JP2014232825A - Plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを用いて試料をエッチングするプラズマ処理方法に関わるものである。 The present invention relates to a plasma processing method for etching a sample using plasma.
半導体素子の微細化・高集積化に伴い、半導体ウエハ上に形成される各素子は高密度化が進んでいる。現在、半導体素子の微細加工にはプラズマを利用したドライエッチングが使われている。各素子を構成する膜厚の薄膜化に伴い、被エッチング膜上のマスクも薄膜化しており、被エッチング膜のマスクに対する選択比が重要である。被エッチング膜のマスクに対する選択比を上げるため、フルオロカーボンガス、ＳｉＦ4ガス等のガスを使用するのが一般的である。 With the miniaturization and high integration of semiconductor elements, the density of each element formed on a semiconductor wafer is increasing. Currently, dry etching using plasma is used for microfabrication of semiconductor devices. As the film thickness of each element is reduced, the mask on the film to be etched is also thinned, and the selectivity of the film to be etched with respect to the mask is important. In order to increase the selectivity of the film to be etched with respect to the mask, a gas such as fluorocarbon gas or SiF 4 gas is generally used.
フルオロカーボンガス、ＳｉＦ4ガス等のガスを使用してエッチング加工をする際には真空容器内にＣＦ系またはＳｉ系の反応生成物が真空容器内壁に付着・堆積する。半導体素子を量産する際に、これらの堆積物がエッチングレート等のプロセス特性の変化をもたらし、特に微細化されたスペースまたはホールにおいて、反応生成物が被エッチング膜上のマスク上に堆積し、スペースまたはホールが塞がる。スペースまたはホールが塞がると被エッチング膜のエッチングが進行しなくなり、微細構造に不良を生じさせ、大きな問題となる。 When etching is performed using a gas such as fluorocarbon gas or SiF 4 gas, a CF-based or Si-based reaction product adheres to and deposits on the inner wall of the vacuum chamber. In mass production of semiconductor devices, these deposits cause changes in process characteristics such as an etching rate, and reaction products are deposited on a mask on a film to be etched, particularly in a miniaturized space or hole. Or the hole is blocked. When the space or the hole is blocked, the etching of the film to be etched does not proceed, causing a defect in the fine structure, which becomes a big problem.
真空容器内壁に堆積したＣＦ系、Ｓｉ系の反応生成物は、フッ素系を含むガスを使用してドライクリーニングすることにより除去可能であるが、完全に除去することができない。真空処理室の内壁に堆積した反応生成物の影響を低減する手段としてプラズマ発光強度をモニタしてＲｕｎ−ｔｏ−Ｒｕｎ制御する手段が知られている。 The CF-based and Si-based reaction products deposited on the inner wall of the vacuum vessel can be removed by dry cleaning using a fluorine-containing gas, but cannot be completely removed. As means for reducing the influence of reaction products deposited on the inner wall of the vacuum processing chamber, means for performing Run-to-Run control by monitoring plasma emission intensity is known.
例えば、特許文献１には、プラズマ処理に際して生成されるプロセス量をモニターするモニター装置１０２と、処理した試料の数に対する前記プロセス量のモニター値の推移を記憶したモニター量変動モデルを備え、該モニター量変動モデルを参照して、次の試料の処理時におけるモニター値を推定するモニター値推定手段１０４と、前記真空処理装置のプロセス量を制御する際の制御量とモニター値との関連を記憶した制御量計算手段１１１を備え、該制御量計算手段は、次の試料を処理する際、前記推定されたモニター値と目標値との偏差をもとに前記制御量を計算してプロセス量を制御することが開示されている。 For example, Patent Document 1 includes a monitor device 102 that monitors a process amount generated during plasma processing, and a monitor amount variation model that stores a transition of a monitor value of the process amount with respect to the number of processed samples. Referring to the quantity variation model, the monitor value estimating means 104 for estimating the monitor value at the time of processing the next sample, and the relationship between the control quantity and the monitor value when controlling the process quantity of the vacuum processing apparatus are stored. The control amount calculation unit 111 includes a control amount calculation unit 111, which controls the process amount by calculating the control amount based on the deviation between the estimated monitor value and the target value when the next sample is processed. Is disclosed.
