JP2000286232A - ドライエッチング特性評価装置およびこれを備えたドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被エッチング膜のエッチング速度およびその
均一性を測定し表示することができるドライエッチング
特性評価装置およびこれを備えたドライエッチング装置
を提供すること。 【解決手段】 プラズマ発光検出部５で検出したプラズ
マ発光波長の発光強度に基づいてエッチング終了時間を
検出し、これを被エッチング膜の膜厚とからエッチング
速度およびその均一性を演算部１４にて算出する。算出
したデータは表示部１６に表示されるとともに記憶部１
５に記憶され、必要に応じてウェーハ個々のエッチング
速度等の推移データ（トレンドグラフ）を表示部１６に
表示する。また、異常値設定部１７に入力された異常値
または管理値を越えるデータが算出された際は、エッチ
ングプロセスを停止し、製品異常の大量発生を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング速度お
よびその均一性等を評価するドライエッチング特性評価
装置およびこれを備えたドライエッチング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造のドライエッチングにおける
エッチング速度およびその均一性は、エッチングの性能
・精度を決定する重要なパラメータの一つである。しか
るに、エッチング速度およびその均一性は、新エッチン
グ条件（ＲＦパワー、ガス流量、圧力、エッチング時間
など）の決定時は、必ずといっていいほど評価される項
目であり、またエッチング装置の維持管理のために、定
期的かつ統計的な管理が行われるのが一般的である。

【０００３】従来では、このエッチング速度およびその
均一性を求めるために、光学的な膜厚測定器や表面段差
測定器を用いてエッチング前後の被エッチング膜の膜厚
を測定し、その差からエッチング時間を加味した計算に
より求めていた。しかしながら、この方法では、これら
光学的な膜厚測定器や表面段差測定器を用いてエッチン
グ前後の膜厚測定を行うための工数が必要となるととも
に、エッチング速度、均一性のデータをトレンドグラフ
的に表示するには他のパーソナルコンピュータ、ソフト
等が必要となる。更には、エッチング速度、均一性の異
常時もプロセスが続行され、異常が確認されるまで不良
品を作り続けてしまうという問題点がある。

【０００４】一方、最近のドライエッチング装置には、
例えば特開平８−２９８２５９号や特開平７−９４４８
６号公報に開示されているように、被エッチング膜に固
有のプラズマ発光波長の発光強度に基づいてエッチング
終点検出を行う機構を有しているのが一般的である。こ
れは、ドライエッチングの際、被エッチング膜の材質に
固有なプラズマ発光波長を検出し、その発光強度が所定
の基準値にまで低下したときをもってエッチングの終点
と判断するものである。

【０００５】その中で、上記特開平８−２９８２５９号
公報には、被エッチング膜、フォトレジスト、エッチン
グガス等に固有のプラズマ発光波長と発光強度を同時に
モニター抽出し、これらの出力強度比から被エッチング
膜と下地膜のエッチング速度と選択比を算出する構成が
開示されているが、この構成では異種材料間におけるプ
ラズマ発光強度の相対的な関係に基づいてエッチング速
度を相対比で算出することになるので、被エッチング膜
の抜け始めから抜け終わりまでの実質的なエッチング速
度を算出することは不可能である。したがってエッチン
グ速度の均一性を算出することもできない。

【０００６】このように、被エッチング膜に固有のプラ
ズマ発光波長に基づいて、エッチング時間に則した実質
的な被エッチング膜のエッチング速度およびその均一性
を算出して表示するものはない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題に
鑑みてなされ、被エッチング膜に固有のプラズマ発光波
長の発光強度に基づいて、被エッチング膜のエッチング
速度およびその均一性を測定し表示することができるド
ライエッチング特性評価装置およびこれを備えたドライ
エッチング装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
あたり、本発明は、被処理基板上の被エッチング膜をド
ライエッチングする際に発光する被エッチング膜に固有
のプラズマ発光波長を検出するプラズマ発光検出手段
と、そのプラズマ発光波長の発光強度に基づいて検出し
たエッチング終点時間と被エッチング膜の膜厚とから被
エッチング膜のエッチング速度およびその均一性を算出
する演算手段と、この演算手段により算出されたデータ
を表示する表示手段とを備えたドライエッチング特性評
価装置、およびこれを備えたドライエッチング装置を構
成した。

