JP2001068457A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP2001068457A
JP2001068457A JP24460199A JP24460199A JP2001068457A JP 2001068457 A JP2001068457 A JP 2001068457A JP 24460199 A JP24460199 A JP 24460199A JP 24460199 A JP24460199 A JP 24460199A JP 2001068457 A JP2001068457 A JP 2001068457A
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JP
Japan
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plasma
sample
etching
processing
processed
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Application number
JP24460199A
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Japanese (ja)
Inventor
Masashi Mori
政士 森
Naoyuki Koto
直行 小藤
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
Shinichi Taji
新一 田地
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To evaluate etching velocity or shape uniformity on a wafer surface during treatment by judging proceeding of sample treatment under the conditions that a residence time of molecule ad atom decided by a plasma pressure, a total gas flow rate, a treatment sample, and the length of a region wherein plasma in a vertical direction is generated, is specified. SOLUTION: A sample treatment is carried out while judging proceeding degree of a sample treatment under the conditions that a residence time of molecule and atom decided by a treatment pressure of plasma, a total gas flow rate, a treatment sample and the length of a region wherein a plasma in a vertical direction is generated is within 100 ms. A sample 113 is installed on a sample installation electrode 112 and is constructed to be in contact with a plasma 117. In the process, a sample treatment can be carried out at a fast speed by applying RF wave oscillated by an RF electrode 109 to the electrode 112 by using an RF matching device 110 and a blocking capacitor 111. A light emitting spectroscope 119 is installed as a for measuring change of the number of particles in plasma.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や電子
回路等の製作に利用されるドライエッチング方法にかか
わり、特にエッチング処理中にエッチング速度の面内均
一性を評価する方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method used for manufacturing semiconductor elements, electronic circuits, and the like, and more particularly to a method and an apparatus for evaluating in-plane uniformity of an etching rate during an etching process.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、半導体装置等の製造に用いるエッ
チング方法においては、微細性と異方性加工の実現のた
めに、プラズマを使用する方法が主流となっている。プ
ラズマを生成する手段としては、真空容器内に導入した
ガスに電磁波を照射し、そのエネルギでガスを解離させ
る方法が一般的である。また、上記プラズマを生成する
プラズマ源として、容量結合型プラズマ(CCP:Capa
citive Coupled Plasma)、誘導結合型プラズマ(IC
P:Inductive Coupled Plasma)、ECR(Electron C
yclotron Resonance)プラズマがある。そして、近年E
CRプラズマにおいては、従来のマイクロ波ではなくU
HF波を使用した方式が開発されている。上記エッチン
グ装置には、プラズマ中の1つもしくはそれ以上の発光
強度を測定する機構が設置されており、エッチングの終
点を判定するために用いられている。例えば、C−MO
Sのゲート部分をエッチングする場合、プラズマからの
391nm(SiCl)の発光強度をモニタし、その強度
が小さくなりきったところでゲート加工が終了したと判
定する。すなわち、プラズマの発光を測定する機構によ
って、自動的に次のステップに切り替えたり、エッチン
グ処理を終了させたりするための情報を得ている。
2. Description of the Related Art At present, in etching methods used for manufacturing semiconductor devices and the like, a method using plasma is mainly used in order to realize fineness and anisotropic processing. As a means for generating plasma, a method of irradiating a gas introduced into a vacuum vessel with an electromagnetic wave and dissociating the gas with the energy is generally used. As a plasma source for generating the plasma, a capacitively coupled plasma (CCP: Capa) is used.
citive Coupled Plasma), inductively coupled plasma (IC
P: Inductive Coupled Plasma), ECR (Electron C)
yclotron Resonance) There is a plasma. And recently, E
In CR plasmas, instead of conventional microwaves, U
Systems using HF waves have been developed. The etching apparatus is provided with a mechanism for measuring one or more emission intensities in the plasma, and is used to determine the end point of the etching. For example, C-MO
When etching the gate portion of S, the emission intensity of 391 nm (SiCl) from the plasma is monitored, and it is determined that the gate processing has been completed when the emission intensity has become small. That is, information for automatically switching to the next step or terminating the etching process is obtained by the mechanism for measuring the emission of plasma.

