WO1999040617A1 - Procede de detection de point final de traitement au plasma de semi-conducteurs - Google Patents

Procede de detection de point final de traitement au plasma de semi-conducteurs Download PDF

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WO1999040617A1
WO1999040617A1 PCT/JP1999/000428 JP9900428W WO9940617A1 WO 1999040617 A1 WO1999040617 A1 WO 1999040617A1 JP 9900428 W JP9900428 W JP 9900428W WO 9940617 A1 WO9940617 A1 WO 9940617A1
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plasma processing
end point
plasma
gas
expressions
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PCT/JP1999/000428
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Inventor
Chishio Koshimizu
Original Assignee
Tokyo Electron Yamanashi Limited
Japan Science And Technology Corporation
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H01J37/32963—End-point detection

Definitions

  • the present invention relates to a method of detecting an end point of a process when a semiconductor plasma process is performed on an object to be processed, and more particularly to an end point detection method in dry etching.
  • the semiconductor plasma treatment means that a semiconductor layer, an insulating layer, a conductive layer, and the like are formed in a predetermined pattern on an object to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD substrate. It refers to various types of plasma processing performed to manufacture semiconductor devices and structures including wirings, electrodes, and the like connected to the semiconductor devices.
  • dry etching is an indispensable technology for forming fine patterns. Dry etching is a method in which plasma is generated using a reaction gas in a vacuum, and objects are removed using ions, neutral radicals, atoms, and molecules in the plasma. If the etching is continued even after the etching target has been completely removed, the underlying material is unnecessarily shaved or the etched shape changes. Therefore, it is very important to accurately detect the end point of the etching process in order to obtain the structure as designed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-102886 discloses a prior art of an end point detection method in dry etching performed by the inventor of the present invention.
  • the active species of the etching gas The end point of the drying process is determined based on the intensity ratio between the luminescence intensity and the luminescence intensity of the reaction product. More specifically, first, a conversion coefficient for matching the average slopes of both characteristic curves representing the change over time in the emission intensity of the active species and the reaction product within a predetermined designated period is determined. Then, after the designated period, the ratio between the emission intensity of the active species and the emission intensity of the reaction product is detected while correcting using this conversion coefficient, and the end point of the dry etching process is determined based on this ratio.
  • the above-mentioned method uses the light emission intensity of active species and reaction products due to slight fluctuations in power supply output, influence of the mask controller, fluctuations in processing pressure, and an increase in the temperature of the workpiece due to plasma.
  • the intention is to correct for fluctuations by canceling each other out.
  • the active species and reaction products the fluctuation components of the emission intensity for the two different substances are different. Therefore, this method cannot sufficiently correct such different fluctuation components.
  • the present invention has been made to solve such a conventional problem, and when performing a semiconductor plasma process on an object to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD substrate, an end point of the process is accurately detected.
  • the purpose is to provide a method that can be issued.
  • a first aspect of the present invention is a method for detecting an end point in semiconductor plasma processing
  • a second aspect of the present invention is a method for detecting an end point in semiconductor plasma processing
  • Determining first and second designated periods before reaching an ideal end point of the plasma processing Performing the plasma processing on the object to be processed; and, during the plasma processing, during the first specified period, approximating a characteristic curve representing a temporal change in emission intensity of the first gas in the plasma.
  • a third aspect of the present invention is a method for detecting an end point in semiconductor plasma processing
  • the first and second approximate expressions can be obtained using different functions.
  • the first and second designated periods can be the same period.
  • One of the first and second gases is a gas generated by dissociation of a processing gas supplied for the plasma processing.
  • One can be a product gas generated by the plasma processing.
  • the determination formula is a ratio of values of the first and second intermediate expressions in a state where weighting correction is performed by a correction coefficient
  • the correction coefficient is a difference between the first and second deviations. It can be a ratio.
  • the first and second deviations can be respectively standard deviations.
  • the first and second deviations can be respectively a difference between a maximum value and a minimum value of the deviation.
  • the first to fourth designated periods can be the same period.
  • FIG. 1 is a diagram showing a dry etching apparatus for performing a method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing temporal changes in light emission intensity obtained in an experiment according to the embodiment of the present invention and an approximate curve thereof.
  • FIG. 3 is a graph showing a curve represented by an intermediate formula, a judgment formula, etc. obtained by calculation from the data shown in FIG.
  • Figure 4 is a graph showing the results of an experiment on the effect of the difference in the specified period on endpoint detection.
  • FIG. 5 is a graph showing a time-dependent change in the luminescence intensity of two observation target gases and a model of an approximate curve thereof in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing curves represented by an intermediate expression, a judgment expression, and the like in the embodiment described with reference to FIG.
  • FIG. 7 is a graph showing a temporal change of the emission intensity of the gas to be observed and a model of an approximate curve thereof according to still another embodiment of the present invention. rough.
  • FIG. 8 is a rough graph showing a curve represented by the determination formula of the embodiment described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a dry etching apparatus 1 for performing a method according to the present invention.
  • the dry etching apparatus 1 has a vacuum chamber 3 in which a pair of electrodes 4 and 5 are arranged facing each other.
  • a control unit 6 is attached to the vacuum chamber 3 so as to monitor an internal light emitting spectrum.
  • a processing gas such as an etchant is introduced into the vacuum chamber 3 to be turned into plasma, and an etching process is performed on the workpiece 2, for example, a semiconductor wafer.
  • the etching process is for selectively etching a silicon dioxide film formed on the object 2 to be processed, for example, a silicon wafer.
  • a cassette chamber (not shown) for accommodating the object 2 is connected to the vacuum chamber 3 via a gate valve 7 and, if necessary, via a load lock chamber (not shown).
  • the workpiece 2 is carried in and out of the vacuum chamber 3 by a transfer mechanism (not shown) with the gate valve 7 opened.
  • a gas introduction pipe 9 is connected to the vacuum chamber 3, through which an etchant, for example, a CF-based gas such as CHF 3 or CF 4, and an inert gas such as argon or helium are introduced into the vacuum chamber 3. be introduced.
  • An exhaust pipe 10 is also connected to the vacuum chamber 3, through which excess gas, reaction product gas, etc. Is exhausted, the inside of the vacuum chamber 3 is maintained at a predetermined degree of vacuum, for example, about 200 mTorr.
  • the electrodes 4 and 5 constitute a parallel plate electrode.
  • One electrode, for example, the upper electrode 4 is grounded, and the other lower electrode 5 is connected to the high frequency power supply 12 via the capacitor 11. Therefore, a high frequency voltage can be applied between the electrodes 4 and 5 by the high frequency power supply 12.
  • the lower electrode 5 functions as a mounting table on which the object 2 is mounted.
  • the lower electrode 5 is provided with a fixing means such as an electrostatic chuck or a clamp, for example, in order to securely fix the object 2 to be processed.
  • a window 13 for transmitting the light emitted from the plasma generated between the electrodes 4 and 5 to the outside is provided on the side surface of the vacuum chamber 3.
  • a lens 14 for collecting light transmitted through the window 13 is installed near the window 13.
  • the light condensed by the lens 14 is split into two through an optical fiber 15 and sent to the control unit 6.
  • the window 13, the lens 14, and the optical fiber 15 are made of an ultraviolet light-transmitting material such as quartz in order to detect light emission having a wavelength up to about 200 nm.
  • the two parts of the light split by the optical fiber 15 are first passed through the spectrometers 61 and 62, respectively, and split into the spectrum in a predetermined range.
  • the spectrum of the specific wavelength is photoelectrically converted in the photoelectric converters 63 and 64, and further amplified and filtered by the amplifiers 65 and 66 with a low-pass filter.
  • Sent to 7 The determination unit 67 performs predetermined arithmetic processing on the electric signal corresponding to the light of the specific wavelength. The end point of the etching process is determined from the calculation result.
  • the spectrometer 61 and the photoelectric converter 63 are used as a system for etchants, for example, CF i and CF 2 radicals.
  • etchants for example, CF i and CF 2 radicals.
  • the CF 2 radicals 2 4 0 ⁇ 3 5 0 nm in the range of wavelengths, for example, 2 5 5. 0 6 nm, 2 5 9. 5 nm, 2 6 2. 8 nm, 2 7 1. Monitor light such as Inm.
  • the emission wavelength band of CF 2 in the range of 240 nm to 350 nm, the emission of argon as an added gas is particularly small.
  • the CF 2 is emission Karaso an etching gas so much stronger than the light emission of the reaction product, it is possible resolution is divided lights to light in this wavelength band with a relatively poor inexpensive interference filter.
  • the transmission center wavelength of the interference filter is set to 260 ⁇ ⁇ ! Up to 270 nm and a half width of 0 11 111 to 2 0 3 111 can be used to perform photoelectric conversion with an inexpensive silicon photodiode without the use of high sensitivity and expensive photomultipliers.