フルオロカーボンガス、ＳｉＦ4ガス等のガスを用いたエッチングにおいて真空容器内に生成された反応生成物が内壁に付着、堆積するとエッチング性能が変化する。このエッチング性能の変化により、エッチング中に発生した反応生成物が被エッチング膜上のマスク上に堆積し、スペースが塞がり、被エッチング膜のエッチングが進行しなくなる。 In the etching using a gas such as a fluorocarbon gas or SiF 4 gas, the etching performance changes when a reaction product generated in the vacuum vessel adheres to and deposits on the inner wall. Due to this change in etching performance, reaction products generated during etching are deposited on the mask on the film to be etched, the space is closed, and etching of the film to be etched does not proceed.
このようなことから、堆積膜によるマスクの開口部の塞がりを防ぐためには、マスク上に堆積する堆積物の膜厚の制御が必要である。しかし、特許文献２に示すような従来技術では、被エッチング膜上のマスクの残膜を測定することは可能であったが、マスク上の堆積物の膜厚を測定するのが困難であった。 For this reason, in order to prevent the opening of the mask from being blocked by the deposited film, it is necessary to control the thickness of the deposit deposited on the mask. However, in the prior art as shown in Patent Document 2, it was possible to measure the remaining film of the mask on the etching target film, but it was difficult to measure the thickness of the deposit on the mask. .
このため、本発明は、フルオロカーボンガス、ＳｉＦ4ガス等の堆積性ガスを用いたプラズマエッチングを行うプラズマ処理方法において、マスク上に堆積した堆積物の膜厚を制御することができるプラズマ処理方法を提供する。 For this reason, the present invention provides a plasma processing method for controlling the film thickness of deposits deposited on a mask in a plasma processing method for performing plasma etching using a deposition gas such as fluorocarbon gas or SiF 4 gas. provide.
本発明は、堆積性ガスを用いて被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、マスク上に堆積した堆積膜の膜厚を測定し、前記測定された堆積膜の膜厚と前記堆積膜の膜厚の目標値との差を求め、前記求められた差が許容値より大きい場合、前記求められた差が許容値内となるようにエッチングパラメータを制御しながら前記被エッチング膜をエッチングすることを特徴とする。 The present invention relates to a plasma processing method in which a film to be etched is plasma-etched using a deposition gas, the film thickness of the deposited film deposited on a mask is measured, and the film thickness of the measured deposited film and the deposited film are measured. The difference between the film thickness and the target value is obtained, and when the obtained difference is larger than the allowable value, the etching target film is etched while controlling the etching parameters so that the obtained difference is within the allowable value. It is characterized by.
本発明により、フルオロカーボンガス、ＳｉＦ4ガス等の堆積性ガスを用いたプラズマエッチングを行うプラズマ処理方法において、マスク上に堆積した堆積物の膜厚を制御することができる。 According to the present invention, in the plasma processing method in which plasma etching is performed using a deposition gas such as fluorocarbon gas or SiF 4 gas, the film thickness of the deposit deposited on the mask can be controlled.
以下、本発明に係る各実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明を適用するプラズマエッチング装置の一例で、プラズマ生成手段にマイクロ波と磁場を利用したマイクロ波Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ(以下、ＥＣＲと称する)プラズマエッチング装置の概略図である。プラズマ処理装置１０１は、真空処理室１０２と、真空処理室１０２の内部に設けられた試料台１０３と、真空処理室１０２の上部にある光学窓１０６と、光源１０４と、パージ室１０５と、分光器１０８と、膜厚測定器１０９と、装置コントローラー１１０とを備えている。 FIG. 1 is an example of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied, and is a schematic view of a microwave Electrocyclotron Resonance (hereinafter referred to as ECR) plasma etching apparatus that uses a microwave and a magnetic field as plasma generation means. The plasma processing apparatus 101 includes a vacuum processing chamber 102, a sample stage 103 provided inside the vacuum processing chamber 102, an optical window 106 above the vacuum processing chamber 102, a light source 104, a purge chamber 105, a spectral chamber. Device 108, film thickness measuring device 109, and device controller 110.
そして、真空処理室１０２の内部にガス導入手段(図示せず)から導入されたエッチングガスがマイクロ波電源１１１より出力されたマイクロ波とコイル(図示せず)により効率的にプラズマ化され、試料台１０３の下部にある高周波電源１１３から供給された高周波電力とプラズマ１１２により試料台１０３上に載置された半導体ウエハ等の試料１１４がエッチングされる。 Then, the etching gas introduced from the gas introduction means (not shown) into the vacuum processing chamber 102 is efficiently converted into plasma by the microwave output from the microwave power source 111 and the coil (not shown), and the sample A sample 114 such as a semiconductor wafer placed on the sample table 103 is etched by the high frequency power supplied from the high frequency power source 113 under the table 103 and the plasma 112.
