(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されている膜をエッチングして設定されたパターンを形成するための加工チャンバと、
前記加工チャンバの一側から前記加工チャンバ内に向かうように締結され、前記エッチング中に放出される光が前記加工チャンバの外部に透過するように構成され、エッチング工程を実施する間に放出される光の移動経路となる貫通ホールが形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなった本体および前記貫通ホールを覆うように位置する石英キャップを含むエッチング終末点検出窓と、
前記エッチング終末点検出窓を透過した光の波長を検査してエッチング終末点を検出する検出部と、を有し、
前記本体は、前記石英キャップを着脱自在に取り付けるために前記貫通ホールから前記本体の縁部まで延びた石英キャップ取り付け用溝と、前記石英キャップ取り付け用溝内で対向する側面に設けられた石英キャップスライド用溝とを有し、前記石英キャップは前記石英キャップスライド用溝に押し込まれることにより挿入されて前記貫通ホールを前記石英キャップにより覆うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記本体は、表面に酸化アルミニウム被膜が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造に使用されるエッチング装置。
【請求項３】
前記エッチング終末点検出窓には、前記光を前記検出部に伝達するための光ケーブルが連結されることを特徴とする請求項１または２記載のエッチング装置。
【請求項４】
前記検出部は、特定波長を通過させる光学フィルタ、分光器、および特定波長を増幅し電気信号に変換する光電子増倍管を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のエッチング装置。
【請求項５】
前記本体は、外側壁に前記加工チャンバと締結するための締結用溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング工程を実施する半導体装置に関するものであり、より詳細には、エッチング工程の終末点を検出するための窓およびこれを用いるエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータのような情報機器の急速な普及により、半導体装置は飛躍的に発展している。その機能面において、半導体装置は高速で動作すると同時に大容量の記憶能力を有することが要求される。これにより、半導体装置は、集積度、信頼度および応答速度などを向上させる方向に製造技術が発展している。これにより、半導体装置の集積度向上のための主な技術として膜形成技術またはエッチング技術などのような微細加工技術に対する要求が厳しくなる。
【０００３】
前記微細加工技術のうち、前記エッチング技術は基板上に形成させた膜の所定部位を除去し、膜を所望するパターンに加工する技術として、０．１５μｍ以下のデザインルール（ｄｅｓｉｇｎ  ｒｕｌｅ）を必要とする。このような最近の半導体装置の製造では、プラズマを利用するドライエッチング装置を主に使用する。
【０００４】
エッチング装置は、プラズマの形成方式によりわずかな差があるが、基本的には、加工チャンバを含み、加工チャンバ内には基板が置かれるチャックおよびプラズマ形成部を含む。また、基板上に形成された所定の膜を正確な位置までエッチングするための部材をさらに備える。部材はエッチング工程中に放出される光を透過させるエッチング終末点検出窓と、エッチング終末点検出窓を透過した光の波長を感知してエッチング終末点を検出する検出部を含む。
【０００５】
このように、エッチング中に放出される光の波長によりエッチング終末点を検出する方法および装置の例は、エンゲルなど（Ａｎｇｅｌｌ、ｅｔ．ａｌ．）に許与された特許文献１に開示されている。
【０００６】
エッチング終末点検出窓は加工チャンバ内の側壁に締結され、加工チャンバ内で放出される光が加工チャンバの外へ透過されるように備えられる。また、前記光を効果的に透過させるために全体が石英（ｑｕａｒｔｚ）材質で形成される。
【０００７】
エッチング終末点検出窓がチャンバ内の側壁に締結された場合に、エッチング終末点検出窓で加工チャンバ内に向かう面はエッチング終末点検出窓の上部面と称し、それに対向する面はエッチング終末点検出窓の下部面と称してエッチング終末点検出窓を説明する。
【０００８】
エッチング終末点検出窓の上部面の中心にはホールを有し、エッチング終末点検出窓の下部面でホールの底面は塞がっている。したがって、膜のエッチングを実施するとき放出される光は、エッチング終末点検出窓に備えられるホールの内部を通じ、ホールの底面で透過される。ホールの底面が塞がっているので、加工チャンバ内のプラズマイオンは検出部に提供されない。
【０００９】
しかし、従来のエッチング終末点検出窓はいくつかの問題点がある。
【００１０】
第一に、エッチング終末点検出窓は取扱い時に割れやすいという短所がある。このようなエッチング終末点検出窓の損失は半導体装置の製造原価の上昇を招来し、生産性を低下させるという短所がある。