  • the other spectrometer 62 and photoelectric converter 64 are used as a system for a reaction product gas, for example, carbon monoxide. In this system, a wavelength of 482.7 nm may be used as in the conventional case, but preferably 210 ⁇ !
  • 11111-2 3 6 11 111 overlap is relatively small between the light emitting scan Bae-vector and Etsuchan preparative CF i of argon, also does not overlap the emission of Etsuchan DOO CF 2, the Even if the aperture ratio of the etched portion is small and the amount of generated gas is small, the change can be monitored accurately.
  • the determination unit 67 includes, for example, an A / D converter 68 and a CPU 69, monitors the light emission intensity, captures the change, performs an operation described later, and detects the end point of the etching process.
  • the semiconductor wafer as the object 2 is transferred from a load lock chamber (not shown) by a transfer mechanism (not shown), and is mounted on the lower electrode 5.
  • a mask of a photoresist having a predetermined pattern has already been formed on the silicon dioxide film of the semiconductor wafer 2 through an exposure process.
  • a gas such as a CF-based gas, for example, a CF 3 gas or a CF 4 -based gas and an argon gas are used as an etching gas through the gas introduction pipe 9 into the vacuum chamber 3.
  • Active gas is introduced at a predetermined flow rate to maintain a predetermined gas pressure.
  • a high frequency power of a predetermined frequency for example, 13.56 MHz and a predetermined power value, for example, several 100 w, is applied between the electrodes 4 and 5 to convert the etching gas and the inert gas into plasma.
  • the silicon dioxide film portion on the surface of the object 2 is etched using this plasma.
  • the CF-based gas introduced into the vacuum chamber 3 is dissociated in the plasma to generate many types of active species, which results in etching. Involved in biological effects. For example, taking CF 2 gas as an active species, the CF 2 radical reacts with silicon dioxide as follows.
  • reaction products such as carbon monoxide, C O + ions, hydrogen radicals, and fluorine radicals.
  • the generated gases, carbon monoxide and co + ions, the plasma stabilizing gas, argon gas, and the etching gas, CF gas emit light with unique spectra. These lights are sent from the window 13 of the vacuum chamber 3 to the control unit 6 via the lens 14 and the optical fiber 15 together with the total light emission of the plasma.
  • the spectrometers 61 and 62 disperse the transmitted light, display the spectrum as a spectrum, and transmit light of a specific wavelength to the photoelectric converters 63 and 64, respectively.
  • the emission spectrum input to the spectrometers 61 and 62 is a combination of the emission spectrum of each of a plurality of gases.
  • the emission spectrum of carbon monoxide and CO + ions almost completely overlaps the spectrum of argon gas, which is most abundant in the range of 350 to 860 nm.
  • the wavelengths of 219.0 nm, 230.0 nm, 211.2 nm, 232.5 nm, and 224-222 At 9 nm, emission derived from carbon monoxide or C O + ions is observed.
  • CF 2 gas which is an active species, has emission peaks at wavelengths of 255 nm and 259.5 nm outside the spectrum region of argon gas. That is, the spectrometer 61 is set to, for example, a wavelength of 255 nm, and the spectrometer 62 is set to a specific wavelength selected from a wavelength in the range of 210 nm to 236 nm.
  • the photoelectric converters 63 and 64 convert the light from the spectrometers 61 and 62 into electricity having an intensity corresponding to the light intensity.
  • Such a change in the emission intensity due to the change in the active species of the etching gas and the generated gas is determined through the amplifiers 65 and 66 as the magnitude of the electric signal output from the photoelectric converters 63 and 64. Sent to parts 67.
  • the determination unit 67 performs a predetermined calculation based on the electric signal, and determines an end point of the etching process. Next, an end point detection method performed by the determination unit 67 will be described in detail.
  • the operator prior to the start of the plasma or etching process, the operator must, based on empirical knowledge, simulations or experimental data, specify a period of time before reaching the ideal end point of the etching process, for example, an etching process.
  • a period from 60 seconds to 150 seconds from the start of (i.e., turning on the high-frequency power supply 12) is determined and input to the determination unit 67. More specifically, an etching rate is calculated based on past data, which is a measure of a rough etching rate under the same etching conditions in advance. Approximately the required etching time is calculated from the film thickness data of the actually processed wafer, and the time between 10% and 30% of this time is defined as the start time of the specified period, and the time between 50% and 50% The 90% point is the end of the specified period.
  • First and second criterion formulas for obtaining the first and second approximation formulas F a (X) and F b (x) are determined, and these are input to the determination unit 67.
  • the two gases to be observed are CF radicals and carbon monoxide
  • the following exponential functions are used as the first and second criterion equations, that is,
  • y is the emission intensity
  • y 0 the offset of y
  • X is the processing time
  • x 0 is X the offset
  • G is the amplification coefficient
  • T is a decay constant.
  • yo, xo, G, and T are constants determined when obtaining the approximate expression.
  • the optimal ones for obtaining the first and second approximation formulas should be selected.Therefore, different formulas may be used depending on the two gases to be observed. used.
  • the determination unit 67 performs the following arithmetic processing during the etching processing to determine the end point of the etching processing.
  • First and second approximate expressions F a (x) and F b (x) that approximate the characteristic curves respectively are obtained.
  • the first and second approximation formulas can be derived by approximating the respective characteristic curves by a known least-squares method based on the above-described reference formula, for example.
  • the ratio (Da / Db) of the first and second deviations Da and Db representing the deviations of the emission intensities Ia and Ib of the radical and carbon monoxide, respectively, is determined as a correction coefficient.
  • the first and second deviations Da and Db for example, a standard deviation or a difference between a maximum value and a minimum value of the deviation can be used.
  • the characteristic curves representing the change over time in the emission periods of the two gases to be observed that is, the designated periods for obtaining the first and second approximate expressions F a (X) and F b (x) are respectively shown.
  • the specified period for approximation can be set separately.
  • the designated period for obtaining the first and second deviations Da and Db that is, the two observation targets for the values of the first and second approximate expressions F a (X) and F b (x)
  • the designated periods for obtaining the deviations of the gas emission intensities Ia and Ib can be set separately.
  • the specified period for calculating the first and second approximate expressions F a (x) and F b (x) and the specified period for obtaining the first and second deviations Da and D b are set separately. You can also.
  • the first and second intermediate expressions representing the respective ratios, for example, I a / F a (x) and lb / F b (x) are obtained.
  • the first and second intermediate expressions I a ZF a (x), I b are weighted and corrected by the correction coefficient ct so that the difference between the first and second deviations D a and D b is reduced.
  • the ending point of the etching process is determined based on this determination formula, and an end signal for ending the etching process is output from the determination unit 67. That is, the dry etching apparatus 1 is controlled by the end signal from the determination unit 67, and the supply of the processing gas, the application of the high-frequency power, and the like are stopped to end the etching process.
  • the end point of the etching process can be determined based on, for example, a point in time when the average slope of the curve represented by the determination formula changes significantly.
  • the end point of the etching process can be determined based on the time when the absolute value of the calculated value of the judgment formula becomes equal to or larger than the threshold value. In any case, a point in time at which a predetermined time for overetching, which has been empirically known, has elapsed from these points in time can be set as the end point of the etching process.
  • the first and second intermediate expressions obtained after the specified period are the first and second approximations of the emission intensities Ia and Ib of CF radicals and carbon monoxide in the plasma.
  • a silicon wafer having a silicon dioxide film covered with a photoresist mask having an aperture ratio of 1% is set as a processing target 2, and the plasma etching process and the detection of plasma emission intensity are performed in the etching apparatus 1 shown in FIG. Was performed. More specifically, by introducing into the vacuum Chiyanba CHFi a 6 0 SC CM as an etching gas, CF 4 and a 6 0 SC CM and Anoregongasu at 8 0 0 SC CM, 7 5 0 mT orr, RF 1 3. 5 6MHz, 600W, wafer temperature-25. C.
  • the emission intensity of the 255-nm or 271-nm spectrum is taken as the CF-radical emission intensity
  • the emission intensity of the 219-nm spectrum is taken as the emission intensity of carbon monoxide.
  • the specified period is set to 60 seconds to 150 seconds from the start of the etching process, and the first and second approximate expressions F a (X) and F b (x) are obtained as first and second reference expressions.
  • the above-mentioned y y 0 + G ⁇ e - using ((x _ ⁇ ) / ⁇ ).
  • Fig. 2 shows the change over time in the luminescence intensity obtained in this experiment and its approximate curve.
  • the luminescence intensity is a value normalized by setting the value at 140 seconds after the start of the etching process to 1.0.
