JP4227301B2 - 半導体プラズマ処理における終点検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、半導体プラズマ処理とは、半導体ウエハやＬＣＤ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。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ドライエッ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。エッチング対象物が完全に取り去られた後においてもエッチングが継続されると、下地材料が不必要に削られていったり、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、エッ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。
【０００３】
特開平５−１０２０８６には、本発明の発明者によりなされたドライエッ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イエッ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ッチング処理の終点を決定する。
【０００４】
上述の如く、特開平５−１０２０８６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。
【０００５】
更に、上述の方法は、電源出力のわずかな変動、マスフロー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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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、半導体ウエハやＬＣＤ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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
前記第１または第２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。
【００１０】
前記第２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。
【００１１】
前記第２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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
図１は本発明に係る方法を実施するためのドライエッチング装置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、内部の発光スペ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内にエッチャ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例えば半導体ウエハにエッチング処理が施される。エッチング処理は、被処理体２例えばシリコンウエハ上に形成された二酸化珪素膜を選択的にエッチングするものである。
【００１４】
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。ゲートバルブ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。
【００１５】
真空チャンバ３にはガス導入管９が接続され、これを通してエッチャント例えばＣＨＦ_３、ＣＦ_４等のＣＦ系ガス、及びアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが真空チャンバ３内に導入される。真空チャンバ３にはまた排気管１０が接続され、エッチング処理中、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２００ｍＴｏｒｒ程度に維持される。
【００１６】
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１１を介して高周波電源１２に接続される。従って、高周波電源１２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。
【００１７】
真空チャンバ３の側面には、電極４、５間に発生したプラズマの発光を外部に透過させるための窓１３が配設される。窓１３に近接して、窓１３を透過した光を集光するためのレンズ１４が設置される。レンズ１４で集光された光は光ファイバ１５を通して２つに分岐されて制御部６に送られる。２００ｎｍ付近までの波長の発光を検出するため、窓１３、レンズ１４、及び光ファイバ１５は石英等の紫外光透過性材料からなる。
【００１８】
制御部６において、光ファイバ１５で分岐された光の２つの部分は、夫々先ず、分光器６１、６２に通され、所定範囲のスペクトルに分光される。次に、光電変換器６３、６４において特定波長のスペ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６５、６６で増幅及びフィルタリングされた後、判定部６７に送られる。判定部６７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。
【００１９】
一方の分光器６１及び光電変換器６３は、エッチャント例えばＣＦ_１やＣＦ_２ラジカル用の系として使用される。この系では、ＣＦ_２ラジカルであれば２４０〜３５０ｎｍの範囲の波長、例えば２５５．０６ｎｍ、２５９．５ｎｍ、２６２．８ｎｍ、２７１．１ｎｍ等の光を監視する。ＣＦ_２の発光波長帯の２４０ｎｍ〜３５０ｎｍでは添加ガスのアルゴンの発光が特に少ない。またＣＦ_２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２６０ｎｍ〜２７０ｎｍとし半値幅１０ｎｍ〜２０ｎｍ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オードで光電変換することができる。
【００２０】
他方の分光器６２及び光電変換器６４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４８２．７ｎｍの波長でもよいが、好適には２１０ｎｍ〜２３６ｎｍ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２１９．０ｎｍ、２３０．０ｎｍ、２１１．２ｎｍ、２３２．５ｎｍ及び２２４〜２２９ｎｍのいずれかを監視する。２１０ｎｍ〜２３６ｎｍの範囲の光は、アルゴンの発光スペクトルとエッチャントＣＦ_１との重なりが比較的少なく、またエッチャントＣＦ_２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。
【００２１】
このような範囲の波長を検出するためには分光器６１、６２は、３００ｎｍ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６７は、例えばＡ／Ｄ変換器６８やＣＰＵ６９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。
【００２２】
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。
【００２３】
先ず、被処理体２である半導体ウエハを、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、半導体ウエハ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。
【００２４】
次に、バルブ７を閉じ排気管１０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１０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ＣＦ系ガス、例えばＣＦ_３ガス及びＣＦ_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１３．５６ＭＨｚ、所定電力値例えば数１００ｗ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エッチングする。
【００２５】
真空チャンバ３内に導入されたＣＦ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、これがエッチングの化学的作用に関与する。例えば活性種としてＣＦ_２ガスを例にとると、このＣＦ_２ラジカルと二酸化珪素とは次のように反応する。
２ＣＦ_２＋ＳｉＯ_２→ＳｉＦ_４＋２ＣＯ
