JP2008270587A

JP2008270587A - プラズマ処理終点検出方法

Info

Publication number: JP2008270587A
Application number: JP2007112701A
Authority: JP
Inventors: Isamu Saito; 勇齋藤; Asaki Sano; 朝希佐野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】透明窓への反応生成物の堆積、または処理面積の減少などによる影響を受けずに終点検出を可能にする。
【解決手段】終点検出システム５は、整合回路４より反射波成分の計測値を取得するが、ウェーハ処理の反射波成分の場合、プラズマ処理開始直後の反射波成分は安定しないので、最初の１０秒間は終点を検出しないように設定する。最初の１０秒間以降において、反射波成分の値が一定値（２０Ｗ）以上になったとき、終点検出を開始する。終点検出システム５は、検出したプラズマ処理終点の信号を装置制御システム６へ送り高周波電力の印加を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置製造工程のエッチングまたはアッシングを行うためのプラズマ処理装置におけるプラズマ処理終点検出方法に関するものである。

半導体装置製造工程において、プラズマを用いたドライエッチングによる微細加工が多用される。異なる材料の薄膜が重なった多層膜をエッチングするとき、一定時間によるエッチングでは、処理膜厚の不均一さにより、処理膜を完全に除去できないことや、下地膜の過剰なエッチングが問題となる。そのため、エッチングの終点検出が重要となる。

近年、層間膜などに低誘電率膜の採用が進められており、それらの膜はプラズマダメージを受けやすい性質を有しており、膜上のレジストを除去するアッシング工程においても、余分なダメージを与えないように、終点検出を用いられる。

プラズマ処理における終点検出は、処理室の壁に設置した透明窓を通して処理室内の反応生成物のプラズマ発光強度をモニタし、この発光強度の変化を基にプラズマ処理の終点検出を行う。しかし、透明窓の光の透過率は、プラズマ処理の反応生成物の堆積によって低下するので、処理量の増大に伴い終点検出ができなくなる問題がある。また、処理面積が小さい場合、反応生成物のプラズマ発光強度量が小さくなるため、発光強度の変化から終点検出できなくなる問題もある。

このような問題を解決するため、プラズマの状態を高周波回路の一部とみなし、高周波電圧もしくはプラズマインピーダンスをモニタし、それらの変化を基に終点検出を行う方法がある。この方法における高周波電圧とプラズマインピーダンスは、プラズマシースの厚さを反映しており、エッチング終了点での反応生成物の放電ガスの変化をモニタしていると考えられる。そのため、エッチング面積１０％以下になると、終点での変化量が小さく、検出が困難となっている。

これまで説明した終点検出方法は、処理室内外に透明窓や、光検出器あるいはプラズマインピーダンス検出器を必要とし、構造の複雑化を招いている。
特開平１１−５４４８６号公報特開２００３−１６３２００号公報

以上のように、従来のプラズマ処理の終点検出では、透明窓への反応生成物の堆積、または処理面積の減少により終点検出ができない場合がある。

そこで、本発明は、透明窓への反応生成物の堆積、または処理面積の減少などによる影響を受けずに終点検出する方法を、特殊な機器を用いない簡易な方法で提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、半導体装置製造工程のエッチングまたはアッシングを行う本発明に係るプラズマ処理終点検出方法は、プラズマ処理装置において、プラズマを発生させるために印加する高周波電力のインピーダンス整合を行わないことで、プラズマ処理終点での反射波成分の大きな変化を得るようにして、その反射波成分に基づいてプラズマ処理の終点検出を行う。

本発明によれば、処置室内の状態に係らず安定してエッチングあるいはアッシング時の終点を安定して検出することができる。また、処理面積が小さい場合でも、反射波成分の変化量を大きくすることで精度良く検出することができる。その結果、半導体装置を製造する場合、ダメージによる歩留まり低下がなくなり、高歩留まりと高品質が期待できる。

また、処理室内外に透明窓や、光検出器あるいはプラズマインピーダンス検出器を必要としないので、コストとメンテナンスの容易さが向上する。

以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態であるプラズマ処理装置の模式的断面図であって、１は処理室、２は半導体ウェーハ、３は高周波電源、４は整合回路、５は終点検出システム、６は装置制御システムである。

図１において、反応室１内には加熱あるいは冷却を目的とした温度調節機構を持つステージを備えている。これは目的に応じて電極の役割をする場合もある。また、処理室１には半導体ウェーハ２を出し入れする搬送システムと、真空排気するためのドライポンプ，ターボ分子ポンプなどの真空ポンプと、処理室１内部の圧力を制御する目的の圧力制御システムと、ガスの流量を制御するマスフローコントローラ（図示せず）が接続されている。

