JP2000331985A - 終点検出方法 - Google Patents

終点検出方法

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JP2000331985A JP11136664A JP13666499A JP2000331985A JP 2000331985 A JP2000331985 A JP 2000331985A JP 11136664 A JP11136664 A JP 11136664A JP 13666499 A JP13666499 A JP 13666499A JP 2000331985 A JP2000331985 A JP 2000331985A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマから放射される発光スペクトルのう
ち、特定波長のみをモニターしながら終点の検出を行っ
ているため、プロセス毎に特定波長を探し出さなくては
ならず、しかも低開口のエッチングでは特定波長の発光
強度が弱く、Ｓ／Ｎ比が悪くなり正確な終点検出が難し
くなる。 【解決手段】 本発明の終点検出方法は、エッチング時
の発光スペクトルをポリクロメータ１９により検出して
その終点を検出する方法において、ウエハＷのエッチン
グに先立って予めプラズマのフルスペクトルを逐次測定
し、全てのフルスペクトルそれぞれの全波長の発光強度
を用いて発光スペクトルの主成分分析を行い、その後、
実際のエッチング時には逐次測定されたフルスペクトル
毎にそれぞれの全波長の発光強度に基づいて主成分得点
を求めた後、逐次測定されるフルスペクトル毎の主成分
得点の実質的な変化に基づいて終点を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被処理体をプラズマを
用いてエッチングする際の終点検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマを用いたエッチング方法は、従
来から半導体製造工程あるいはＬＣＤ基板製造工程に広
く適用されている。そのエッチング装置は、例えば、互
いに平行に配設された上部電極と下部電極を備え、下部
電極に半導体ウエハを載置した状態で上部電極と下部電
極間の放電によりエッチング用ガスからプラズマを発生
させ、半導体ウエハ等の被処理体を所定のパターンに即
してエッチングする。
【０００３】エッチングの終点検出方法には質量分析、
発光分光分析等の機器分析手法が用いられており、それ
らの中でも比較的簡易で高感度なプラズマの発光分光分
析が終点検出方法として広く用いられている。この発光
分光分析法でのプラズマの発光測定方法は、エッチング
用ガスとその分解生成物や反応生成物などのラジカルや
イオン等の活性種から最も観察し易い特定の活性種を選
択し、選択された特定波長の発光強度を測定する方法で
ある。例えば、ＣＦ４等のＣＦ系のエッチング用ガスを
用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合にはその反
応生成物であるＣＯ*の特定波長（４８３.５ｎｍ等）を
検出し、また、ＣＦ４等のＣＦ系のエッチング用ガスを
用いてシリコン窒化膜をエッチングする場合にはその反
応生成物であるＮ*の特定波長（６７４ｎｍ等）を検出
し、それぞれの検出強度の変化点に基づいて終点を検出
している。このように従来の終点検出方法はエッチング
プロセスに即して終点検出に用いる波長を変えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
終点検出方法の場合には、プラズマから放射される発光
スペクトルのうち、特定波長のみをモニターしながら終
点の検出を行っているため、プロセス毎に特定波長を探
し出さなくてはならず、しかも低開口のエッチングでは
特定波長の発光強度の変化が小さく、Ｓ／Ｎ比が悪くな
り正確な終点検出が難しくなるという課題があった。
【０００５】米国特許第５２８８３６７号明細書には、
主成分分析の手法を用いて発光スペクトルの特定波長を
自動的に決定し、その特定波長に基づいて終点を検出す
る方法が提案されている。この方法の場合には、特定波
長を自動的に決定することができるものの、特定波長を
用いて終点を検出する点では従来の終点検出方法と変わ
らない。