この反応により、一酸化炭素、ＣＯ^＋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。
【００２６】
生成ガスである一酸化炭素やＣＯ^＋イオン、またプラズマ安定化ガスであるアルゴンガス、エッチングガスであるＣＦガスは夫々特有のスペ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１３からレンズ１４及び光ファイバ１５を介して制御部６に送られる。分光器６１、６２は送られた光を分光し、スペクトルとして表示し、特定波長の光を夫々光電変換器６３、６４に送出する。
【００２７】
分光器６１、６２に入力される発光スペクトルは複数のガスの夫々の発光スペクトルの合成されたものである。一酸化炭素やＣＯ^＋イオンの発光スペクトルは３５０〜８６０ｎｍの範囲では最も多量に存在するアルゴンガスのスペクトルとほぼ完全に重なってしまう。しかし２１０ｎｍ〜２３６ｎｍの範囲では、特に波長２１９．０ｎｍ、２３０．０ｎｍ、２１１．２ｎｍ、２３２．５ｎｍ及び２２４〜２２９ｎｍでは一酸化炭素又はＣＯ^＋イオンに由来する発光が認められる。一方、活性種であるＣＦ_２ガスは、アルゴンガスのスペクトル領域から外れた波長２５５ｎｍ及び２５９．５ｎｍ等に発光ピークを有する。
【００２８】
即ち、分光器６１は例えば波長２５５ｎｍに、また分光器６２は２１０ｎｍ〜２３６ｎｍ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６３、６４はこれら分光器６１、６２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。このようなエッ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６３、６４から出る電気信号の大きさとして増幅器６５、６６を介して判定部６７に送出される。判定部６７はこの電気信号に基づき所定の演算を行ない、エッチング処理の終点を決定する。
【００２９】
次に、判定部６７において行なう終点検出方法について詳述する。
【００３０】
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ータに基づいて、エッ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１２のオン）から６０秒から１５０秒の間の期間を決め、これを判定部６７に入力設定する。より具体的には、事前に同一エッチング条件で大まかなエッチングレートを測定するか、過去のデータに基づきエッチングレートを算出する。そして、実際に処理されるウエ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１０％〜３０％の時点を指定期間の開始時点とし、５０％〜９０％の時点を同指定期間の終了時点とする。
【００３１】
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Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（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６７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ＣＦ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^{（−（ｘ−ｘ０）／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、ｙ_０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。ｙ_０、ｘ_０、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。
【００３２】
このような設定に基づき、判定部６７において、エッチング処理中、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。
【００３３】
先ず、指定期間（６０秒から１５０秒）内における、２つの分光系で得られたプラズマ中のＣＦ系ラジカル及び一酸化炭素の発光強度Ｉａ、Ｉｂ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Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（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。
【００３４】
また、指定期間（６０秒から１５０秒）内における、第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）の値に対するＣＦ系ラジカル及び一酸化炭素の発光強度Ｉａ、Ｉｂの夫々の偏差を表す第１及び第２偏差Ｄａ、Ｄｂの比（Ｄａ／Ｄｂ）を補正係数αとして求める。第１及び第２偏差Ｄａ、Ｄｂ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。
【００３５】
なお、第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（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Ｄａ、Ｄｂを求めるための指定期間、即ち第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（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Ｉａ、Ｉｂ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Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）を求めるための指定期間と、第１及び第２偏差Ｄａ、Ｄｂ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。
【００３６】
次に、指定期間後（１５０秒以降）において、プラズマ中のＣＦ系ラジカル及び一酸化炭素の発光強度Ｉａ、Ｉｂと第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）の値との夫々の比を表す第１及び第２中間式、例えばＩａ／Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）を求める。更に、第１及び第２偏差Ｄａ、Ｄｂ相互間の相違が小さくなるように補正係数αにより重みつけ補正した状態の、第１及び第２中間式Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）の値の比を表す判定式、例えば、
［Ｉａ／Ｆａ（ｘ）］／｛α［Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）−１］＋１｝ ・・・｛１｝
を求める。
【００３７】
そして、この判定式に基づいてエッチング処理の終点を決定し、判定部６７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６７からの終了信号により、ドライエッチング装置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。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エッチングのための所定時間が経過した時点をエッチング処理の終点とすることができる。
【００３８】
また、指定期間後（１５０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ＣＦ系ラジカル及び一酸化炭素の発光強度Ｉａ、Ｉｂと第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）の値との夫々の差を表す式、例えばＩａ−Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ−Ｆｂ（ｘ）とすることができる。この場合、更に、第１及び第２偏差Ｄａ、Ｄｂ相互間の相違が小さくなるように補正係数αにより重みつけ補正した状態の、第１及び第２中間式Ｉａ−Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ−Ｆｂ（ｘ）の値の比を表す判定式、例えば、
［Ｉａ−Ｆａ（ｘ）＋Ｍ］／｛α［Ｉｂ−Ｆｂ（ｘ）］＋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エッチング処理の終点を決定し、エッチング処理を終了するようにドライエッチング装置１を制御する。
【００３９】