【００１１】
第二に、従来のエッチング終末点検出窓はエッチング工程を実施する時にパーティクルを発生させる。このようなパーティクルはエッチング工程中に不良を発生させる。これについて、具体的に説明する。エッチング終末点検出窓が締結された状態で続けてエッチング工程を実施すると、エッチング中に発生されるプラズマの一部が前記ホールの内部と衝突してホール内部表面が損傷される。
【００１２】
一般に、石英からなるエッチング終末点検出窓のホールの内部表面は滑らかに加工することが困難であるために、グレーンバウンダリ（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）が大きく形成されている。これにより、グレーンバウンダリが大きいエッチング終末点検出窓のホール内部の所定部位が割れやすい。割れた石英パーティクルはエッチングが実施されているウェーハの膜の上部面に落下する。落下した石英パーティクルはシリコン（Ｓｉ）または酸素（Ｏ）成分を有し、パーティクルが落下した部位の膜はエッチングできなくて、ブリッジ（Ｂｒｉｄｇｅ）が発生してしまう。
【００１３】
第三に、エッチング終末点検出窓をよく交替しなければならない。これは、前述した不良の発生を防止するために必要であり、これにより半導体装置の生産性が低下し、費用が増加するという短所がある。
【００１４】
図１は、従来のエッチング終末点検出窓が用いられたエッチング装置を使用してエッチングを実施した後にブリッジ不良が発生された部位でＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を通じた成分分析グラフである。
【００１５】
図１のグラフに示すように、不良が発生した部位で酸素成分（Ａ）およびシリコン成分（Ｂ）が各々検出された。しかし、ウェーハのエッチングが実施される加工チャンバ内の表面はエッチング終末点検出窓を除外してはアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されているために、酸素成分およびシリコン成分は石英で形成されるエッチング終末点検出窓から脱落したパーティクルであることが分かる。また、パーティクルにより下部膜がエッチングされないことにより、前記部位にブリッジ不良が発生したことが分かる。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第５，２８８，３６７号
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、エッチング工程時の不良を最少化するエッチング装置を提供することにある。
【００２１】
【発明の解決するための手段】
上述した目的を達成するための本発明は、基板上に形成されている膜をエッチングして設定されたパターンを形成するための加工チャンバと、前記加工チャンバの一側から前記加工チャンバ内に向かうように締結され、前記エッチング中に放出される光が前記加工チャンバの外部に透過するように構成され、エッチング工程を実施する間に放出される光の移動経路となる貫通ホールが形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなった本体および前記貫通ホールを覆うように位置する石英キャップを含むエッチング終末点検出窓と、前記エッチング終末点検出窓を透過した光の波長を検査してエッチング終末点を検出する検出部と、を有し、前記本体は、前記石英キャップを着脱自在に取り付けるために前記貫通ホールから前記本体の縁部まで延びた石英キャップ取り付け用溝と、前記石英キャップ取り付け用溝内で対向する側面に設けられた石英キャップスライド用溝とを有し、前記石英キャップは前記石英キャップスライド用溝に押し込まれることにより挿入されて前記貫通ホールを前記石英キャップにより覆うことを特徴とするエッチング装置である。
【００２２】
また、本発明において、前記検出部は石英キャップの端部と連結される光ケーブルと、光ケーブルの他端部に連結される検出器と、光ケーブル内に位置する光学フィルタとを含む。検出器は分光器および光電子増倍管（ＰＭＴ：ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  ｔｕｂｅ）を含む。
【００２３】
本発明によるエッチング終末点検出窓は、エッチングを実施する時に発生されるプラズマイオンとの衝突による表面損傷が最少化される。即ち、エッチング終末点検出窓でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる本体はプラズマイオンにより殆ど損傷されない。したがって、エッチング終末点検出窓の表面損傷により発生されるパーティクルによるパターンのブリッジのような不良を最少化することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
図２から図４は、本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓を示した図である。図２はエッチング終末点検出窓の上部を示す平面図であり、図３はエッチング終末点検出窓の斜視図であり、図４はエッチング終末点検出窓の下部を示す平面図である。以下の説明でエッチング終末点検出窓の上部はエッチング終末点検出窓が加工チャンバに締結される時に、加工チャンバ内部方向へ向くように締結される。
