JPH10294305A

JPH10294305A - 半導体製造方法及び装置

Info

Publication number: JPH10294305A
Application number: JP10131897A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nakada; 俊彦中田; Hideaki Sasazawa; 秀明笹澤; Hide Kobayashi; 秀小林; Takashi Kamimura; 隆上村; Mitsuhiro Morita; 光洋森田; Takashi Yamada; 孝山田; Yoichiro Tamiya; 洋一郎田宮; Shinya Okane; 信哉大金
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ密度の分布状況によってはエッチング
速度が大きくばらつき、エッチング速度の速い領域から
の発光の変化を捉えて終点判定を行う可能性があり、そ
の場合はエッチング速度の遅い領域において膜残りが生
じてしまうという課題があった。【解決手段】ウェハ上の任意の１点もしくは複数点での
プラズマ発光をほぼ同時に計測し、その中からエッチン
グ反応をより正確に反映した位置での検出信号を選択
し、終点判定を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造方法及
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置を始めとして、プラズマ
を用いた処理が半導体製造工程や液晶表示装置用基板製
造工程に広く適用されている。

【０００３】図２０に示すプラズマエッチング装置を例
にとり、従来の技術について説明する。このエッチング
装置では、高周波電源５からの高電圧を、処理室１内に
互いに平行に配置した上部電極２と下部電極３との間に
印加し、両電極間での放電によりエッチング用ガスから
プラズマ６を発生させ、その活性種で被処理体としての
半導体ウェハ４をエッチングする。エッチング処理に際
しては、エッチングの進行状況を監視し、その終点をで
きるだけ正確に検出して、所定のパターン形状及び深さ
だけエッチング処理を行うようにしている。

【０００４】従来から、エッチングの終点を検出する方
法には、分光分析、質量分析等の手法が用いられてお
り、中でも特開平６−２８２５２号公報に示されるよう
に、装置が簡便で感度の高い分光分析が広く用いられて
いる。具体的には、エッチング用ガス、その分解生成物
または反応生成物等のラジカルやイオン等の活性種のう
ち特定の活性種を選択し、選択された活性種の発光スペ
クトルの発光強度を測定する。即ち、図２０において、
プラズマからの発光８を窓７を通してモノクロメータ等
の分光器９で分光し、所望の波長の発光成分１０だけを
取り出す。この発光成分１０はホトマル等の光電変換素
子１１で受光されて電気信号に変換され、アンプ１２で
増幅された後、終点判定ユニット１３に送られる。終点
判定ユニット１３では、図２２に示すように発光強度の
時間変化１５を観測していき、変化点での発光強度やそ
の１次微分値、あるいは２次微分値等を予め設定してお
いた閾値Ｓと比較することにより、エッチングの終点位
置Ｅが決定される。終点が検出されると、電源制御装置
１４により、高周波電源５の出力を停止する。

【０００５】選択する活性種はエッチング用ガスの種類
により異なる。例えば、ＣＦ等のフルオロカーボン系
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からの発
光スペクトル（２１９ｎｍまたは４８３．５ｎｍ等）、
あるいは、中間生成物であるＣＦからの発光スペクト
ル（２６０ｎｍ等）を測定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、簡単な構成にしてエッチングの終点を求めることが
できる。しかし、半導体の回路パターンの微細化に伴
い、エッチングされる部分の総面積が小さくなり、反応
生成物の絶対量が低下してしまう。その結果、図２２に
一点鎖線１６で示すように、発光強度そのものが低下す
るとともに終点位置での発光強度の変化量が大幅に低下
し、かつ波形が大きく鈍ってしまい、終点位置の判定が
困難になる。また、従来技術においては、図２１に示す
ように、反応生成物もしくは中間生成物からの発光をウ
ェハ全面に亘って検出していたため（図中斜線部分）、
被加工膜厚の面内ばらつきによって、あるいは、エッチ
ング速度の速い中央部分と、エッチング速度の遅い周辺
部分の情報が重畳されることによって、終点時の波形が
鈍ってしまい、上述の光量低下と併せ、終点判定が困難
になるという課題があった。また、結像レンズを用い
て、ウェハ上の特定領域からの発光を捉える方法も提案
されているが、プラズマ密度の分布状況によってはエッ
チング速度が大きくばらつき、エッチング速度の速い領
域からの発光の変化を捉えて終点判定を行う可能性があ
り、その場合はエッチング速度の遅い領域において膜残
りが生じてしまうという課題があった。

【０００７】本発明の目的は、被処理パターンの微細化
やプラズマ密度分布、エッチング速度のばらつきの影響
を受けることなく、プラズマ処理の終点が常に安定かつ
高精度に検出可能な、半導体製造方法及び装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被処理体にプラズマを用いた処理を施す
際に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性
種の発光強度を前記被処理体上の少なくとも１点におい
てほぼ同時に検出し、該複数点での該発光強度の時間変
化をほぼ同時に観測するものである。

【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
は、被処理体にプラズマを用いた処理を施す際に、前記
プラズマ中において特定波長で発光する活性種の発光強
度を前記被処理体上の少なくとも１点においてほぼ同時
に検出し、該検出信号の中から被処理体上の特定位置で
の検出信号を選択し、該検出信号に基づいてプラズマ処
理の終点を求めるものである。

