DD147555A1 - METHOD FOR PROCESS CONTROL AND CONTROL IN PLASMA PROCESSES - Google Patents

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DD147555A1 DD21730979A DD21730979A DD147555A1 DD 147555 A1 DD147555 A1 DD 147555A1 DD 21730979 A DD21730979 A DD 21730979A DD 21730979 A DD21730979 A DD 21730979A DD 147555 A1 DD147555 A1 DD 147555A1
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plasma
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Reinhard Voigt
Klaus Schade
Hans-Juergen Tiller
Friedrich-Wilhelm Breitbarth
Dorothea Berg
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Reinhard Voigt
Klaus Schade
Tiller Hans Juergen
Breitbarth Friedrich Wilhelm
Dorothea Berg
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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Abstract

Das Verfahren kann beim plasmachemischen Aetzen, Reaktiven Ionensaetzen, Beschichtung durch Kathodenzerstaeubung und der plasmachemischen Abscheidung angewendet werden. Ziel dee Erfindung ist es, bei der Behandlung von Substraten mittels Plasmaprozessen eine Quealitaetssteigerung durch eine exakte Prozeszkontrolle und -steuerung zu ermoeglichen. Durch die Erfindung werden Aenderungen durch Zumischen eines reaktionineren Bestandteils zum Prozeszgas und der Verfolgung der entsprechenden reaktionsinerten Referenzlinie erfaszt. Auf gleicher Weise werden duch den Prozeszablauf sich in ihrer Intensitaet veraendernden, einzeln oder im funktionalen Zusammenhang verwendeten Meszlinien beziehungsweise -spektralbereichen funktionell verknuepft und das sich daraus ergebende Signal zur Kontrolle und Steuerung des Prozeszablaufes verwendet.The method can be applied to plasma-chemical etching, reactive ion etching, sputtering and plasma-chemical deposition. The aim of the invention is to make it possible, by means of plasma processes, to increase the queality in the treatment of substrates by means of an exact process control and control. By the invention, changes are detected by admixing a more reactive component to the process gas and tracking the corresponding reaction inert reference line. In the same way, the change in intensity of the process, its individuality or functionally related mesz-lines or spectral ranges, is functionally linked and the resulting signal used to control and control the process flow.

Description

Verfahren zur Prozeßkontrolle und -steuerung "bei Plasmaprozessen Method for process control and control "in plasma processes

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle und Steuerung von Plasmaprozessen, wie zum Beispiel beim plasmachemischen Ätzen, reaktiven Ionenätzem, , Beschichtung durch Kathodenzerstäubung und der plasmachemischen Abscheidung.The invention relates to a method for controlling and controlling plasma processes, such as, for example, plasma-chemical etching, reactive ion etching, cathodic sputtering and plasma-chemical deposition.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bei Plasmaprozessen ist es bekannt, daß die Strahlungsemission eines Plasmas zur Charakterisierung des Plasmas und insbesondere beim Plasmaätzen und -strippen zur Endpunktkontrolle des Bearbeitungsprozesses eingesetzt wird (zum Beispiel DE OS 2736262). Dabei werden mit Hilfe von Filtern eine bestimmte Linie oder ein Spektralbereich ausgewählt und mittels fotoempfindlicher Delektrren in ihrer Intensität zeitlich verfolgt. So ist es beispielsweise bekannt, die-zeitliche Änderung der Emission der CO-Bande bei der Fotolackentfernung, die Intensität der Fluorlinie beim Ätzen von Silizium sowie die Stickstoffemission beim Si ο N/, -Ätz ens zur Endpunktkontrolle des ProzeßvorgangesIn plasma processes, it is known that the radiation emission of a plasma for characterizing the plasma and in particular during plasma etching and stripping is used for the end point control of the machining process (for example DE OS 2736262). With the help of filters, a specific line or a spectral range are selected and tracked in their intensity by means of photosensitive Delektrren. Thus, it is known, for example, the-temporal change of the emission of the CO band in the photoresist removal, the intensity of the fluorine line in the etching of silicon and the nitrogen emission in Si ο N /, etching to the end point control of the process operation

-3DF/-3DF /

heranzuziehen.consulted.

