JP2003151955A

JP2003151955A - プラズマエッチング方法

Info

Publication number: JP2003151955A
Application number: JP2001352561A
Authority: JP
Inventors: Makoto Endo; 誠遠藤
Original assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2003-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ダミー基板を用いた残膜厚
のばらつきの定期的な出来映え確認を不要とし、残膜厚
のばらつきをエッチング処理毎に確認できるエッチング
方法を提供することである。【解決手段】本発明のプラズマエッチング方法は、発
光分光法を用いて終点Ｅ検出を行うプラズマエッチング
装置１において、エッチング中のプラズマ発光強度の時
間変化を観察し、プラズマ発光強度が減少しはじめる減
少開始点Ｓとエッチング終点Ｅとを検出し、減少開始点
Ｓとエッチング終点Ｅとから算出される差Ｄを予め設定
した所定の基準値ａ２と比較して、エッチング処理毎に
半導体基板６面内の残膜厚のばらつきを確認することを
特徴としたプラズマエッチング方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に形成
された薄膜のプラズマエッチング方法に関し、特に、発
光分光法を用いて終点検出を行うプラズマエッチング装
置において、エッチング中のプラズマ発光強度の時間変
化を観察しつつエッチングする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の平行平板型のプラズマエッチング
装置を断面図として示す図３を用いて説明する。プラズ
マエッチング装置１は、反応性ガスを密閉する真空チャ
ンバ２と、真空チャンバ２内部に配置された保持電極３
と、保持電極３に対向して配置された対向電極４と、真
空チャンバ２外部に配置されたプラズマ発生用ＲＦ電源
５と、保持電極３上に配置され半導体基板６を吸着保持
する静電チャックステージ７及び真空チャンバ２外部の
静電チャック用電源８とで構成されている。真空チャン
バ２には、ガス導入口９と、ガス排気口１０とが設けら
れている。また、保持電極３は一端を接地したプラズマ
発生用ＲＦ電源５に接続され、対向電極４は接地され、
保持電極３に高周波電圧を加えて保持電極３と対向電極
４間にプラズマ（図中破線部）を励起する。また、真空
チャンバ２にはエッチング中のプラズマ発光を観察する
ためのガラス窓１１が設けられ、その外側には受光部１
２が取付けられている。そして、この受光部１２は、受
光した発光強度を電圧信号に変換し演算処理する処理部
１３を介して、プラズマ発光強度の時間変化としての発
光強度曲線１４を表示するモニタ１５に接続されてい
る。

【０００３】次に、上記のプラズマエッチング装置１を
用いたエッチング方法について説明する。先ず、例え
ば、Ａｌ層上にレジストパターンが形成された半導体基
板６を静電チャックステージ７上に載置し、静電チャッ
ク用電源８をＯＮにして半導体基板６を静電吸引力によ
り吸着する。次に、真空チャンバ２内にガス導入口９よ
り反応性ガスを導入し、プラズマ発生用ＲＦ電源５をＯ
Ｎにして保持電極３と対向電極４との間にプラズマを発
生させ、Ａｌをプラズマエッチングする。このエッチン
グの進行状況はガラス窓１１を通して、プラズマ発光強
度の時間変化である発光強度曲線１４としてモニタ１５
で観察できる。エッチング終了後は、プラズマ発生用Ｒ
Ｆ電源５をＯＦＦにして、真空チャンバ２内のガスをガ
ス排気口１０から排出する。その後、静電チャック用電
源８をＯＦＦにして半導体基板６を静電チャックステー
ジ７から離脱させる。以上の動作を繰返し、順次、次の
半導体基板６に対してプラズマエッチング処理を行う。