【００１０】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記特定位置は、プラズマ処理反応が上記発光強度
により正確に反映された位置とするものである。

【００１１】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記特定位置は、プラズマ処理速度の最も遅い位置
とするものである。

【００１２】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記特定位置は、プラズマ処理速度のばらつきの最
も小さい位置とするものである。

【００１３】また、上記目的を達成するために、本発明
は、被処理体にプラズマを用いた処理を施す際に、前記
プラズマ中において特定波長で発光する活性種の発光強
度を、プラズマ処理反応をより正確に反映した被処理体
上の位置で検出し、該検出信号に基づいてプラズマ処理
の終点を求めるものである。

【００１４】また、上記目的を達成するために、本発明
は、被処理体にプラズマを用いた処理を施す際に、前記
プラズマ中において特定波長で発光する活性種の発光強
度を前記被処理体上の少なくとも１点においてほぼ同時
に検出し、該複数点での該発光強度の時間変化をほぼ同
時に観測し、該観測結果に基づき、プラズマ処理装置、
あるいはプラズマ処理以前の処理装置の診断を実施する
ものである。

【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記活性種は、前記プラズマ処理によって生じる反
応生成物もしくはプラズマ処理に使用される反応ガスも
しくは分解生成物とするものである。

【００１６】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記特定波長は概ね２１９ｎｍ、もしくは２６０ｎ
ｍとするものである。

【００１７】また、上記目的を達成するために、本発明
は装置の構成要件として、被処理体にプラズマを用いた
処理を施す際に、前記プラズマ中において特定波長で発
光する活性種の発光強度を前記被処理体上の少なくとも
１点においてほぼ同時に検出する発光検出手段と、該複
数点での該発光強度の時間変化をほぼ同時に観測する観
測手段を具備している。

【００１８】また、上記目的を達成するために、本発明
は、被処理体にプラズマを用いた処理を施す際に、前記
プラズマ中において特定波長で発光する活性種の発光強
度を前記被処理体上の少なくとも１点においてほぼ同時
に検出する発光検出手段と、該検出信号の中から被処理
体上の特定位置での検出信号を選択する信号選択手段
と、該検出信号に基づいてプラズマ処理の終点を求める
終点判定手段を具備している。

【００１９】また、上記目的を達成するために、本発明
は、被処理体にプラズマを用いた処理を施す際に、前記
プラズマ中において特定波長で発光する活性種の発光強
度を、プラズマ処理反応をより正確に反映した被処理体
上の位置で検出する発光検出手段と、該検出信号に基づ
いてプラズマ処理の終点を求める終点判定手段を具備し
ている。

【００２０】また、上記目的を達成するために、本発明
は、被処理体にプラズマを用いた処理を施す際に、前記
プラズマ中において特定波長で発光する活性種の発光強
度を前記被処理体上の少なくとも１点においてほぼ同時
に検出する発光検出手段と、該複数点での該発光強度の
時間変化をほぼ同時に観測する観測手段と、該観測結果
に基づき、プラズマ処理装置、あるいはプラズマ処理以
前の処理装置の診断を実施する装置診断手段を具備して
いる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１〜図１９に
基づいて説明する。

【００２２】まず、本発明の第１の実施例を図１〜図９
に基づいて説明する。図１は第１の実施例におけるエッ
チング終点検出装置を示すものである。本装置は、発光
検出光学系１０１、信号処理・判定系２０１から成る。

【００２３】エッチング装置は、本実施例では平行平板
形プラズマエッチング装置とした。シグナルジェネレー
タ２１からの高周波信号によりパワーアンプ２２の出力
電圧を変調し、この高周波電圧を分配器２３により分配
し、処理室（図省略）内に互いに平行に配置した上部電
極２と下部電極３との間に印加し、両電極間での放電に
よりエッチング用ガスからプラズマ（図省略）を発生さ
せ、その活性種で被処理体としての半導体ウェハ４をエ
ッチングする。高周波信号としては、例えば４００ｋＨ
ｚ程度の周波数が用いられる。

