JP2001244252A - エッチング終点判定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッチング終点付近での発光強度変化が低くノ
イズ成分の影響が大きい半導体ウェハであっても安定し
たエッチング終点判定を行う方法及び装置を提供するこ
とにある。 【解決手段】エッチング終点判定において、ノイズの影
響を大きく受けない1次微分波形が予め設定した判定値
１を超えることにより、まずエッチング終点付近である
ことを検知する。次に正確なエッチング終点を求めるた
めに2次微分波形を監視し2次微分波形が予め設定した判
定値２を超えたところをエッチング終点と判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング終点判
定方法及び装置に係り、特にプラズマ放電を用いたエッ
チング処理の終点を発光分光法より抽出した発光量変化
により検出するのに好適なエッチング終点判定方法及び
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハのドライエッチング処理に
おいて、プラズマ光における特定波長の発光強度が特定
の膜のエッチング進行に伴い変化する。そこで、半導体
ウェハのエッチング終点検出方法の１つとして従来から
エッチング処理中にプラズマからの特定波長の発光強度
の変化を検出し、この検出結果に基づいて特定の膜のエ
ッチング終点を検出する方法がある。特開昭６３−２３
９８２９号公報によると差分法により発光強度の２次差
分を求めエッチング終点判定に用いる方法があり、特開
平５−９４９７３号公報によると発光強度の１次微分ま
たは２次微分値をエッチング終点判定に用いる方法が示
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体の微細
化、高集積化に伴い開口率（半導体ウェハの被エッチン
グ面積）は小さくなっており、エッチング終点付近での
発光強度変化が微小となっている。発光強度変化が微小
になると、ノイズ成分の影響が大きくなりノイズフィル
タでも充分除去できない場合やノイズ成分を除去できた
としても波形が鈍り遅れが生じてしまうため、エッチン
グ終点を確実に検出することが困難となっている。

【０００４】本発明の目的は、エッチング終点付近での
発光強度変化が低くノイズ成分の影響が大きい半導体ウ
ェハであっても安定したエッチング終点判定を行う方法
及び装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明ではプラズマ発光量の変化をそれぞれ１次微
分、２次微分した１次微分波形、２次微分波形を算出
し、これらを組み合わせてエッチングの終点を検出す
る。

【０００６】すなわち、本発明は、ドライエッチングの
エッチング終点判定方法において、入力信号波形を第１
デジタルフィルタによりノイズを低減するステップと、
微分処理により信号波形の１次微分と２次微分を求める
ステップと、前のステップで求めた時系列微係数波形の
ノイズ成分を第２デジタルフィルタにより低減して平滑
化微係数値を求めるステップと、該平滑化微係数値と予
め設定された値とを判別手段により比較しエッチングの
終点を判定するステップとを含むエッチング終点判定方
法において、この１次微分または２次微分後に第２デジ
タルフィルタによりノイズ低減された１次微分波形と２
次微分波形の両方を使用してエッチング終点判定するこ
とを特徴とする。

【０００７】本発明によれば、ノイズ成分が多い波形に
対しては、まず大まかなエッチング終点を1次微分波形
で判定し、次に正確なエッチング終点を2次微分波形で
判定する。このような、１次２次微分コンビネーション
判定が、１次微分波形や２次微分波形の単独でのエッチ
ング終点判定に比べて、安定したエッチング終点判定を
提供できる効果がある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図を用いて説明
する。図１は、本発明に係るエッチング装置のシステム
系統図を示す。エッチング装置はエッチングチャンバ１
の内部に導入されたエッチングガスやマイクロ波電力等
によりプラズマを発生させ、このプラズマにより半導体
ウェハがエッチングされる。エッチング処理中にエッチ
ングチャンバ内で発生したプラズマの特定波長の発光を
分光器２にて得た後、高電子増倍管３へ取り込む。取り
込まれた発光強度は、高電子増倍管３により発光強度に
応じた電流検出信号となり、ＩＶ変換器４にて電圧信号
へ変換する。この電圧信号をＡＤ変換器７により生波形
信号として出力する。またＩＶ変換器４からの電圧信号
に対してオフセット（加算回路）５、ゲイン（乗算回
路）６をかけた信号をＡＤ変換器７により演算波形信号
として出力し、生波形信号と演算波形信号を基にエッチ
ングの終点検出をおこなう。