光源１０４から出力されたレーザー光は、Ａｒガスによりパージされたパージ室１０５と光学窓１０６を介して真空処理室１０２に入射光１１５として入射する。入射光１１５は、試料１１４で反射される。試料１１４で反射された反射光１１６は、真空処理室１０２から光ファイバー１０７を介して分光器１０８に検出される。 The laser beam output from the light source 104 enters the vacuum processing chamber 102 as incident light 115 through the purge chamber 105 purged with Ar gas and the optical window 106. Incident light 115 is reflected by the sample 114. The reflected light 116 reflected by the sample 114 is detected by the spectroscope 108 from the vacuum processing chamber 102 via the optical fiber 107.
分光器１０８では、検出したプラズマ発光を分光し、分光された光の強度をデジタル信号に変換する。この光強度に対応して変換されたデジタル信号に基づいて膜厚測定器１０９により試料１１４のマスクの上に堆積した反応生成物の膜厚を測定する。予め、試料１１４のマスクの上に堆積した反応生成物の膜厚の目標値を定めておき、堆積した膜厚がその目標値を外れた場合、信号が装置コントローラー１１０に送られ、堆積した膜厚をコントロールするエッチングパラメータを制御する。 The spectroscope 108 splits the detected plasma emission and converts the intensity of the split light into a digital signal. Based on the digital signal converted corresponding to the light intensity, the film thickness of the reaction product deposited on the mask of the sample 114 is measured by the film thickness measuring device 109. A target value of the thickness of the reaction product deposited on the mask of the sample 114 is determined in advance, and when the deposited film thickness deviates from the target value, a signal is sent to the apparatus controller 110 to deposit the deposited film. Control etch parameters to control thickness.
本実施例で使用する試料１１４の断面図を図２(ａ)に示す。Ｓｉ基板２０４に下から順にストッパー膜であるＳｉＮ膜２０３と被エッチング膜であるＳｉＯ2膜２０２とマスクであるＳｉ膜２０１とが積層されている。尚、マスクパターンのスペース２０５の幅１５ｎｍである。例えば、ガス流量２００ｍｌ／ｍｉｎのＡｒガスとガス流量１０ｍｌ／ｍｉｎのＣ4F8ガスとの混合ガスを用い、処理圧力を１．０Ｐａ、マイクロ波電源出力を１０００Ｗ、試料１１４へ供給するする高周波電力を５０Ｗとするエッチング条件にて被エッチング膜であるＳｉＯ2膜２０２をエッチングすると図２(ｂ)に示すようにスペース２０５が塞がったエッチング形状となる。 A cross-sectional view of the sample 114 used in this example is shown in FIG. An SiN film 203 as a stopper film, an SiO 2 film 202 as an etching target film, and an Si film 201 as a mask are laminated on the Si substrate 204 in order from the bottom. The width 205 of the mask pattern space 205 is 15 nm. For example, using a mixed gas of Ar gas having a gas flow rate of 200 ml / min and C 4 F 8 gas having a gas flow rate of 10 ml / min, a processing pressure of 1.0 Pa, a microwave power output of 1000 W, and a high frequency for supplying the sample 114 When the SiO 2 film 202, which is the film to be etched, is etched under an etching condition with an electric power of 50 W, an etching shape is formed in which the space 205 is closed as shown in FIG.
半導体の量産時において、プラズマ１１２により生成されたＣＦ系、Ｓｉ系等の反応生成物が真空処理室１０２の内壁に付着し堆積する。この堆積した反応生成物によりプラズマ１１２中のフッ素ラジカルと反応し、エッチングレート等のプロセス性能が変化する。真空処理室１０２への反応生成物の堆積が多いと堆積物が入りにくい溝や孔ではエッチングが進行するが、平坦部であるマスクのＳｉ膜２０１上に堆積膜２０６が堆積する。堆積膜２０６の膜厚が厚くなると図２(ｂ）のようにスペース２０５が塞がりエッチングが進行しない。本実施例のスペース２０５の幅は１５nmであるため、スペースが塞がりやすい。このため、スペース２０５が塞がらないようにマスク上の堆積膜２０６の膜厚を制御しながら、エッチングする必要がある。 During mass production of semiconductors, CF-based, Si-based and other reaction products generated by the plasma 112 adhere to and deposit on the inner wall of the vacuum processing chamber 102. The deposited reaction product reacts with fluorine radicals in the plasma 112, and the process performance such as the etching rate changes. When the reaction product is deposited in the vacuum processing chamber 102 in a large amount, etching proceeds in the grooves and holes where the deposit is difficult to enter, but the deposited film 206 is deposited on the Si film 201 of the mask which is a flat portion. When the thickness of the deposited film 206 is increased, the space 205 is blocked as shown in FIG. Since the width of the space 205 in this embodiment is 15 nm, the space is likely to be blocked. Therefore, it is necessary to perform etching while controlling the film thickness of the deposited film 206 on the mask so that the space 205 is not blocked.