【００２４】発光検出光学系１０１では、プラズマから
の発光２４をガルバノミラー２５等の走査形ミラーで反
射させた後、石英レンズ２７によりモノクロメータ等の
分光器２８の入射端に結像させる。分光器２８では特定
の活性種の発光スペクトル成分が選択的に取り出され、
ホトマル等の光電変換素子２９で光電変換される。ＣＦ
等のフルオロカーボン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を例にとると、反
応生成物であるＣＯからの発光スペクトルを取り出す
場合は、２１９ｎｍまたは４８３．５ｎｍの波長成分
を、また、中間生成物であるＣＦからの発光スペクト
ルを取り出す場合には、２６０ｎｍの波長成分を検出す
る。もちろん、モノクロメータでなく干渉フィルタを使
用することも可能である。図２に示すように、プラズマ
発光領域中でウェハ４上のある一点８０ａと分光器２８
の入射端９０とが結像関係にある。ガルバノミラー２５
を駆動系２６により高速に回転走査することにより、８
０ａ〜８０ｅの各点からの発光２４ａ〜２４ｅを分光
器２８の入射端９０上に逐次結像させることができる。
すなわち、ウェハ上の複数点での発光をほぼ同時に検出
することが可能となる。図１に示すように、光電変換さ
れた発光信号は１００Ｈｚ程度の帯域を有するアンプ３
０により増幅され、ＡＤ変換器３１よりディジタル信号
に変換された後、終点判定・制御回路３２に送られる。
終点判定・制御回路３２では、図２２に示すように、信
号変化点での発光強度やその１次微分値、あるいは２次
微分値等を予め設定しておいた閾値Ｓと比較することに
より、ウェハ上の複数点でのエッチングの終点位置Ｅが
正確に決定される。閾値Ｓは、高周波電力、圧力等の装
置条件と、被加工膜の膜厚、材質、エッチングガス等の
プロセス条件に応じて設定される。終点が検出される
と、制御信号に基づきパワーアンプ２２の出力を停止す
る。終点判定・制御回路３２からは、図３に示すガルバ
ノミラー駆動信号３５がガルバノミラー駆動回路３３に
送られ、駆動系２６によりガルバノミラー２５を高速に
回転走査させる。Ａ１〜Ｅ１、Ａ２〜Ｅ２、・・・が各
々ウェハ上の各位置８０ａ〜８０ｅに対応している。図
４にＡＤ変換器３１からの出力信号３６を示す。出力信
号３６は終点判定・制御回路３２において、図５に示す
ように、逐次並べ変えが行われ、ウェハ上の各位置８０
ａ〜８０ｅでの発光の時系列信号Ａ１、Ａ２、Ａ３・・
・（３７）、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・（３８）、Ｃ１、
Ｃ２、Ｃ３・・・（３９）、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・
（４０）、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３・・・（４１）が得られ
る。尚、本実施例では、直径１５０ｍｍのウェハ上の５
点で測定を行うものとし、各位置８０ａ〜８０ｅは、各
々ウェハ中心から＋６５ｍｍ、＋３２．５ｍｍ、０ｍ
ｍ、−３２．５ｍｍ、−６５ｍｍに対応する。また、各
点でのガルバノミラー２５の停止時間、即ち発光検出時
間は移動時間を含めて２０ｍ秒とし、５点を０．１秒で
検出可能とした。これは、終点時の発光変化に十分追従
するものである。尚、測定位置、測定点数、検出時間、
及び終点判定を行う測定位置は、終点判定・制御回路３
２により、任意の設定が可能である。図６に５点での発
光強度の時間変化を示す。２番目の終点位置に着目する
と、図７に示すように、発光強度の減衰開始時間Ｓｔは
中央部（０ｍｍ）で早く、周辺部（±６５ｍｍ）で遅い
ことが、また、減衰終了時間は中央部、周辺部でほぼ一
致することが判る。つまり、中央部での検出信号は、エ
ッチング反応が早く進行する中央部と進行の遅い周辺部
の両者の発光変化が重畳されるのに対し、周辺部での検
出信号は、主として周辺部のみでの発光変化を反映して
いる。従って、図７より、終点判定には中央部よりも周
辺部、例えば直径１５０ｍｍウェハの場合、周辺から半
径の約１／３以内の＋６５ｍｍ付近での発光信号の強度
変化から終点を求める方がエッチングの進行状況がより
正確に捉えられ、終点での信号変化が明瞭になり、微小
開口パターンのエッチング終点検出精度が向上し、エッ
チング不足による膜残り等の発生を防ぐことが可能とな
る。あらかじめ、図７の分布を、実験的あるいは計算機
シミュレーションにより求めておき、実際のエッチング
の際には、ガルバノミラー２５を走査することなく、エ
ッチング反応を反映した位置に固定してこの位置のみの
発光を捉えるという方法ももちろん可能である。

【００２５】このように、本実施例によれば、ウェハ上
の任意の１点もしくは複数点でのプラズマ発光をほぼ同
時に計測し、その中から、エッチング反応をより正確に
反映した位置での検出信号を選択し、終点判定を実行す
ることにより、微小開口パターンでの終点判定精度が向
上する。その結果、エッチング不足による膜残りや、オ
ーバエッチングによる下地膜のけずれが低減する。これ
により、ホトリソグラフィ工程中のエッチング起因の不
良を低減することが可能となり、高品質の半導体素子の
製造が可能となる。

【００２６】一方、図６において、発光強度が、０ｍ
ｍ、±３２．５ｍｍ、±６５ｍｍの順に低下しているの
は、周辺部を通過する光のけられや、光路長の長さに依
存するものである。図８に示すようにこの発光強度分布
の逆数の透過特性データ４３を、あらかじめ図１中の参
照テーブル３４に格納しておけば、このデータに基づい
て、検出された発光強度分布を補正することが可能であ
る。図９に補正後の各位置での発光強度の時間変化を示
す。