【０００９】すなわち、プラズマ発光検出手段で検出し
たプラズマ発光波長の発光強度に基づいてエッチング終
了時間を検出するようにしており、これと予め設定され
た被エッチング膜の膜厚とから、被エッチング膜のエッ
チング速度を算出する。ここで、被エッチング膜のエッ
チング時、場所によってエッチング速度が異なることが
あるが、上記プラズマ発光波長の発光強度からエッチン
グ速度の速い部分のエッチング終点時間およびエッチン
グ速度の遅い部分のエッチング終点時間を求めることが
できるので、これらに基づいてエッチング速度の均一性
を算出することができる。

【００１０】また、算出されたエッチング速度およびそ
の均一性のデータを表示手段に表示させることによっ
て、エッチング工程の処理状況を容易に把握することが
できるとともに、新エッチング条件の決定作業が迅速か
つ容易になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１２】図１は本発明の実施の形態を示しており、
ドライエッチング装置は枚葉式で全体として１０で示さ
れる。本体７の上部には、内部にエッチング処理室８を
画成する透明な石英ベルジャ３が載置され、この石英ベ
ルジャ３の周囲には磁気コイル部４が配置されている。
また、蓋部材６の上方にはエッチング処理室８にマイク
ロ波を供給するマグネトロン１が導波管２を介して取り
付けられている。エッチング処理室８には被処理基板と
して例えば半導体ウェーハ（以下、単にウェーハとす
る。）Ｗが収容されており、マグネトロン１からマイク
ロ波を送り込むことによりエッチング処理室８内に導入
される反応性ガスをプラズマ化し、かつ磁気コイル部４
により発生される磁場でもってプラズマを制御し、ウェ
ーハＷ上の被エッチング膜をエッチングする。

【００１３】エッチング終点検出は、磁気コイル部４の
一部に形成した開口４ａに取り付けられるプラズマ発光
検出部５により検出される。プラズマ発光検出部５は、
ウェーハＷをドライエッチングする際に発光する被エッ
チング膜に固有のプラズマ発光波長を検出するもので、
後述するドライエッチング特性評価装置１１の構成要素
の１つとされる。

【００１４】図２は、本発明に係るドライエッチング特
性評価装置１１の構成を示すブロック図である。上記プ
ラズマ発光検出部５により検出されるプラズマ発光波長
の発光強度に基づいて、終点時間検出部１２においてエ
ッチング終点時間が検出される。また、被エッチング膜
の膜厚がキーボード等の膜厚入力部１３に入力され、こ
れらエッチング終点時間と被エッチング膜の膜厚データ
とが演算部１４に入力される。演算部１４は、エッチン
グ終点時間と被エッチング膜の膜厚データとに基づいて
被エッチング膜のエッチング速度およびその均一性を算
出し、表示部１６にそのデータを表示する。

【００１５】また、演算部１４にて算出された被エッチ
ング膜のエッチング速度およびその均一性は記憶部１５
に記憶されるとともに、記憶部１５に記憶されたデータ
は演算部１４へ読み出し可能になっており、必要に応じ
て、ウェーハ間均一性やウェーハごとのエッチング速度
等の推移データがトレンドグラフ的に表示部１６に表示
可能に構成される。

【００１６】異常値設定部１７にはエッチング速度や均
一性の異常発生のトリガとなる異常値または管理値が設
定されており、比較部１８において演算部１４にて算出
されたエッチング速度や均一性のデータと比較される。
このとき演算部１４にて算出された上記データが異常値
に達しておれば、プロセス停止信号出力部１９を駆動し
てドライエッチングプロセスを停止させる出力信号をド
ライエッチング装置１０に発信すると同時に、異常結果
を表示部１６に表示する。また、このとき、必要に応じ
て警報を発するように構成してもよい。

【００１７】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。

【００１８】ドライエッチング装置１０のエッチング処
理室８内に収容されたウェーハＷのエッチング処理が開
始されると、被エッチング膜からその被エッチング膜に
固有のプラズマ発光波長（スペクトル）が現れ、これを
プラズマ発光検出部５で検出する。図３は、その発光強
度Ｉと時間との関係を示している。

【００１９】図３を参照して、エッチング開始時間ｔ０
から時間ｔ１までは発光強度Ｉは水平に安定している
が、時間ｔ１を過ぎると発光強度Ｉは下降し始める。こ
れは、エッチングの進行が速い部分で被エッチング膜が
無くなったことを示している。すなわち時間ｔ１は、エ
ッチングの進行が速い部分のエッチング終点時間であ
る。この時間ｔ１が図２の終点時間検出部１２により検
出され、演算部１４に入力される。被エッチング膜の膜
厚をＸｎｍとすると、このデータが膜厚入力部１３から
演算部１４に入力される。演算部１４ではこれらのデー
タに基づいてエッチングの進行が速い部分のエッチング
速度が算出される。すなわち、このときのエッチング速
度Ｖ１は、Ｖ１＝｛Ｘ／（ｔ１−ｔ０）｝×６０［ｎｍ
／ｍｉｎ］となる。