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置について、その動作を説明する。

搬送システムを介して、反応室１内に半導体ウェーハ２を搬送し、ステージ上に設置する。一旦、真空排気した後、所望の圧力になるようにガスを供給する。圧力調整後、処理室１の内部にプラズマを発生して半導体ウェーハ２をプラズマ処理する。処理室１に整合回路４を介して高周波電力を供給しプラズマを発生させる高周波電源３と、整合回路４にプラズマからの高周波電力の反射波成分を計測する計測器を備えている。

高周波電力を印加する際、高周波電源３の内部インピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）に対し、プラズマインピーダンスが（Ｒ−ｊＸ）となるときに、図２に示す高周波電力の反射係数｜Γ｜が０となり、反射波成分が０となる状態、整合が取れている状態となる。なにもしない場合、高周波電源３の内部インピーダンスとプラズマインピーダンスは整合しないので、高周波電源３側からみたプラズマ側のインピーダンスを制御する目的で、プラズマと高周波電源３との間にコンダクタンスと可変コンデンサからなる整合回路４を設置し、反射係数｜Γ｜が０になるように、可変コンデンサを調整するのが一般的である。

逆に、整合を行わないことにより、反射係数｜Γ｜は０とならず、定常的に反射波成分が発生する。反射波成分は、一定である高周波電源３の内部インピーダンスと、放電ガスにより変化するプラズマインピーダンス差によって大きく増減する。この方法により取得したウェーハ処理における高周波電力の反射波成分の計測値を図３に示す。図３において、横軸はプラズマ処理開始からの時間、縦軸は高周波電力の反射波成分である。この場合では、反射波成分は、プラズマ処理終点の処理開始から約２８秒にて大きく変動しており、プラズマ処理終点での微小な反応性生物の放電ガスの変動を反射波成分の変動としてモニタすることが可能である。

また、図４に示すように、エッチング面積率が１０％のウェーハ処理においても終点検出可能な変動を得ることが可能である。

ただし、反射波成分を最大にすることは電源への負荷が懸念されるので、プラズマ終点での反射波成分の変動を十分に検出可能な反射係数｜Γ｜を求め、反射係数｜Γ｜がその求めた値以下になると整合動作を停止する制御を行うことが望ましい。

図５に終点検出システム内の終点検出の流れを示す。終点検出システム５は整合回路４より反射波成分の計測値を取得する（Ｓ１）。図３のようなウェーハ処理の反射波成分の場合、プラズマ処理開始直後の反射波成分は安定しないので、最初の１０秒間は終点を検出しないように設定している（Ｓ２）。最初の１０秒間以降において（Ｓ２のＹ）、反射波成分の値が一定値（２０Ｗ）以上になったとき（Ｓ３のＹ）、終点検出を開始する（Ｓ４）。終点検出システム５は、検出したプラズマ処理終点の信号を装置制御システム６へ送り高周波電力の印加を停止する。

高周波電力の反射波成分は、高周波電源内または整合回路において計測されているので、その他の計測器を設置する必要がなく、反射波成分の計測値を基にプラズマ処理の終点を検出するシステムのみで実現可能である。

以上のように、本実施形態のプラズマ処理装置は、反応室内の状態の変化に係らず安定してエッチングあるいはアッシング時の終点を安定して検出することができる。また、処理面積が小さい場合でも、反射波成分の変化量を大きくすることで精度良く検出することができる。その結果、半導体装置を製造する場合、ダメージによる歩留まり低下がなくなり、高歩留まりと高品質が期待できる。

本発明に係るプラズマ処理終点検出方法は、半導体装置製造工程のエッチングまたはアッシングを行うときの終点検出に実施して有用である。

本発明の実施の形態であるプラズマ処理装置の模式的断面図本実施の形態における高周波電力の反射係数｜Γ｜の説明図本実施の形態において取得したウェーハ処理における高周波電力の反射波成分の計測値を示す図本実施の形態において異なるエッチング面積ウェーハ処理を行ったときの高周波電力の反射波成分の計測値を示す図本実施の形態における終点検出処理の流れ図

符号の説明

１処理室
２半導体ウェーハ
３高周波電源
４整合回路
５終点検出システム
６装置制御システム

Claims

半導体装置製造工程のエッチングまたはアッシングを行うためのプラズマ処理装置に用いられるプラズマ処理終点検出方法であって、
プラズマを発生させるために印加する高周波電力のインピーダンス整合を行わず、プラズマ処理終点での反射波成分の大きな変化を得て、前記反射波成分に基づいてプラズマ処理の終点を検出することを特徴とするプラズマ処理終点検出方法。
前記インピーダンス整合として、前記プラズマ処理終点での反射波成分の変動を十分に検知可能な反射係数｜Γ｜を求め、該反射係数｜Γ｜がその求めた値以下になると整合動作を停止する制御を行うことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理終点検出方法。