(Solid Stade Technologg 1977 S. 56 + 1978 S. 99) Ferner ist es auch bekannt, die gleichzeitige Beobachtung mehrerer Linien zur Untersuchung von Mehrkomponentensystemen, beziehungsweise zur gleichzeitigen Plasmadiagnostik der inneren Plasmaparameter heranzuziehen.(Solid Stade Technologg 1977 S. 56 + 1978 S. 99) Furthermore, it is also known to use the simultaneous observation of multiple lines for the study of multicomponent systems, or for simultaneous plasma diagnostics of the internal plasma parameters.

Die Lichtemission eines Plasmas wird durch die Konzentration der emittierenden Spezies und durch die Anregungsbedingungen des Plasmas, das heißt durch die inneren Parameter wie Elektronendichte und -energie bestimmt. Diese inneren Parameter werden durch die äußeren elektrischen Parameter wie HF-Leistung und Potentialverhältnisse und die Zusammensetzung des Plasmas, das heißt alle vorhandenen Bestandteile vorgegeben· Folglich ist bei der Beobachtung der Intensität einer Linie oder Bande (Einkanalverfahren) kein eindeutiger Rückschluß auf Konzentrationsänderungen möglich, beziehungsweise die gegenläufige Überlagerung der Veränderung von Konzentration und Anregungsbedingungen kann zu einer Verfälschung des Meßeffektes der Intensitätsänderung gegenüber der eigentlichen Konzentrationsänderung führen. Mit einem Einkanalverfahren ist es außerdem nicht möglich, die Konstanz der Anregungsbedingungen zu überwachen. Diese Mängel treten auch bei der bekannten Methode der gleichzeitigen Untersuchung von mehrerer Komponenten auf.The light emission of a plasma is determined by the concentration of the emitting species and by the excitation conditions of the plasma, that is, by the internal parameters such as electron density and energy. These internal parameters are given by the external electrical parameters such as RF power and potential conditions and the composition of the plasma, that is, all constituents present. Consequently, when observing the intensity of a line or band (single-channel method), no unambiguous inference of changes in concentration is possible the opposite superposition of the change in concentration and excitation conditions can lead to a falsification of the measuring effect of the intensity change compared to the actual concentration change. With a single-channel method, it is also not possible to monitor the constancy of the excitation conditions. These deficiencies also occur in the known method of simultaneous examination of several components.