【００２０】また、時間ｔ１から時間ｔ２にかけて、発
光強度Ｉは徐々に下降を続け、時間ｔ２で水平になる。
これは、エッチングの進行が遅い部分でもエッチングが
終了したことを示している。すなわち時間ｔ２は、エッ
チングの進行が遅い部分のエッチング終点時間である。
この時間ｔ２が終点時間検出部１２により検出され演算
部１４に入力される。なお、被エッチング膜の膜厚は上
述と同様、Ｘｎｍである。演算部１４ではこれらのデー
タに基づいてエッチングの進行が遅い部分のエッチング
速度が算出される。すなわち、このときのエッチング速
度Ｖ２は、Ｖ２＝｛Ｘ／（ｔ２−ｔ０）｝×６０［ｎｍ
／ｍｉｎ］となる。

【００２１】通常、エッチング速度Ｖは、エッチング速
度の最大値Ｖ１と最小値Ｖ２の平均で表されるため、こ
の例では、Ｖ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２で表される。

【００２２】また、エッチング速度の均一性は、｛（エ
ッチング速度の最大値−エッチング速度の最小値）／
（エッチング速度の最大値＋エッチング速度の最小
値）｝×１００（％）と、一般的に表されるため、本例
におけるエッチング速度の均一性Ｆは、Ｆ＝｛（Ｖ１−
Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）｝×１００（％）と表される。

【００２３】以上のように、本実施の形態によれば、エ
ッチング終点時間ｔ１、ｔ２からエッチング速度Ｖおよ
びその均一性Ｆを求めることができる。これらに加え、
エッチング速度Ｖの最大値Ｖ１および最小値Ｖ２が表示
部１６に表示されるとともに、これらのデータが記憶部
１５に記憶される。

【００２４】エッチング処理が終了したウェーハＷはド
ライエッチング装置１０から次工程へ搬送され、その後
ドライエッチング装置１０にはエッチング処理すべき次
なるウェーハが搬送される。そして、当該ウェーハにつ
いても上述と同様にエッチング速度およびその均一性等
が演算部１４にて算出され、そのデータが表示部１６に
表示されるとともに、記憶部１５に記憶される。

【００２５】このように、ウェーハ１枚１枚についての
エッチング速度およびその均一性等のデータを記憶部１
５に記憶して、作業者の選択操作により、表示部１６に
図４に示すようなウェーハ個々の推移データ（トレンド
グラフ）を表示するように構成される。これにより、ウ
ェーハ個々に関する調査を容易に行うことが可能とな
る。

【００２６】さらに、エッチング処理の異常値または管
理値として、エッチング速度の上限を４６５ｎｍ／ｍｉ
ｎ、下限を４３５ｎｍ／ｍｉｎと定め、これを異常値設
定部１７（図２参照）に記憶させておく。すると、図４
を参照してウェーハｊのエッチング速度が速度管理値の
下限を下回っているので、このときエッチング処理プロ
セスを停止させ、必要なメンテナンスを行った後、プロ
セスを再開する。これにより、プロセス異常のウェーハ
の大量発生を防止することができる。

【００２７】なお、図４では１５枚のウェーハａ〜ｏの
エッチング速度の推移を示しているが、勿論、エッチン
グ速度の均一性の推移データを表示することも可能であ
る。この場合、異常値または管理値を例えば５％以下と
し、５％を越えるデータが算出されたときはプロセスを
停止させるように構成すればよい。

【００２８】さらに、各ウェーハごとに相加平均のエッ
チング速度を算出し、ｍ枚の最大値および最小値を用い
て、上記演算部１４にてウェーハ均一性を算出し表示部
１６に表示させるようにしてもよい。

【００２９】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００３０】例えば以上の実施の形態では、ドライエッ
チング装置として有磁場マイクロ波エッチング装置を例
に説明したが、勿論、これに限られず、例えば平行平板
型プラズマエッチング装置などの他のドライエッチング
装置にも、本発明は適用可能である。

