JPH0272623A - 終点検出方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、終点検出方法に関する。

（従来の技術） 半導体集積回路（ＴＣ）の製造においては、被処理基板
例えば半導体ウェハに複数の処理例えばレジスト塗布、
アッシング、エツチング、　ＣＶＯ処理等が施されるこ
とにより製造される。

上記アッシング処理は、上記ウェハ表面に被着されてい
る不用となった膜例えばフォトレジストを除去するもの
である。このような膜除去処理例えばフォトレジスト除
去処理等では、除去する膜即ちフォトレジストの有無を
モニターし、上記レジストが総て除去された時点で上記
アッシング処理の終点として検知する構成となっている
。このように上記レジストの有無をモニターすることで
、アッシング終点を容易に検知でき、最短時間でのアッ
シング処理を可能とし、レジスト残渣及び、アッシング
によるウェハへ与えるダメージをなくし良好なアッシン
グ処理を可能とするものである。

このようなレジストの有無をモニターする手段としては
、例えば特開昭６２−２７２５３６号公報に開示さ九た
技術では、プラズマ発光室内のウェハＥのレジストが存
在するとき生ずる特定波長の発光スペクトルの強度をモ
ニターすることにより、アッシング終点を検出する構成
となっている。この技術は、プラズマアッシングにおい
て効果的に使用することができるが、オゾンガスを用い
たアッシングでは、１−記スベクトルが発生しないため
使用できなかった。そのため、このオゾンアッシングに
おいては、上記レジストとオゾンが反応することにより
生成される特定のガス例えばＣＯの濃度をモニターする
ことにより、アッシング終点を検出する技術が用いられ
ていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記従来の技術では、排ガス中の特定ガス
濃度をモニターすることによりアッシング終点の検出が
行なわれているため、終点検出のタイミングが遅く、ア
ラシンク処理時間が長くなってしまい、スループットが
低下する問題があった。そのため、必要板子のアッシン
グガスが供給されてしまうこととなり、ランニングコス
トが窩くなってしまう問題もあった。

本発明は上記点に対処してなされたもので、終点の検出
を精度良く行なうことにより、スループットの向上及び
ランニングコストの低減を可能とした終点検出方法を提
供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、被処理基板或いはこの被処理基板に被着され
ている膜表面にレーザ光を照射する手段と、このレーザ
光の正反射光を受光する手段及び乱反射光を受光する手
段と、この正反射光を受光する手段及び乱反射光を受光
する手段を必要に応じて切換え使用する手段と、この受
光した正反射光或いは乱反射光の光強度の変化により上
記被処理基板に被着された膜の除去終点或いは上記被処
理基板表面への成膜終点を検出する手段を備えたことを
特徴とする終点検出方法を得るものである。

（作用効果） 被処理基板或いはこの被処理基板に被着されている膜表
面にレーザ光を照射する手段と、このレーザ光の正反射
光を受光する手段及び乱反射光を受光する手段と、この
正反射光を受光する手段及び乱反射光を受光する手段を
必要に応じて切換え使用する手段と、この受光した正反
射光或いは乱反射光の光強度の変化により上記被処理基
板に被着された膜の除去終点或いは上記被処理基板表面
への成膜終点を検出する手段を備えたことにより、上記
終点をタイムラグなく検出でき、スループットの向上が
可能となり、また、必要最小限の処理ガスの使用で処理
を行なうことができるため、ランニングコストの低減が
可能となる。

（実施例） 以下、本発明方法を半導体製造工程におけるレジスト除
去工程例えばアッシング工程に適用した一実施例につき
、図面を参照して説明する。

まず、アッシング装置の構成を説明する。

このアッシング装置は、第１図に示すように、相対的に
昇降自在な蓋体■と断面Ｕ字型の処理容器■が係合する
ことにより内部にアッシング処理空間■を形成する構成
となっている。