Aus der DE-OS 2603675 ist es auch bekannt, zur Prozeßkontrolle beim Ionen-Ätzens ein sich nach der Abtragung einer Schicht änderndes elektrisches Signal zu verwenden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß nicht alle Schichtkompositionen eines zu bearbeitenden Substrates in elektrische Werte umgewandelt werden können.From DE-OS 2603675 it is also known to use for process control during ion etching a changing after the removal of a layer electrical signal. This method has the disadvantage that not all layer compositions of a substrate to be processed can be converted into electrical values.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei der Behandlung von Substraten mittels Plasmaprozessen eine Qualitätssteigerung durch eine exakte Prozeßkontrolle und -steuerung zu ermöglichen.The aim of the invention is, in the treatment of substrates by means of plasma processes, to increase the quality by means of precise process control and control.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Prozeßkontrolle und -steuerung bei Plasmaprozessen zur Behandlung von Substraten, insbesondere beim plasmachemischen Ätzen von Halbleitersubstraten zu entwickeln, welches die Mangel der bekannten einkanaligen Meßmethoden beseitigt und in der Lage ist eine exakte Erfassung der Prozeßbedingungen in jedem Stadium des Plasmas auch bei sich ändernden inneren und äußeren Bedingungen zu ermöglichen.The invention has for its object a method for process control and control in plasma processes for the treatment of substrates, especially in the plasma chemical etching of semiconductor substrates to develop, which eliminates the shortcoming of the known single-channel measurement methods and is capable of an exact detection of the process conditions at each stage of the plasma even with changing internal and external conditions.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Änderungen der Anregungsbedingungen durch Zumischen eines reaktionsinerten Bestandteils zum Prozeßgas und Erfassen der entsprechenden reaktionsinerten Referenzlinie und/ oder durch Messung einer im Plasma vorhandenen vom Verlauf der chemischen Reaktion in ihrer Intensität unabhängigen Strahlung ermittelt und mit den auf gleiche Weise erfaßten, sich durch den Prozeßablauf in ihrer Intensität verändernden, einzeln oder in funktionalem Zusammenhäng verwendeten Meßlinien beziehungsweise - Spektralbereichen funktionell verknüpft werden und das sich daraus ergebende Signal zur Kontrolle und Steuerung des Prozeßablaufes verwendet wird. ·According to the invention, the object is achieved in that changes in the excitation conditions by admixing a reaction inert component to the process gas and detecting the corresponding reaction inert reference line and / or by measuring an existing in plasma from the course of the chemical reaction in their intensity independent radiation determined and with the same way detected, by the process flow in their intensity changing, individually or functionally related used measuring lines or spectral ranges are functionally linked and the resulting signal is used to control and control the process flow. ·

Bei der Endpunktkontrolle wird zur Verstärkung des Meßeffektes erfindungsgemäß ein geeigneter funktionaler Zusammenhang zwischen zwei sich gegenläufig ändernden Intensitätsverläufe verschiedener reaktiver.Komponenten erfaßt.In the endpoint control, in order to enhance the measurement effect, according to the invention, a suitable functional relationship between two oppositely changing intensity profiles of different reactive components is detected.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die reaktionsinerte Referenzlinie beziehungsweise - spektralbereich zur Überwachung der Anfangs- und der Prozeßbedingungen des Plasmas verwendet. Dadurch wird es ermöglicht die Betriebsbereitschaft und den weiteren Prozeßverlauf exakt zu kontrollieren. Als reaktionsinerte Bestandteile wird dem Prozeßgas ein Edelgas zugemischt.According to a further feature of the invention, the reaction-inert reference line or spectral range is used to monitor the initial and process conditions of the plasma. This makes it possible to control the operational readiness and the further course of the process exactly. As reaction-inert constituents, a noble gas is added to the process gas.