【０００４】ここで、発光強度曲線１４及びエッチング
終点検出方法の一例を図４を用いて説明する。図４
（ａ）に示す発光強度曲線１４の縦軸は、発光強度の相
対的変化を示す指数軸であり、横軸はエッチング時間を
示している。発光強度曲線１４は、急峻な立上がりを示
す増加部と、一定な定常部と、下降傾斜を示す減少部か
ら成っている。これは、発光が反応の開始とともに急激
に始まり、その後、エッチング面積がほぼ一定である半
導体基板６全面のＡｌをエッチングしている間は定常状
態を示し、その後、半導体基板６面内の一部でエッチン
グが完了しエッチング面積の減少が始まると弱くなって
いくためである。このような特徴を有する発光強度曲線
１４はエッチング終点を検出することに利用される。例
えば、発光強度曲線１４の減少部上で、エッチングが完
了したと判定する終点Ｅを定めるのに、この点をより明
確に検出するため、発光強度を時間により１次微分ある
いは２次微分し、図４（ｂ），（ｃ）に示すように１次
微分値では、ピーク点ｅ１、あるいは２次微分値では負
から正に反転する（ゼロ）点ｅ２と定義し、これらの点
ｅ２，ｅ３を終点Ｅとして検出した時点でエッチングを
停止するようにする方法である。

【０００５】上記のような終点検出方法を用いて、所謂
オーバーエッチングのないエッチングを行うものである
が、この再現性のあるエッチング終点Ｅ検出だけでは、
エッチング後の半導体基板６面内の残膜厚のばらつきに
ついても保証することは困難であった。即ち、エッチン
グ終点Ｅを検出してエッチングを停止しても、半導体基
板６上の残膜厚のばらつきを測定すると、所定の基準値
を外れる場合があった。これは、真空チャンバ２内が反
応生成物により汚染されるなどして真空チャンバ２内の
エッチング処理条件が不均一になったりすることが原因
で発生した。このため従来から、残膜厚のばらつきの確
認として定期的なダミー基板（図示せず）による出来映
え確認を実施している。例えば、１回／日の頻度でダミ
ー基板（図示せず）上に形成されたパターニングされて
いない薄膜を所定のエッチング条件でエッチングし、所
定のポイント（例えば９点）の残膜厚を測定しばらつき
の出来映え確認を行っていた。しかし、この方法は定期
的な出来映え確認であるため、不具合が見つかると最大
１日分の製品が対象となり被害が大きくなる虞があっ
た。また、このダミー基板（図示せず）をエッチング作
業する間、プラズマエッチング装置１の稼動率が低下す
ることは避けられなかった。

【発明が解決しようとする課題】

【０００６】従来のプラズマエッチング方法では、発光
強度曲線を用いてエッチング終点の検出は、かなり再現
性よく実施できオーバーエッチングを防止することはで
きるが、エッチング後の半導体基板面内の残膜厚のばら
つきをエッチング処理毎に確認することはできなかっ
た。