次に、マスク上の堆積膜２０６の膜厚を制御しながら被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法である本発明について以下、図３を参照しながら説明する。 Next, the present invention, which is a plasma processing method for plasma etching the film to be etched while controlling the film thickness of the deposited film 206 on the mask, will be described below with reference to FIG.
ステップ３０１において、真空処理室１０２内でフルオロカーボンガス、ＳｉＦ4ガス等の堆積性ガスを用いて試料１１４のプラズマエッチングが開始される。次にステップ３０２において、プラズマエッチングの開始とともに膜厚測定器１０９がマスクであるＳｉ膜２０１上の堆積膜２０６の膜厚を測定開始する。続いてステップ３０３において、予め設定された堆積膜厚の目標値と膜厚測定器１０９により測定されている堆積膜２０６の膜厚と比較する。ここで、堆積膜２０６の膜厚の目標値を１０ｎｍ±３０％とする。比較の結果、堆積膜２０６の膜厚が目標値の許容値内の場合は、ステップ３０５に進み、堆積膜２０６の膜厚が目標値の許容値から外れると、ステップ３０４に進む。 In step 301, plasma etching of the sample 114 is started in the vacuum processing chamber 102 using a deposition gas such as fluorocarbon gas or SiF 4 gas. Next, at step 302, the film thickness measuring device 109 starts measuring the film thickness of the deposited film 206 on the Si film 201 as a mask when plasma etching is started. Subsequently, in step 303, the target value of the deposited film thickness set in advance is compared with the film thickness of the deposited film 206 measured by the film thickness measuring device 109. Here, the target value of the film thickness of the deposited film 206 is set to 10 nm ± 30%. As a result of the comparison, if the film thickness of the deposited film 206 is within the allowable value of the target value, the process proceeds to step 305. If the film thickness of the deposited film 206 deviates from the allowable value of the target value, the process proceeds to step 304.
ステップ３０４では、マスクであるＳi膜２０１上の堆積膜２０６の膜厚を制御するために装置コントローラー１１０がエッチングパラメータを変更する。例えば、堆積膜２０６の膜厚が厚い方向で許容値から外れた場合は、試料１１４に供給する高周波電力を５０Ｗから５５Ｗに増加させる。または、ガス流量、圧力等の他のエッチングパラメータを堆積性が弱くなるようにエッチングパラメータを調整する。逆に堆積膜２０６の膜厚が薄い方向で許容値から外れた場合は、試料１１４に供給する高周波電力を５０Ｗから４５Ｗに減少させる。または、ガス流量、圧力等の他のエッチングパラメータを堆積性が強くなるようにエッチングパラメータを調整する。 In step 304, the apparatus controller 110 changes the etching parameters in order to control the film thickness of the deposited film 206 on the Si film 201 as a mask. For example, when the thickness of the deposited film 206 deviates from the allowable value in the direction of increasing the thickness, the high frequency power supplied to the sample 114 is increased from 50 W to 55 W. Alternatively, other etching parameters such as gas flow rate and pressure are adjusted so that the deposition property becomes weak. On the contrary, when the film thickness of the deposited film 206 deviates from the allowable value in the thin direction, the high frequency power supplied to the sample 114 is reduced from 50 W to 45 W. Alternatively, other etching parameters such as gas flow rate and pressure are adjusted so that the deposition property becomes stronger.
次にステップ３０３に戻り、エッチングパラメータを調整した後の堆積膜２０６の膜厚と目標値と比較し、目標値の許容値内であれば、ステップ３０５に進み、目標値の許容値外であれば、再びステップ３０４に戻り、エッチングパラメータを調整する。 Next, returning to step 303, the film thickness of the deposited film 206 after adjusting the etching parameters is compared with the target value. If the target value is within the allowable value, the process proceeds to step 305, and the target value is outside the allowable value. If so, the process returns to step 304 again to adjust the etching parameters.