Ausführungsbeispielembodiment

Zur Durchführung der Prozeßkontrolle bei Plasmaprozessen werden zur Erfassung der Änderungen der Anregungsbedingungen dem Plasma über den ProzeßgasZustrom reaktionsinerte Bestandteile zugeführt. Die sich daraus ergebende reaktionsinerte Referenzlinie und/oder eine im Plasma vorhandene vom Verlauf der chemischen Reaktion in ihrer Intensität unabhängigen Strahlung (Untergrundstrahlung oder Kontinuumstrahlung) wird über geeignete Dedektoren erfaßt und mit auf gleiche '//eise erfaßten, sich durch den Prozeßablauf in ihrer Intensität verändernden, einzelner oder in funktionalem Zusammenhang verwendeten Meßlinien beziehungsweise - spektralbereichenfunktionell verknüpft. Das sich hieraus ergebende Signal wird zur Kontrolle und Steuerung des Prozeßablaufes verwendet. Die Intensität einer emittierenden Komponente ist durch die Beziehung I = A · η β R (ne, Te ...) gegeben. Dabei ist η die Teilchenzahl der emittierenden Komponente und R die von den inneren Plasmaparametern wie zum Beispiel ne - Elektrodendichte und Te - Elektrodentemperatur abhängigen Anregungsfunktionen. In dem Proportionaiitätsfaktor a sind molekülspezifische Größen wie zum Beispiel die Übergangswahrscheinlichkeit enthalten. Bei der mehrkanaligen Registrierung ist es möglich, die näherungsweise teilchenunspezifische Anregungsfunktion R zu eliminieren und die gemessene Intensitätsänderungen mit den tatsächlichen Änderungen der Teilchenzahlen zu verknüpfen.To perform the process control in plasma processes, reaction-inert components are supplied to the plasma via the process gas feed to detect the changes in the excitation conditions. The resulting reaction-inert reference line and / or an existing in the plasma of the course of the chemical reaction in their intensity independent radiation (background radiation or continuum radiation) is detected by suitable Dedektoren and detected on equal '// iron, by the process flow in their intensity changing, single or functionally related measuring lines or spectral ranges functionally linked. The resulting signal is used to control and control the process flow. The intensity of an emitting component is given by the relationship I = A · η β R (ne, Te ...). Here, η is the particle number of the emitting component and R is the excitation functions dependent on the internal plasma parameters, such as, for example, ne-electrode density and Te-electrode temperature. The proportionality factor a contains molecule-specific variables, such as, for example, the transition probability. In multichannel registration, it is possible to eliminate the approximate particle unspecific excitation function R and link the measured intensity changes to the actual changes in particle numbers.

Außerdem gestattet die Kombination mehrerer Signale durch geeignete funktionale Verknüpfung wie gleichzeitige .Differenz-, und Quotientenbildung kleine Meßeffekte zu verstärken. .In addition, the combination of several signals by appropriate functional link such as simultaneous .Differential, and quotient formation allows small measurement effects to be amplified. ,

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Zumischung eines Inertgases oder die Benutzung einer Untergrundoder Kontinuumstrahlung als spektroskopische Referenz, da beispielsweise durch QuotientenbildungParticularly advantageous is the admixing of an inert gas according to the invention or the use of a background or continuum radiation as a spectroscopic reference, since, for example, by quotient formation

Ip AR · nR Ip A R n R

^ «Eh . n eine Meßgröße"Eh. n a measured variable

entsteht, die direkt der Zahl der reaktiven Teilchen proportional ist. Dabei ist I^ die Intensität einer reak tiven Spezie und Ij die Intensität einer inerten Spezie, beziehungsweise des Untergrundes oder eines Kontinuums. Ferner gestattet die Verfolgung des zeitlichen Verlaufes von Ij die Anfangs- und Prozeßbedingungen des Plasmaprozesses zu verfolgen, da die Anregungsfunktion R von den inneren Bedingungen wie Gasverunreinigungen, Druckschwankungen und auch von Schwankungen der äußeren elektrischen Bedingungen abhängig ist. Hiermit können reproduzierbare Aussagen über die Plasma- und Prozeßbedingungen erhalten und gegebenfalls entsprechend den Anforderungen beeinflußt werden.arises, which is directly proportional to the number of reactive particles. In this case, the intensity of a reactive species and Ij is the intensity of an inert species, or of the background or of a continuum. Furthermore, the tracing of the time course of Ij allows to track the initial and process conditions of the plasma process, since the excitation function R is dependent on the internal conditions such as gas contamination, pressure fluctuations and also variations of the external electrical conditions. This reproducible statements about the plasma and process conditions can be obtained and, if necessary, be influenced according to the requirements.

Eine v/eitere Möglichkeit besteht in der funktionalen Verknüpfung der Intensitäten sich gegenläufig während des Plasmaprozesses in ihrer Konzentration ändernder reaktiver SpeziesA further possibility is the functional linking of the intensities in opposite directions during the plasma process in their concentration of changing reactive species

Durch Bildung der Funktion By forming the function

1 2 — 1 1 2 21 2 - 1 1 2 2

können zum Beispiel beim Ätzen Änderungen in den Ätzbedingungen wie der Endpunkt des Ätzens deutlicher als bei Registrierung nur einer Spezies hervorgehoben werden.For example, in etching, changes in the etching conditions such as the end point of the etching can be emphasized more clearly than when only one species is registered.

