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JP2656869B2 - ドライエッチングにおける終点検出方法 - Google Patents
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JP2656869B2 - ドライエッチングにおける終点検出方法 - Google Patents

ドライエッチングにおける終点検出方法

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JP2656869B2
JP2656869B2 JP34056991A JP34056991A JP2656869B2 JP 2656869 B2 JP2656869 B2 JP 2656869B2 JP 34056991 A JP34056991 A JP 34056991A JP 34056991 A JP34056991 A JP 34056991A JP 2656869 B2 JP2656869 B2 JP 2656869B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ドライエッチングに
より被エッチング物をエッチングする際に被エッチング
物をエッチングし終えたか否か(これを被エッチング物
の終点という。)を検出する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置などを製造する場合、ドライ
エッチング法が多用されている。この際、被エッチング
物がエッチングされ切れず残った場合は所望のパターン
が得られず、また、被エッチング物の下側の構成成分
(以下、「下地」)が露出された後なおエッチングを続
けると被エッチング物のサイドエッチングが進むためや
はり所望のパターンが得られない。そこで、所望のパタ
ーニングが行なわれるよう被エッチング物のエッチング
終点を検出するための種々の方法が従来から提案されて
いる。
【0003】例えば文献(「集積回路プロセス技術シリ
ーズ 半導体プラズマプロセス技術」菅野 卓雄(昭和
60年),産業図書(株)発行,p.112)には、エ
ッチング終点の検出方法の従来例として、発光分光法
と、被エッチング物に光例えばレーザ光を照射しその反
射光を用いる方法とが開示されている。
【0004】この発光分光法とは、プラズマ中の、被エ
ッチング物の構成原子或いは反応生成物の発光をモニタ
リングしてエッチング終点を検出する方法であった。
【0005】また、反射光を用いる検出方法とは、被エ
ッチング物に例えばレーザ光を当てその被エッチング物
からの反射光の干渉波形若しくは時間微分波形からエッ
チングの終点を検出する方法であった。図3は被エッチ
ング物からの反射光を光電変換して得た電流の時間微分
信号波形に基づいてエッチング終点を検出する例を示し
た図である。縦軸は電流の時間微分(dI/dt)を示
し、横軸は時間を示す。この方法では、被エッチング物
のエッチングが進行しているときにはdI/dtは変動
しているが被エッチング物をエッチングしつくすとdI
/dtが零を示し続けるのでその時間a(図3参照)が
エッチングの終点とされる。
【0006】発光分光法は、被エッチング物の構成原子
或いは反応生成物の発光をモニタリングしているので被
エッチング領域が狭い場合は上記発光も弱いものとなる
ため充分な感度が得られないのに対し、反射光を用いる
検出法では被エッチング領域が狭い場合でも比較的測定
が容易であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反射光
を用いるエッチング終点検出法であって図3を用いて説
明した検出法では、被エッチング物のエッチングレート
が非常に遅いエッチング条件の場合、dI/dtが零付
近(零を含む)の一定値を示し続ける時間がエッチング
レートが早い場合に比べ長くなるので、被エッチング物
のエッチングが終了したか否かの判断が困難であるとい
う問題点があった。
【0008】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的はドライエッチングに
おける被エッチング物のエッチング終了点を被エッチン
グ物からの反射光を用いて行なう際に従来よりエッチン
グ終点を確実に検出できる方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、ドライエッチングにより被エッ
チング物をエッチングする際のエッチングの終点検出を
該被エッチング物に光を照射しその反射光を用いて行な
う方法において、反射光のうちの互いに波長が異なる少
なくとも2つの光の強度の時間微分の絶対値を加算した
信号に基づいて、被エッチング物の終点を検出すること
