JPH0611037B2

JPH0611037B2 - エッチング終点判定方法

Info

Publication number: JPH0611037B2
Application number: JP12381087A
Authority: JP
Inventors: 恒彦坪根; 義直川崎; 哲徳加治; 正治西海; 達夫師井; 良二濱崎; 啓司多田; 仁昭佐藤; 温司伊藤; 祥二幾原; 剛吉田
Original assignee: Hitachi Techno Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPS63289934A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はエッチング終点判定方法に係り、特にプラズマ
発生手段とバイアス印加手段とが別手段となっているも
のに好適なエッチング終点判定方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

発光分光法によりエッチングの終点を検出する従来の方
法としては、単一の波長を監視する方法と、特公昭５７
−１２５２９号に記載のようにエッチングの進行に伴い
発光強度の変化する波長と、エッチングの進行と無関係
に常時同一強度である波長との２波長を使用する２波長
比較方式とがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

エッチングの終点判定を行う際の問題として、エッチン
グ処理が進み処理枚数が増加するに伴って、採光する発
光スペクトル強度（以下、「発光強度」と呼ぶ。）が低
下するという現象があり、このため終点判定の再現性が
悪くなるという問題がある。

この現象は、エッチング処理中のプロセスガスと被エッ
チング材やレジストの成分とが反応し反応生成物を生成
して、これが処理室内に付着しプラズマ光採光部にも付
着して、処理室内での発光強度が同一でも光電変換器に
取り込まれる発光光量が減衰してしまうので、処理枚数
の増加に伴って発光強度が減少するものである。

上記従来技術の単一波長を使用した前者の終点判定方法
では、発光強度を光電変換した後の電気信号をどの位増
幅するかが不明であり、増幅器のオフセットおよびゲイ
ンを処理枚数の増加に伴い、前回のデータを基に手動で
再調整する必要があった。

また、２波長を用いた後者の終点判定方法は、エッチン
グの進行に伴い発光強度が変化する波長と変化しない波
長との２波長を検出し、変化しない波長の発生強度に対
する変化する波長の発光強度の割り合いを求めて測定値
を補正し、終点判定を行なうことができるので、有効な
手段となる。しかし、この方法では２波長の発光強度を
測定する必要があり、このため分光器、光電変換器およ
び増幅器等が二組必要となり、高価になるという問題が
あった。

本発明の目的は、安価で再現性の良い終点判定を行なう
ことのできるエッチング終点判定方法を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、試料のエッチングに用いる処理ガスをプラ
ズマ化し、処理室内でのプラズマの発光強度を測定する
工程と、試料を配置した試料台にバイアスを印加し、バ
イアスを印加したときのプラズマの発光強度を測定する
工程とを有し、測定した２点の発光強度を用いて補正値
を求め、エッチング中に測定するプラズマの発光強度を
補正し、補正した発光強度によってエッチング終点を判
定することにより、達成される。

〔作用〕

処理ガスを単にプラズマ化した状態におけるエッチング
はラジカル主体の反応性エッチングとなり、この間の発
光強度はある程度低い値で一定する。次に、試料台にバ
イアスを印加するとプラズマ中のイオンが試料に入射さ
れ、イオンを主体としたスパッタエッチングとなって、
この間の発光強度はある程度高い値で一定する。これら
の関係は処理枚数が増加しても変わらないので、採光し
た発光強度が減少しても、単にプラズマ化したときの発
光強度を基にバイアスを印加したときの発光強度の減少
量が求められ、また、これから補正値を算出して、採光
した発光強度を補正して当初の発光強度と同じ発光強度
に合わせることができるので、安価で再現性の良い終点
判定が行なえる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第３図により説明
する。