【００２７】補正後の各位置での発光強度のばらつきは
プラズマ密度のばらつきを、また、終点位置のばらつき
はプラズマ密度のばらつきに基づくエッチング速度のば
らつきを表している。従って、二つのばらつきを常時モ
ニタリングすることにより、エッチング装置のプラズマ
状態、また、被加工膜の膜厚ばらつきを把握することが
できる。

【００２８】この考えに基づく本発明の第２の実施例を
図１０に示す。本実施例では、先に述べた第１の実施例
に基づく発光検出光学系１０１と信号処理・判定系２０
１から成るエッチング終点検出装置を半導体製造ライン
のホトリソグラフィ工程に導入する。図１０に示すよう
に、まず、膜付け装置４０１により、半導体ウェハ上に
シリコン酸化膜等の被加工膜が形成される。次に、レジ
スト塗布装置４０２によりレジストが塗布され、露光装
置４０３により、レチクルやマスク上の所望の回路パタ
ーンが転写される。露光された半導体ウェハは、現像装
置４０４で転写パターンに対応したレジスト部が除去さ
れる。エッチング装置４０５では、このレジストパター
ンをマスクとしてレジスト除去部の被加工膜がエッチン
グされる。エッチング中に生じる反応生成物の発光スペ
クトルは発光検出光学系１０１で検出され、発光強度信
号は常時、信号処理・判定系２０１に送られ、エッチン
グ終点が検出されると、制御信号に基づきエッチング装
置４０５のプラズマ出力を停止する。エッチング終了後
の半導体ウェハはアッシング装置４０６に送られ、レジ
ストが除去された後、洗浄装置４０７により洗浄され
る。

【００２９】今、図９において、５点での発光強度のば
らつきと終点位置のばらつきが共に生じている場合はプ
ラズマ密度にばらつきが生じていると判断され、矢印４
０８で示すように、エッチング装置４０５のクリーニン
グ等のメインテナンスを実施する。一方、発光強度には
ばらつきがなく、終点位置にのみばらつきがある場合
は、被加工膜の面内ばらつきが生じていると判断され、
矢印４０９で示すように、膜付け装置４０１のメインテ
ナンス、異常チェック作業を実施する。

【００３０】本実施例によれば、エッチング装置や膜付
け装置の不具合を早期に発見することができ、不良製品
の発生防止と歩留まりの向上を図ることが可能である。
また、ホトリソグラフィ工程中のエッチング装置に、先
に述べた実施例に基づく発光検出光学系１０１と信号処
理・判定系２０１から成るエッチング終点検出装置を用
いることにより、エッチング終点検出精度が向上し、エ
ッチング不足による膜残りや、オーバエッチングによる
下地膜のけずれが低減する。これにより、ホトリソグラ
フィ工程中のエッチング起因の不良を低減することが可
能となり、高品質の半導体素子の製造が可能となる。

【００３１】また、パターン開口率が１％あるいはそれ
以下の微小なコンタクトホールのエッチングでは、現
状、終点検出が困難なため、エッチング途中でエッチレ
ートと残膜厚を測定し、残りのエッチングを時間管理で
終了させている。このように、エッチング途中で余分な
先行作業が入るため、エッチング工程のスループットが
低下していた。しかし、本実施例によれば、常に高い精
度で終点検出が可能となるため、このような先行作業が
不要となり、エッチング工程の生産性が向上し、製造ラ
イン全体の自動化も可能となる。

【００３２】本発明の第３の実施例を図１１に基づいて
説明する。図１１は第３の実施例におけるエッチング終
点検出装置を示すものである。本装置は、発光検出光学
系１０１、信号処理・判定系２０２から成るが、発光検
出光学系１０１は第１の実施例と構成、機能が全く同じ
であるので、説明を省略する。第１の実施例では、４０
０ｋＨｚの周波数で励起された反応生成物の発光は、信
号処理・判定系２０１において１００Ｈｚ程度の帯域を
有するアンプ３０により増幅されるため、直流成分とし
て検出されていた。これに対し、本実施例では、アンプ
５０は１ＭＨｚの帯域を有しており、その出力信号をロ
ックインアンプ５１に入力し、シグナルジェネレータ２
１からの４００ｋＨｚの高周波信号を参照信号として、
同期検波により発光信号の中から、４００ｋＨｚの周波
数成分のみを抽出する。ロックインアンプ５１からの
出力信号はＡＤ変換器３１よりディジタル信号に変換さ
れた後、終点判定・制御回路３２に送られる。終点判定
・制御回路３２では、第１の実施例と同様、図２２に示
すように、信号変化点での発光強度やその１次微分値、
あるいは２次微分値等を予め設定しておいた閾値Ｓと比
較することにより、エッチングの終点位置Ｅが正確に決
定される。

【００３３】エッチング反応及び反応生成物の発光はプ
ラズマ励起用の高周波電力に同期していると考えられ
る。従って、本実施例によれば、第１の実施例と同様の
効果が得られるだけでなく、反応生成物の発光波長成分
の中から、この高周波電力と同期した周波数成分のみを
抽出することにより、エッチングの進行状況がより正確
に捉えられ、終点での信号変化が明瞭になり、微小開口
パターンのエッチング終点検出精度が向上する。