を特徴とする。
【0010】なお、この発明でいう互いに波長が異なる
少なくとも2つの光とは、理想的な少なくとも2つの単
色光の場合は勿論、この発明の目的の達成を図れる範囲
で実用上狭いスペクトル幅の少なくとも2つの光(準単
色光)である場合も含む。
【0011】また、この発明の実施に当たり、被エッチ
ング物に照射する光は、前述した波長が異なる光をそれ
ぞれ主波長とする別々の単色光源から得ても良く、或い
は、前述した波長が異なる少なくとも2つの光を共に含
む単一の光源(白色光源等も含む)から得ても良い。な
お、用いる光源は該当する波長の光を一定強度で出力で
きるものであることが望ましい。
【0012】さらにこの発明の実施に当たり、被エッチ
ング物の下地は前述した波長が異なる少なくとも2つの
光を良好に反射し得るものであることが望ましい。
【0013】
【作用】この発明の構成によれば、被エッチング物から
の反射光のうちの例えば波長がλ1 の第1の反射光及び
波長がλ2 の第2の反射光(ただし、例えばλ1 =2λ
2 )を用いる例で考えると、被エッチング物からの第1
の反射光及び第2の反射光それぞれの、被エッチング物
のエッチングに伴う強度変化は、図1(A)に示すよう
に、位相が異なった状態で起こる。そして、これら第1
及び第2の反射光の強度の時間微分の絶対値をとるので
各反射光の強度変化は図1(B)のようになり、さらに
これらの加算をとるので、被エッチング物からのエッチ
ング終点検出用の信号として図1(C)に示すような信
号が得られる。この図1(C)から明らかなように、こ
の発明では、エッチング終点検出用の信号は、エッチン
グが進行している限りは零レベルよりも常にプラス側の
レベルを示すものとなるので、被エッチング物のエッチ
ングレートが非常に遅い場合と、被エッチング物のエッ
チングが終点に達した場合との判断が従来より行ない易
い。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明のエッチング
終点の検出方法の実施例について説明する。なお、説明
に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示
してあるにすぎない。
【0015】先ず、図2を参照してこの発明のエッチン
グ終点検出法の実施に好適な検出装置例について説明す
る。なお、図2において、11はドライエッチング装置
であり、このドライエッチング装置11内の所定位置に
は、被エッチング物13を有する基板15が設置してあ
る。ここで、基板15は例えばシリコン基板やGaAs
基板などの半導体基板であることができ、また、被エッ
チング物13は例えばSiO2 膜などの絶縁物であるこ
とができる。
【0016】この検出装置は、被エッチング物13に波
長がλ1 の第1の照射光及び波長がλ2 の第2の照射光
を照射できる光源21と、これら第1及び第2の照射光
の被エッチング物13からの反射光のうち波長λ1 の第
1の反射光強度及び波長λ2 の第2の反射光強度を測定
する光検出器23と、これら測定された第1の反射光及
び第2の反射光それぞれの強度を時間微分するための微
分回路25と、微分された信号の絶対値を算出するため
の絶対値回路27と、絶対値化された信号を加算するた
めの加算回路29と、加算された信号をモニタしこの信
号からエッチング終点を検出するためのモニタ部31と
を具えている。
【0017】ここで、光源21は波長がλ1 の第1の照
射光を主に発する光源と波長がλ2 の第2の照射光を主
に発する光源とを別々に有するものでも、両波長の光を
含む光を発するものでも、何れでも良い。しかし、これ
ら波長の光を一定の強度で発するものであるのが良い。
【0018】また、光検出器23はフィルタ或いは分光
器と光電変換部とを具えたもので構成するのが良い。ま
た、微分回路25、絶対値回路27、加算回路29及び
モニタ部31は従来公知の回路で構成できる。特に、モ
ニタ部31はエッチング終点を検出した後直ちにドライ
エッチング装置11にエッチングの停止制御信号を出力
する構成のものとするのが好適である。なお、これら微
分回路25、絶対値回路27、加算回路29及びモニタ
部31をコンピュタによって構成するのが好適である。
【0019】次に、図2を用いて説明した装置を用いた
例によりこの発明のエッチング終点検出方法の実施例に
ついて説明する。図1(A)〜(C)はその説明に供す
る図である。特に図1(A)は、被エッチング物のエッ
チング開始からエッチング終点が検出されるまでの間に
光検出器23で検出される第1の反射光及び第2の反射
光の強度(具体的には光電変換した電流値)Iの変化を
示した図、図1(B)は図1(A)の信号の時間微分を
しさらに絶対値化した信号即ち絶対値回路27で得られ