  • #Ia and #Ib are characteristic curves representing temporal changes in the emission intensity Ia and Ib of CF radicals and carbon monoxide over the entire period of the etching process.
  • # F ⁇ a (x) and # F b (x) are specified period (from 60 seconds to 150 seconds) These are approximate curves calculated over the entire period of the etching process in accordance with first and second approximate expressions F a (X) and F b (x) respectively approximating the characteristic curves of the light emission intensity in the graph.
  • FIG. 3 shows a curve represented by an intermediate expression, a determination expression, and the like obtained by the calculation in the determination unit 67.
  • # I aZ F a (x) and # I bZF b (x) indicate the curves of the first and second intermediate expressions I a / F a (x) and I b / F b (x) .
  • # [I a / F a (x)] / ⁇ a [I b / F b ( ⁇ ) — 1] + 1 ⁇ and # [la / F a (x)] / [I b / F b (x) ] Is the above formula ⁇ 1 ⁇ and the formula of the comparative example,
  • Figure 4 shows the results of an experiment on the effect of the difference in the specified period on endpoint detection.
  • the end point of the etching process is determined by observing two types of gases, the etchant and the reaction product.
  • the present invention is also applicable to combinations of other two gases, such as etchants or reaction products, as observation targets.
  • signals indicating the opening degree of the APC (auto pressure controller) and the position of the capacitor in the matching circuit, etc. are used for the observation target. In other words, the end point of the etching process can be detected even when the above-described intermediate formula or determination formula is obtained.
  • FIGS. an end point detection method according to another embodiment of the present invention, which is suitable when the fluctuation of the characteristic curve of the observation mode is small, or when high accuracy is not required for the end point detection, is shown in FIGS. This will be described with reference to FIG. In these cases, the end point can be detected without using the first and second deviations Da and Db, or the end point can be detected using only one observation target such as one type of gas.
  • the method of the present embodiment is lower in detection accuracy than the method of the previous embodiment, but has the advantage of simplifying signal processing in the control unit.
  • a designated period before reaching an ideal end point of the etching processing is determined, and this is determined by the control unit. Input setting.
  • the first and second approximation formulas F a that approximate the characteristic curves representing the change over time in the emission intensity of the two gases to be observed (for example, the processing gas and the product gas).
  • the designated period can be the same or different between the two observation target gases.
  • the first and second reference expressions can be the same or different functions.
  • control unit Based on such a setting, the control unit, during the etching process, Perform the following arithmetic processing to determine the end point of the etching processing.
  • the respective ratios of the emission intensities Ia, Ib of the two target gases in the plasma and the values of the first and second approximate expressions F a (x), F b (x) First and second intermediate expressions, for example, la / F a (X) and I b / F b (x) are obtained. Furthermore, a judgment formula representing the ratio of the values of the first and second intermediate expressions I aZF a (x) and I b / F b (x), for example, [I aZF a (x)] / [I b / F b (x)]. -Then, the end point of the etching process is determined based on this determination formula, and the dry etching device is controlled so as to end the etching process.
  • the first and second intermediate expressions obtained after the designated period are the emission intensity Ia, Ib and the first and second approximate expressions Fa (X), Fb
  • an expression representing the ratio of the values of the first and second intermediate expressions for example, [Ia-Fa (x) + M] / [Ib—Fb (x) + M Use].
  • M is an arbitrary constant, for example, 1. Adding M prevents the denominator from going to zero.
  • FIG. 5 shows the emission intensities of two observation target gases in the present embodiment. 3 shows a model of a change with time and an approximate curve thereof.
  • #Ia and #Ib are characteristic curves representing temporal changes in the emission intensities Ia and Ib of the two observation target gases over the entire period of the etching process.
  • the emission intensity Ia indicates characteristics relating to a gas generated by dissociation of the processing gas supplied for the plasma processing
  • the emission intensity Ib indicates characteristics relating to a product gas generated by the plasma processing.
  • #Fa (X) and #Fb (x) are obtained according to the first and second approximate expressions Fa (x) and Fb (x), respectively, which approximate the characteristic curves of the emission intensity within the specified period. It is a calculated approximate curve.
  • FIG. 6 shows a curved line represented by an intermediate formula, a judgment formula, and the like in the present embodiment.
  • #IaZFa (x) and # Ib / Fb (x) indicate curves of the first and second intermediate expressions Ia / Fa (x) and lb / Fb (x).
  • # [IaZFa (x)] / [Ib / Fb (x)] represents the curve of the judgment formula in the present embodiment.
  • the curve of the judgment formula # [IaZFa (x)] / [Ib / Fb (x)] is the first and second intermediate expressions Ia, Fa (x), I
  • the change near the end point of the etching process is larger than the curve of b / F b (x). Therefore, according to this determination formula, the end point of the etching process can be more easily detected.
  • the method of the present embodiment is lower in detection accuracy than the method of the previous embodiment, but requires only one spectrometer and simplifies signal processing in the control unit. There is an advantage that it becomes easy.
  • a designated period before reaching an ideal end point of the etching processing is determined, and this is determined by the control unit. Input setting.
  • a reference equation for obtaining an approximate equation F a (X) for approximating a characteristic curve representing a temporal change of the emission intensity of the gas to be observed is determined, and this is input to the control unit. I do.
  • control unit performs the following arithmetic processing during the etching processing to determine the end point of the etching processing.
  • an approximate expression F a (X) that approximates a characteristic curve representing a temporal change of the emission intensity Ia of the observation target gas in the plasma within the designated period is obtained based on the reference expression.
  • a determination formula that represents the ratio or difference between the emission intensity l a of the observation target gas in the plasma and the value of the approximate expression F a (x) is obtained.
  • the judgment formula of the present embodiment is expressed by I a / F a (x), F a (x) / la, I a -F a (x), or F a (x) —I a expressed.
  • the end point of the etching processing is determined based on this determination formula, and the dry etching apparatus is controlled so as to end the etching processing.
  • FIG. 7 shows a model of a temporal change of the emission intensity of the observation target gas and an approximate curve thereof in the present embodiment.
  • #Ia indicates the emission of the gas to be observed over the entire period of the etching process.
  • 6 is a characteristic curve showing a change with time in light intensity Ia.
  • #F a (x) is an approximate curve calculated according to an approximate expression F a (x) that approximates the characteristic curve of the light emission intensity within the designated period.
  • FIG. 8 shows a curve # Ia / Fa (x) represented by the determination formula of the present embodiment. As shown in FIG. 8, the curve of the judgment formula # Ia / Fa (x) has a larger change near the end point of the etching process than the curve of the emission intensity Ia. Therefore, according to this determination formula, the end point of the etching process can be more easily detected.
  • the end point of the etching process is, for example, based on a point in time at which the average slope of the curve represented by the determination formula changes significantly. Can be determined. Alternatively, the end point of the etching process can be determined based on the time when the absolute value of the calculated value of the judgment formula becomes equal to or larger than the threshold value. In any case, a point in time at which a predetermined time for over-etching, which is empirically known, has elapsed from these points in time can be set as the end point of the etching processing.
  • the present invention is also applicable to various plasma processing devices such as asshing devices.
  • a glass substrate for LCD can be used as the object to be processed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the present invention can be implemented in various modes.
  • the determination formula for determining the end point of the etching process which of the parameters such as the emission intensity, the approximation formula, and the intermediate formula are used as the denominator and the numerator is not limited to the above example. It can be changed appropriately within the scope of the gist.