【００２６】
図２から図４に示すように、エッチング終末点検出窓１０はエッチング中に発生した光が移動する経路を有する本体１２と、本体１２から光が透過されて外部に放射される部位に石英からなるキャッピング部１４により構成される。
【００２７】
本体１２はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成される。また、本体１２の表面には、陽極化処理（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）による酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）被膜が形成されている。
【００２８】
本体１２の表面に形成されている酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）被膜は本体１２の耐食性、耐磨耗性および電気抵抗性を向上させる。また、表面の粗さ（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）が良好になって、エッチング工程を実施する時にプラズマとの衝突により本体１２の表面が剥がれ落ちたり、またアーキング（ａｒｃｉｎｇ）などのような不良の発生を最少化することができる。
【００２９】
本体１２の形状を説明すると、本体１２はエッチング中に放出される光の移動経路になる貫通ホール１２ａが形成されている。また、本体１２の側面には加工チャンバの一側面に本体１２を締結するための複数の締結用溝１２ｂが備えられている。締結用溝１２ｂを通じてねじ締結により加工チャンバの一側面に本体１２を固定する。
【００３０】
キャッピング部１４はエッチング時に発生されるプラズマイオンが加工チャンバの外部に抜け出ないようにし、エッチング実施中に放出される光のみを透過させる。このために、キャッピング部１４の石英キャップは本体１２で光が透過されて出る部位に締結されている。即ち、石英キャップは貫通ホール１２ａの下部面をカバーしている。また、キャッピング部１４は本体１２から着脱可能である。したがって、キャッピング部１４が損傷した時にはキャッピング部１４のみを交替することができる。
【００３１】
このように、本体１２とキャッピング部１４は着、脱可能である。着脱自在とするための構成は多様であるが、図５に一例を示す。
【００３２】
図５に示すように、本体１２は貫通ホール１２ａの底面から本体１２の縁の所定部位まで延びた石英キャップ取り付け用溝１２ｃを備える。石英キャップ取り付け用溝１２ｃ内には貫通ホール１２ａの底面全体を含むことができるように、石英キャップ取り付け用溝１２ｃの両側面は貫通ホール１２ａ底面の直径から本体１２下部面の縁の所定部位まで延びている。石英キャップ取り付け用溝１２ｃの両側面およびこれに接続した貫通ホール１２ａの内側面に連続的に延びた石英キャップスライド用溝１２ｄを備える。キャッピング部１４は石英キャップスライド用溝１２ｄに押し込まれることにより前記本体１２と結合される。キャッピング部１４は石英キャップスライド用溝１２ｄに沿って本体１２の底面の縁から貫通ホール１２ａまで押し込むことができるようにプレート形状をしている。
【００３３】
キャッピング部１４を本体１２底面の縁から貫通ホール１２ａまで押し込むことができるように、石英キャップ取り付け用溝１２ｃの両側面は貫通ホール１２ａ底面の中心から縁まで水平に延びるように形成することが望ましい。また、キャッピング部１４の押し込みやすさを考慮して、貫通ホール１２ａ底面の中心から縁に行くほど石英キャップ取り付け用溝１２ｃ両側面が互いにはなれて間隔が広くなるように形成してもよい。
【００３４】
図６は本発明の一実施形態によるエッチング装置を示す概略的な構成図である。
【００３５】
図６に示すように、エッチング装置３０は基板上に形成されている膜をエッチングして設定されたパターンを形成する工程を実施するための加工チャンバ３２を含む。
【００３６】
加工チャンバ３２内にはエッチングを実施するための基板が置かれるチャック３４が備えられる。また、エッチングガスの提供を受けてプラズマを形成するプラズマ形成部３６が備えられている。
【００３７】
プラズマ形成部３６は加工チャンバ３２内の上側にプレート形態の電極３６ａと、電極３６ａにパワーを印加するＲＦパワー提供部３６ｂにより構成される。
【００３８】
したがって、加工チャンバ３２に提供されるエッチングガスをプラズマ状態で形成することができる。
【００３９】
また、チャック３４にバイアスパワーを印加させるバイアスパワー提供部３８をさらに備え、プラズマに方向性を提供してエッチングの効率性を高くすることができる。
【００４０】
加工チャンバ３２一側に設けられ、エッチング中に放出される光を加工チャンバ３２の外部に透過させるエッチング終末点検出窓１０と、エッチング終末点検出窓１０を通じて透過される光の波長を検出する検出部４０をさらに備える。
【００４１】
