干渉スペクトルも重畳する）シ
リコン薄膜が薄くなるにっれてその吸収ピークは第４図
に示すように短波長側に移る。そしてシリコン薄膜が完
全にエツチングされると、アルミによる反射率の高いス
ペクトルに急変する為、エツチングの終点が明確に判定
できる。

第２の例は、ＤＲＡＭ等で用いられる多結晶シリコンの
ゲート加工の場合である。

多結晶シリコンのエツチング中は、やはり第３図のよう
な反射スペクトルを示すが（実際には、ゲートになる部
分の上にあるレジスト膜による干渉スペクトルとも重畳
する）多結晶シリコンが完全にエツチングされると、酸
化膜等による干渉スペクトルに急変する為、エツチング
の終点が明確に判定できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、光源と分光器とマルチ
チャンネルアナライザーとマイクロコンピュータ−とを
含んでドライエツチング装置を構成することにより、エ
ツチング中の半導体ウェハー上の被加工材料からの反射
スペクトルを測定し、インラインプロセスでエツチング
の深さをモニタでき、エツチングの終点を明確に判定で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図に示した光源と分光器とエツチング室の位置関係を示
す図、第３図はシリコン薄膜の反射スペクトルを示す図
、第４図はシリコンの膜厚と吸収ピーク波長との関連図
である。 １１・・・光源、１２・・・エツチング室、１３・・・
分光器、１４・・・マルチチャンネルアナライザー、１
５・・・マイクロコンピュータ−２１６・・・Ｄ／Ａ変
換器、１７・・・ディスプレイ（ＣＲＴ）、１８・・・
反応制御系、２１・・・アパーチャー、２２・・・ハー
フミラ−１２３・・・ウェハー、２４・・・電極、２５
・・・石英レンズ。 ９反　　長　　とｆｔｔｒｔノ 第３図 Ｏｔｏｏ　　　　　２ｔｐｏ　　　　　３ｏ０　　　　
４０ｔｙ　　　　、ｆａ。 膜　厚　　（λ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エッチング室中の半導体ウェハーを照射するための光源
   と、前記半導体ウェハーで反射した光を分光する分光器
   と、分光された光を検出するマルチチャンネルアナライ
   ザーと、該アナライザーからの入力信号を処理し、エッ
   チングの深さを算出するマイクロコンピューターとを含
   むことを特徴とするドライエッチング装置。