［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エハを被処理体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ッ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ＣＨＦ_３を６０ＳＣＣＭ、ＣＦ_４を６０ＳＣＣＭ及びアルゴンガスを８００ＳＣＣＭで真空チャンバ内に導入し、７５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦ１３．５６ＭＨｚ、６００Ｗ、ウエハ温度−２５℃とした。エッチング処理中、２５５ｎｍ或いは２７１ｎｍのスペクトルの発光強度をＣＦ系ラジカルの発光強度とし、２１９ｎｍのスペ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６０秒から１５０秒とし、第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（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−ｘ０）／Ｔ）}を使用した。
【００４０】
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、エッチング処理の開始から１４０秒後における値を１．０として規格化した値を示す。また、＃Ｉａ、＃Ｉｂは、エッチング処理の全期間に亘るＣＦ系ラジカル及び一酸化炭素の発光強度Ｉａ、Ｉｂの経時的変化を表す特性曲線である。また、＃Ｆａ（ｘ）、＃Ｆｂ（ｘ）は、指定期間（６０秒から１５０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Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）に従って、エッチング処理の全期間に亘っ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＃Ｉａ、＃Ｉｂ、＃Ｆａ（ｘ）、＃Ｆｂ（ｘ）は左側の縦軸のスケールで画かれ、上側の曲線＃Ｉａ、＃Ｉｂ、＃Ｆａ（ｘ）、＃Ｆｂ（ｘ）は右側の縦軸のスケールに拡大したものである。
【００４１】
また、指定期間（６０秒から１５０秒）内における、第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）の値に対するＣＦ系ラジカル及び一酸化炭素の発光強度Ｉａ、Ｉｂの夫々の偏差を表す第１及び第２偏差Ｄａ、Ｄｂの比を補正係数αとして求めた。第１及び第２偏差Ｄａ、Ｄｂとして、標準偏差を使用した場合、Ｄａ／Ｄｂ＝α＝２．４８であり、偏差の最大値と最小値との差を使用した場合、Ｄａ／Ｄｂ＝α＝２．５であった。
【００４２】
図３は判定部６７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、＃Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、＃Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）は、第１及び第２中間式Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）の曲線を示す。＃［Ｉａ／Ｆａ（ｘ）］／｛α［Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）−１］＋１｝及び＃［Ｉａ／Ｆａ（ｘ）］／［Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）］は、前述の判定式｛１｝及び、その比較例の式、
［Ｉａ／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２．４８を使用している。
【００４３】
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、ニッチング処理の終点に近い２００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α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、エッ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。
【００４４】
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エッチング処理及びプラズマの発光強度の検出を行なった。
【００４５】
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＃４０−１５０、＃９０−１２０、＃６０−１５０、＃６０−１２０、＃６０−９０は、指定期間を夫々４０秒から１５０秒、９０秒から１２０秒、６０秒から１５０秒、６０秒から１２０秒、６０秒から９０秒とした時、判定式｛１｝で表される線を示す。
【００４６】
上述の実施の形態においては、エッチャント及び反応生成物の２種類のガスを観察対象としてエッチング処理の終点を決定している。しかし、本発明は、エッ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、ＡＰＣ（オートプレッシャコントローラ）の開度やマッ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。
【００４７】
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Ｄａ、Ｄｂ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。
【００４８】
先ず、上述の第１及び第２偏差Ｄａ、Ｄｂ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。
【００４９】
本実施の形態においては、先ず、先の実施の形態と同様に、プラズマ処理即ちエッチング処理の開始に先立ち、エ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Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（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。
【００５０】
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、エッチング処理の終点を決定する。
【００５１】
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Ｉａ、Ｉｂ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Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）を、第１及び第２基準式に基づいて求める。
【００５２】
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Ｉａ、Ｉｂと第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）の値との夫々の比を表す第１及び第２中間式、例えばＩａ／Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）を求める。更に、第１及び第２中間式Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）の値の比を表す判定式、例えば、［Ｉａ／Ｆａ（ｘ）］／［Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）］を求める。
【００５３】
そして、この判定式に基づいてエッチング処理の終点を決定し、エッ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。
【００５４】
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Ｉａ、Ｉｂと第１及び第２近似式Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）の値との夫々の差を表す式、例えばＩａ−Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ−Ｆｂ（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、［Ｉａ−Ｆａ（ｘ）＋Ｍ］／［Ｉｂ−Ｆｂ（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。
【００５５】