この処理容器■内の中央部には、図示しない温度制御機
構により温調自在に構成された例えばアルミニウムを酸
化するアルマイト（商品名）処理又はテフロン（商品名
）含浸処理などして＊−１ｍ　触性に優れた円板状載置
台（イ）が設けられている。この載置台（イ）のト記蓋
体（υ側表面の予め定められた位置には、被処理基板例
えば半導体ウェハ０を設置可能としており、このウェハ
■を保持する如く図示しない保持機構例えば真空吸着機
構が設けられている。

更に、上記処理容器■底部の上記載置台０）周囲には、
上記処理空間（３）内の雰囲気を排出可能とする排気管
■が、図示しない排気機構に連設した状態で設けられて
いる。

また、上記処理容器■の上方に配置された蓋体（Ｄの下
面周縁部には、上記処理容器■との当接時に、処理空間
■内を気密に保持可能とする如く、断面り字型で例えば
テフロン（商品名）系ゴムにより形成さ九たバッキング
■が設けらＪしている。

このバッキング■の先端を外側に広がったＬ字型形状と
することにより、上記蓋体（１）と処理容器■の当接が
多少傾斜しても、上記処理空間■の気密を保持可能な構
造となっている。

更に、上記蓋体（１）の下方には、この蓋体（υとほぼ
平行状態に熱伝導率の低い材質例えばガラス製の平板（
８）が設けられている。この平板（８）は、円板状で中
心部にはアッシングガス供給孔（９）が設けられている
。　このアッシングカス供給孔（９）には、Ｌ記平板（
８）に対して垂直なアッシングガス供給管（１０）が接
続しており、このアッシングガス供給管（１０）は上記
蓋体０）のぼぼ中央部を貫通し、外部に配置された図示
しない流量調節器及びアッシングカス供給孔に連設して
いる。上記蓋体（１）の上記アッシングガス供給管（１
０）貫通部には、シール部材例えば○リング（１１）が
設けられており、−上記処理空間（■を気密に保持可能
としている。更に、上記アッシングガス供給管（１０）
は、上記蓋体■上面部でこの蓋体（１）とほぼ平行状態
に円板（１２）が取着されており、この円板（１２）の
周縁部の複数箇所例えば３箇所に取付けられたネジ（１
３）により高さ調整を可能としている。これは、−トー
記ネジ（１３）の調整により、トロ記平板（８）をウェ
ハ■と平行状態に調整可能な構造となっている。

このようにしてアッシング装置が構成されているが、こ
のアッシング装置には、アッシング終点検出機構が設け
られている。即ち、上記ウェハ■或いはこのウェハ■に
被着されている膜表面にレーザ光を照射する手段と、こ
のレーザ光の正反射光を受光する手段及び乱反射光を受
光する手段と、この正反射光を受光する手段及び乱反射
光を受光する手段を必要に応じて切換え使用する手段と
、この受光した正反射光或いは乱反射光の光強度の変化
により上記ウェハ（ハ）に被着された膜の除去終点或い
は上記ウェハ０表面への成膜終点を検出する手段を備え
ている。このアッシング終点検出機構は、アッシングの
終点を判断する終点検出器（１４）と、この終点検出器
（１４）に電気的接続状態でレーザ光を投光する投光素
子（１５）例えば半導体レーザと、この投光素子（１５
）から光ファイバー（１６ａ）を介して上記ウェハ０表
面に照射したレーザ光の正反射光を投光と同様に光ファ
イバー（１６ｂ）を介して受光し、且つ上記終点検出器
（１４）と電気的接続状態の受光素子（１７）と、上記
投光素子（１５）から光ファイバー（１６ａ）を介して
上記ウェハ０表面に照射したレーザ光の乱反射光を、光
ファイバー（１８）を介して受光し、且つ上記終点検出
器（１４）と電気的接続状態の受光素子（１９）とから
構成されている。−上記光ファイバー（１６ａ）　（１
６ｂ）は、上記蓋体（１）を貫通し、その先端はＨ記平
板（８）上方で、上記ウェハ０表面に直角となる如く配
置されている。

即ち、Ｊ−、配光ファイバー（１６ａ）から照射したレ
ーザ光は、Ｌ記ガラス製平板（８）を透過してウェハ０
表面或いはこのウェハ０表面に被着している膜例えばフ
ォトレジスト膜に達し、ここで反射した正反射光を上記
ガラス製平板（８）を介して受光用の光ファイバー（１
６ｂ）に入光する如く構成されている。