Description

明 細 書
半導体プラズマ処理における終点検出方法
[技術分野]
本発明は、 被処理体に対して半導体プラズマ処理を施す際 に処理の終点を検出する方法に関し、 特にドライエッチング における終点検出方法に関する。 なお、 ここで、 半導体ブラ ズマ処理とは、 半導体ウェハや L C D基板等の被処理体上に 半導体層、 絶縁層、 導電層等を所定のパターンで形成するこ とにより、 該被処理体上に半導体デバイスや、 半導体デバイ スに接続される配線、 電極等を含む構造物を製造するために 実施される種々のプラズマ処理を意味する。
[背景技術]
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、 ドライエツチン グは微細なパターンを形成するために欠く ことのできない技 術となっている。 ドライエッチングは、 真空中で反応ガスを 用いてプラズマを生成し、 プラズマ中のイオン、 中性ラジカ ル、 原子、 分子などを用いて対象物を除去していく方法であ る。 ェツチング対象物が完全に取り去られた後においてもェ ツチングが継続されると、 下地材料が不必要に削られていつ たり、 或いはエッチング形状が変ってしまう。 従って、 設計 どおりの構造を得るために、 ェツチング処理の終点を正確に 検出することは非常に重要である。
特開平 5 - 1 0 2 0 8 6には、 本発明の発明者によりなさ れたドライエツチングにおける終点検出方法の先行技術が開 示される。 この方法においては、 エッチングガスの活性種の 発光強度と反応生成物の発光強度との強度比に基づいてドラ ィェツチング処理の終点を決定している。 より具体的には、 先ず、 予め定められた指定期間内において、 活性種及び反応 生成物の発光強度の経時的変化を表す両特性曲線の平均的な 傾きを一致させるための変換係数を求める。 そして、 指定期 間後、 この変換係数を使用して補正しながら活性種及び反応 生成物の発光強度の比を検出し、 この比に基づいて ドライエ ツチング処理の終点を決定する。
上述の如く、 特開平 5 - 1 0 2 0 8 6に開示の方法におい ては、 指定期間内における活性種及び反応生成物の発光強度 を表す両特性曲線の平均的な傾きを一致させるための変換係 数を用いて、 指定期間後の活性種及び反応生成物の発光強度 を表す両特性曲線を補正している。 しかし、 特性曲線の平均 的な傾きは直線、 即ち一次関数による表されるものであるか ら、 直線的でない 2つの特性曲線を指定期間後に同公報の図 2に示すように理想的に重ね合せることは難しい。 また、 指 定期間の幅により特性曲線の平均的な傾きは大きく異なるこ ととなるため、 終点判定の信頼性は指定期間の幅に大きく依 存する。
更に、 上述の方法は、 電源出力のわずかな変動、 マスフ口 一コントローラの影響、 処理圧力の変動、 プラズマに起因す る被処理体温度の上昇等による、 活性種及び反応生成物の発 光強度にゆらぎについても互いにキャンセルして補正するこ とを意図している。 しかし、 活性種及び反応生成物をと-わず、 異なる 2つの物質に対する発光強度のゆらぎ成分は異なって いるため、 同方法では、 このよ うな異なるゆらぎ成分を十分 に補正することができない。
[発明の開示]
本発明はこのような従来の問題点を解決するためになされ たものであり、 半導体ウェハや L C D基板等の被処理体に対 して半導体プラズマ処理を施す際に、 処理の終点を正確に検 出することができる方法を提供することを目的とする。
本発明の第 1の視点は、 半導体プラズマ処理における終点 検出方法であって、
前記プラズマ処理の理想的な終点に至る前の指定期間を決 める工程と、
被処理体に対して前記プラズマ処理を行なう工程と、 前記プラズマ処理中、 前記指定期間内における、 前記ブラ ズマ中のガスの発光強度の経時的変化を表す特性曲線を近似 する近似式を求める工程と、
前記プラズマ処理中、 前記指定期間後における、 前記ブラ ズマ中の前記ガスの発光強度と前記近似式の値との比若しく は差を表す判定式を求める工程と、
前記判定式に基づいて前記プラズマ処理の終点を決定する 工程と、
を具備する。
本発明の第 2の視点は、 半導体プラズマ処理における終点 検出方法であって、
前記プラズマ処理の理想的な終点に至る前の第 1及び第 2 指定期間を決める工程と、 被処理体に対して前記プラズマ処理を行なう工程と、 前記プラズマ処理中、 前記第 1指定期間内における、 前記 プラズマ中の第 1 ガスの発光強度の経時的変化を表す特性曲 線を近似する第 1近似式を求めると共に、 前記第 2指定期間 内における、 前記プラズマ中の第 2ガスの発光強度の経時的 変化を表す特性曲線を近似する第 2近似式を求める工程と、 前記プラズマ処理中、 前記第 1及び第 2指定期間後におけ る、 前記プラズマ中の前記第 1及び第 2ガスの発光強度と前 記第 1及び第 2近似式の値との夫々の比若しくは差を表す第 1及び第 2中間式を求める工程と、
前記第 1及び第 2中間式の比を表す判定式を求める工程と、 前記判定式に基づいて前記プラズマ処理の終点を決定する 工程と、
を具備する。
本発明の第 3の視点は、 半導体プラズマ処理における終点 検出方法であって、
前記プラズマ処理の理想的な終点に至る前の第 1乃至第 4 指定期間を決める工程と、
被処理体に対して前記プラズマ処理を行なう工程と、 前記プラズマ処理中、 前記第 1指定期間内における、 前記 プラズマ中の第 1ガスの発光強度の経時的変化を表す特性曲 線を近似する第 1近似式を求めると共に、 前記第 2指定期間 内における、 前記プラズマ中の第 2ガスの発光強度の経時的 変化を表す特性曲線を近似する第 2近似式を求める工程と、 前記プラズマ処理中、 前記第 3指定期間内における、 前記 第 1近似式の値に対する前記プラズマ中の前記第 1ガスの発 光強度の偏差である第 1偏差を求めると共に、 前記第 4指定 期間内における、 前記第 2近似式の値に対する前記プラズマ 中の前記第 2ガスの発光強度の偏差である第 2偏差を求める 工程と、
前記プラズマ処理中、 前記第 1乃至第 4指定期間後におけ る、 前記プラズマ中の前記第 1及び第 2ガスの発光強度と前 記第 1及び第 2近似式の値との夫々の比若しくは差を表す第 1及び第 2中間式を求める工程と、
前記第 1及び第 2中間式を前記第 1及び第 2偏差で補正し、 補正後の前記第 1及び第 2中間式の比を表す判定式を求める 工程と、
前記判定式に基づいて前記プラズマ処理の終点を決定する 工程と、
を具備する。
前記第 1乃至第 3のいずれかの視点の方法において、 前記 判定式により表される曲線の平均的な傾きが大きく変わった 時点、 或いは、 前記判定式の計算値の絶対値がしきい値以上 となった時点を、 前記終点を決定するための基準とすること ができる。
前記第 2若しくは第 3の視点の方法において、 前記第 1及 び第 2近似式は夫々異なる関数を用いて求めることができる。 また、 第 1及び第 2指定期間は同一の期間とすることができ る。 また、 前記第 1及び第 2ガスの一方は前記プラズマ—処理 のために供給される処理ガスの解離により生じたガスで、 他 方は前記プラズマ処理により生成された生成物ガスとするこ とができる。
前記第 3の視点の方法において、 前記判定式は、 補正係数 により重みつけ補正した状態の、 前記第 1及び第 2中間式の 値の比で、 前記補正係数は前記第 1及び第 2偏差の比とする ことができる。 また、 前記第 1及び第 2偏差は夫々標準偏差 とすることができる。 また、 前記第 1及び第 2偏差は夫々偏 差の最大値と最小値との差とすることができる。 また、 前記 第 1乃至第 4指定期間は同一の期間とすることができる。
[図面の簡単な説明]
図 1は本発明に係る方法を実施するためのドライエツチン グ装置を示す図。
図 2は本発明の実施の形態に係る実験において得られた発 光強度の経時的変化及びその近似曲線を示すグラフ。
図 3は図 2図示のデータから演算により得られた中間式、 判定式等により表される曲線を示すグラフ。
図 4は指定期間の相違が終点検出にもたらす影響に関する 実験の結果を示すグラフ。
図 5は本発明の別の実施の形態における 2つの観察対象ガ スの発光強度の経時的変化及びその近似曲線のモデルを示す グラフ。
図 6は図 5を参照して説明した実施の形態の中間式、 判定 式等により表される曲線を示すグラフ。
図 7は本発明の更に別の実施の形態における観察対象ガス の発光強度の経時的変化及びその近似曲線のモ ラフ。
図 8は図 7を参照して説明した実施の形態の判定式により 表される曲線を示すダラフ。
[発明を実施するための最良の形態]