【００３１】また、以上の実施の形態では、エッチング
速度の均一性を算出するにあたり、エッチング速度の最
大値Ｖ１と最小値Ｖ２を用いて算出したが、他の方法で
算出するようにしてもよい。例えば、エッチング速度の
平均値Ｖを用いて、｛（Ｖ１−Ｖ２）／２Ｖ｝×１００
（％）の計算式で算出することができる。更に、標準偏
差σを用いた計算式で算出してもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下
の効果を得ることができる。

【００３３】すなわち、本発明の請求項１および請求項
４によれば、エッチング速度およびその均一性を自動的
に算出することができるので、光学的な膜厚測定器や表
面段差測定器を用いたエッチング前後の膜厚測定工数を
不要とすることができる。また、算出されたエッチング
速度およびその均一性のデータを表示手段に表示させる
ことによって、エッチングプロセスの処理状況を容易に
把握することができるとともに、新エッチング条件の決
定作業が迅速かつ容易になる。

【００３４】請求項２及び請求項３の発明によれば、ウ
ェーハ個々に関する調査を容易に行うことが可能となる
とともに、エッチング処理プロセスの全体的な評価を行
うことができる。

【００３５】さらに、請求項５の発明によれば、製品異
常の大量発生を未然に防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるドライエッチング装
置の概要を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態によるドライエッチング特
性評価装置の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明に係るプラズマ発光検出部により検出し
た被エッチング膜に固有のプラズマ発光波長の発光強度
を時間的に示す図である。

【図４】ドライエッチング処理した複数の被処理基板個
々のエッチング速度の推移を示すグラフである。

【符号の説明】 ５…プラズマ発光検出部、８…エッチング処理室、１０
…ドライエッチング装置、１１…ドライエッチング特性
評価装置、１４…演算部、１５…記憶部、１６…表示
部、１７…異常値設定部、１８…比較部、１９…プロセ
ス停止信号出力部、Ｆ…エッチング速度均一性、ｔ１…
エッチング速度が速い部分のエッチング終点時間、ｔ２
…エッチング速度が遅い部分のエッチング終点時間、Ｖ
…エッチング速度、Ｖ１…エッチング速度の最大値、Ｖ
２…エッチング速度の最小値、Ｗ…ウェーハ（被処理基
板）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板上の被エッチング膜をドライ
   エッチングする際に発光する前記被エッチング膜に固有
   のプラズマ発光波長を検出するプラズマ発光検出手段
   と、 前記プラズマ発光波長の発光強度に基づいて検出したエ
   ッチング終点時間と前記被エッチング膜の膜厚とから前
   記被エッチング膜のエッチング速度およびその均一性を
   算出する演算手段と、 この演算手段により算出されたデータを表示する表示手
   段とを備えたことを特徴とするドライエッチング特性評
   価装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段により算出されたデータを
   前記被処理基板ごとに記憶する記憶部を備え、前記被処
   理基板のデータの推移を前記表示手段に表示することを
   特徴とする請求項１に記載のドライエッチング特性評価
   装置。
3. 【請求項３】 前記演算手段により算出されたデータを
   前記被処理基板ごとに記憶する記憶部を備え、複数の前
   記被処理基板間におけるエッチング速度の均一性を前記
   演算手段にて算出可能としたことを特徴とする請求項１
   に記載のドライエッチング特性評価装置。
4. 【請求項４】 エッチング処理室内部に被処理基板を収
   容し、前記エッチング処理室内部に導入したエッチング
   ガスプラズマを利用して前記被処理基板上の被エッチン
   グ膜をドライエッチングするドライエッチング装置にお
   いて、 前記被エッチング膜をドライエッチングする際に発光す
   る前記被エッチング膜に固有のプラズマ発光波長を検出
   するプラズマ発光検出部と、 前記プラズマ発光波長の発光強度に基づいて検出したエ
   ッチング終点時間と前記被エッチング膜の膜厚とから前
   記被エッチング膜のエッチング速度およびその均一性を
   算出する演算部と、 この演算部により算出されたデータを表示する表示部と
   を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
5. 【請求項５】 前記被エッチング膜のエッチング速度お
   よびその均一性のデータの異常値が設定される異常値設
   定部と、 前記演算部により算出されたデータと前記異常値とを比
   較する比較部と、 この比較部の出力に基づいてドライエッチングプロセス
   を停止させる出力信号を発するプロセス停止信号出力部
   とを備え、 前記出力信号の発信とともに、前記表示部に異常データ
   を表示させるようにしたことを特徴とする請求項４に記
   載のドライエッチング装置。