【０００７】本発明の目的は、ダミー基板を用いた残膜
厚のばらつきの定期的な出来映え確認を不要とし、残膜
厚のばらつきをエッチング処理毎に確認できるエッチン
グ方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために提案されたもので、発光分光法を用いて終点
検出を行うプラズマエッチング装置において、エッチン
グ中のプラズマ発光強度の時間変化を観察し、プラズマ
発光強度が減少しはじめる減少開始点とエッチング終点
とを検出し、減少開始点とエッチング終点とから算出さ
れる差を予め設定した所定の基準値と比較して、エッチ
ング処理毎に半導体基板面内の残膜厚のばらつきを確認
することを特徴としたプラズマエッチング方法である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のプラズマエッチングにお
ける残膜厚のばらつきの確認方法を図１，図２を用いて
説明する。プラズマエッチング装置１の動作手順は従来
技術で述べた手順と同様であるため説明を省略する。
尚、図３と同一部分には同一符号を用いて説明を省略す
る。発光強度曲線１４において、縦軸は相対的な指数軸
であるため例えば定常部がつねに一定の縦軸の値になる
ように調整すると、減少部の勾配の大きさは、減少開始
点Ｓとエッチング終点Ｅとの差Ｄで決定される。即ち、
差Ｄが小さいほど勾配は急峻であり、差Ｄが大きいほど
緩やかであることになる。図１（ａ）には、差Ｄが小さ
い場合の下降曲線ｃ１及びそのエッチング終点Ｐと、差
Ｄが大きい場合の下降曲線ｃ２及びそのエッチング終点
Ｑとを示す。この差Ｄ（勾配）は、半導体基板６の製品
毎の薄膜の種類、厚さ、及びパターン形状などによって
異なり、製品固有の差Ｄ（勾配）を有している。また、
同じ製品であっても、差Ｄは以下のような理由で変動す
る。例えば半導体基板６面内でのエッチングの均一性が
よく、半導体基板６面内においてエッチングがほぼ一斉
に完了した場合、減少部は略垂直に急下降し、差Ｄは非
常に小さな値となり、これと反対に、エッチングの均一
性が悪く、エッチングが早く完了する部分と中々完了し
ない部分とがあった場合、勾配は緩やかなものとなり、
差Ｄは大きな値となる。このことから、差Ｄが小さい
と、半導体基板６面内における残膜厚のばらつきは小さ
く、反対に差Ｄが大きいと残膜厚のばらつきは大きくな
る傾向にあることが分かる。この点に着目し、製品毎に
予備実験を行い、図１（ｂ）に示すように、差Ｄと残膜
厚のばらつきとの相関データを採取し、残膜厚のばらつ
きが所定の基準値ａ１以下になる差Ｄの基準値ａ２を選
択する。そして、図２に示すように、発光強度曲線１４
を１次微分あるいは２次微分してエッチング終点（ｅ
１，ｅ２）を求めるときに、同時に減少開始点Ｓを発光
強度曲線１４を１次微分あるいは２次微分して、１次微
分値，２次微分値のいずれを用いた場合も、ゼロから負
に変化する点（ｓ１，ｓ２）として求める。そして、差
Ｄ（ｅ１−ｓ１，ｅ２−ｓ２）を算出し、所定の基準ａ
２を満足していることを、エッチング処理毎に確認す
る。このようにすると、エッチング処理毎に残膜厚のば
らつきが確認できる。但し、この出来映え確認は直接的
な出来映え確認ではなく相関データを用いた簡易の確認
であるため、万一、相関基準ａ２を外れた場合には、２
次判定として実測による精度のよい判定を行うようにす
ると好適である。

【００１０】

【発明の効果】本発明のプラズマエッチング方法によれ
ば、膜厚分布測定用のダミー基板を用いた残膜厚のばら
つきの出来映え確認を不要とし、発光強度曲線の特徴を
利用して残膜厚のばらつきをエッチング処理毎に確認で
きるため、不具合の早期発見ができ、ダミー基板のコス
ト削減が図れるとともにプラズマエッチング装置の稼動
率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマエッチングにおける残膜厚
のばらつき確認方法の説明図

【図２】本発明のプラズマエッチングにおける残膜厚
のばらつき確認方法の説明図

【図３】従来のプラズマエッチング装置及び方法の説
明図

【図４】従来のプラズマエッチングの終点検出方法の
説明図

【符号の説明】

１プラズマエッチング装置６半導体基板１４発光強度曲線ａ２所定の基準値Ｄ差Ｅエッチング終点Ｓ減少開始点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光分光法を用いて終点検出を行うプラズ
マエッチング装置において、エッチング中のプラズマ発
光強度の時間変化を観察し、プラズマ発光強度が減少し
はじめる減少開始点とエッチング終点とを検出し、減少
開始点とエッチング終点とから算出される差を予め設定
した所定の基準値と比較して、エッチング処理毎に半導
体基板面内の残膜厚のばらつきを確認することを特徴と
したプラズマエッチング方法。
【請求項２】減少開始点及びエッチング終点は、プラズ
マ発光強度を時間により１次微分あるいは２次微分して
検出することを特徴とした請求項１に記載のプラズマエ
ッチング方法。
【請求項３】所定の基準値は、減少開始点とエッチング
終点とから算出される差と、エッチング後の半導体基板
面内の残膜厚のばらつきとの相関データを用いて設定す
ることを特徴とした請求項１に記載のプラズマエッチン
グ方法。
【請求項４】所定の基準値は、半導体基板の製品毎に設
定することを特徴とした請求項１に記載のプラズマエッ
チング方法。