【0003】一方、エッチング速度の均一性は、半導体
製造の歩留まり向上のための重要な要素の一つである。
上記均一性の評価方法には、ウェハを抜き出してエッチ
ングの段差を測定したり、ウェハを割って断面形状を観
測するといった方法があり、主にオフラインで行なわれ
てきた。
On the other hand, uniformity of the etching rate is one of the important factors for improving the yield of semiconductor manufacturing.
Methods for evaluating the uniformity include a method of extracting a wafer and measuring an etching step, and a method of observing a cross-sectional shape by dividing the wafer, and are mainly performed off-line.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
エッチングの面内均一性の評価方法では、被加工物を一
度ラインの外に出して、別の測定器で測定する必要があ
り、スループットの低下を招いていた。
As described above, in the conventional method for evaluating in-plane uniformity of etching, it is necessary to take the workpiece once out of the line and measure it with another measuring instrument. This has led to a decrease in throughput.

【0005】本発明の目的は、プラズマを使用するエッ
チング処理装置において、エッチング速度もしくはエッ
チング形状の処理ウェハ面内均一性を、エッチング処理
中に評価できるようにすることで、スループットの向
上、条件出しの高速化をはかることにある。また、本発
明の他の目的は多層膜のエッチングを行うとき、積み重
なる膜種によって変化するエッチング速度の不均一性を
緩和し、最終的に均一形状でのエッチングを実現し、製
造歩留まりを向上させることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the throughput and set the conditions by making it possible to evaluate the etching rate or the uniformity of the etching shape in a processing wafer surface during an etching process in an etching processing apparatus using plasma. The goal is to increase the speed. Another object of the present invention is to reduce the non-uniformity of the etching rate, which varies depending on the type of the stacked films, when etching a multilayer film, and finally realize etching with a uniform shape, thereby improving the production yield. It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の方法は、被処理試料を真空容器内に導入し
固定する工程と、ガスを上記真空容器内に導入する工程
と、上記真空容器内にプラズマを発生させる工程と、上
記プラズマの被処理試料に対するイオン電流密度分布を
制御する工程と、上記被処理試料をエッチング処理する
工程と、プラズマ処理中にプラズマからの発光強度を測
定し、試料処理の程度を判定する工程を備えたプラズマ
処理方法において、上記プラズマの処理圧力と全ガス流
量と被処理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域
の長さで決定される分子、原子の滞在時間が100ms以
内となる条件で試料処理の進行程度を判定しながら試料
処理を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of the present invention comprises the steps of introducing a sample to be processed into a vacuum vessel and fixing the sample; introducing a gas into the vacuum vessel; Generating a plasma in a vacuum vessel, controlling the ion current density distribution of the plasma with respect to the sample to be processed, etching the sample to be processed, and measuring the emission intensity from the plasma during the plasma processing Then, in the plasma processing method including a step of determining the degree of sample processing, the molecule is determined by the processing pressure of the plasma, the total gas flow rate and the length of the region in which plasma in the direction perpendicular to the sample to be processed is generated, The method is characterized in that the sample processing is performed while determining the degree of progress of the sample processing under the condition that the residence time of the atoms is within 100 ms.

【0007】また、上記プラズマの処理圧力と全ガス流
量と被処理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域
の長さで決定される分子、原子の滞在時間τ(ms)に対
するプラズマ均一性A(%)の比A/τが0.11より
大きくなる条件で試料処理の進行程度を判定しながら試
料処理を行うことを特徴とする。
Further, the plasma uniformity A with respect to the residence time τ (ms) of molecules and atoms determined by the processing pressure of the plasma, the total gas flow rate, and the length of the region where the plasma is generated in the direction perpendicular to the sample to be processed. The sample processing is performed while determining the degree of progress of the sample processing under the condition that the ratio A / τ of (%) is larger than 0.11.

【0008】また、上記の方法において、試料処理の進
行程度の判定結果を基に、エッチング処理の面内均一性
を算出する工程とエッチング速度分布を制御する工程を
有することを特徴とする。
Further, the above method is characterized in that it comprises a step of calculating the in-plane uniformity of the etching processing and a step of controlling the etching rate distribution based on the result of the determination of the degree of progress of the sample processing.

【0009】また、上記の方法において、上記プラズマ
を発生させる手段が80MHzから900MHzの周波
数を持つUHFないしVHF波発生装置と2つ以上の電
磁石を有して構成され、上記電磁石に流れるそれぞれの
電流を変化させることで、エッチング速度の面内分布を
制御しながらエッチング処理をおこなうことを特徴とす
る。
In the above method, the means for generating plasma includes a UHF or VHF wave generator having a frequency of 80 MHz to 900 MHz and two or more electromagnets. , The etching process is performed while controlling the in-plane distribution of the etching rate.