【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、低開口のエッチングであってもノイズの影
響を殆ど受けることなく確実に終点を検出することがで
きる終点検出方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の終点検出方法は、被処理体をプラズマを用いてエッチ
ングする際に、光検出手段によりプラズマの発光スペク
トルを逐次検出し、発光スペクトルの変化に基づいてエ
ッチングの終点を検出する方法において、上記被処理体
のエッチングに先立って予め上記被処理体と同一種の被
処理体をエッチングし、その際のプラズマのフルスペク
トルを逐次測定する工程と、エッチング終了までに蓄積
された各フルスペクトルの全波長をそれぞれの発光強度
に即して重み付けをした重み係数を各フルスペクトル毎
に求める工程とを有し、且つ、上記被処理体の実際のエ
ッチング時には逐次測定されるフルスペクトル毎に全波
長の発光強度をそれぞれの上記重み係数を加味して加算
する工程と、逐次測定されるフルスペクトル毎の発光強
度の加算値の実質的な変化に基づいて終点を検出する工
程とを有することを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明の請求項２に記載の終点検出
方法は、請求項１に記載の発明において、上記加算値の
微分値を用いて終点を検出することを特徴とするもので
ある。
【０００９】また、本発明の請求項３に記載の終点検出
方法は、被処理体をプラズマを用いてエッチングする際
に、光検出手段によりプラズマの発光スペクトルを逐次
検出し、発光スペクトルの変化に基づいてエッチングの
終点を検出する方法において、上記被処理体のエッチン
グに先立って予め上記被処理体と同一種の被処理体をエ
ッチングし、その際のプラズマのフルスペクトルを逐次
測定する工程と、エッチング終了までに蓄積された各フ
ルスペクトルの全波長をそれぞれの発光強度を用いて主
成分分析を行う工程とを有し、且つ、実際のエッチング
時には逐次測定されたフルスペクトル毎にそれぞれの全
波長の発光強度と上記主成分分析で得られた主成分に基
づいて主成分得点を求める工程と、逐次測定されるフル
スペクトル毎の主成分得点の実質的な変化に基づいて終
点を検出する工程とを有することを特徴とするものであ
る。
【００１０】また、本発明の請求項４に記載の終点検出
方法は、請求項３に記載の発明において、上記主成分得
点は、第一主成分得点であることを特徴とするものであ
る。
【００１１】また、本発明の請求項５に記載の終点検出
方法は、請求項３に記載の発明において、上記主成分得
点の微分値を用いて終点を検出することを特徴とするも
のである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図５に示す実施例の
基づいて本発明を説明する。まず、本発明の終点検出方
法が適用されたエッチング装置の一例について図１を参
照しながら説明する。図１に示すエッチング装置１０
は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなる処理室
１１と、この処理室１１内の底面に配設され且つ被処理
体としての半導体ウエハＷを載置する載置台を兼ねた下
部電極１２と、この下部電極１２の上方に所定の間隔を
隔てて配設され且つエッチング用ガスの供給部を兼ねた
中空状の接地された上部電極１３とを備えている。処理
室１１の上面には上部電極１３に連通させたガス供給管
１４が接続され、ガス供給管１４及び上部電極１３を介
してガス供給源（図示せず）から処理室１１内へエッチ
ング用ガスを供給する。処理室１１の側面には図示しな
い真空排気装置に連結されたガス排出管１５が接続さ
れ、真空排気装置及びガス排出管１５を介して処理室１
１内を減圧して所定の真空度に保持する。下部電極１２
には高周波電源１６が接続され、高周波電源１６から下
部電極１２へ高周波電圧を印加し両電極１２、１３間で
エッチング用ガスのプラズマを発生させ、下部電極１２
上の半導体ウエハＷ表面を所定のパターンでエッチング
する。
【００１３】上記処理室１１の周面の一部には石英ガラ
ス等の透明体からなるモニター用の窓１７が取り付けら
れ、処理室１１内のプラズマから放射される発光スペク