【００３４】また、本実施例では、反応生成物の発光波
長成分の中から、高周波電力と同期した周波数成分のみ
を抽出しているので、ゆるやかなプラズマ発光の変動や
不要な周波数成分の影響を受けにくく、発光強度信号の
ＳＮ比が向上する。

【００３５】本発明の第４の実施例を図１２〜図１６に
基づいて説明する。図１２及び図１３は第４の実施例に
おけるエッチング終点検出装置を示すものである。図１
２は装置の平面図、図１３は側面図を示す。本装置は、
発光検出光学系１０２、信号処理・判定系２０３から成
る。エッチング装置は第１の実施例と同様、平行平板形
プラズマエッチング装置とした。

【００３６】発光検出光学系１０２では、ピンホールカ
メラの原理に基づいて、プラズマからの発光をウェハ上
の連続する複数点で検出する。まず、石英窓５６、ピン
ホール５７を通して得られたプラズマからの発光５５を
石英シリンドリカルレンズ５９に入射させる。ピンホー
ル５７と石英シリンドリカルレンズ５９の焦点位置５８
とが一致しているため、石英シリンドリカルレンズレン
ズ５９通過後の発光は平行光となる。この平行光をスト
ライプ状の開口６１を有する絞り６０、光量補正フィル
タ６２を通した後、２次元回折格子６３に入射させる。
各位置での回折光は２次元個体撮像素子６４で検出され
る。撮像面７０上には、図１４（ａ）に示すように、ウ
ェハ面上の各位置での波長スペクトルが得られる。

【００３７】２次元個体撮像素子６４からの出力信号は
アンプ６５で増幅され、ＡＤ変換器６６でディジタルデ
ータに変換された後、終点判定・制御回路９５に送られ
る。終点判定・制御回路９５では、図１４（ａ）に示す
撮像面７０上で、例えば、水平方向に反応生成物ＣＯの
発光波長２１９ｎｍのラインを切り出すと、図１４
（ｂ）に示すような発光分布７１ａが得られる。尚、０
ｍｍ、±３２．５ｍｍ、±６５ｍｍの位置での発光強度
には黒丸で印を付けた（７３ａ〜７３ｅ）。一方、垂直
方向に＋３２．５ｍｍのラインを切り出すと、図１４
（ｃ）に示すような、波長スペクトル７２ａが得られ
る。

【００３８】また、図１４（ｂ）に示す反応生成物ＣＯ
の発光波長２１９ｎｍの発光分布７１ａの時間変化を測
定すれば、図１５に示すように各点での終点検出信号７
３ａｔ〜７３ｅｔが、また、同様に、図１６に示すよう
に例えば位置＋３２．５ｍｍでの波長スペクトル７２ａ
の時間変化が得られる。終点判定を行う場合には、図１
５に示す発光信号に対して、図２２に示すように、信号
変化点での発光強度やその１次微分値、あるいは２次微
分値等を予め設定しておいた閾値Ｓと比較することによ
り、ウェハ上の複数点でのエッチングの終点位置Ｅが正
確に決定される。閾値Ｓは、高周波電力、圧力等の装置
条件と、被加工膜の膜厚、材質、エッチングガス等のプ
ロセス条件に応じて設定される。終点が検出されると、
制御信号に基づきパワーアンプ２２の出力を停止する。

【００３９】また、第１の実施例と同様、図８に示す透
過特性データ４３を図１３に示すテーブル３４に格納し
ておく、あるいは発光検出光学系１０２の光路中に同じ
透過特性をもつ光量補正フィルタ６２を配置することに
より、図１４（ｂ）に示す発光強度分布７１ａを補正す
ることが可能である。

【００４０】本実施例によれば、第１の実施例と同様、
ウェハ上の任意の１点もしくは複数点でのプラズマ発光
をほぼ同時に計測し、その中から、エッチング反応をよ
り正確に反映した位置での検出信号を選択し、終点判定
を実行することにより、微小開口パターンでの終点判定
精度が向上する。その結果、エッチング不足による膜残
りや、オーバエッチングによる下地膜のけずれが低減す
る。これにより、ホトリソグラフィ工程中のエッチング
起因の不良を低減することが可能となり、高品質の半導
体素子の製造が可能となる。また、各位置での波長スペ
クトルの時間変化の測定も可能であり、エッチング中、
常時、プラズマやエッチングガスの状況を複数点でモニ
タリングすることが可能になる。また、連続する複数点
での測定が可能であるので、よりきめ細かな終点判定、
エッチングプロセスモニタリングが可能である。また、
本実施例を、第３の実施例と同様、発光信号の中からプ
ラズマ励起周波数と同期した周波数成分のみを抽出する
構成とすることも可能である。

【００４１】本発明の第５の実施例を図１７〜図１８に
基づいて説明する。図１７及び図１８は第５の実施例に
おけるエッチング終点検出装置を示すものである。図１
７は装置の平面図、図１８は側面図を示す。尚、本装置
の信号処理・判定系は第４の実施例と構成、機能が全く
同じであるので、説明を省略する。