ステップ３０５では、エッチングの処理時間または、所望の深さに到達するまでＳi膜２０１上の堆積膜２０６の膜厚を測定し、エッチングの処理時間または、所望の深さに到達した時点でステップ３０６にて、エッチングを終了する。このようなプラズマ処理を試料１１４に施すことにより、図２(ｃ)に示すようにスペース２０５が塞がることなく、所望のエッチング形状を得ることができる。 In step 305, the film thickness of the deposited film 206 on the Si film 201 is measured until the etching processing time or a desired depth is reached, and when the etching processing time or the desired depth is reached, step 306 is performed. Then, the etching is finished. By applying such plasma treatment to the sample 114, a desired etching shape can be obtained without blocking the space 205 as shown in FIG.
次に、反応生成物の膜厚測定の手法を述べる。図４に示すように光源１０４から出力された入射光１１５は試料１１４で反射され、反射光１１６となる。この反射光１１６は、堆積膜２０６表面で反射する反射光Ｒ1２０７と堆積膜２０６を透過しＳｉ膜２０１で反射する反射光Ｒ2２０８とＳｉ膜２０１を透過し、ＳｉＯ2膜２０２で反射する反射光Ｒ3２０９が含まれている。このため、各膜の表面で反射された反射光１１６は干渉波形となる。この干渉波形を膜厚測定器１０９により計測し、堆積膜２０６の膜厚を測定する。 Next, a method for measuring the film thickness of the reaction product will be described. As shown in FIG. 4, incident light 115 output from the light source 104 is reflected by the sample 114 and becomes reflected light 116. The reflected light 116 passes through the reflected light R 1 207 reflected from the surface of the deposited film 206, the reflected light R 2 208 reflected from the Si film 201 and reflected from the Si film 201, and reflected from the SiO 2 film 202. The reflected light R 3 209 is included. For this reason, the reflected light 116 reflected on the surface of each film has an interference waveform. The interference waveform is measured by the film thickness measuring device 109, and the film thickness of the deposited film 206 is measured.
また、堆積膜２０６の膜厚は、数nmから数十nmと薄いため、精度良く堆積膜２０６の膜厚を測定するために、光源１０４は、重水素ランプ、水銀ランプを使用する真空紫外光とする。あるいは、プラズマが発生する紫外線を用いてもよい。また、真空紫外光は、大気中の酸素または窒素に吸収されるため、光源１０４からの入射光１１５は、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス等の希ガスによりパージされるパージ室を通過させ、光学窓は、合成石英、フッ化リチウム、フッ化カルシウム等の真空紫外光を透過する物質を用いる必要がある。 Further, since the film thickness of the deposited film 206 is as thin as several nm to several tens of nm, the light source 104 is a vacuum ultraviolet light using a deuterium lamp or a mercury lamp in order to accurately measure the film thickness of the deposited film 206. And Alternatively, ultraviolet rays that generate plasma may be used. Further, since the vacuum ultraviolet light is absorbed by oxygen or nitrogen in the atmosphere, the incident light 115 from the light source 104 is purged by a rare gas such as He gas, Ne gas, Ar gas, Kr gas, or Xe gas. It is necessary to use a substance that transmits vacuum ultraviolet light, such as synthetic quartz, lithium fluoride, and calcium fluoride, for passing through the purge chamber and for the optical window.
また、本実施例では、試料１１４の面内の1箇所における堆積膜２０６の膜厚を用いた例であったが、複数箇所の堆積膜２０６の膜厚を用いても良い。例えば、試料１１４の中心部とミドル部と外周部の３箇所の堆積膜２０６の膜厚を用いる場合について説明する。 In this embodiment, the film thickness of the deposited film 206 at one place in the surface of the sample 114 is used. However, the film thickness of the deposited film 206 at a plurality of places may be used. For example, a case where the film thicknesses of the deposited film 206 at three locations of the center portion, middle portion, and outer peripheral portion of the sample 114 are used will be described.