トルを窓１７から採光し発光スペクトルを介してエッチ
ングの進捗状況をモニターする。この窓１７には光ファ
イバー１８を介してポリクロメータ１９が接続され、光
ファイバー１８を介して採光された発光スペクトルをポ
リクロメータ１９において逐次検出し、発光スペクトル
を波長毎に瞬時に分光し、全ての波長をフルスペクトル
として得ることができる。ポリクロメータ１９は例えば
グレーティングとダイオードアレイあるいはＣＣＤとを
組み合わせて構成されている。このポリクロメータ１９
には終点検出装置２０が接続され、後述するように終点
検出装置２０においてポリクロメータ１９から得られた
スペクトルデータを処理し、処理データに基づいてエッ
チングの終点を検出し、終点検出装置２０に接続された
制御装置２１を介して高周波電源１６をＯＮ、ＯＦＦ制
御する。この際、測定結果は必要に応じて例えば図２に
示すような発光スペクトルとして表示装置へ表示したり
記録紙へ出力したりする。図２に示す発光スペクトルは
シリコン酸化膜をエッチングした場合に得られたもの
で、実線がエッチング開始直後のフルスペクトルを示
し、破線がオーバーエッチング時のフルスペクトルを示
している。この図２は波長２００ｎｍから９５０ｎｍの
範囲の発光スペクトルを１０２４ポイントについてポリ
クロメータ１９で得られたものである
【００１４】上記終点検出装置２０は、例えば主成分分
析等の多変量解析を用いて発光スペクトルを分析し、終
点を検出するようにしてあり、本実施形態では主成分分
析用ソフトを用いて終点を検出するようにしてある。
【００１５】上記主成分分析の手法を用いて終点検出を
行う場合には、予めサンプルウエハをエッチングし、エ
ッチング開始時からオーバエッチングまでのフルスペク
トルを逐次測定し、逐次測定されたフルスペクトルの各
波長それぞれの発光強度を発光スペクトル毎に蓄積す
る。次ぎに主成分分析を行うが、主成分分析ではフルス
ペクトルの各波長の発光強度が主成分分析の変数として
使用され、逐次測定された各フルスペクトルの測定数が
主成分分析のサンプル数として使用される。この主成分
分析によりフルスペクトルの各波長の終点検出における
重みを固有ベクトルとして求める。
【００１６】例えばｔ秒後に測定される発光スペクトル
のｉ番目の波長強度をｘi(t)と定義し、その係数をａ
i(t)すると、ｔ秒後のスペクトルデータの主成分ｚ(t)
は次式で表され、主成分ｚ(t)の数値が主成分得点であ
る。 ｚ(t)＝ａ1(t)ｘ1(t)＋ａ2(t)ｘ2(t)＋・・・＋ａn(t)
ｘn(t) この式は発光スペクトルの各波長強度にその波長の重み
係数を掛けたものの加算値（以下、便宜上「スペクトル
強度」と称す。）になっている。波長強度ｘi(t)の変動
が大きいほど終点検出での役割が重く、このような波長
ほどその重み係数ａi(t)の値が大きくなる。従って、主
成分得点はｘi(t)の重みを反映した数値になり、終点近
傍では主成分ｚ(t)の変化が顕著になり、スペクトル強
度の時間的変化が明瞭になり、終点検出が容易になる。
【００１７】主成分を求めるには、まず、サンプルウエ
ハのエッチングにより得られたスペクトルデータの各変
数の分散共分散行列を求める。次いで、分散共分散行列
に基づいて固有値及び固有ベクトルを求める。固有値は
変数の数に対応して存在し、各固有値に対してそれぞれ
の固有ベクトルが存在する。固有値の大きさ順に対応す
る固有ベクトルから得られる主成分は、固有値の大きさ
順に、第一主成分、第二主成分、・・・第ｎ主成分とし
て得られる。通常、主成分の次数が高いほど寄与率が低
くなり、その利用価値が薄れる。
【００１８】そこで、本実施形態では寄与率が最も高い
第一主成分を終点検出に用いる。第一主成分の固有ベク
トルは上述のように固有値の最も大きな値を用いて算出
され、サンプルウエハの各変数から例えば固有値（ａ1,
ａ2,・・・,ａn）として求めることができる。例えば図
２に示す発光スペクトルのフルスペクトルに対応する第
一主成分の各係数は図３に示すようにマイナス側及びプ
ラス側に変動して複数のピークを生成し、第一主成分の
各変数の重みを一目瞭然に知ることができる。図３では
大きなピーク等複数のピークが認められ、複数の係数が
終点検出に利用でき、終点検出に利用できる特定波長を
簡単に探し出すことができる。このピークに該当する波
長を特定波長として追跡すれば、従来の終点検出を行う