【０００９】次に、エッチング終点判定に使用する波形
を求める方法を、図２で説明する。演算波形信号から微
小変化を捕らえられる計算生波形２１を装置制御手段１
０により求める。この計算生波形からノイズ成分を除去
するためにデジタルフィルタ例えばローパスフィルタ
（ＬＰＦ）を使用したＬＰＦ波形２２を求める。このＬ
ＰＦ波形に対して１次微分処理を行い場合によってはノ
イズ成分を除去したものを1次微分波形２３とし、また
ＬＰＦ波形に対して2次微分処理を行い場合によっては
ノイズ成分を除去したものを２次微分波形２４とする。
ここで求めた１次微分波形、2次微分波形を共に使用し
てエッチング終点を検出する。ここでのノイズ成分と
は、プラズマのゆらぎ、回路上での電気的ノイズ、制御
装置で演算を行う際のまるめ誤差などを含む。

【００１０】１次微分波形と２次微分波形をエッチング
終点検出に使用する方法を１次２次微分コンビネーショ
ン判定と呼ぶ。この１次２次微分コンビネーション判定
の終点判定処理のフローチャートを図３に示し、図４及
び図５にエッチング終点付近で発光強度（ここでは電圧
値）が減少する時のそれぞれの波形を示す。エッチング
終点判定処理は、まず終点判定の対象を１次微分波形３
１とし、１次微分波形が予め設定した判定値１を超えた
（図４または図５の場合では下回った）かどうかを監視
する。判定値１の条件をクリアすると、次に終点判定の
対象を２次微分波形３３とし、２次微分波形が予め設定
した判定値２を超えた（図４または図５の場合では上回
った）かどうかを監視する。判定値２の条件をクリアし
た時点をエッチング終点と判定する。

【００１１】図４に示したようなノイズ成分が少ない波
形に対しては、この１次２次微分コンビネーション判定
の有利性はあまりないが、図５に示すようなノイズ成分
が多い波形に対しては、１次２次微分コンビネーション
判定が１次微分波形や２次微分波形の単独でのエッチン
グ終点判定に比べて非常に有利となる。通常エッチング
の終点は２次微分波形がゼロクロス（ゼロ点を通過）す
る時点とすることが多い。従って、図５の判定値２の絶
対値は小さい値を設定する。

【００１２】図５で、２次微分波形単独でのエッチング
終点判定をしたとすると、ノイズ成分の影響を受けてエ
ッチング終点を誤検出する可能性が非常に大きい。ま
た、１次微分波形単独でのエッチング終点判定をしたと
すると、１次微分波形は２次微分波形と比べるとノイズ
の影響は小さいためエッチング終点付近は検出できる
が、２次微分波形がゼロクロスする時点を正確に求める
ことはできない。したがって、これら１次微分波形と２
次微分波形それぞれの特徴を生かした判定方法がこの１
次２次微分コンビネーション判定である。

【００１３】この１次２次微分コンビネーション判定
は、ノイズの影響を大きく受けない１次微分波形によ
り、まずエッチング終点付近であることを検知する。こ
れは１次微分波形が判定値１をこえることで判断する。
次に正確なエッチング終点を求めるために2次微分波形
を監視し２次微分波形が判定値２を超えたところをエッ
チング終点と判定するため、１次微分波形や２次微分波
形の単独での終点判定に比べノイズの影響を受け難く、
かつ正確なエッチング終点を検出できる。