この光ファイバー（１６ａ）　（１６ｂ）は第２図及び
第３図に示すように、中心部に投光用光ファイバー（１
６ａ）を有し、その周囲に複数の受光用光ファイバー（
１６ｂ）が設けられた投受光一体的なケーブル（２０ａ
）となっている。この場合、上記光ファイバー（１６ａ
）から投光されろレーザ光は、多少の角度例えば１８°
程度に広がってしまうため、この広がりを、レンズ（２
１ａ）を配置することで嬌正し、平行なレーザ光を得る
ことが可能とされている。このような光ファイバー（１
６ａ）　（１６ｂ）を有するケーブル（２０ａ）により
、レーザ光の投光及びその１Ｆ：、反射光を受光可能と
されており、また、その乱反射光は、所定の角度を持っ
て配置された上記光ファイバー（１８）を有するケーブ
ル（２０ｂ）で受光する如く構成されている。この光フ
ァイバー（１８）の先端入射光路にも上記と同様な理由
で、集光用のレンズ（２１ｂ）が配置されている。そし
て、同様にこの光ファイバー（１８）もＬ記蓋体０）を
目通し、一端が上記受光素子（１９）に接続し、他端は
上記平板（８）の上方で、上記した所定の角度を有する
ように配置されている。

このようにしてアッシング終点検出機構が構成されてい
る。

次に、上述したアッシング終点検出機構を備えたアッシ
ング装置による半導体ウェハのアッシング方法を説明す
る。

まず、図示しない昇降機構により蓋体（ト）をヒ昇させ
て処理空間■内部の気密を解除し、図示しない搬送機構
例えばハントアームによりウェハ（ハ）を処理容器■内
の載置台（４）上に搬送する。そして、−上記載百台（
４）上の予め定められた位置に上記ウェハ（ハ）を設置
した後、上記ハンドアームを退去させて、上記蓋体（１
）を下降させることにより上記処理容器■内を気密に設
定する。このことにより、平板（８）の下面と上記ウェ
ハ０間のギャップが例えば０．５〜２０ｎｗｎ程度に設
定される。　この時、温度制御機構（図示せず）により
予め所定温度例えば３００℃に上記載置台（４）が加熱
されており、この載置台（へ）の熱により上記ウェハ（
ハ）が加熱される。そして、図示しないアッシングガス
供給源からアッシングガス例えばオゾンを含有する酸素
ガスを所定流量で、アラシンクガス供給管（１０）及び
アッシングガス供給孔０）を介して上記ウェハ０表面へ
供給する。

ここで、−上記ウェハ０の熱により上記オゾンが分解さ
れて酸素ラジカルが発生し、この酸素ラジカルの強い酸
化力により、上記ウェハ０表面に被着されている服例え
ばフォトレジスト膜をアッシング除去する。

このようなアッシング処理中、上記ウェハ（ハ）に被着
しているアッシング除去膜即ちレジスト膜は、常時アッ
シング終点検出機構によりモニターされる。即ち、上記
レジスト表面にレーザ光を照射し、その正反射光及び乱
反射光を夫々受光し、その光強度の変化をモニターし、
この光強度の変化からアッシング終点を決定する。

以下、このアッシング終点検出方法について、具体的に
説明する。

まず、投光素子（１５）例えば半導体レーザから、出力
例えば５ｍＶ、波長例えば７８０ｎｍのレーザ光を投光
用光ファイバー（１６ａ）を介して、上記ウェハ（ハ）
表面及びこのウェハ（ハ）表面に被着している膜即ちフ
ォトレジスト表面に照射する。すると、このウェハ０表
面及びレジスト表面から正反射光即ちウェハ０表面の直
角方向に反射する正反射光と、乱反射光即ち上記正反射
光と角度を有する方向へ反射する散乱光が発生する。上
記正反射光は受光用光ファイバー（１６ｂ）を介して受
光素子（１７）に入光し、乱反射光の一部は受光用光フ
ァイバー（１８）ｌ を介して受光素子（１９）に入光する。この時、上記レ
ジストがウェハ０表面に均一に被着していると、乱反射
光は微量であり、はとんどが正反射する。