以下、 本発明の実施の形態に係る終点検出方法を適用した プラズマドライエッチング方法を図面を参照して説明する。 図 1は本発明に係る方法を実施するためのドライエツチン グ装置 1を示す図である。 ドライエッチング装置 1は、 内部 に一対の電極 4、 5が対向配置された真空チャンバ 3を有す る。 真空チャンバ 3には、 内部の発光スぺク トルを監視する ように制御部 6が付設される。 真空チャンバ 3内にエツチヤ ント等の処理ガスが導入されてプラズマ化され、 被処理体 2 例えば半導体ウェハにエツチング処理が施される。 エツチン グ処理は、 被処理体 2例えばシリ コンウェハ上に形成された 二酸化珪素膜を選択的にェツチングするものである。
真空チャンバ 3には、 ゲートバルブ 7を介して、 また必要 に応じてロードロック室 （図示せず） を介して被処理体 2を 収納するカセッ トチャンバ （図示せず） が連結される。 ゲ一 トバルブ 7を開いて状態で搬送機構 （図示せず） により被処 理体 2が真空チャンバ 3に対して搬出入される。
真空チャンバ 3にはガス導入管 9が接続され、 これを通し てエツチャン ト例えば C H F 3 、 C F 4 等の C F系ガス、 及 びアルゴン、 へリ ゥム等の不活性ガスが真空チヤンバ 3内に 導入される。 真空チャンバ 3にはまた排気管 1 0が接続され、 ェツチング処理中、 これを通して余剰ガスや反応生成ガス等 が排気されることにより、 真空チャンバ 3内が所定の真空度、 例えば 2 0 0 m T o r r程度に維持される。
電極 4、 5は平行平板電極を構成し、 一方の電極例えば上 部電極 4が接地され、 他方の下部電極 5がコンデンサ 1 1 を 介して高周波電源 1 2に接続される。 従って、 高周波電源 1 2により、 両電極 4、 5間に高周波電圧が印加可能となる。 また、 下部電極 5は被処理体 2を載置するための載置台と し て機能する。 下部電極 5には、 被処理体 2を確実に固定する ために、 例えば静電チャ ック、 クランプ等の固定手段が付設 される。
真空チャンバ 3の側面には、 電極 4、 5間に発生したブラ ズマの発光を外部に透過させるための窓 1 3が配設される。 窓 1 3に近接して、 窓 1 3を透過した光を集光するためのレ ンズ 1 4が設置される。 レンズ 1 4で集光された光は光ファ ィバ 1 5を通して 2つに分岐されて制御部 6に送られる。 2 0 0 n m付近までの波長の発光を検出するため、 窓 1 3、 レ ンズ 1 4、 及び光ファイバ 1 5は石英等の紫外光透過性材料 からなる。
制御部 6において、 光ファイバ 1 5で分岐された光の 2つ の部分は、 夫々先ず、 分光器 6 1 、 6 2に通され、 所定範囲 のスぺク トルに分光される。 次に、 光電変換器 6 3 、 6 4に おいて特定波長のスぺク トルが光電変換され、 更に、 ローパ スフィルタ付の増幅器 6 5、 6 6で増幅及びフィルタ リング された後、 判定部 6 7に送られる。 判定部 6 7では、 特定波 長の光に対応する電気信号に対して所定の演算処理が施され、 演算結果からエッチング処理の終点が決定される。
一方の分光器 6 1及び光電変換器 6 3は、 エツチャント例 えば C F i や C F2 ラジカル用の系と して使用される。 この 系では、 C F 2 ラジカルであれば 2 4 0〜 3 5 0 n mの範囲 の波長、 例えば 2 5 5. 0 6 n m、 2 5 9. 5 n m、 2 6 2. 8 n m、 2 7 1. I n m等の光を監視する。 C F2 の発光波 長帯の 2 4 0 n m〜 3 5 0 n mでは添加ガスのアルゴンの発 光が特に少ない。 また C F2 はエッチングガスであるからそ の発光は反応生成物の発光よりはるかに強いので、 分解能が 比較的悪い安価な干渉フィルタを使ってこの波長帯の光を分 光することができる。 特に干渉フィルタの透過中心波長を 2 6 0 η π！〜 2 7 0 n mと し半ィ直幅 1 0 11 111〜 2 0 3 111のもの を使用すれば高感度で高価なフォ トマルを使用せずに安価な シリ コンフォ トダイォードで光電変換することができる。 他方の分光器 6 2及び光電変換器 6 4は、 反応生成ガス例 えば一酸化炭素用の系と して使用される。 この系では、 従来 のように 4 8 2. 7 n mの波長でもよいが、 好適には 2 1 0 η π！〜 2 3 6 n mの範囲内の所望波長から選ばれた特定波長、 更に好適には 2 1 9. 0 n m、 2 3 0. 0 n m、 2 1 1. 2 n m、 2 3 2. 5 n m及び 2 2 4〜 2 2 9 n mのいずれかを 監視する。 2 1 0 11111〜 2 3 6 11 111の範囲の光は、 アルゴン の発光スぺク トルとエツチャン ト C F i との重なりが比較的 少なく、 またエツチャン ト C F2 の発光とは重ならないため、 被エッチング部の開口率が小さく、 生成ガスが少ない場合で も、 正確に変化を監視することができる。 このような範囲の波長を検出するためには分光器 6 1 、 6 2は、 3 0 0 n m以下の光に対する感度の良好なものを用い ることが好ましい。 判定部 6 7は、 例えば A / D変換器 6 8 や C P U 6 9などからなり、 発光強度を監視してその変化を 捉え、 後述するような演算を行ない、 エッチング処理の終点 を検出する。
次に以上のように構成されるエッチング装置 1 における本 発明に係る ドライエッチング方法について説明する。
先ず、 被処理体 2である半導体ウェハを、 搬送機構 （図示 せず） によってロードロック室 （図示せず） から搬送し、 下 部電極 5に載置する。 この時、 既に、 半導体ウェハ 2の二酸 化珪素膜上には、 所定のパターン形状のフォ トレジス トのマ スクが露光工程を経て形成されている。
次に、 バルブ 7を閉じ排気管 1 0を介して真空チャンバ 3 内を所定の真空度に真空引きする。 続いて、 排気管 1 0を介 して排気をしながら、 真空チャンバ 3内にガス導入管 9から エッチングガスと して C F系ガス、 例えば C F 3 ガス及び C F 4 系ガスとアルゴンガス等の不活性ガスとを所定の流量で 導入して所定のガス圧に維持する。 この状態で、 両電極 4、 5間に所定周波数例えば 1 3 . 5 6 M H z、 所定電力値例え ば数 1 0 0 wの高周波電力を印加し、 エッチングガス及び不 活性ガスをプラズマ化する。 そして、 このプラズマを用いて 被処理体 2表面の二酸化珪素膜部分をェツチングする。
真空チヤンバ 3内に導入された C F系ガスは、 プラズマ中 で解離して多種類の活性種を発生し、 これがェツチングの化 学的作用に関与する。 例えば活性種と して C F 2 ガスを例に とると、 この C F2 ラジカルと二酸化珪素とは次のように反 応する。
Figure imgf000013_0001
この反応により、 一酸化炭素、 C O+ イオン、 水素ラジカル、 フッ素ラジカル等の反応生成物が生成される。
生成ガスである一酸化炭素や c o+ イオン、 またプラズマ 安定化ガスであるアルゴンガス、 ェツチングガスである C F ガスは夫々特有のスぺク トルをもって発光する。 これらの発 光は、 プラズマの全発光と共に、 真空チャンバ 3の窓 1 3か らレンズ 1 4及び光ファイバ 1 5を介して制御部 6に送られ る。 分光器 6 1 、 6 2は送られた光を分光し、 スぺク トルと して表示し、 特定波長の光を夫々光電変換器 6 3 、 6 4に送 出する。
分光器 6 1 、 6 2に入力される発光スぺク トルは複数のガ スの夫々の発光スぺク トルの合成されたものである。 一酸化 炭素や C O+ イオンの発光スぺク トルは 3 5 0〜 8 6 0 n m の範囲では最も多量に存在するアルゴンガスのスぺク トルと ほぼ完全に重なつてしまう。 しかし 2 1 0 n m〜 2 3 6 n m の範囲では、 特に波長 2 1 9 . O n m、 2 3 0 . 0 n m、 2 1 1 . 2 n m、 2 3 2. 5 n m及び 2 2 4〜 2 2 9 n mでは 一酸化炭素又は C O+ イオンに由来する発光が認められる。 一方、 活性種である C F 2 ガスは、 アルゴンガスのスぺク ト ル領域から外れた波長 2 5 5 n m及び 2 5 9. 5 n m等に発 光ピークを有する。 即ち、 分光器 6 1は例えば波長 2 5 5 n mに、 また分光器 6 2は 2 1 0 n m〜 2 3 6 n mの範囲内の波長から選ばれた 特定波長に設定される。 光電変換器 6 3 、 6 4はこれら分光 器 6 1 、 6 2からの光をそれら光強度に対応する強さの電気 に変換する。 このようなェツチングガスの活性種及び生成ガ スの変化に伴う発光強度の変化は、 光電変換器 6 3、 6 4か ら出る電気信号の大きさと して増幅器 6 5 、 6 6を介して判 定部 6 7に送出される。 判定部 6 7はこの電気信号に基づき 所定の演算を行ない、 ェツチング処理の終点を決定する。 次に、 判定部 6 7において行なう終点検出方法について詳 述する。