【0010】図2は、半導体装置におけるメタル配線部
の構造(a)および上記配線部をプラズマエッチングし
た場合の、励起窒素の発光強度(N:414nm)の時間
変化を測定したグラフ(b)、(c)を示す。ここで、
同図(a)の201はレジスト、202はC−TiN、
203はAl−Cu、204はB−TiN、205はS
iO2(層間絶縁膜)、206は下層配線である。ここ
で、このエッチング処理は後述する図1の構成を有する
処理装置によっておこなった。
FIG. 2 is a graph (b) showing the structure of a metal wiring portion (a) in a semiconductor device and the time change of the emission intensity of excited nitrogen (N: 414 nm) when the wiring portion is subjected to plasma etching; (C) is shown. here,
In FIG. 2A, 201 is a resist, 202 is C-TiN,
203 is Al-Cu, 204 is B-TiN, 205 is S
iO 2 (interlayer insulating film) 206 is a lower wiring. Here, this etching process was performed by a processing apparatus having a configuration shown in FIG. 1 described later.

【0011】エッチング条件は、RF電源の出力40W
で、SiO2のスパッタレート分布が共に12%程度で
あるが、同図(b)では圧力3Pa、プラズマ厚さ18
0mm、全ガス流量が400sccmなのに対して同図(c)
は圧力3Pa、プラズマ厚さ(図1の距離120)15
0mm、全ガス流量400sccmである。ここで、SiO2
のスパッタレート分布は物理スパッタが主反応のため、
プラズマの均一性評価の指標として一般的に使用される
ものである。
The etching conditions are as follows: the output of the RF power source is 40 W
The sputtering rate distribution of SiO 2 is about 12% in both cases, but in FIG.
0mm, while the total gas flow is 400sccm (Fig.
Is pressure 3 Pa, plasma thickness (distance 120 in FIG. 1) 15
0 mm, total gas flow 400 sccm. Where SiO 2
The sputter rate distribution of
It is generally used as an index for plasma uniformity evaluation.

【0012】上記図2(b)、(c)を比較すると、
(c)では、B−TiN204のエッチングの終点近傍
で、均一性の微細構造213が存在することが分かる。
この現象は、反応生成物の滞在時間に関係しているもの
と考えられる。すなわち、プラズマ厚さの減少で、プラ
ズマ中での原子または分子の滞在時間が短くなったこと
によって、プラズマ中で同じ分子もしくは原子が発光を
繰り返すという現象が少なくなるため、今まで観測でき
なかった均一性に関する情報の測定が可能となったもの
と考えられる。
When comparing FIGS. 2 (b) and 2 (c),
In (c), it can be seen that a uniform fine structure 213 exists near the end point of the etching of the B-TiN 204.
This phenomenon is considered to be related to the residence time of the reaction product. That is, the phenomenon that the same molecule or atom repeatedly emits light in the plasma is reduced due to the reduced residence time of the atom or molecule in the plasma due to the decrease in the plasma thickness. It is considered that the measurement of the information on the uniformity has become possible.

【0013】上記滞在時間τ(s)は、一般に数1で表
すことができる。ここで、数1のPは反応処理室の圧力
(Pa)、Vは反応処理室の体積(l)、Qはガスの流
量(Pa・l/s)である。
The stay time τ (s) can be generally expressed by Equation 1. Here, P in Equation 1 is the pressure (Pa) of the reaction processing chamber, V is the volume (l) of the reaction processing chamber, and Q is the gas flow rate (Pa · l / s).

【0014】[0014]

【数1】 τ=PV/Q ………(1) よって、滞在時間を小さくするためには、圧力はより低
圧、プラズマ体積はより小さく、ガス流量は、より大き
くするような条件でエッチングを行う必要がある。そし
て、この均一性の微細構造が観測されるためには、Si
2のスパッタレート分布が小さい程、滞在時間をより
小さくしなければならない。
Τ = PV / Q (1) Therefore, in order to reduce the staying time, the etching is performed under the condition that the pressure is lower, the plasma volume is smaller, and the gas flow rate is larger. There is a need to do. In order to observe the fine structure of this uniformity,
The smaller the O 2 sputter rate distribution, the shorter the residence time.