そのため、この場合の終点検出においては受光素子（１
７）に切換え使用して判断することが効果的であるが、
上記レジストがイオン注入処理により熱変質し、表面荒
れが起きている場合は、正反射光は微量となり、はとん
どが乱反射する。そのため、上記受光素子（１７）では
アッシングの終点が検出できなくなるため、乱反射光の
受光用とされている受光素子（１９）に切換えてアッシ
ング終点の検出を行なう。この時の正反射光及び乱反射
光の波形を第４図に示す。この波形から判かるように、
乱反射光の光強度は弱いが、光強度変化からアッシング
終点の検出が容易となる。即ち、上記ウェハ０表面の乱
反射光が減少し、安定した時点でウェハ（ハ）表面に被
着していたレジストが除去されたために乱反射が減少し
たといえる。この乱反射光からアッシング終点を検出す
る方法を用いることで、Ｓ／Ｎ比が良好でレジスト残渣
まで除去でき、信頼性の高いアッシング処理を実現でき
る。このようなアッシング終点は、終点検出器（１４）
により検出され、アッシング処理を停止させろ。

上記実施例では、被処理基板表面に被着された膜の除去
としてフォトレジスト膜の除去について説明したが、光
を透過する材料であれば何れでもよい。

また、上記実施例では、被処理基板表面に被着された膜
の除去終点について説明したが、上記被処理基板表面へ
の成膜終点に適用しても同様な効果が得られる。この成
膜終点においては、上記成膜終点に用いる構成と同様で
よく、この場合、−上記光ファイバー（１６ａ）　（１
６ｂ）　（１８）を膜厚検出用として使用する。これは
、手記光ファイバー（１６ａ）からレーザ光を照射した
状態で膜形成処理即ち成膜処理を行なうと、光の干渉に
より正反射光及び乱反射光の光強度は一定周期の波が発
生する。この波の周期は常に一定となるため、この周期
数により上記被処理基板表面に被着させろ膜の膜厚を制
御でき、所望の膜厚で成膜終点として処理を停市させる
ことができる。

また、上記実施例ではアッシング処理に適用させて説明
したが、これに限定するものではなく、例えばエツチン
グ処理やＣＶＤ処理に適用させてもよいことは言うまで
もない。

以上述べたようにこの実施例によれば、被処理基板或い
はこの被処理基板に被着されている膜表面にレーザ光を
照射する手段と、このレーザ光の正反射光を受光する手
段及び乱反射光を受光する手段と、この正反射光を受光
する手段及び乱反射光を受光する手段を必要に応じて切
換え使用する手段と、この受光した正反射光或いは乱反
射光の光強度の変化により上記被処理基板に被着された
膜の除去終点或いは上記被処理基板表面への成膜終点を
検出する手段を備えたことにより、上記終点をタイムラ
グなく検出でき、スループットの向上が可能となり、ま
た、必要最小限の処理ガスの使用で処理を行なうことが
できるため、ランニングコストの低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するためのアッシ
ング装置の構成図、第２図は第１図の光フアイバー説明
図、第３図は第１図の終点検出機構説明図、第４図は第
３囲路点検出機構による光強度変化説明図である。 ５・・・ウェハ、　　　　１４・・・終点検出器、１５
・・・投光素子、　　　１６．１８・・・光ファイバー
１７、１９・・・受光素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被処理基板或いはこの被処理基板に被着されている膜表
   面にレーザ光を照射する手段と、このレーザ光の正反射
   光を受光する手段及び乱反射光を受光する手段と、この
   正反射光を受光する手段及び乱反射光を受光する手段を
   必要に応じて切換え使用する手段と、この受光した正反
   射光或いは乱反射光の光強度の変化により上記被処理基
   板に被着された膜の除去終点或いは上記被処理基板表面
   への成膜終点を検出する手段を備えたことを特徴とする
   終点検出方法。