Claims (4)

Erfindungsanspruchinvention claim 1. Verfahren zur Prozeßkontrolle und -steuerung bei Plasmaprozessen, wie zum Beispiel beim plasmachemischen Ätzen, reaktiven Ionenätzen, Beschichtung durch Kathodenzerstäubung und der plasmachemischen Abscheidung, durch Erfassung von im Plasma vorhandener während des Arbeitsprozesses sich ändernder Emissionen und Umwandlung der erfaßten Emissionen in entsprechende Signale zur Steuerung des Prozeßablaufes, gekennzeichnet dadurch, daß Änderungen der Anregungsbedingungen durch Zumischen eines reaktionsinerten Bestandteils zum Prozeßgas und Erfassen der entsprechenden reaktionsinerten Referenzlinie und/oder durch Messung einer im Plasmg. vorhandenen vom Verlauf der chemischen Reaktion in ihrer Intensität unabhängigen Strahlung (Untergrundoder Kontinuumstrahlung) ermittelt und mit den auf gleiche Weise erfaßten, sich durch den Prozeßablauf in ihrer Intensität verändernden, einzeln oder in funktionalem Zusammenhang verwendeten Meßlinien beziehungsweise - spektralbereichen funktionell verknüpft werden und das sich daraus ergebende Signal zur Kontrolle und Steuerung des Prozeßablaufes verwendet wird.1. Process for process control and control in plasma processes, such as plasma-chemical etching, reactive ion etching, sputtering and plasma-chemical deposition, by detecting present in the plasma during the working process of changing emissions and conversion of the detected emissions into corresponding signals for Control of the process sequence, characterized in that changes in the excitation conditions by admixing a reaction-inert constituent to the process gas and detecting the corresponding reaction-inert reference line and / or by measuring a in Plasmg. existing independent of the course of the chemical reaction in their intensity radiation (background or continuum radiation) determined and functionally linked to the measured in the same way, by the process in its intensity changing, individually or in a functional context used measuring lines or spectral ranges and the resulting resulting signal is used to control and control the process flow. 2. Verfahren zur Prozeßkontrolle und -steuerung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Verstärkung des Meßeffektes bei der Endpunktkontrolle ein geeigneter funktionaler Zusammenhang zwischen zwei sich gegenläufig ändernden Intensitätsverläufe verschiedener reaktiver Komponenten erfaßt wird.2. Method for process control and control according to item 1, characterized in that a suitable functional relationship between two oppositely changing intensity profiles of different reactive components is detected to enhance the measuring effect at the end point control. 3. Verfahren zur Prozeßkontrolle und -steuerung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die reaktionsinerte Referenzlinie beziehungsweise -spektralbereich zur Überwachung der Anfangs- und der Prozeßbedingungen des Plasmas verwendet wird»3. Method for process control and control according to item 1 and 2, characterized in that the reaction-inert reference line or spectral range for monitoring the initial and the process conditions of the plasma is used » 1 73091 7309 4. Verfahren zur Prozeßkontrolle und -steuerung nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß als reaktionsinerte Bestandteile ein Edelgas dem Prozeßgas zugemischt wird.4. Method for process control and control according to item 1 to 3 »characterized in that a inert gas is added to the process gas as reaction-inert constituents.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3819684A1 (en) * 1988-06-09 1989-12-14 Siemens Ag Method for determining the end point in a planarising plasma etch-back process
US5500076A (en) * 1993-06-22 1996-03-19 Lsi Logic Corporation Process for dynamic control of the concentration of one or more etchants in a plasma-enhanced etch process for formation of patterned layers of conductive material on integrated circuit structures

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