【0015】したがって、ウェハ処理に必要とされる均
一性を満足できる範囲において、圧力、体積およびガス
流量で決定される観測粒子の滞在時間を短くしてもエッ
チング性能が保証される装置を用い、エッチング時の特
定発光強度の時間変化を計測することで、前記第1の目
的を達成することができる。
Therefore, an apparatus is used in which etching performance is guaranteed even if the stay time of observation particles determined by pressure, volume and gas flow rate is shortened within a range that can satisfy the uniformity required for wafer processing. The first object can be achieved by measuring a time change of the specific light emission intensity at the time of etching.

【0016】また、発光強度の時間変化を測定して、そ
の情報をイオン電流分布もしくは、RFバイアス分布を
制御する回路にフィードバックさせることで、プラズマ
処理中に分布の補正をすることが可能となり、前記第2
の目的を達成することができる。
Further, by measuring the time change of the light emission intensity and feeding back the information to a circuit for controlling the ion current distribution or the RF bias distribution, it becomes possible to correct the distribution during the plasma processing. The second
Can achieve the purpose.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1は、本発明を適
用できる450MHzのUHF波を放射する電極(アン
テナ)と電磁石を備えたUHF波ECRプラズマエッチ
ング装置の断面図である。図において101はUHF電
源、102はUHF波整合器、103は誘電板、104
は電磁波放射電極、105はアンテナアース部、106
は電磁石、107は放電部容器、108は真空排気装
置、109はRF電源、110はRF整合器、111は
ブロッキングコンデンサ、112は試料設置電極、11
3は処理試料、114はガス導入管、115はシャワー
プレート、116は石英板、117はプラズマ、118
は発光分光器、119はイオン電流密度分布制御機構で
あり、120はプラズマの厚さを示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a UHF wave ECR plasma etching apparatus provided with an electrode (antenna) for emitting a 450 MHz UHF wave and an electromagnet to which the present invention can be applied. In the figure, 101 is a UHF power supply, 102 is a UHF wave matching device, 103 is a dielectric plate, 104
Is an electromagnetic wave radiation electrode, 105 is an antenna grounding part, 106
Is an electromagnet, 107 is a discharge part container, 108 is a vacuum exhaust device, 109 is an RF power supply, 110 is an RF matching device, 111 is a blocking capacitor, 112 is a sample setting electrode, 11
3 is a processing sample, 114 is a gas introduction tube, 115 is a shower plate, 116 is a quartz plate, 117 is plasma, 118
Denotes an emission spectroscope, 119 denotes an ion current density distribution control mechanism, and 120 denotes the thickness of plasma.

【0018】従来のマイクロ波ECRプラズマやICP
プラズマ源では、一般にプラズマ厚さ120を小さくす
ると、プラズマ密度の面内分布が悪化したり、ガス流れ
の均一性が悪化したりするため、本装置のように低ギャ
ップかつイオン電流密度が均一で、ガスがウェハ直上か
ら流せるような構造であることが望ましい。
Conventional microwave ECR plasma or ICP
In the plasma source, generally, when the plasma thickness 120 is reduced, the in-plane distribution of the plasma density is deteriorated and the uniformity of the gas flow is deteriorated. , It is desirable that the gas flow from just above the wafer.

【0019】本装置では電磁波放射電極104は大気側
に設置しているが、真空側にあっても効果は同じであ
る。また、今回はプラズマの厚さ120は、試料設置電
極112とシャワープレート115の距離と定義した。
本装置は、ガス導入管114から放電部容器107内に
ガスを導入したあと、真空排気装置108に付属してい
る開度可変のバルブ(図示略)により容器内圧力を制御
することができる。
In this device, the electromagnetic wave radiation electrode 104 is installed on the atmosphere side, but the effect is the same even on the vacuum side. In this case, the plasma thickness 120 is defined as the distance between the sample setting electrode 112 and the shower plate 115.
In this apparatus, after introducing a gas into the discharge unit vessel 107 from the gas introduction pipe 114, the pressure in the vessel can be controlled by a variable opening valve (not shown) attached to the evacuation unit 108.

【0020】UHF電源101から発振されたUHF波
は同軸管または、導波管によって伝送され、UHF波整
合器102で負荷インピーダンスとの整合をとり、電磁
波放射電極104により放電部容器107内に放出され
る。放出された電磁波のエネルギにより、放電部容器1
07内のガスが解離する。その時電磁石106により形
成された磁場で、電子に電子サイクロトロン運動を起こ
させ、0.3〜3Pa程度の圧力領域でプラズマ117
を生成することができる。
A UHF wave oscillated from a UHF power supply 101 is transmitted by a coaxial tube or a waveguide, matched with load impedance by a UHF wave matching device 102, and emitted into a discharge vessel 107 by an electromagnetic wave radiation electrode 104. Is done. Due to the energy of the emitted electromagnetic waves, the discharge part container 1
The gas in 07 is dissociated. At that time, the magnetic field generated by the electromagnet 106 causes electrons to move in an electron cyclotron motion, and the plasma 117 is generated in a pressure region of about 0.3 to 3 Pa.
Can be generated.