【００１４】図６及び図７に、エッチング終点付近で発
光強度（ここでは電圧値）が増加する時のそれぞれの波
形を示す。エッチング終点判定処理は、まず終点判定の
対象を１次微分波形とし、１次微分波形が予め設定した
判定値１を超えた（図６または図７の場合では上回っ
た）かどうかを監視する。判定値１の条件をクリアする
と、次に終点判定の対象を２次微分波形とし、２次微分
波形が予め設定した判定値２を超えた（図６または図７
の場合では下回った）かどうかを監視する。判定値２の
条件をクリアした時点をエッチング終点と判定する。

【００１５】

【発明の効果】通常エッチングの終点は２次微分波形が
ゼロクロス（ゼロ点を通過）する時点を終点とすること
が多い。従って、本発明では、予め設定する判定値２の
絶対値は小さい値を設定する。ここで２次微分波形単独
でのエッチング終点判定をしたとすると、ノイズ成分の
影響を受けてエッチング終点を誤検出する可能性が非常
に大きい。また、ここで１次微分波形単独でのエッチン
グ終点判定をしたとすると、１次微分波形は２次微分波
形と比べるとノイズの影響は小さいためエッチング終点
付近は検出できるが、２次微分波形がゼロクロスする時
点を正確に求めることはできない。つまり、ノイズ成分
が多い波形に対しては、まず大まかなエッチング終点を
1次微分波形で判定し、次に正確なエッチング終点を２
次微分波形で判定する１次２次微分コンビネーション判
定が１次微分波形や２次微分波形の単独でのエッチング
終点判定に比べて非常に有利となり安定した終点判定を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 エッチング終点判定装置のシステム系統図で
ある。

【図２】 エッチング終点判定に使用する波形の算出処
理アルゴリズムである。

【図３】 エッチング終点判定処理の１次２次微分コン
ビネーション判定のアルゴリズムである。

【図４】 ノイズ成分なしでエッチング終点付近で電圧
値が減少する波形をエッチング終点判定する場合の図で
ある。

【図５】 ノイズ成分ありでエッチング終点付近で電圧
値が減少する波形をエッチング終点判定する場合の図で
ある。

【図６】 ノイズ成分なしでエッチング終点付近で電圧
値が増加する波形をエッチング終点判定する場合の図で
ある。

【図７】 ノイズ成分ありでエッチング終点付近で電圧
値が増加する波形をエッチング終点判定する場合の図で
ある。

【符号の説明】

１・・・エッチングチャンバ、２・・・分光器、３・・・高電子
増倍管、４・・・ＩＶ変換器、５・・・オフセット（加算回
路）、６・・・ゲイン（乗算回路）、７・・・ＡＤ変換器、８
・・・ＤＡ変換器、９・・・ＣＰＵ、１０・・・装置制御手段
（マイクロコンピュータ）、１１・・・装置操作手段（パ
ーソナルコンピュータ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 臼井 建人 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 幾原 祥二 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内 Ｆターム(参考） 4K057 DN01 5F004 AA16 CB02 CB16 CB17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドライエッチングのエッチング終点判定方
   法において、入力信号波形を第１デジタルフィルタによ
   りノイズを低減するステップと、微分処理により信号波
   形の１次微分と２次微分を求めるステップと、前のステ
   ップで求めた時系列微係数波形のノイズ成分を第２デジ
   タルフィルタにより低減して平滑化微係数値を求めるス
   テップと、該平滑化微係数値と予め設定された値とを判
   別手段により比較しエッチングの終点を判定するステッ
   プとを含むエッチング終点判定方法において、この１次
   微分または２次微分後に第２デジタルフィルタによりノ
   イズ低減された１次微分波形と２次微分波形の両方を使
   用してエッチング終点判定することを特徴とするエッチ
   ング終点判定方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のエッチング終点判定方法に
   おいて、入力信号波形の１次微分値がある判定値１に到
   達した後２次微分値がある判定値２に到達した時点をエ
   ッチング終点とすることを特徴としたエッチング終点判
   定方法。