ことができる。しかしながら、特定波長の追跡では前述
したようにＳ／Ｎ比が悪化し終点を検出できないことが
ある。
【００１９】本実施形態ではフルスペクトルの全ての波
長強度をそれぞれの重み係数（固有スペクトル）を加味
して加算したスペクトル強度を第一主成分得点としてを
求め、第一主成分得点の変化に基づいて終点の検出を行
う。即ち、実際のウエハのエッチングに先立ってサンプ
ルウエハのスペクトルデータから第一主成分ｚ(t)を上
述のように求めた後、実際のエッチング時にポリクロメ
ータ１９によりフルスペクトルを逐次測定し、測定され
たフルスペクトルの各波長強度を第一主成分ｚ(t)の変
数ｘ1(t)、ｘ2(t)、・・・、ｘn(t)に代入して測定毎に
第一主成分得点を得る。発光スペクトルのノイズはエッ
チングの進捗状況と関係なく生成するが、主成分分析を
用いることでこのようなノイズの影響を軽減することが
でき、ノイズの影響を殆ど受けない終点の検出を行うこ
とができる。
【００２０】上述のようにして得られた第一主成分得点
をエッチング開始時から時間を追って追跡すると第一主
成分得点は例えば図４に示すように変化する。図４によ
れば、第一主成分得点はエッチング開始後６０秒程度ま
では緩やかに下降しているが、６０秒から１２０秒程度
の間では急激に下降し、１２０秒を境にその後は再び緩
やかに下降している。従って、この場合にはエッチング
開始後１２０秒程でエッチングが終了していることにな
る。このように第一主成分得点が二度変化した時には、
終点検出装置２０では二度目の変化点をエッチングの終
点と判断し、終点検出装置２０から終点信号を制御装置
を介して高周波電源１６に送信し、エッチングを終了す
る。
【００２１】また、エッチング中に第一主成分得点の一
次微分値を逐次演算し、その演算結果に基づいて終点を
検出することができる。図５からも明かなように図４の
６０〜１２０秒に該当する区間で一次微分値が大きく変
動し、図４の場合よりも終点検出が容易になっている。
【００２２】以上説明したように本実施形態によれば、
予めサンプルウエハを用いてそのウエハの主成分分析を
行って第一主成分の固有ベクトルを求めた後、ウエハを
エッチングする際には発光スペクトルのフルスペクトル
を逐次測定し、フルスペクトルの各波長強度を第一主成
分の変数として代入して第一主成分得点を算出し、この
算出値の変動を追跡してエッチングの終点を検出するよ
うにしたため、エッチング時に測定された逐次フルスペ
クトルのうち、終点検出の検出に役立つ複数の波長をそ
れぞれ重み付けしてスペクトル強度を求めることがで
き、低開口のエッチングであっても、エッチングの終点
を明瞭にすることができ、終点を簡単且つ確実に検出す
ることができる（図４参照）。また、第一主成分ではフ
ルスペクトル中のノイズは殆ど無視されるため、第一成
分得点（スペクトル強度）ではノイズを軽減しその影響
を殆ど受けない状態で終点検出を行うことができる。更
に、第一主成分の固有ベクトルを求めることによって終
点検出に利用できる波長を簡単に見つけることができる
（図３参照）。
【００２３】また、本実施形態によれば、第一主成分得
点の一次微分値を求めることにより、エッチングの終点
をより確実且つ容易に検出することができる（図５参
照）。
【００２４】尚、上記実施形態では、主成分分析を用い
て行うウエハのエッチングの終点検出について説明した
が、その他の多変量解析の手法を用いて終点検出を行う
ことができ、また、ウエハ以外のＬＣＤ用基板等の被処
理体についても本発明を適用することができる。要は、
ウエハ等の被処理体のエッチングに先立って予めプラズ
マのフルスペクトルを逐次測定する工程と、エッチング
終了までに蓄積された各フルスペクトルの全波長をそれ
ぞれの発光強度に即して重み付けをして重み係数を各フ
ルスペクトル毎に求める工程とを有し、且つ、実際のエ
ッチング時には逐次測定されるフルスペクトル毎に全波
長の発光強度をそれぞれの重み係数を加味して加算する
工程と、逐次測定されるフルスペクトル毎の発光強度の
加算値の実質的な変化に基づいて終点を検出する工程と
を有する終点検出方法であれば、本発明に包含される。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１、