第１図はプラズマエッチング装置の一例を示し、この場
合は、マイクロ波を用いたマイクロ波プラズマ処理装置
を示す。処理室１の上部開口部には放電管２を設け、処
理室１内には処理室１の下面を貫通して試料台３を設け
ている。試料台３は絶縁材を介して処理室１の底部に取
り付けてあり、バイアス印加手段、この場合、高周波電
流４が接続してある。また、試料台３の上面には図示し
ない搬送手段によって試料であるウェハが配置され、搬
入出されるようになっている。処理室１内にはエッチン
グ処理を行なうための処理ガスがガス供給装置５から供
給され、処理後の排ガスは図示しない排気装置に接続さ
れた排気口６から排出され、処理室１内が所定の圧力に
減圧保持されるようになっている。

放電管２の外側には導波管７が設けてあり、導波管７の
他端にはマグネトロン８が設けてある。また、放電管２
に対向し導波管７の外側には磁場発生手段であるコイル
９が設置してある。

放電管２の側部には採光部を設け、光電変換器10が取り
付けてある。光電変換器10からの信号は制御部11の前後
増幅器12に送られ、一方はそのまま信号切換器（アナロ
グスイッチ）15，Ａ／Ｄ変換器16を介して制御装置17に
取り込まれ、他方はオフセット加算器13，ゲインアンプ
14，信号切換器15，Ａ／Ｄ変換器16を介して制御装置17
に取り込まれる。制御装置17からはＤ／Ａ変換器18を介
してゲインアンプ14，オフセット加算器13およびペンレ
コーダ19にそれぞれの信号が送られ、また、制御装置17
からはマグネトロン８用の電源，コイル９用の電源およ
び高周波電源４にそれぞれ信号が送られコントロールさ
れる。

上記構成の装置において、試料台３上面にウェハを配
し、処理室１内を真空排気するとともにガス供給装置８
によって処理ガスを供給し所定圧力に維持した状態で、
まず、制御装置17によってマグネトロン８とコイル９を
作動させ、電磁界を作用させて、放電管２内に処理ガス
のプラズマを発生させる。このときのプラズマにはバイ
アスが印加されておらず、ラジカル主体の反応性エッチ
ングとなり、ウェハのエッチングはあまり進行せず、第
２図の実線で示した入力波形Ｖ₀のＡ部のようにある程
度低い値で一定する。ここで、第２図に示した実線の入
力波形Ｖ₀は前段増幅器12から出た信号をそのままペン
レコーダに出力した波形で、時間ｔ₁の点でマグネトロ
ン８およびコイル９を作動させ、時間ｔ₂の点での発光
強度がａ₀となっている。

次に、制御装置17によって高周波電源４を作動させ、試
料台３にバイアスを印加する。これにより、プラズマ中
のイオンが試料台３側に引き寄せられ、イオンを主体と
したスパッタエッチングが行なわれ、ウェハのエッチン
グが活発になり、第２図の実線で示した入力波形Ｖ₀の
Ｂの部のようにある程度高い値で一定する。ここで、第
２図に示す時間ｔ₃の点で高周波電源４を作動させ、時
間ｔ₄の点での発光強度がｂ₀となっている。

この状態で、さらにウェハのエッチングが進行しほぼエ
ッチングが終了すると、第２図の実線で示した入力波形
Ｖ₀のＣ部のように発光強度が低下する。

なお、このようにプラズマの発生とバイアスの印加をそ
れぞれ別工程で行なうようにしているものにおいては、
第２図に示すＡ部での発光強度とＣ部での発光強度とは
ほぼ同じ程度の発光強度になることが、本発明者らの実
験により確かめられた。これは、Ａ部においてはラジカ
ル主体であまりエッチングが進行せず、Ｃ部においては
エッチングが終了し同じくエッチングが進行しないので
同じような発光状態になるためと考えられる。

このことから、Ａ部とＢ部との発光強度の差と、Ｂ部と
Ｃ部との発光強度との差とがほぼ同程度であるため、発
光強度ａ₀とｂ₀との間を許容し得る範囲内で最大に増幅
すれば、エッチング中（Ｂ部）とエッチング終了時（Ｃ
部）との発光強度の差を大きく拡大して表わせるので、
エッチング終点を検出しやすくできる。