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、＃Ｉａ、＃Ｉｂ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Ｉａ、Ｉｂの経時的変化を表す特性曲線である。例えば、発光強度Ｉａ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Ｉｂ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、＃Ｆａ（ｘ）、＃Ｆｂ（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Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（ｘ）に従って算出した近似曲線である。
【００５６】
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、＃Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、＃Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）は、第１及び第２中間式Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）の曲線を示す。＃［Ｉａ／Ｆａ（ｘ）］／［Ｉｂ／Ｆｂ（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＃［Ｉａ／Ｆａ（ｘ）］／［Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）］は、第１及び第２中間式Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ／Ｆｂ（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。
【００５７】
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。
【００５８】
本実施の形態においては、先ず、先の実施の形態と同様に、プラズマ処理即ちエッチング処理の開始に先立ち、エ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Ｆａ（ｘ）を求めるための基準式を決め、これを制御部に入力設定する。
【００５９】
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、エッチング処理の終点を決定する。
【００６０】
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Ｉａの経時的変化を表す特性曲線を近似する近似式Ｆａ（ｘ）を基準式に基づいて求める。
【００６１】
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Ｉａと近似式Ｆａ（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、Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、Ｆａ（ｘ）／Ｉａ、Ｉａ−Ｆａ（ｘ）、若しくはＦａ（ｘ）−Ｉａで表される。
【００６２】
そして、この判定式に基づいてエッチング処理の終点を決定し、エッ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。
【００６３】
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、＃Ｉａ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Ｉａの経時的変化を表す特性曲線である。また、＃Ｆａ（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Ｆａ（ｘ）に従って算出した近似曲線である。
【００６４】
図８は本実施の形態の判定式により表される曲線＃Ｉａ／Ｆａ（ｘ）を示す。図８図示の如く、判定式の曲線＃Ｉａ／Ｆａ（ｘ）は、発光強度Ｉａ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。
【００６５】
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エッチングのための所定時間が経過した時点をエッチング処理の終点とすることができる。
【００６６】
上述の３つの実施の形態においては、ウエハＷに対してエッチング処理を施すエッチング装置を例に挙げて説明している。しかし、本発明は、例えばアッ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、ウエハＷに変えて、例えばＬＣＤ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。
【００６７】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る方法を実施するためのドライエッチング装置を示す図。
【図２】 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】 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】 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】 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】 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】 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デルを示すグラフ。
【図８】 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グラフ。

Claims (17)

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、
   を具備する方法。
2. 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に記載の方法。
3. 前記第１及び第２指定期間は同一の期間である請求項１に記載の方法。
4. 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に記載の方法。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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７に記載の方法。
9. 前記第１及び第２近似式が夫々Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（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Ｉａ、Ｉｂ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Ｉａ／Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）で、前記判定式は［Ｉａ／Ｆａ（ｘ）］と｛α［Ｉｂ／Ｆｂ（ｘ）−１］＋１｝との比で表される請求項８に記載の方法。
10. 前記第１及び第２近似式が夫々Ｆａ（ｘ）、Ｆｂ（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Ｉａ、Ｉｂ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Ｉａ−Ｆａ（ｘ）、Ｉｂ−Ｆｂ（ｘ）で、前記判定式は［Ｉａ−Ｆａ（ｘ）＋Ｍ］と｛α［Ｉｂ−Ｆｂ（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８に記載の方法。
11. 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７に記載の方法。
12. 前記第１及び第２偏差は夫々標準偏差からなる請求項７に記載の方法。
13. 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７に記載の方法。
14. 前記第１乃至第４指定期間は同一の期間である請求項７に記載の方法。
15. 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７に記載の方法。
16. 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７に記載の方法。
17. 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７に記載の方法。

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