先ず、 オペレータは、 プラズマ処理即ちエッチング処理の 開始に先立ち、 経験的知識、 シミ ュ レーショ ン或いは実験デ —タに基づいて、 ェツチング処理の理想的な終点に至る前の 指定期間、 例えば、 エッチング処理の開始 （即ち高周波電源 1 2のオン） から 6 0秒から 1 5 0秒の間の期間を決め、 こ れを判定部 6 7に入力設定する。 より具体的には、 事前に同 ーェツチング条件で大まかなェッチングレートを測定する力 過去のデータに基づきェッチングレートを算出する。 そして、 実際に処理されるウェハの膜厚データより、 大よその必要な エッチング時間を算出し、 この時間の 1 0 %〜 3 0 %の時点 を指定期間の開始時点と し、 5 0 %〜 9 0 %の時点を同指定 期間の終了時点とする。
また、 オペレータは、 観察の対象と している 2つのガスの 発光強度の経時的変化を表す特性曲線を夫々近似する第 1及 び第 2近似式 F a ( X ) 、 F b ( x ) を求めるための第 1及 び第 2基準式を決め、 これを判定部 6 7に入力設定する。 例 えば、 本実施の形態では、 観察の対象と している 2つのガス が C F系ラジカル及び一酸化炭素であるため、 第 1及び第 2 基準式と して下記の指数関数、 即ち、
y = y 0 + G . e (-(Χ_Χ() )/T)
を共通して使用することができる。 ここで、 yは発光強度、 y0 は yのオフセッ ト、 Xは処理時間、 x 0 は Xのオフセッ ト、 Gは増幅係数、 Tは減衰定数である。 yo 、 xo 、 G及 び Tは近似式を求める際に決められる定数である。 なお、 第 1及び第 2基準式と しては、 第 1及び第 2近似式を求めるの に最適なものを選択すべきであるから、 観察の対象の 2つの ガスによっては、 当然異なるものが使用される。
このような設定に基づき、 判定部 6 7において、 エツチン グ処理中、 次のような演算処理を行ない、 エッチング処理の 終点を決定する。
先ず、 指定期間 （6 0秒から 1 5 0秒） 内における、 2つ の分光系で得られたプラズマ中の C F系ラジカル及び一酸化 炭素の発光強度 I a、 I bの経時的変化を表す特性曲線を 夫々近似する第 1及び第 2近似式 F a (x ) 、 F b (x ) を 求める。 第 1及び第 2近似式は、 例えば、 上述の基準式に基 づいて、 公知の最小 2乗法により夫々の特性曲線を近似する ことにより導く ことができる。
また、 指定期間 （6 0秒から 1 5 0秒） 内における、 第 1 及び第 2近似式 F a ( X ) 、 F b (x) の値に対する C F系 ラジカル及び一酸化炭素の発光強度 I a、 I bの夫々の偏差 を表す第 1及び第 2偏差 D a、 D bの比 （D a/D b ) を補 正係数ひ と して求める。 第 1及び第 2偏差 D a、 D b として は、 例えば、 標準偏差、 或いは偏差の最大値と最小値との差 を使用することができる。
なお、 第 1及び第 2近似式 F a ( X ) 、 F b ( x ) を求め るための指定期間、 即ち観察の対象としている 2つのガスの 発光強度の経時的変化を表す特性曲線を夫々近似する指定期 間は別々に設定することができる。 また、 第 1及び第 2偏差 D a、 D bを求めるための指定期間、 即ち第 1及び第 2近似 式 F a ( X ) 、 F b (x) の値に対する、 観察の対象として いる 2つのガスの発光強度 I a、 I bの夫々の偏差を得る指 定期間も別々に設定することができる。 更に、 第 1及び第 2 近似式 F a (x) 、 F b (x) を求めるための指定期間と、 第 1及び第 2偏差 D a、 D bを求めるための指定期間も、 別々に設定することもできる。
次に、 指定期間後 （ 1 5 0秒以降） において、 プラズマ中 の C F系ラジカル及び一酸化炭素の発光強度 I a、 l b と第 1及び第 2近似式 F a ( X ) 、 F b (x) の値との夫々の比 を表す第 1及び第 2中間式、 例えば I a /F a (x) 、 l b /F b (x) を求める。 更に、 第 1及び第 2偏差 D a、 D b 相互間の相違が小さくなるように補正係数 ctにより重みつけ 補正した状態の、 第 1及び第 2中間式 I a ZF a ( x) 、 I b/F b (x) の値の比を表す判定式、 例えば、
[Ia/Fa(x) ]ハ ct [Ib/Fb(x) - 1〗+1} … { 1 } を求める。
そして、 この判定式に基づいてェツチング処理の終点を決 定し、 判定部 6 7からエッチング処理を終了ための終了信号 を出力する。 即ち、 判定部 6 7からの終了信号により、 ドラ ィエッチング装置 1を制御し、 処理ガスの供給や高周波電力 の付与等を停止してエッチング処理を終了する。 ェツチング 処理の終点は、 例えば、 判定式により表される曲線の平均的 な傾きが大きく変わった時点を基準として決定することがで きる。 代わりに、 エッチング処理の終点は、 判定式の計算値 の絶対値がしきい値以上となった時点を基準として決定する ことができる。 いずれの場合も、 これらの時点から、 経験上 把握されているオーバーェッチングのための所定時間が経過 した時点をェツチング処理の終点とすることができる。
また、 指定期間後 （ 1 5 0秒以降） において求める第 1及 び第 2中間式は、 プラズマ中の C F系ラジカル及び一酸化炭 素の発光強度 I a、 I b と第 1及び第 2近似式 F a ( X ) 、 F b ( x ) の値との夫々の差を表す式、 例えば I a— F a
(x) 、 I b— F b (x) とすることができる。 この場合、 更に、 第 1及び第 2偏差 D a、 D b相互間の相違が小さくな るように補正係数 aにより重みつけ補正した状態の、 第 1及 び第 2中間式 l a— F a ( x ) 、 I b— F b ( x ) の値の比 を表す判定式、 例えば、
[Ia-Fa(x)+M]/{ a [Ib-Fbix) ]+M> … { 2 } を求める。 ここで Mは任意の定数、 例えば 1である。 そして、 この判定式に基づいてェツチング処理の終点を決定し、 ェッ チング処理を終了するように ドライエツチング装置 1を制御 する。
[実施例]
開口率が 1 %のフォ トレジス トマスクにより被覆された二 酸化珪素膜を有するシリ コンウェハを被処理体 2とし、 図 1 図示のエッチング装置 1において上述の条件でプラズマエツ チング処理及びプラズマの発光強度の検出を行なった。 より 具体的には、 エッチングガスとして CHFi を 6 0 S C CM、 C F4 を 6 0 S C CM及びァノレゴンガスを 8 0 0 S C CMで 真空チヤンバ内に導入し、 7 5 0 mT o r r、 RF 1 3. 5 6MH z、 6 0 0W、 ウェハ温度一 2 5。Cとした。 エツチン グ処理中、 2 5 5 nm或いは 2 7 1 n mのスぺク トルの発光 強度を C F系ラジカルの発光強度とし、 2 1 9 n mのスぺク トルの発光強度を一酸化炭素の発光強度とした。 また、 指定 期間をエッチング処理の開始から 6 0秒から 1 5 0秒とし、 第 1及び第 2近似式 F a (X) 、 F b (x) を求めるための 第 1及び第 2基準式として、 前述の y = y 0 +G · e (-(x_ χο )/τ)を使用した。
図 2は本実験において得られた発光強度の経時的変化及び その近似曲線を示す。 図 2において、 発光強度は、 エツチン グ処理の開始から 1 4 0秒後における値を 1. 0として規格 化した値を示す。 また、 # I a、 # I bは、 エッチング処理 の全期間に亘る C F系ラジカル及び一酸化炭素の発光強度 I a、 I bの経時的変化を表す特性曲線である。 また、 # F\a (x) 、 # F b (x) は、 指定期間 （6 0秒から 1 5 0秒） 内における発光強度の特性曲線を夫々近似する第 1及び第 2 近似式 F a ( X ) 、 F b (x) に従って、 エッチング処理の 全期間に亘つて算出した近似曲線である。 また、 図 2におい て、 下側の曲線 # I a、 # I b、 # F a ( x ) 、 # F b
( x ) は左側の縦軸のスケールで画かれ、 上側の曲線 # I a、 # I b、 # F a (x) 、 # F b (x) は右側の縦軸のスケー ルに拡大したものである。
また、 指定期間 （6 0秒から 1 5 0秒） 内における、 第 1 及び第 2近似式 F a ( X ) 、 F b (x) の値に対する C F系 ラジカル及び一酸化炭素の発光強度 I a、 I bの夫々の偏差 を表す第 1及び第 2偏差 D a、 D bの比を補正係数ひ と して 求めた。 第 1及び第 2偏差 D a、 D b として、 標準偏差を使 用した場合、 D aZD b = o; = 2. 4 8であり、 偏差の最大 値と最小値との差を使用した場合、 D a/D b = a = 2. 5 であった。