【００４２】ウェハ上の連続する各点８１ａ〜８１ｅか
らの発光８２ａ〜８２ｅを、石英窓７１、絞り７２を通
して、石英レンズ７４により、７５ａ〜７５ｅの位置に
各々結像させる。絞り７２と石英レンズ７４の焦点位置
７３が一致しているため、この発光検出光学系１０３は
像側テレセントリック光学系となり、石英レンズ通過後
の各点から主光線は平行になる。これらの光を２次元結
像形回折格子７６に入射させる。各位置での回折光は２
次元個体撮像素子７７で検出される。撮像面７８上に
は、図１４（ａ）に示すように、ウェハ面上の各位置で
の波長スペクトルが得られる。

【００４３】２次元個体撮像素子７７からの出力信号は
アンプ７９で増幅され、信号処理・判定系へ送られる。
以降の処理と得られるデータは第４の実施例と全く同じ
である。

【００４４】本実施例によれば、第１の実施例と同様、
ウェハ上の任意の１点もしくは複数点でのプラズマ発光
をほぼ同時に計測し、その中から、エッチング反応をよ
り正確に反映した位置での検出信号を選択し、終点判定
を実行することにより、微小開口パターンでの終点判定
精度が向上する。その結果、エッチング不足による膜残
りや、オーバエッチングによる下地膜のけずれが低減す
る。これにより、ホトリソグラフィ工程中のエッチング
起因の不良を低減することが可能となり、高品質の半導
体素子の製造が可能となる。また、第４の実施例と同
様、各位置での波長スペクトルの時間変化の測定も可能
であり、エッチング中、常時、プラズマやエッチングガ
スの状況を複数点でモニタリングすることが可能にな
る。また、連続する複数点での測定が可能であるので、
よりきめ細かな終点判定、エッチングプロセスモニタリ
ングが可能である。また、本実施例を、第３の実施例と
同様、発光信号の中からプラズマ励起周波数と同期した
周波数成分のみを抽出する構成とすることも可能であ
る。

【００４５】本発明の第６の実施例を図１９に基づいて
説明する。図１９は第６の実施例におけるエッチング終
点検出装置を示すものである。尚、本装置の信号処理・
判定系は第４の実施例と構成、機能が全く同じであるの
で、説明を省略する。

【００４６】本実施例は、第５の実施例において、ウェ
ハ上の各点からの発光を、その結像位置７５ａ〜７５ｅ
に測定点の数だけ配置した複数の石英ファイバで受光す
る構成にしたものである。すなわち、ウェハ上の各点８
１ａ〜８１ｅからの発光８２ａ〜８２ｅを、石英窓７
１、絞り７２を通して、石英レンズ７４により、７５ａ
〜７５ｅの位置に各々結像させる。絞り７２と石英レン
ズ７４の焦点位置７３が一致しているため、この発光検
出光学系１０４は像側テレセントリック光学系となり、
石英レンズ通過後の各点から主光線は平行になる。これ
らの光を、結像位置７５ａ〜７５ｅに測定点の数だけ配
置した複数の石英ファイバ９０ａ〜９０ｅで受光す
る。各ファイバの出射端には、モノクロメータ、あるい
は干渉フィルタ等の分光器９１ａ〜９１ｅが配置されて
おり、例えば、反応生成物ＣＯの発光波長２１９ｎｍの
発光成分が取り出され、ホトマル等の光電変換素子９２
ａ〜９２ｅで光電変換される。光電変換された発光信号
は１００Ｈｚ程度の帯域を有するアンプ９３ａ〜９３ｅ
により増幅され、ＡＤ変換器９４ａ〜９４ｅ３１よりデ
ィジタル信号に変換された後、終点判定・制御回路９６
に送られる。以降の終点判定処理は第１の実施と全く同
じである。

【００４７】本実施例によれば、第１の実施例と同様、
ウェハ上の任意の１点もしくは複数点でのプラズマ発光
をほぼ同時に計測し、その中から、エッチング反応をよ
り正確に反映した位置での検出信号を選択し、終点判定
を実行することにより、微小開口パターンでの終点判定
精度が向上する。その結果、エッチング不足による膜残
りや、オーバエッチングによる下地膜のけずれが低減す
る。これにより、ホトリソグラフィ工程中のエッチング
起因の不良を低減することが可能となり、高品質の半導
体素子の製造が可能となる。また、本実施例を、第３の
実施例と同様、発光信号の中からプラズマ励起周波数と
同期した周波数成分のみを抽出する構成とすることも可
能である。

【００４８】また、上記第３〜第６の実施例におけるエ
ッチング終点検出装置を、第２の実施例における半導体
製造ラインのホトリソグラフィ工程に導入することも、
もちろん可能である。

【００４９】尚、以上の実施例では、エッチング装置は
平行平板形プラズマエッチング装置としたが、本発明は
これに限定されるものではなく、各種のエッチング装
置、例えばＥＣＲエッチング装置、あるいはマイクロ波
エッチング装置等にも適用可能であることは言うまでも
ない。