エッチング終末点検出窓１０は上述したように、エッチング中に発生した光の移動経路になる貫通ホール１２ａを有する本体１２と、本体１２で光が通過して出る部位に密着され、石英で形成されて光を加工チャンバ３２の外部に透過させるキャッピング部１４により構成されている。
【００４２】
本体１２はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。また、キャッピング部１４は加工チャンバでエッチングを実施する時に放出される光を透過させ、プラズマイオンは検出部４０に届かないように遮断する。したがって、キャッピング部１４によりプラズマイオンから検出部４０が保護される。
【００４３】
検出部４０は光の波長を検出してエッチングからなる膜のエッチング終末点（ｅｎｄ  ｐｏｉｎｔ）を検出する機能を有する。
【００４４】
図７は、図６に示したエッチング装置における検出部を説明するための概略的な構成図である。
【００４５】
図示するように、検出部４０は加工チャンバに締結されているエッチング終末点検出窓１０と連結され、エッチング終末点検出窓１０を通じて透過された光を導く光ケーブル４０ａが備えられる。
【００４６】
光ケーブル４０ａ上には検出に使用される波長帯域の光のみを通過させる光学フィルタ４０ｂを備える。また、光学フィルタ４０ｂを通過した光を分光させる分光器４０ｃを備える。分光器４０ｃで光は各波長別に分光される。分光器４０ｃを通過した光で特定波長を増幅させた後に、電気的信号に変換する光電子増倍管４０ｄにより構成される。
【００４７】
光電子増倍管４０ｄで電圧の変化を判断することにより、基板上の膜のエッチング終末点を検出することができる。具体的には、ベース膜および前記ベース膜上に所定の膜が形成されている基板で所定の膜をエッチングして、ベース膜でエッチングを停止しなければならないと仮定する。この時、ベース膜はその上にある所定の膜が完全にエッチングされた後に、エッチングされることになる。このためベース膜のエッチングが始まると、エッチング時に放出される光の波長はベース膜上に形成されている膜がエッチングされたときと異なる。その結果、光電子増倍管４０ｄで電圧の変化が生ずるので、この電圧の変化によりエッチング終末点を検出することができる。
【００４８】
前述したような構成を有するエッチング装置を使用して基板上にパターンを形成する方法を説明する。
【００４９】
まず、多層膜が形成されている基板をチャック３４の上部面に置く。最上層膜の上部面にはエッチングマスクとしてフォトレジストが形成されている。また、加工チャンバ３２は最上層膜をエッチングするための工程雰囲気にする。即ち、加工チャンバ３２内にエッチングガスを提供し、加工チャンバ３２の上部電極３６ａにパワーを印加する。また、チャック３４にもバイアスパワー提供部３８を印加する。また、加工チャンバ３２内部に所定の圧力および温度を有するように組成する。
【００５０】
そうすると、エッチングガスが解離されプラズマ状態が形成され、プラズマ状態のプラズマイオンが基板上の膜と反応してエッチングが実施される。エッチングの実施時に、膜とプラズマイオンが反応しながら反応副産物に光を放出することになり、この時、放出する光はプラズマイオンと反応する膜により波長が異なる。そのゆえに、エッチング中に放出する光をエッチング終末点検出窓１０を通じて検出部４０により検出し、検出した光の波長からエッチング終末点を検出する。
【００５１】
エッチング終末点検出窓１０は、光が透過されて外に出る部位に密着されるキャッピング部１４のみが石英で形成され、本体１２はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されるので、従来のように全てが石英で形成されるエッチング終末点検出窓に比べて相対的に耐磨耗性および粗さが良好である。これにより、エッチング中に形成されるプラズマイオンとエッチング終末点検出窓１０が衝突して、エッチング終末点検出窓１０の表面が損傷されることを最少化することができる。そのゆえに、エッチング終末点検出窓１０の損傷により発生するパーティクルが、エッチングが実施される基板上に定着して発生するブリッジなどのような不良が最少化でき、また、エッチング終末点検出窓１０の交換周期も少なくてすむようになり半導体装置の製造原価を減少させることができる。
【００５２】
（パーティクル検査）
図８から図９は、従来のエッチング装置および本発明の一実施形態によるエッチング装置を使用して各々エッチング工程を実施した後、パーティクルの発生程度を比較したグラフである。
【００５３】
加工チャンバの側壁に従来のエッチング終末点検出窓が締結されているエッチング装置を使用して基板上の膜エッチングし、パーティクルの発生程度を検査した。また、加工チャンバの側壁に本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓が締結されているエッチング装置を使用して基板上の膜をエッチングし、パーティクルの発生程度を検査した。パーティクル検査は工程が進行された各々のロットで一つのウェーハをサンプリングして実施した。各々のエッチング装置は、エッチング終末点検出窓のみを交換することで、従来装置と本発明装置として提供し、基本的には同一の装置を使用した。また、検査は、二台の同種のエッチング装置により実施した。従来装置を従来装置＃１（図８）、および従来装置＃２（図９）、本発明の一実施形態によるエッチング装置を本発明装置＃１（図８）および本発明装置＃２（図９）とする。