【0021】処理試料113は試料設置電極112上に
設置されており、プラズマ117に接する構造となって
いる。この時、RF電源109より発振されたRF波を
RF整合器110とブロッキングコンデンサ111を用
いて試料設置電極112に印加することで、高速に試料
処理を行うことができる。
The processing sample 113 is set on the sample setting electrode 112 and has a structure in contact with the plasma 117. At this time, the sample processing can be performed at high speed by applying the RF wave oscillated from the RF power supply 109 to the sample setting electrode 112 using the RF matching device 110 and the blocking capacitor 111.

【0022】プラズマ中の粒子の個数の変化を測定する
手段として発光分光器119を設置した。上記分光器1
19の検出波長を特定波長に合わせておき、エッチング
処理中にその時間変化を測定することでエッチングの終
点を検出することができる。イオン電流密度分布制御機
構118は、上記発光強度変化の測定結果をもとに、イ
オン電流密度分布を制御(この場合は、電磁石の電流を
変化させる)する。
An emission spectrometer 119 was installed as a means for measuring the change in the number of particles in the plasma. The above spectroscope 1
By setting the 19 detection wavelengths to a specific wavelength and measuring the time change during the etching process, the end point of the etching can be detected. The ion current density distribution control mechanism 118 controls the ion current density distribution (in this case, changes the current of the electromagnet) based on the measurement result of the change in the emission intensity.

【0023】このような装置(チェンバーの内径φ44
0)において、プラズマの厚さ120を150mm、圧力
3Pa、全ガス流量を400sccmとし、UHFパワー8
00Wでエッチングを行った時の発光強度の時間変化は
図2(c)のように測定された。この時の分子の滞在時
間は、前記数1より100ms程度である。滞在時間が1
20msとなる図2(b)ではこのような構造が見えなか
ったことから、数1で計算される滞在時間を100ms以
下にするにしたがって、図2(c)のような発光強度変
化の均一性の微細構造213を観測可能となる。
Such a device (chamber inner diameter φ44)
In 0), the plasma thickness 120 was 150 mm, the pressure was 3 Pa, the total gas flow rate was 400 sccm, and the UHF power was 8 mm.
The time change of the light emission intensity when etching was performed at 00 W was measured as shown in FIG. The residence time of the numerator at this time is about 100 ms from the above equation (1). Stay time 1
Since such a structure was not seen in FIG. 2B, which is 20 ms, the uniformity of the emission intensity change as shown in FIG. Can be observed.

【0024】これに従うと、例えば0.3PaのC−M
OSのゲートエッチングで、プラズマ厚さ104mmの場
合は、全ガス流量は30sccm以上で12%程度の不均一
性の構造が観測できることになる。
According to this, for example, a CM of 0.3 Pa
In the gate etching of the OS, when the plasma thickness is 104 mm, a non-uniform structure of about 12% can be observed when the total gas flow rate is 30 sccm or more.

【0025】また、SiO2スパッタレート分布A
(%)と滞在時間τ(ms)を変化させて均一性の微細構
造213の観測有無をまとめたところ、表1のような結
果が得られ、A/τが0.11より大きいと上記不均一
性を観測できることがわかった。また、これによると5
%の均一性を観測するためには46ms以下の滞在時間に
なるような条件でエッチングすればよい。
The SiO 2 sputtering rate distribution A
(%) And the stay time τ (ms) were varied to summarize the observation of the fine structure 213 of uniformity. The results shown in Table 1 were obtained. It was found that uniformity could be observed. According to this, 5
In order to observe the% uniformity, the etching may be performed under the condition that the dwell time is 46 ms or less.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】このように、本発明を適用した結果、8イ
ンチで5%程度のエッチング速度の不均一性をリアルタ
イムに検出することが可能となるため、従来のようにウ
ェハをオフラインで測定する必要がなくなり、エッチン
グ条件出し時のスループットを向上することができる。
As described above, as a result of applying the present invention, it is possible to detect the non-uniformity of the etching rate of about 5% in 8 inches in real time, so that the wafer needs to be measured off-line as in the conventional case. And the throughput at the time of setting the etching conditions can be improved.

