WO1999040617A1

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

Info

Publication number: WO1999040617A1
Application number: PCT/JP1999/000428
Authority: WO
Inventors: Chishio Koshimizu
Original assignee: Tokyo Electron Yamanashi Limited; Japan Science And Technology Corporation
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 1999-08-12
Also published as: KR20010040607A; JP4227301B2; US6297064B1; KR100411318B1

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、

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。

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。

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、

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、

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。