このときの入力波形Ｖ₀の増幅は、例えば、次のように
行なう。まず、第２図の二点鎖線で示した補正波形Ｖ₂
のＡ部およびＢ部の発光強度ａ₁およびｂ₁の値を設定し
（サンプルをエッチング処理して、このときの入力波形
Ｖ₀をマニュアルで補正し設定する。）、例えば、信号
処理回路のレンジが０〜１０Ｖの場合はａ₁として０〜
５Ｖ、ｂ₁として５〜９Ｖを設定、さらに具体的にはａ₁
を２Ｖ、ａ₁とｂ₁との差を６Ｖにする。ただし、ａ₁と
ｂ₁との差が６Ｖあっても、終点時の値が０Ｖ以下にな
らないように調整する。

次に、入力波形Ｖ₀を補正し補正波形Ｖ₂とするための補
正値、すなわち、オフセット値およびゲイン値を算出す
る。まず、補正波形Ｖ₂は次式で表わされる。

Ｖ₂＝（Ｖ₀−Ｖ₁）・Ｇ ……………(1) ここで、Ｖ₁はオフセット値，Ｇはゲイン値である。ゲ
イン値Ｇおよびオフセット値Ｖ₁は(2)，(3)式により求
める。

このように、ウェハの処理ごとにゲイン値Ｇおよびオフ
セット値Ｖ₁を求め、処理ごとに発光強度が減少する入
力波形Ｖ₀を補正することにより、常に当初と同じ補正
波形Ｖ₂が得られる。

これらの処理を含め、第１図の装置がエッチング終点判
定を行なうフローを第３図により説明する。

まず、試料台３にアンプルウェハを配置して、プラズマ
の発生，バイアス印加を順次行ない、そのときオフセッ
ト加算器13およびゲインアンプ14を介した信号が出力さ
れるペンレコーダ19を見ながら、オフセット加算器13お
よびゲインアンプ14をマニュアル操作して、採光した発
光の入力波形を増幅し補正波形Ｖ₂を設定し（これをス
テップ２０に示す。）、時間ｔ₂およびｔ₄後の発光強度
値ａ₁およびｂ₁を制御装置17内の記憶装置い記憶させて
おく（これをステップ２１に示す。）。

次に、正式に処理するウェハを試料台３に配置し、マグ
ネトロン８およびコイル９からの電磁界により放電管２
内にプラズマを発生させ（これをステップ２２に示
す。）、そのときのプラズマ光を光電変換器10に取り込
み、前段増幅器12によってある程度増幅した信号（入力
波形Ｖ₀）を直接制御装置17に取り込み、時間ｔ₂後の発
光強度ａ₀の値を記憶させておく（これをステップ２３
に示す。）。次に高周波電源４によって試料台３にバイ
アス電圧を印加し（これをステップ２４に示す。）、本
格的なエッチング処理を開始する。このときのプラズマ
光を前記同様に光電変換器10を介して制御装置17に取り
込み、時間ｔ₄後の発光強度ｂ₀の値を記憶する（これを
ステップ２５に示す。）。

次に、制御装置17の記憶装置に記憶したこれらの発光強
度値ａ₁，ｂ₁，ａ₀，ｂ₀を基に、制御装置17の演算部で
オフセット値Ｖ₁およびゲイン値Ｇを算出し（これをス
テップ２６に示す。）、制御装置17によってオフセット
加算器13およびゲインアンプ14をそれぞれ算出した値で
補正する（これをステップ２７に示す。）。

次に、このようにオフセット加算器13およびゲインアン
プ14によって初期の補正波形Ｖ₂と同じに補正された信
号を制御装置17に取り込み、制御装置17によってこの信
号を基に公知の終点検出方法を用いてエッチングの終点
判定を行なう（これをステップ２８に示す。）。

終点判定が終わり、制御装置17によってマグネトロン
８，コイル９および高周波電源４の作動が停止された
後、処理されたウェハが処理室１内から搬出され、また
次に新しいウェハの処理がある場合にはステップ２２に
戻り、ない場合には終わる（これをステップ２９に示
す。）。