【0028】本発明を適用可能なエッチング装置として
は、本実施例で使用したUHF波ECRプラズマエッチ
ング装置のように、0.3Paから3Pa程度の圧力領
域でプラズマ厚さが100mm以下でも安定かつ分布制御
可能なプラズマが生成できてかつエッチング処理が可能
でなければならないとことは言うまでもない。また、プ
ラズマ中の粒子の個数変化を測定する手段として、QM
S(四重極質量分析器)等を用い、観測する質量数を固
定してその信号強度の時間変化を測定しても同様な効果
を得ることができる。
As an etching apparatus to which the present invention can be applied, as in the UHF wave ECR plasma etching apparatus used in this embodiment, even if the plasma thickness is 100 mm or less in a pressure range of about 0.3 Pa to 3 Pa, the distribution is stable. It goes without saying that a controllable plasma must be generated and the etching process must be possible. As a means for measuring the change in the number of particles in the plasma, QM
The same effect can be obtained by using S (quadrupole mass spectrometer) or the like and fixing the observed mass number and measuring the time change of the signal intensity.

【0029】(実施例2)本発明を使用してリアルタイ
ムで多層膜のエッチング速度分布制御を行った実施例を
以下に示す。前記実施例1に示した圧力領域、ガス流量
領域、プラズマ厚さおよび図3(c)のようなイオン電
流分布で、図2(a)のような多層膜のエッチングを行
い、励起窒素(N:414nm)の発光強度を測定した。
Embodiment 2 An embodiment in which the present invention is used to control the etching rate distribution of a multilayer film in real time is described below. In the pressure region, gas flow region, plasma thickness, and ion current distribution shown in FIG. 3C, the multilayer film is etched as shown in FIG. : 414 nm).

【0030】このときC−TiN層202の終点近傍3
03に微細構造があることが判った。この判定は、図3
に示す終点時間303が、設定値より大きいことを判断
基準としてなされる。この時のC−TiNエッチング終
了近傍の時間306のウェハの中心と端のエッチング状
態は、それぞれ図3(a)、(b)のようになってお
り、中心部の底面301と端部の底面302のエッチン
グ到達面が異なることが判る。
At this time, 3 near the end point of the C-TiN layer 202
03 was found to have a microstructure. This determination is made according to FIG.
Is determined as a criterion when the end point time 303 shown in FIG. At this time, the etching states of the center and the edge of the wafer at the time 306 near the end of the C-TiN etching are as shown in FIGS. 3A and 3B, respectively. It can be seen that the etching reaching surface 302 is different.

【0031】そこで本発明を適用して、Al層のエッチ
ング時間307中のイオン電流分布を、図3(f)のよ
うに端部を上げた分布とし、端部のエッチング速度が上
がるようにした。その結果、Alエッチング終了近傍の
時間308でのウェハの中心と端のエッチング状態は図
3(d)、(e)のようになり、中心部の底面301と
端部の底面302のエッチング到達面を揃えることがで
きた。
Therefore, by applying the present invention, the ion current distribution during the etching time 307 of the Al layer is made to have a distribution with the edge raised as shown in FIG. 3F, so that the etching rate at the edge is increased. . As a result, the etching state of the center and the edge of the wafer at the time 308 near the end of the Al etching is as shown in FIGS. 3D and 3E, and the etching reaching surface of the bottom surface 301 at the center and the bottom surface 302 at the end. Could be aligned.

【0032】そして、B−TiNエッチング+オーバエ
ッチング時間309は再び図3(i)のようにフラット
なイオン電流分布にしてエッチングを行うと、励起窒素
の発光強度の時間変化は305のように観測され、図3
(g)(h)のように最終的に中心部と端部で均一形状
のエッチングを終了することができた。
When the etching is again performed with the B-TiN etching + over-etching time 309 being a flat ion current distribution as shown in FIG. 3 (i), the time change of the emission intensity of excited nitrogen is observed as 305. Figure 3
As shown in (g) and (h), the etching of the uniform shape was finally completed at the center and the end.

【0033】本発明を使用しない場合には、励起窒素の
発光強度の時間変化は、破線304のように微細構造を
もち、最終形状も中心部の底面301と端部の底面30
2が一致せず、不均一形状となってしまう。
When the present invention is not used, the time variation of the emission intensity of the excited nitrogen has a fine structure as shown by a broken line 304, and the final shapes are also the bottom surface 301 at the center and the bottom surface 30 at the end.
2 do not match, resulting in a non-uniform shape.

