JPS63289934A - エッチング終点判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエツ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
のに好適なエツ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ツ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ツチングの進行に伴い
発光強度の変化する波長と、エツ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〕

エツチングの終点判定を行う際の問題として、エツチン
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（なるという問題がある。

この現象は、エツチング処理中のプロセスガスと被エツ
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Ｏ 蓼だ、２波長を用いた後者の終点判定方法は、エツチン
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１曲になるという問題があった。

Ｘ！明の目的は、安価で再現性の良い終点判定を行なう
ことのできるエツ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、試料のエツ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、エツチング中蚤こ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ツチング終点を
判定することにより、達成さｎる。

〔作　　用〕

処理ガス１組こプラズマ化した状＠奢こおけるエツチン
グはラジカル主体の反応性エツチングとなり、この間の
発光強度はある程度低い（［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ｎ、イオンを主体としたスパッタエツチングとなっ
て、この間の発光強度はある程度高い値で一定する。二
〇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、蛍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ｎ、ずた、二〇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図はプラズマエツチング装置の一例をボし、この場
合は、マイクロ波を用いたマイクロ韓プラズマ処理装置
を示す。処理室ｌの上部開口部には放電管２を設け、処
理室ｌ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ｌ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
源４が接続しである。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し。

搬入出さｎるようになっている。処理室１内にはエツチ
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Ｏ１処理後の排ガスは図示しない排気装置に接続
さｎた排父口６から排出さｎ、処理室１内が所定の圧力
に減圧保持さｎ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が設置しである。

放電管２の側部には採光部を設け、光電変換器１０が取
り付けである。光電変換器１０Ｄ）らの信号は制＠部１
１の′＠後増幅器１２１こ送らｎ、一方はそのまま信号
切換器（アナログスイッチ）ｔｓ、Ａ／Ｄｆ換器１６を
介して制御装置１７に取り込スｎ、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
ｉＦ１１１６を介シテ制御’Ｊ　ｉｔ　１７　ニ取り込
まｎる。制御装置ｉ１７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ｎぞｎの信号が送られ、また、制御装
ｊｌ１７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ｎぞｎ信号が送らｎ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＝、−１７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ｎておらず、ラジカル主体の反応
性エツチングとなり、ウェハのエツ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ＶＯＯＡ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ＶＯはＮ段増幅器認から出た信号をその
ママ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１□　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にバイアスを印力Ｐする。こｊＬｌこより、プ
ラズマ中のイオンが試料台３側に引き寄せらｎ、イオン
を主体としたスパッタエツチングが行なわｎ、ウェハの
エツチングが活発になり、第２図の実線で示した入力波
形■ｏ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ｂｏとなっている。

この状態で、さらにウェハのエツチングが進行しほぼ土
ツチングが終了すると、第２図の実線で示した入力波形
ｖｏの０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
ｎぞｎ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ａＳ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ｎた。二〇は、Ａ部においてはラジカ
ル主体であまりエツチングが進行せず、０部においては
エツチングが終了し同じくエツ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ｎる。

このことから、Ａ部とＢ部との発光強度の差と、Ｂ部と
０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ａｏとｂ（、との間を許容し得る範囲内で最大に
増幅すｎば、エツチング中（Ｂ部）とエツチング終了時
（０部）との発光強度の差を大きく拡大して表わせるの
で、エツチング終点を検出しやすくできる。

・）このときの入力波形ｖｏ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
■２のＡ部およびＢ部の発光強度８１　およびｂｌの値
を設定しくサンプルをエツチング処理して、このときの
入力波形ｖｏ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〜ＩＯＶの場合はａｌと
してＯ〜５ｖ％ｂ、とじて５〜９■を設定、さらに具体
的にはａｌを２　Ｖ、　ａｌとｂｌとの差を６ｖにする
。ただし、ａｌとｂｌとの差が６ｖあっても、終点時の
値がＯｖ以下にならないように調整する。

次に、入力波形■ｏを補正し補正波形■２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■２は次式で衷わさｎる。

Ｖｚ　＝　（Ｖｏ　−Ｖｌ）　・Ｇ　　　　−−−−−
−−＝−ｉｌｌここで、ｖｌ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ｖｌは＋２
１．　＋３１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■ｌを求め、処理ごとに発光強度が減少する入
力波形■ｏを補正することにより、常に当初と同じ補正
波形■２が得らｎる。

これらの処理を含め、第１図の装置がエツチング終点判
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にサ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
く二〇をステップ２０に示す。）、時間ｔ２およびｔ４
後の発光強度値ａｌおよびす、を制御装置１７内の記憶
装置に記憶させておく（こｎ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（二〇をステップ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
、前段増幅器辻によっである程度増幅した信号（入力波
形Ｖｏ　）を直接制御装置１７に取り込み、時間ｔ２後
の発光強度ａｏの値を記憶させておく（二〇をステップ
２３に示す）。

次に高周波電源４によって試料台３にバイパス電圧を印
加しく二〇をステップ２４に示す。）、本格的なエツチ
ング処理を開始する。このときのプラズマ光をＮ配回様
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ｂｏの値を記憶する（二〇をステッ
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ａＩ＋　ｂ！＋　　ａＯｒ　　ｂＯを基に、制御
装！！１７の演算部でオフセット値ｖ１およびゲイン値
Ｇを算出しく二〇をステップ２６に示す。）、制御装ｒ
ｉ１１７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ｎぞれ算出した値で補正する（二〇をステ
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！！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ツチ
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ｎた後
、処理さｎたウェハが処理室１内から搬出さｎ、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、木−実施例によｎ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。また、二〇により、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、木−実施例ではエツチング時の光量が増加する場
合について述べたが、逆にエツチング時の光量が減少す
るものであっても良い。

また、本−実施例ではバイアス印加の前後における発光
強度の差を求め、二〇を当初補正した波形のときの差と
比べて補正値を算出するようにしているが、当初の補正
皿の波形と以後の処理時の波形とのバイアス印加前の発
光強度を比較し、減衰率を算出して、当初のゲイン値を
補正し、バイアス印加前の光強度が設定値になるように
オフセット値を補正するようにしても良い。

さら・こ、本−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、マイクロ波番こ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ｎ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ツチング終点判定方
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ｎ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・・・・・・処理室コ４・・・・・・高周波電源、８
・・・・・・マグネトロン、９・・・・・・コイル、１
０・・・・・・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 ′；４ｚ囚 ４３囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   。 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。