ステップ３０３において、試料１１４の中心部とミドル部と外周部の少なくとも一箇所の堆積膜２０６の膜厚が目標値の許容値外と判定した場合、ステップ３０４において、堆積膜２０６の膜厚の試料１１４面内均一性を改善するようにエッチングパラメータを調整し、続けて堆積膜２０６の膜厚が目標値の許容値内となるようにエッチングパラメータを調整する。尚、これ以外のステップは、試料１１４の面内の1箇所における堆積膜２０６の膜厚を用いた場合と同様である。 If it is determined in step 303 that the film thickness of the deposited film 206 in at least one of the central portion, middle portion, and outer peripheral portion of the sample 114 is outside the allowable value of the target value, in step 304, the sample having the deposited film 206 thickness The etching parameters are adjusted so as to improve the in-plane uniformity, and the etching parameters are adjusted so that the thickness of the deposited film 206 is within the allowable value of the target value. The other steps are the same as the case where the film thickness of the deposited film 206 at one place in the surface of the sample 114 is used.
次に真空処理室１０２の内壁に蓄積した反応生成物の影響によるプロセス性能変動を回避する実施例について説明する。本実施例では、真空処理室１０２のプラズマ１１２の発光に基づいて実施例１のステップ３０４におけるエッチングパラメータの調整量を決定するプラズマ処理方法である。 Next, an embodiment for avoiding process performance fluctuations due to the influence of reaction products accumulated on the inner wall of the vacuum processing chamber 102 will be described. In this embodiment, the plasma processing method determines the adjustment amount of the etching parameter in Step 304 of Embodiment 1 based on the light emission of the plasma 112 in the vacuum processing chamber 102.
本実施例にかかるプラズマエッチング装置の概略断面図を図５に示す。本実施例に係るプラズマエッチング装置は、実施例１のプラズマエッチング装置にさらに光ファイバー１１７と、分光器１１８と、制御コントローラー１１９とを備えている。尚、制御コントローラー１１９は、実施例１のプラズマエッチング装置の装置コントローラー１１０の代わりに用いられたものである。また、図１と同じ符号の構成は、図１の同符号の構成と同様のものである。 FIG. 5 shows a schematic sectional view of the plasma etching apparatus according to this example. The plasma etching apparatus according to the present embodiment further includes an optical fiber 117, a spectroscope 118, and a control controller 119 in addition to the plasma etching apparatus according to the first embodiment. The control controller 119 is used in place of the apparatus controller 110 of the plasma etching apparatus of the first embodiment. 1 is the same as that of FIG.
真空処理室１０２内に生成されたプラズマ１１２からのプラズマ光１２０は、光ファイバー１１７を介して分光器１１８で検出される。分光器１１８では、検出したプラズマ光１２０を分光し光強度をデジタル信号に変換して制御コントローラー１１９に送る。制御コントローラー１１９は、プラズマ発光強度を用いてエッチングパラメータの制御量を決定する機能を有する。制御コントローラー１１９は、予め基準となるプラズマトレンドを記憶しておき、分光器１１８により検出されたプラズマトレンドと基準となるプラズマトレンドとの偏差を求め、この偏差に基づいてエッチングパラメータの調整量を求める。 The plasma light 120 from the plasma 112 generated in the vacuum processing chamber 102 is detected by the spectroscope 118 via the optical fiber 117. The spectroscope 118 splits the detected plasma light 120 to convert the light intensity into a digital signal and send it to the controller 119. The control controller 119 has a function of determining the control amount of the etching parameter using the plasma emission intensity. The controller 119 stores a reference plasma trend in advance, obtains a deviation between the plasma trend detected by the spectrometer 118 and the reference plasma trend, and obtains an etching parameter adjustment amount based on this deviation. .
また、本実施例に係るプラズマ処理方法のフローチャートは、ステップ３０４以外は、実施例１で説明したフローチャートと同様であり、本実施例のプラズマ処理方法のステップ３０４は、上述した制御コントローラーの機能を用いて堆積膜２０６の膜厚が目標値の許容値内となるようにエッチングパラメータの制御量を上記のプラズマ発光の偏差に基づいて求め、この求められた制御量だけエッチングパラメータを調整する。 Further, the flowchart of the plasma processing method according to the present embodiment is the same as the flowchart described in the first embodiment except for step 304, and step 304 of the plasma processing method of the present embodiment has the function of the control controller described above. The etching parameter control amount is obtained based on the deviation of the plasma emission so that the film thickness of the deposited film 206 is within the allowable value of the target value, and the etching parameter is adjusted by the obtained control amount.