以上、本一実施例によれば、簡単な構成の装置により簡
単な方法で、初期設定時に補正した波形と同じ波形のも
のを、毎回の処理毎に得ることができるので、安価な再
現性の良い終点判定を行なうことができるという効果が
ある。また、これにより、同一プロセス中のウェハの品
質を均一にすることができる。

なお、本一実施例ではエッチング時の光量が増加する場
合について述べたが、逆にエッチング時の光量が減少す
るものであっても良い。

また、本一実施例ではバイアス印加の前後、すなわち、
時間ｔ₂，ｔ₄における入力波形Ｖ₀の発光強度ａ₀，ｂ₀
の差を求め、これを当初、すなわち、第３図で示したス
テップ２０の初期設定によって補正した補正波形Ｖ₂の
ときの発光強度ａ₁，ｂ₁の差と比べて補正のためのゲイ
ン値を算出するようにしているが、当初、すなわち、初
期設定時の補正前の入力波形Ｖ₀と以後の処理時、すな
わち、ｎ枚目の処理時の補正前の入力波形Ｖ₀ｎとのバ
イアス印加前の時間ｔ₂における発光強度ａ₀，ａ₀ｎを
比較し、減衰率ｘ＝ａ₀ｎ／ａ₀を算出して、当初のゲイ
ン値をｎ枚目の処理時におけるゲイン値Ｇｎ（Ｇｎ＝Ｇ
／ｘ）に補正し、見掛け上バイアス印加前の発光強度が
設定値、すなわち、初期設定時に補正した補正波形Ｖ₂
と同じになるようにオフセット値Ｖ₁ｎ（Ｖ₁ｎ＝（(a₀n
+b₀n)／２）−（(a₁+b₁)／２・Ｇｎ））を補正（実際に
は時間ｔ₄までは前回の補正値のままとなり、時間ｔ₄か
ら新たな補正値となる）するようにしても良い。

さらに、本一実施例は処理室１部に直接プラズマが発生
するマイクロ波プラズマ処理装置について述べたが、プ
ラズマは別室で発生させ処理室に移送するものであって
も良いし、また、マイクロ波によるプラズマ発生でな
く、光励起等のバイアスが同時に発生しないものであれ
ば適用可能なことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラズマ発生手段とバイアス印加手段
とが別手段となっているものにおいて、安価で再現性の
良い終点判定を行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるエッチング終点判定方
法を実行するための装置を示す構成図、第２図は光電変
換器を介して取り入れた波光強度の時間的変化を示す波
形図、第３図は第１図の作用を示すフローチャート図で
ある。１……処理室、４……高周波電源、８……マグネトロ
ン、９……コイル、10……光電変換器、13……オフセッ
ト加算器、14……ゲインアンプ、17……制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加治哲徳山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者西海正治山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者師井達夫山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者濱崎良二山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者多田啓司山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者佐藤仁昭山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者伊藤温司茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者幾原祥二山口県下松市大字東豊井794番地日立テクノエンジニアリング株式会社笠戸事業所内 (72)発明者吉田剛山口県下松市大字東豊井794番地日立テクノエンジニアリング株式会社笠戸事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料のエッチングに用いる処理ガスをプラ
ズマ化し、処理室内での該プラズマの発光強度を測定す
る工程と、前記試料を配置した試料台にバイアスを印加し、該バイ
アスを印加したときの前記プラズマの発光強度を測定す
る工程とを有し、前記測定した２点の発光強度を用いて補正値を求め、前
記エッチング中に測定するプラズマの発光強度を補正
し、該補正した発光強度によってエッチング終点を判定
するようにしたことを特徴とするエッチング終点判定方
法。
【請求項２】前記測定した２点の発光強度が設定したそ
れぞれの値となるように補正値を算出する特許請求の範
囲第１項記載のエッチング終点判定方法。