【００５４】
図８から図９に示したグラフで、Ｘ軸のＩに該当されるデータは、従来のエッチング終末点検出窓を用いて取得したものであり、Ｘ軸のＩＩに該当されるデータは、本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓を用いて取得したものである。
【００５５】
グラフで、一つの点は各ウェーハロットでサンプリングされた一つのウェーハ上に発生したスクラッチ個数を意味である。即ち、一つの点は一つのウェーハロットを代表するデータである。示したように、従来のエッチング終末点検出窓を締結したエッチング装置を使用した場合は、本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓が締結されたエッチング装置を使用した場合に比べてパーティクルの発生が多かった。特に、従来のエッチング終末点検出窓を締結したエッチング装置を使用した場合は周期的にパーティクルの発生が増加されたことが分かる。これは従来のエッチング終末点検出窓を締結し、続けてエッチングを実施すると、ある時点から前記のエッチング終末点検出窓が損傷され、基板上にパーティクルを発生させることを意味である。
【００５６】
図８および図９のグラフを数値化した表１を参照してさらに説明する。
【００５７】
【表１】
0004005882.tif 000002
【００５８】
表１において、正常ロットは各ロットでサンプリングされた一つのウェーハでのパーティクルを測定した時に、ウェーハ上で検出されたパーティクルの個数が２０個以下であるロット（Ｌｏｔ）である。ここで、従来のエッチング終末点検出窓が締結されたエッチング装置で進行されたロットは、正常ロットが約７８％であり、一方、本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓が締結されたエッチング装置で進行されたロットは正常ロットが約９１％に増加された。これは、本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓を締結することにより、エッチング中に発生するパーティクルが減少できたことを示している。
【００５９】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明の実施形態を修正または変更できるであろう。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によると、エッチング装置の一側に締結されるエッチング終末点検出窓をアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、光が透過されて出る部位のみを石英ガラスによってキャッピングしたことで、エッチング時に発生するパーティクルを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来エッチング終末点検出窓が用いられたエッチング装置を使用してエッチングを実施した後にブリッジ不良が発生された部位の成分を分析したグラフである。
【図２】  本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓を示した図である。
【図３】  本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓を示した図である。
【図４】  本発明の一実施形態によるエッチング終末点検出窓を示した図である。
【図５】  図２に示したエッチング終末点検出窓で、本体とキャッピング部の結合を説明するための図である。
【図６】  本発明の一実施形態によるエッチング装置を示す概略的な構成図である。
【図７】  図６に示したエッチング装置で検出部を説明するための概略的な構成図である。
【図８】  従来のエッチング装置（従来装置＃１）および本発明の一実施形態によるエッチング装置（本発明装置＃１）を使用して各々エッチング工程を実施した後のパーティクルの発生程度を比較したグラフである。
【図９】  従来のエッチング装置（従来装置＃２）および本発明の一実施形態によるエッチング装置（本発明装置＃２）を使用して各々エッチング工程を実施した後のパーティクルの発生程度を比較したグラフである。
【符号の説明】
１０    エッチング終末点検出窓
１２    本体
１４    キャッピング部
３２    加工チャンバ
３４    チャック
３６    プラズマ形成部
４０    検出部
【図１】
0004005882.tif 000003
【図２】
0004005882.tif 000004
【図３】
0004005882.tif 000005
【図４】
0004005882.tif 000006
【図５】
0004005882.tif 000007
【図６】
0004005882.tif 000008
【図７】
0004005882.tif 000009
【図８】
0004005882.tif 000010
【図９】
0004005882.tif 000011