【0034】このように均一性の自己制御可能なエッチ
ング方法を使用することで、歩留まり向上、条件出しの
高速化を達成することができる。
By using the etching method capable of controlling the uniformity in this manner, it is possible to achieve an improvement in yield and an increase in the speed of condition setting.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、プラズマを使用するド
ライエッチングにおいて、オンラインで処理ウェハの面
内均一性を評価することが可能となる。さらに、多層膜
エッチングにおいて最終的にエッチング形状を面内で均
一に加工することができるため、歩留まり向上とエッチ
ングの条件出しの高速化を図ることができる。
According to the present invention, in dry etching using plasma, the in-plane uniformity of a processed wafer can be evaluated online. Further, since the etching shape can be finally processed uniformly in the plane in the multilayer film etching, the yield can be improved and the etching conditions can be set at a higher speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を実施するためのプラズマエッチング装
置の断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a plasma etching apparatus for carrying out the present invention.

【図2】本発明の実施例で加工したメタル配線部の断面
図およびエッチング時の発光強度の時間変化の測定図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a metal wiring portion processed in an example of the present invention and a measurement diagram of a temporal change in emission intensity during etching.

【図3】本発明を適用して多層膜エッチングを行った実
施例の説明図。
FIG. 3 is an explanatory view of an embodiment in which multilayer film etching is performed by applying the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…UHF電源、102…UHF波整合器、103
…誘電板、104…電磁波放射電極、105…アンテナ
アース部、106…電磁石、107…放電部容器、10
8…真空排気装置、109…RF電源、110…RF整
合器、111…ブロッキングコンデンサ、112…試料
設置電極、113…処理試料、114…ガス導入管、1
15…シャワープレート、116…石英板、117…プ
ラズマ、118…発光分光器、119…イオン電流密度
分布制御機構、120…プラズマの厚さ、201…レジ
スト、202…C−TiN、203…Al−Cu、20
4…B−TiN、205…SiO2(層間絶縁膜)、2
06…下層配線、208…C−TiNエッチング時間、
209…Al−Cuエッチング時間、210…B−Ti
Nエッチング時間、211…オーバエッチング時間、2
13…均一性の微細構造、301…中心部のエッチング
底面、302…端部のエッチング底面、303…C−T
iN202の終点時間、304…本発明を適用しない場
合の励起窒素の発光強度の時間変化、305…本発明を
適用した場合のN2発光強度の時間変化、306…C−
TiNエッチング終了近傍時間、307…Alエッチン
グ時間、308…Alエッチング終了近傍時間、309
…B−TiNエッチング+オーバエッチング時間。
101: UHF power supply, 102: UHF wave matching device, 103
... Dielectric plate, 104 ... Electromagnetic radiation electrode, 105 ... Antenna ground part, 106 ... Electromagnet, 107 ... Discharge part container
8 vacuum evacuation device, 109 RF power supply, 110 RF matching device, 111 blocking capacitor, 112 sample setting electrode, 113 processing sample, 114 gas introduction pipe, 1
Reference numeral 15: shower plate, 116: quartz plate, 117: plasma, 118: emission spectrometer, 119: ion current density distribution control mechanism, 120: thickness of plasma, 201: resist, 202: C-TiN, 203: Al- Cu, 20
4 ... B-TiN, 205 ... SiO 2 ( interlayer insulating film) 2
06 ... lower wiring, 208 ... C-TiN etching time,
209: Al-Cu etching time, 210: B-Ti
N etching time, 211 ... over etching time, 2
13: Microstructure of uniformity, 301: Etched bottom surface at the center, 302: Etched bottom surface at the end, 303 ... CT
i. The end point time of iN202, 304... time change of the emission intensity of excited nitrogen when the present invention is not applied, 305... time change of the N2 emission intensity when the present invention is applied, 306.
TiN etching end time, 307 ... Al etching time, 308 ... Al etching end time, 309
... B-TiN etching + over-etching time.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 4K057 DA11 DA14 DA16 DB06 DD03 DD08 DG07 DG16 DG20 DJ02 DM18 DM28 DN01 5F004 AA01 BA14 BB07 BB13 BB14 BB28 CA02 CA03 CA06 CA08 CB02 CB04 CB15  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Kazunori Tsujimoto 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. F term in the Central Research Laboratory of the Works (reference) 4K057 DA11 DA14 DA16 DB06 DD03 DD08 DG07 DG16 DG20 DJ02 DM18 DM28 DN01 5F004 AA01 BA14 BB07 BB13 BB14 BB28 CA02 CA03 CA06 CA08 CB02 CB04 CB15