【００５０】更に、上記実施例では、本発明のエッチン
グ装置への適用例について説明したが、本発明はエッチ
ング処理の終点検出あるいはプラズマ発光計測に限定さ
れるものではなく、プラズマ処理が進行するに従い、発
光スペクトル強度が変化するような各種プラズマ処理装
置、例えばスパッタ処理装置の終点検出あるいはプラズ
マ発光計測に適用することが可能である。また、被処理
体も半導体ウェハに限定されるものではなく、液晶表示
装置用基板等、その製造工程においてプラズマ処理が施
される様々な素子、材料にも適用される。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、ウェハ上の任意の１点
もしくは複数点でのプラズマ発光をほぼ同時に計測し、
その中から、エッチング反応をより正確に反映した位置
での検出信号を選択し、終点判定を実行することによ
り、微小開口パターンでの終点判定精度が向上するとい
う効果を有する。

【００５２】また、本発明によれば、高精度なエッチン
グ終点検出が可能となるので、エッチング不足による膜
残りや、オーバエッチングによる下地膜のけずれが低減
し、ホトリソグラフィ工程中のエッチング起因の不良を
低減することが可能となり、高品質の半導体素子の製造
が可能となるとなるという効果を有する。

【００５３】また、本発明によれば、プラズマ処理中の
プラズマ発光の分布の測定が可能になるため、プラズマ
密度の分布状態、あるいは、被加工膜の膜厚ばらつきを
把握することが可能になる。その結果、エッチング装置
や膜付け装置の不具合を早期に発見することができ、不
良製品の発生防止と歩留まりの向上を図ることが可能と
なるという効果を有する。

【００５４】また、本発明によれば、高精度なエッチン
グ終点検出が可能となるので、時間管理のための先行作
業が不要となり、エッチング工程の生産性が向上し、半
導体製造ライン全体の自動化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるエッチング終点
検出装置を示す図である。

【図２】ガルバノミラーの走査により、ウェハ上の複数
点からの発光を検出する様子を示す図である。

【図３】ガルバノミラー駆動信号を示す図である。図４
に。出力信号３６は終点判定・制御回路３２において、
図５に示すように、逐次並べ変えが行われ、ウェハ上の
各位置８０ａ〜８０ｅでの発光の時系列信号プラズマ発
光の周波数スペクトルを示す図である。

【図４】ＡＤ変換器からの出力信号を示す図である。

【図５】並べ変え後の、ウェハ上の各位置での発光の時
系列信号を示す図である。

【図６】ウェハ上５点での発光強度の時間変化を示す図
である。

【図７】減衰開始時間及び減衰終了時間の場所依存性を
示す図である。

【図８】発光強度分布の逆数の透過特性データを示す図
である。

【図９】発光強度分布補正後の各位置での発光強度の時
間変化を示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施例における半導体製造ラ
インのホトリソグラフィ工程を示すブロック図である。

【図１１】本発明の第３の実施例におけるエッチング終
点検出装置を示す図である。

【図１２】本発明の第４の実施例におけるエッチング終
点検出装置を示す平面図である。

【図１３】本発明の第４の実施例におけるエッチング終
点検出装置を示す側面図である。

【図１４】２次元個体撮像素子で得られるウェハ面上の
各位置での波長スペクトル（ａ）と、水平方向に切り出
された反応生成物ＣＯの発光波長２１９ｎｍの発光分布
（ｂ）と、垂直方向に切り出されたウェハ上特定位置で
の波長スペクトル（ｃ）を示す図である。