る信号|dI/dt|を示した図、図1(C)は図1
(B)の各信号の加算信号即ち加算回路29で得られる
信号(エッチング終点検出用信号S)を示した図であ
る。いずれの図においても、横軸は時間を示し縦軸は強
度を示す。また、図1(A)及び(B)において実線で
示した信号Pが波長λ1 の第1の反射光に由来の信号で
あり、破線で示した信号Qが波長λ2 の第2の反射光に
由来の信号である。
【0020】この発明のエッチング終点検出方法では、
エッチングに伴い被エッチング物の厚さが減少する際に
第1の反射光及び第2の反射光を光検出器23で測定す
ると、図1(A)に示すように、強度が一定の周期で変
化する2つの信号P及びQが得られる。ただし、第1の
反射光の波長λ1 と第2の反射光の波長λ2 とが異なっ
ているため、第1の反射光の強度変化の周期T1 と、第
2の反射光の強度変化の周期T2 とは異なったものにな
る。λ1 とλ2 とが例えばλ1 =2λ2 なる関係である
とすると第1の反射光の強度変化の周期T1 と、第2の
反射光の強度変化の周期T2 とは、T1 =2T2 とな
る。
【0021】したがって、このように強度が変化してい
る第1及び第2の反射光(光電変換した電流)を微分回
路25及び絶対値回路27で処理すると、図1(B)に
示すような信号|dI/dt|が得られる。さらに、こ
の信号を加算回路29で処理すると、図1(C)に示す
ように、被エッチング物のエッチングが行なわれている
間は強度が零にはならず被エッチング物のエッチングが
終了すると強度が零になるという信号即ちエッチング終
点検出用の信号Sが得られる。このため、エッチングレ
ートが非常に遅い場合でも加算回路29からは零よりプ
ラス側の強度の信号が出力されるので被エッチング物の
エッチングが終了した場合と明らかに区別ができる。
【0022】上述においてはこの発明のドライエッチン
グにおけるエッチング終点検出方法の実施例について説
明したが、この発明は上述の実施例に限られない。
【0023】例えば上述の実施例は被エッチング物から
の反射光のうちの波長が異なる2つの光を用いかつ両反
射光の波長関係がλ1 =2λ2 とした例であったが、両
反射光の波長関係はこれに限られずこの発明の目的が達
成できれば他の波長関係でも勿論良い。例えば2つの反
射光の波長関係がλ1 =4λ2 でも実施例と同様な効果
が期待できる。
【0024】また、上述の実施例では反射光のうちの波
長が異なる2つの光を用いていたが、設計によっては被
エッチング物からの反射光のうちの波長が異なる3つ以
上の光を用いても良い。
【0025】また、被エッチング物は絶縁膜に限られず
反射光を用いエッチング終点の検出が可能なものであれ
ばいかなるものでも良い。
【0026】また、必要に応じ、加算回路から出力され
る加算値に係数を乗じるようにしても良い。
【0027】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のドライエッチングにおけるエッチング終点検出
方法によれば、被エッチング物がエッチングされている
間は常に零よりプラス側の信号が得られ被エッチング物
のエッチングが終了するとはじめて信号は零レベルにな
る。したがって、エッチングレートが非常に遅い場合で
も被エッチング物のエッチングが終了した状態と明らか
に区別ができるので、従来より確実にエッチング終点を
検出できる。
【0028】このため、例えば半導体装置の層間絶縁膜
へコンタクトホールを形成するためのエッチング管理な
どを正確に行なうことができるので、ドライエッチング
工程の自動化が期待でき、また、半導体装置の品質向上
が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は、実施例のエッチング終点検
出方法の説明図である。
【図2】この発明の実施に好適な検出装置の説明図であ
る。
【図3】従来技術及びその問題点の説明図である。
【符号の説明】
11:ドライエッチング装置 13:被エッチング物 15:基板 21:光源 23:光検出器 25:微分回路 27:絶対値回路 29:加算回路 31:モニタ部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドライエッチングにより被エッチング物
    をエッチングする際のエッチングの終点検出を、該被エ
    ッチング物に光を照射しその反射光を用いて行なう方法
    において、 反射光のうちの互いに波長が異なる少なくとも2つの光
    の強度の時間微分の絶対値を加算した信号の変化に基づ
    いて、被エッチング物の終点を検出することを特徴とす
    るドライエッチングにおける終点検出方法。
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