請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、フルスペ
クトルを用いて終点を検出しているので、エッチングプ
ロセスが変わる度に特定スペクトルを合わせて分光器を
設定する必要がなく、また、低開口のエッチングであっ
てもノイズの影響を殆ど受けることなく確実に終点を検
出することができる終点検出方法を提供することができ
る。
【００２６】また、本発明の請求項２または請求項５に
記載の発明によれば、請求項１または請求項４に記載の
発明において、より簡単且つ確実に終点を検出すること
ができる終点検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の終点検出方法を適用するプラズマ処理
装置の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示すポリクロメータにより測定された発
光スペクトルの一例を示す図である。
【図３】図２に示す発光スペクトルの各波長に対応する
第一主成分の係数（固有ベクトル）を示す図である。
【図４】図２に示す発光スペクトルの第一主成分得点の
時間変動を示すグラフである。
【図５】図４に示す第一主成分得点の一次微分値の時間
変動を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ エッチング装置 １１ 処理室 １２ 上部電極 １３ 下部電極 １６ 高周波電源 １９ ポリクロメータ（光検出手段） ２０ 終点検出装置 Ｗ ウエハ（被処理体）

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理体をプラズマを用いてエッチング
    する際に、光検出手段によりプラズマの発光スペクトル
    を逐次検出し、発光スペクトルの変化に基づいてエッチ
    ングの終点を検出する方法において、上記被処理体のエ
    ッチングに先立って予め上記被処理体と同一種の被処理
    体をエッチングし、その際のプラズマのフルスペクトル
    を逐次測定する工程と、エッチング終了までに蓄積され
    た各フルスペクトルの全波長をそれぞれの発光強度に即
    して重み付けをした重み係数を各フルスペクトル毎に求
    める工程とを有し、且つ、上記被処理体の実際のエッチ
    ング時には逐次測定されるフルスペクトル毎に全波長の
    発光強度をそれぞれの上記重み係数を加味して加算する
    工程と、逐次測定されるフルスペクトル毎の発光強度の
    加算値の実質的な変化に基づいて終点を検出する工程と
    を有することを特徴とする終点検出方法。
  2. 【請求項２】 上記加算値の微分値を用いて終点を検出
    することを特徴とする請求項１に記載の終点検出方法。
  3. 【請求項３】 被処理体をプラズマを用いてエッチング
    する際に、光検出手段によりプラズマの発光スペクトル
    を逐次検出し、発光スペクトルの変化に基づいてエッチ
    ングの終点を検出する方法において、上記被処理体のエ
    ッチングに先立って予め上記被処理体と同一種の被処理
    体をエッチングし、その際のプラズマのフルスペクトル
    を逐次測定する工程と、エッチング終了までに蓄積され
    た各フルスペクトルの全波長をそれぞれの発光強度を用
    いて主成分分析を行う工程とを有し、且つ、実際のエッ
    チング時には逐次測定されたフルスペクトル毎にそれぞ
    れの全波長の発光強度と上記主成分分析で得られた主成
    分に基づいて主成分得点を求める工程と、逐次測定され
    るフルスペクトル毎の主成分得点の実質的な変化に基づ
    いて終点を検出する工程とを有することを特徴とする終
    点検出方法。
  4. 【請求項４】 上記主成分得点は、第一主成分得点であ
    ることを特徴とする請求項３に記載の終点検出方法。
  5. 【請求項５】 上記主成分得点の微分値を用いて終点を
    検出することを特徴とする請求項３に記載の終点検出方
    法。
JP13666499A 1999-05-18 1999-05-18 終点検出方法 Expired - Lifetime JP4051470B2 (ja)

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