【図１５】ウェハ上各点での終点検出信号を示す図であ
る。

【図１６】ウェハ上特定位置での波長スペクトルを示す
図である。

【図１７】本発明の第５の実施例におけるエッチング終
点検出装置を示す平面図である。

【図１８】本発明の第５の実施例におけるエッチング終
点検出装置を示す側面図である。

【図１９】本発明の第６の実施例におけるエッチング終
点検出装置を示す図である。

【図２０】プラズマエッチング装置と従来のエッチング
終点検出装置を示す図である。

【図２１】従来のエッチング終点検出装置による、活性
種の発光を検出する様子を示す図である。

【図２２】従来のエッチング終点検出装置による、活性
種の発光強度の時間変化を示す図である。

【符号の説明】

１…処理室、２…上部電極、３…下部電極、４…半導体
ウェハ、５…高周波電源、６…プラズマ、７…窓、８、
２４、５５、８２…プラズマ発光、９、２８、９１…分
光噐、１０…活性種発光成分、１１、２９、９２…光電
変換素子、１３…終点判定ユニット、１４…電源制御装
置、１５、１６…活性種発光強度の時間波形、２１…シ
グナルジェネレータ、２２…パワーアンプ、２３…分配
器、２５…ガルバノミラー、２７、７４…石英レンズ、
３０、５０、６５、７９、９３…アンプ、３１、６６、
９４…ＡＤ変換器、３２、９５、９６…終点判定・制御
回路、３４…参照テーブル、５１…ロックインアンプ、
５６、７１…石英窓、５９…石英シリンドリカルレン
ズ、６２…光量補正フィルタ、６３…２次元回折格子、
６４、７７…２次元個体撮像素子、７６…２次元結像形
回折格子、９０…石英ファイバ、１０１、１０２、１０
３、１０４…発光検出光学系、２０１、２０２、２０
３、２０４…信号処理・判定系、４０１…膜付け装置、
４０２…レジスト塗布装置、４０３…露光装置、４０４
…現像装置、４０５…エッチング装置、４０６…アッシ
ング装置、４０７…洗浄装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林秀東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者上村隆東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者森田光洋東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者山田孝東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者田宮洋一郎東京都青梅市藤橋３丁目３番地の２日立東京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者大金信哉東京都青梅市藤橋３丁目３番地の２日立東京エレクトロニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体にプラズマを用いた処理を施す際
に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性種
の発光強度を前記被処理体上の少なくとも１点において
ほぼ同時に検出し、該複数点での該発光強度の時間変化
をほぼ同時に観測することを特徴とする半導体製造方
法。
【請求項２】被処理体にプラズマを用いた処理を施す際
に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性種
の発光強度を前記被処理体上の少なくとも１点において
ほぼ同時に検出し、該検出信号の中から被処理体上の
特定位置での検出信号を選択し、該検出信号に基づいて
プラズマ処理の終点を求めることを特徴とする半導体製
造方法。
【請求項３】上記特定位置は、プラズマ処理反応が上記
発光強度により正確に反映された位置であることを特徴
とする請求項２記載の半導体製造方法。
【請求項４】上記特定位置は、プラズマ処理速度の最も
遅い位置であることを特徴とする請求項２記載の半導体
製造方法。
【請求項５】上記特定位置は、プラズマ処理速度のばら
つきの最も小さい位置であることを特徴とする請求項２
記載の半導体製造方法。
【請求項６】被処理体にプラズマを用いた処理を施す際
に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性種
の発光強度を、プラズマ処理反応をより正確に反映した
被処理体上の位置で検出し、該検出信号に基づいてプラ
ズマ処理の終点を求めることを特徴とする半導体製造方
法。
【請求項７】被処理体にプラズマを用いた処理を施す際
に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性種
の発光強度を前記被処理体上の少なくとも１点において
ほぼ同時に検出し、該複数点での該発光強度の時間変化
をほぼ同時に観測し、該観測結果に基づき、プラズマ処
理装置、あるいはプラズマ処理以前の処理装置の診断を
実施することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項８】上記活性種は、前記プラズマ処理によって
生じる反応生成物もしくはプラズマ処理に使用される反
応ガスもしくは分解生成物であることを特徴とする請求
項１、または２、または６、または７の何れかに記載の
半導体製造方法。
【請求項９】上記特定波長は概ね２１９ｎｍ、もしくは
２６０ｎｍであることを特徴とする請求項１、または
２、または６、または７の何れかに記載の半導体製造方
法。
【請求項１０】被処理体にプラズマを用いた処理を施す
際に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性
種の発光強度を前記被処理体上の少なくとも１点におい
てほぼ同時に検出する発光検出手段と、該複数点での該
発光強度の時間変化をほぼ同時に観測する観測手段を備
えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１１】被処理体にプラズマを用いた処理を施す
際に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性
種の発光強度を前記被処理体上の少なくとも１点におい
てほぼ同時に検出する発光検出手段と、該検出信号の中
から被処理体上の特定位置での検出信号を選択する信号
選択手段と、該選択された検出信号に基づいてプラズマ
処理の終点を求める終点判定手段を備えたことを特徴と
する半導体製造装置。
【請求項１２】上記特定位置は、プラズマ処理反応が上
記発光強度により正確に反映された位置であることを特
徴とする請求項１１記載の半導体製造装置。
【請求項１３】上記特定位置は、プラズマ処理速度の最
も遅い位置であることを特徴とする請求項１１記載の半
導体製造装置。
【請求項１４】上記特定位置は、プラズマ処理速度のば
らつきの最も小さい位置であることを特徴とする請求項
１１記載の半導体製造装置。
【請求項１５】被処理体にプラズマを用いた処理を施す
際に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性
種の発光強度を、プラズマ処理反応をより正確に反映し
た被処理体上の位置で検出する発光検出手段と、該検出
信号に基づいてプラズマ処理の終点を求める終点判定手
段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１６】被処理体にプラズマを用いた処理を施す
際に、前記プラズマ中において特定波長で発光する活性
種の発光強度を前記被処理体上の少なくとも１点におい
てほぼ同時に検出する発光検出手段と、該複数点での該
発光強度の時間変化をほぼ同時に観測する観測手段と、
該観測結果に基づき、プラズマ処理装置、あるいはプラ
ズマ処理以前の処理装置の診断を実施する装置診断手段
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１７】上記活性種は、前記プラズマ処理によっ
て生じる反応生成物もしくはプラズマ処理に使用される
反応ガスもしくは分解生成物であることを特徴とする請
求項１０、または１１、または１５、または１６の何れ
かに記載の半導体製造装置。
【請求項１８】上記特定波長は概ね２１９ｎｍ、もしく
は２６０ｎｍであることを特徴とする請求項１０、また
は１１、または１５、または１６の何れかに記載の半導
体製造装置。