図 3は判定部 6 7における演算により得られた中間式、 判 定式等により表される曲線を示す。 図 3において、 # I aZ F a (x) 、 # I bZF b (x) は、 第 1及び第 2中間式 I a /F a (x) 、 I b/F b ( x ) の曲線を示す。 # [ I a /F a ( x ) ] / { a [ I b/F b ( χ ) — 1 ] + 1 } 及び # [ l a/F a (x) ] / [ I b/F b ( x ) ] は、 前述の 判定式 { 1 } 及び、 その比較例の式、
[ la/Fa ( X ) ] / [ Ib/Fb ( x ) ] - . . { 3 } の曲線を表す。 なお、 補正係数 αとしては、 標準偏差に基づ く 2. 4 8を使用している。 図 3図示の如く、 比較例の式 { 3 } の曲線に比べて、 判定 式 { 1 } の曲線においては、 曲線のゆらぎがかなり小さくな り、 しかも、 エッチング処理の終点に近い 2 0 0秒付近で、 平均的な傾きのより大きな変化が得られた。 これらの相違は、 式 { 1 } 、 { 3 } を比較すれば、 補正係数ひによる重みつけ 補正によってもたらされたことが分かる。 即ち、 本発明に係 る重みつけ補正を経た判定式によれば、 ェツチング処理の終 点をより容易且つ正確に検出できることが判明した。
次に、 指定期間の相違が終点検出にもたらす影響について 調べた。 この実験においては、 指定期間を変えた以外は、 上 述の実験と全く同じ条件でプラズマェツチング処理及びプラ ズマの発光強度の検出を行なった。
図 4は指定期間の相違が終点検出にもたらす影響に関する 実験の結果を示す。 図 4において、 各曲線 # 4 0— 1 5 0、 # 9 0— 1 20、 # 6 0— 1 5 0、 # 6 0— 1 2 0、 # 6 0 — 9 0は、 指定期間を夫々 4 0秒から 1 5 0秒、 9 0秒から 1 20秒、、 6 0秒、力 ら 1 5 0秒、、 6 0秒力 ら 1 2 0秒、 6 0 秒から 9 0秒とした時、 判定式 { 1 } で表される線を示す。 上述の実施の形態においては、 エッチヤント及び反応生成 物の 2種類のガスを観察対象としてェツチング処理の終点を 決定している。 しかし、 本発明は、 エツチャント同士或いは 反応生成物同士等、 他の 2種類のガスの組合わせを観察対象 と しても同様に適用可能である。 更に、 ガスの発光強度に代 え、 AP C (オー トプレツシャコン トローラ） の開度やマツ チング回路のコンデンサの位置等を表す信号を観察対象の一 方とし、 上述の中間式や判定式を求めても、 エッチング処理 の終点を検出することができる。
次に、 観察態様の特性曲線のゆらぎが少ない場合、 或いは 終点検出に高精度が要求されない場合等に好適な、 本発明の 他の実施の形態に係る終点検出方法を、 図 5乃至図 8を参照 して説明する。 これらの場合、 上述の第 1及び第 2偏差 D a、 D bを用いずに終点検出を行うことや、 1種類のガス等の 1 観察対象のみを使用して終点検出を行うことができる。
先ず、 上述の第 1及び第 2偏差 D a、 D bを用いずに終点 検出を行う場合について説明する。 本実施の形態の方法は、 先の実施の形態の方法と比較した場合、 検出精度の点では低 下するが、 制御部での信号処理が簡易となるという利点があ る。
本実施の形態においては、 先ず、 先の実施の形態と同様に、 プラズマ処理即ちェツチング処理の開始に先立ち、 ェッチン グ処理の理想的な終点に至る前の指定期間を決め、 これを制 御部に入力設定する。 また、 観察の対象としている 2つのガ ス （例えば処理ガス及び生成物ガス） の発光強度の経時的変 化を表す特性曲線を夫々近似する第 1及び第 2近似式 F a
( X ) 、 F b ( x ) を求めるための第 1及び第 2基準式を決 め、 これを制御部に入力設定する。 なお、 指定期間は 2つの 観察対象ガス間で同一または異なる期間とすることができる。 また、 第 1及び第 2基準式は同一または異なる関数とするこ とができる。
このような設定に基づき、 制御部は、 エッチング処理中、 次のような演算処理を行ない、 ェツチング処理の終点を決定 する。
先ず、 指定期間内における、 プラズマ中の 2つの観察対象 ガスの発光強度 I a、 I bの経時的変化を表す特性曲線を 夫々近似する第 1及び第 2近似式 F a (x) 、 F b (x) を、 第 1及び第 2基準式に基づいて求める。
次に、 指定期間後において、 プラズマ中の 2つの観察対象 ガスの発光強度 I a、 I b と第 1及び第 2近似式 F a (x) 、 F b (x) の値との夫々の比を表す第 1及び第 2中間式、 例 えば l a/F a (X) 、 I b/F b (x) を求める。 更に、 第 1及び第 2中間式 I aZF a ( x ) 、 I b/F b (x) の 値の比を表す判定式、 例えば、 [ I aZF a (x) ] / [ I b /F b ( x ) ] を求める。 - そして、 この判定式に基づいてェツチング処理の終点を決 定し、 ェツチング処理を終了するようにドライエッチング装 置を制御する。
なお、 指定期間後において求める第 1及び第 2中間式は、 発光強度 I a、 I b と第 1及び第 2近似式 F a ( X) 、 F b
(x) の値との夫々の差を表す式、 例えば I a— F a ( x ) 、 l b— F b (x) とすることができる。 この場合、 判定式と して、 第 1及び第 2中間式の値の比を表す式、 例えば、 [ I a - F a ( x ) +M] / [ I b— F b ( x ) +M] を使用す る。 ここで、 Mは任意の定数、 例えば 1である。 Mを加算す ることによって、 分母が 0になるのを防止する。
図 5は本実施の形態における 2つの観察対象ガスの発光強 度の経時的変化及びその近似曲線のモデルを示す。 図 5にお いて、 # I a、 # I bは、 エッチング処理の全期間に亘る 2 つの観察対象ガスの発光強度 I a、 I bの経時的変化を表す 特性曲線である。 例えば、 発光強度 I aは、 プラズマ処理の ために供給される処理ガスの解離により生じたガスに関する 特性を示し、 発光強度 I bは、 プラズマ処理により生成され た生成物ガスに関する特性を示す。 また、 # F a ( X ) 、 # F b (x) は、 指定期間内における発光強度の特性曲線を 夫々近似する第 1及び第 2近似式 F a (x) 、 F b (x) に 従って算出した近似曲線である。
図 6は本実施の形態の中間式、 判定式等により表される曲 線を示す。 図 6において、 # I aZF a ( x ) 、 # I b /F b (x) は、 第 1及び第 2中間式 I a/F a (x) 、 l b/ F b ( x ) の曲線を示す。 # [ I a ZF a (x) ] / [ I b /F b (x) ] は、 本実施の形態における判定式の曲線を表 す。 図 6図示の如く、 判定式の曲線 # [ I a ZF a (x) ] / [ I b /F b (x) ] は、 第 1及び第 2中間式 I a,F a (x) 、 I b/F b (x) の曲線に比べ、 エッチング処理の 終点付近における変化が大きくなる。 従って、 この判定式に よれば、 エッチング処理の終点をより容易に検出することが できる。
次に、 1種類のガス等の 1観察対象のみを使用して終点検 出を行う場合について説明する。 本実施の形態の方法は、 先 の実施の形態の方法と比較した場合、 検出精度の点では低下 するが、 分光器が 1つで済むと共に制御部での信号処理が簡 易となるという利点がある。
本実施の形態においては、 先ず、 先の実施の形態と同様に、 プラズマ処理即ちェツチング処理の開始に先立ち、 ェッチン グ処理の理想的な終点に至る前の指定期間を決め、 これを制 御部に入力設定する。 また、 観察の対象と しているガスの発 光強度の経時的変化を表す特性曲線を夫々近似する近似式 F a ( X ) を求めるための基準式を決め、 これを制御部に入力 設疋 ^る。
このような設定に基づき、 制御部は、 エッチング処理中、 次のような演算処理を行ない、 ェツチング処理の終点を決定 する。
先ず、 指定期間内における、 プラズマ中の観察対象ガスの 発光強度 I aの経時的変化を表す特性曲線を近似する近似式 F a ( X ) を基準式に基づいて求める。
次に、 指定期間後において、 プラズマ中の観察対象ガスの 発光強度 l a と近似式 F a ( x ) の値との比若しくは差を表 す判定式を求める。 例えば、 本実施の形態の判定式は、 I a /F a (x) 、 F a (x) / l a、 I a - F a (x) 、 若し くは F a ( x ) — I aで表される。