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被処理試料を真空容器内に導入し固定する
工程と、ガスを上記真空容器内に導入する工程と、上記
真空容器内にプラズマを発生させる工程と、上記プラズ
マの被処理試料に対するイオン電流密度分布を制御する
工程と、上記被処理試料をエッチング処理する工程と、
プラズマ処理中にプラズマからの発光強度を測定し、試
料処理の程度を判定する工程を備えたプラズマ処理方法
において、上記プラズマの処理圧力と全ガス流量と被処
理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域の長さで
決定される分子、原子の滞在時間が100ms以内となる
条件で試料処理の進行程度を判定しながら試料処理を行
うことを特徴とするドライエッチング方法。
A step of introducing and fixing a sample to be processed into a vacuum vessel; a step of introducing a gas into the vacuum vessel; a step of generating plasma in the vacuum vessel; Controlling the ion current density distribution with respect to, and etching the sample to be processed,
In a plasma processing method including a step of measuring emission intensity from plasma during plasma processing and determining a degree of sample processing, plasma in a direction perpendicular to the processing pressure of the plasma, a total gas flow rate, and a sample to be processed is generated. Dry etching, wherein the sample processing is performed while determining the degree of progress of the sample processing under the condition that the stay time of molecules and atoms determined by the length of the region is within 100 ms.
【請求項2】被処理試料を真空容器内に導入し固定する
工程と、上記ガスを真空容器内に導入する工程と、上記
真空容器内にプラズマを発生させる工程と、上記プラズ
マの被処理試料に対するイオン電流密度分布を制御する
工程と、上記被処理試料をエッチング処理する工程と、
プラズマ処理中にプラズマからの発光強度を測定し、試
料処理の程度を判定する工程を備えたプラズマ処理方法
において、上記プラズマの処理圧力と全ガス流量と被処
理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域の長さで
決定される分子、原子の滞在時間τ(ms)に対するプラ
ズマ均一性A(%)の比A/τが0.11より大きくな
る条件で試料処理の進行程度を判定しながら試料処理を
行うことを特徴とするドライエッチング方法。
2. A step of introducing a sample to be processed into a vacuum vessel and fixing the same, a step of introducing the gas into the vacuum vessel, a step of generating plasma in the vacuum vessel, and a step of Controlling the ion current density distribution with respect to, and etching the sample to be processed,
In a plasma processing method including a step of measuring emission intensity from plasma during plasma processing and determining a degree of sample processing, plasma in a direction perpendicular to the processing pressure of the plasma, a total gas flow rate, and a sample to be processed is generated. While the ratio A / τ of the plasma uniformity A (%) to the residence time τ (ms) of molecules and atoms determined by the length of the region to be determined is larger than 0.11, the degree of progress of the sample processing is determined. A dry etching method characterized by performing sample processing.
【請求項3】請求項1または2記載のドライエッチング
方法において、試料処理の進行程度の判定結果を基に、
エッチング処理の面内均一性を算出する工程とエッチン
グ速度分布を制御する工程を有することを特徴とするド
ライエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein the determination of the degree of progress of the sample processing is performed based on a result of the determination.
A dry etching method comprising a step of calculating in-plane uniformity of an etching process and a step of controlling an etching rate distribution.
【請求項4】請求項1から3のいずれか記載のドライエ
ッチング処理方法において、上記プラズマを発生させる
手段が80MHzから900MHzの周波数を持つUH
FないしVHF波発生装置と2つ以上の電磁石を有して
構成され、上記電磁石に流れるそれぞれの電流を変化さ
せることで、エッチング速度の面内分布を制御しながら
エッチング処理をおこなうことを特徴とするドライエッ
チング方法。
4. A dry etching method according to claim 1, wherein said means for generating plasma includes a UH having a frequency of 80 MHz to 900 MHz.
It is configured to include an F to VHF wave generator and two or more electromagnets, and performs an etching process while controlling an in-plane distribution of an etching rate by changing respective currents flowing through the electromagnets. Dry etching method.
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CN106255303A (en) * 2016-07-07 2016-12-21 中国人民解放军装甲兵工程学院 A kind of plasma is characteristics of motion test system in airtight cylindrical structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106255303A (en) * 2016-07-07 2016-12-21 中国人民解放军装甲兵工程学院 A kind of plasma is characteristics of motion test system in airtight cylindrical structure
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