そして、 この判定式に基づいてェツチング処理の終点を決 定し、 エツチング処理を終了するようにドライエツチング装 置を制御する。
図 7は本実施の形態における観察対象ガスの発光強度の経 時的変化及びその近似曲線のモデルを示す。 図 7において、 # I aは、 エッチング処理の全期間に亘る観察対象ガスの発 光強度 I aの経時的変化を表す特性曲線である。 また、 # F a ( x ) は、 指定期間内における発光強度の特性曲線を近似 する近似式 F a ( x ) に従って算出した近似曲線である。 図 8は本実施の形態の判定式により表される曲線 # I a / F a ( x ) を示す。 図 8図示の如く、 判定式の曲線 # I a / F a ( x ) は、 発光強度 I aの曲線に比べ、 エッチング処理 の終点付近における変化が大きくなる。 従って、 この判定式 によれば、 ェツチング処理の終点をより容易に検出すること ができる。
なお、 図 5乃至図 8を参照して説明した 2つの実施の形態 において、 エッチング処理の終点は、 例えば、 判定式により 表される曲線の平均的な傾きが大きく変わった時点を基準と して決定することができる。 代わりに、 エッチング処理の終 点は、 判定式の計算値の絶対値がしきい値以上となった時点 を基準として決定することができる。 いずれの場合も、 これ らの時点から、 経験上把握されているオーバーェツチングの ための所定時間が経過した時点をェツチング処理の終点とす ることができる。
上述の 3つの実施の形態においては、 ウェハ Wに対してェ ツチング処理を施すェツチング装置を例に挙げて説明してい る。 しかし、 本発明は、 例えばアツシング装置などの各種プ ラズマ処理装置に対しても適用することが可能である。 また、 ウェハ Wに変えて、 例えば L C D用ガラス基板を被処理体と して用いることも可能である。
即ち、 本発明は上記実施の形態に何等制限されるものでは なく、 本発明の要旨を逸脱することなく、 種々の態様で実施 することが可能である。 例えば、 エッチング処理の終点を決 定するための判定式において、 発光強度、 近似式、 中間式等 のパラメータのいずれを分母、 分子とするかは、 前述の例に 限定されるものではなく、 発明の要旨の範囲内で適宜変更す ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 半導体プラズマ処理における終点検出方法であって、 前記プラズマ処理の理想的な終点に至る前の指定期間を決 める工程と、
被処理体に対して前記プラズマ処理を行なう工程と、 前記プラズマ処理中、 前記指定期間内における、 前記ブラ ズマ中のガスの発光強度の経時的変化を表す特性曲線を近似 する近似式を求める工程と、
前記プラズマ処理中、 前記指定期間後における、 前記ブラ ズマ中の前記ガスの発光強度と前記近似式の値との比若しく は差を表す判定式を求める工程と、
前記判定式に基づいて前記プラズマ処理の終点を決定する 工程と、
を具備する方法。
2 . 前記判定式により表される曲線の平均的な傾きが大き く変わった時点を、 前記終点を決定するための基準とする請 求項 1に記載の方法。
3 . 前記判定式の計算値の絶対値がしきい値以上となった 時点を、 前記終点を決定するための基準とする請求項 1に記 載の方法。
4 . 半導体プラズマ処理における終点検出方法であって、 前記プラズマ処理の理想的な終点に至る前の第 1及び第 2 指定期間を決める工程と、
被処理体に対して前記プラズマ処理を行なう工程と、 前記プラズマ処理中、 前記第 1指定期間内における、 前記 プラズマ中の第 1ガスの発光強度の経時的変化を表す特性曲 線を近似する第 1近似式を求めると共に、 前記第 2指定期間 内における、 前記プラズマ中の第 2ガスの発光強度の経時的 変化を表す特性曲線を近似する第 2近似式を求める工程と、 前記プラズマ処理中、 前記第 1及び第 2指定期間後におけ る、 前記プラズマ中の前記第 1及び第 2ガスの発光強度と前 記第 1及び第 2近似式の値との夫々の比若しくは差を表す第 1及ぴ第 2中間式を求める工程と、
前記第 1及び第 2中間式の比を表す判定式を求める工程と、 前記判定式に基づいて前記プラズマ処理の終点を決定する 工程と、
を具備する方法。
5 . 前記第 1及び第 2近似式は夫々異なる関数を用いて求 めたものである請求項 4に記載の方法。
6 . 前記第 1及び第 2指定期間は同一の期間である請求項 4に記載の方法。
7 . 前記第 1及び第 2ガスの一方は前記プラズマ処理のた めに供給される処理ガスの解離により生じたガスであり、 他 方は前記プラズマ処理により生成された生成物ガスである請 求項 4に記載の方法。
8 . 前記判定式により表される曲線の平均的な傾きが大き く変わった時点を、 前記終点を決定するための基準とする請 求項 4に記載の方法。
9 . 前記判定式の計算値の絶対値がしきい値以上となった 時点を、 前記終点を決定するための基準とする請求項 4に記 載の方法。
1 0 . 半導体プラズマ処理における終点検出方法であって、 前記プラズマ処理の理想的な終点に至る前の第 1乃至第 4 指定期間を決める工程と、
被処理体に対して前記プラズマ処理を行なう工程と、 前記プラズマ処理中、 前記第 1指定期間内における、 前記 プラズマ中の第 1 ガスの発光強度の経時的変化を表す特性曲 線を近似する第 1近似式を求めると共に、 前記第 2指定期間 内における、 前記プラズマ中の第 2ガスの発光強度の経時的 変化を表す特性曲線を近似する第 2近似式を求める工程と、 前記プラズマ処理中、 前記第 3指定期間内における、 前記 第 1近似式の値に対する前記プラズマ中の前記第 1 ガスの発 光強度の偏差である第 1偏差を求めると共に、 前記第 4指定 期間内における、 前記第 2近似式の値に対する前記プラズマ 中の前記第 2ガスの発光強度の偏差である第 2偏差を求める 工程と、
前記プラズマ処理中、 前記第 1乃至第 4指定期間後におけ る、 前記プラズマ中の前記第 1及び第 2ガスの発光強度と前 記第 1及び第 2近似式の値との夫々の比若しくは差を表す第 1及び第 2中間式を求める工程と、
前記第 1及び第 2中間式を前記第 1及び第 2偏差で補正し、 補正後の前記第 1及び第 2中間式の比を表す判定式を求める 工程と、
前記判定式に基づいて前記プラズマ処理の終点を決定する 工程と、 を具備する方法。
1 1. 前記判定式は、 補正係数により重みつけ補正した状 態の、 前記第 1及び第 2中間式の値の比であり、 前記補正係 数は前記第 1及び第 2偏差の比である請求項 1 0に記載の方 法。
1 2. 前記第 1及び第 2近似式が夫々 F a ( X ) 、 F b (x) で、 前記プラズマ中の前記第 1及び第 2ガスの発光強 度が夫々 I a、 I bで、 前記補正係数が αである時、 前記第 1及び第 2中間式は夫々 I a /F a (x) 、 I b/F b (x) で、 前記判定式は [ I aZF a (x) ] と { α [ l b /F b (x) — 1 ] + 1 } との比で表される請求項 1 1に記 載の方法。
1 3. 前記第 1及び第 2近似式が夫々 F a ( X ) 、 F b (x) で、 前記プラズマ中の前記第 1及び第 2ガスの発光強 度が夫々 I a、 I bで、 前記補正係数が αである時、 前記第 1及び第 2中間式は夫々 l a— F a ( x ) 、 l b— F b (x) で、 前記判定式は [ I a— F a (x) +M] と { α [ I b - F b (x) ] +M} との比で表され、 ここで Mは任 意の定数である請求項 1 1に記載の方法。
1 4. 前記第 1及び第 2近似式は夫々異なる関数を用いて 求めたものである請求項 1 0に記載の方法。
1 5. 前記第 1及び第 2偏差は夫々標準偏差からなる請求 項 1 0に記載の方法。
1 6. 前記第 1及び第 2偏差は夫々偏差の最大値と最小値 との差である請求項 1 0に記載の方法。
1 7 . 前記第 1乃至第 4指定期間は同一の期間である請求 項 1 0に記載の方法。
1 8 . 前記第 1及び第 2ガスの一方は前記プラズマ処理の ために供給される処理ガスの解離により生じたガスであり、 他方は前記プラズマ処理により生成された生成物ガスである 請求項 1 0に記載の方法。
1 9 . 前記判定式により表される曲線の平均的な傾きが大 きく変わった時点を、 前記終点を決定するための基準とする 請求項 1 0に記載の方法。
2 0 . 前記判定式の計算値の絶対値がしきい値以上となつ た時点を、 前記終点を決定するための基準とする請求項 1 0 に記載の方法。
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