本実施例のようにエッチングパラメータの制御量をプラズマ発光を用いて求めることにより、堆積膜２０６の厚さは、ある程度増加しないと変化が分からないが、プラズマ発光強度はエッチングパラメータを変更すると直ちに変化するため、さらに精度が高く再現性がよい微細加工ができる。 By determining the control amount of the etching parameter using plasma emission as in this embodiment, the thickness of the deposited film 206 does not change unless it increases to some extent, but the plasma emission intensity changes immediately when the etching parameter is changed. Therefore, fine processing with higher accuracy and good reproducibility can be performed.
実施例１または実施例２では、堆積膜２０６の膜厚の厚さを光の干渉を用いて測定したが、光の吸収を用いた方法でも良い。以下に光の吸収を用いて堆積膜２０６の膜厚の厚さを測定する例について図６と図７を参照しながら説明する。 In Example 1 or Example 2, the thickness of the deposited film 206 was measured using light interference, but a method using light absorption may be used. Hereinafter, an example of measuring the thickness of the deposited film 206 using light absorption will be described with reference to FIGS.
炭素元素とフッ素元素を含むガスでエッチングする場合、堆積膜２０６は、Ｓｉを含有するＣＦ系ポリマー膜となり、この膜の光の吸収特性は、図６に示すように波長２００ｎｍ前後に吸収端を持つ。干渉法で膜厚を測定する場合には堆積膜２０６を透過してかつ数ｎｍの薄い膜厚の変化を感知するために極力波長を短く選ぶ。一方、吸収法では膜に吸収される波長の光を選び、図６の場合には２５０ｎｍ以下の波長を用いる。この領域の波長の光は、例えば、１７２ｎｍのＸｅや１４６ｎｍのＫｒのエキシマランプで得られる。または、水銀ランプの１８５ｎｍの光を用いても良い。 When etching with a gas containing carbon element and fluorine element, the deposited film 206 becomes a CF-based polymer film containing Si, and the light absorption characteristic of this film has an absorption edge around a wavelength of 200 nm as shown in FIG. Have. In the case of measuring the film thickness by the interferometry, the wavelength is selected as short as possible in order to sense the change in the thin film thickness of several nanometers that passes through the deposited film 206. On the other hand, in the absorption method, light having a wavelength absorbed by the film is selected, and in the case of FIG. 6, a wavelength of 250 nm or less is used. Light having a wavelength in this region can be obtained, for example, with an excimer lamp of 172 nm Xe or 146 nm Kr. Alternatively, 185 nm light from a mercury lamp may be used.
次に堆積膜２０６の膜厚の算出方法を図７を参照しながら説明する。例えば、１７２ｎｍのＸｅのエキシマランプから入射した光は、Ｓｉ基板２０４で反射される。ここで、本実施例で用いられる試料１１４は、Ｓｉ基板２０４上に下から順にＳｉＯ2膜９０２とマスクであるＳｉＮ膜９０３とが積層され、エッチング中に堆積膜２０６がＳｉＮ膜９０３上に堆積している。 Next, a method for calculating the thickness of the deposited film 206 will be described with reference to FIG. For example, light incident from a 172 nm Xe excimer lamp is reflected by the Si substrate 204. Here, in the sample 114 used in this example, a SiO 2 film 902 and a SiN film 903 as a mask are sequentially stacked on a Si substrate 204 from the bottom, and a deposited film 206 is deposited on the SiN film 903 during etching. doing.
光の入射光１１５の入射角と反射光９０１の反射角をθ、ＳｉＯ2膜９０２の厚さをＬｏの場合の吸光係数をＥｏ、ＳｉＮ膜９０３の厚さをＬｎの場合の吸光係数をＥｎ、堆積膜２０６の厚さをＬｄの場合の吸光係数をＥｄとすると、入射光１１５の強度であるＩｏと反射光９０１の強度であるＩとの比は（１）式で表される。 When the incident angle of the incident light 115 and the reflection angle of the reflected light 901 are θ, the absorption coefficient when the thickness of the SiO 2 film 902 is Lo is Eo, and the absorption coefficient when the thickness of the SiN film 903 is Ln is En. When the thickness of the deposited film 206 is Ld and the extinction coefficient is Ed, the ratio between Io, which is the intensity of the incident light 115, and I, which is the intensity of the reflected light 901, is expressed by equation (1).
Ｌｄを求めるには予めＥｏ、Ｅｎ、Ｅｄをそれぞれ測定しておき、(１)式より算出してもよいが、ＳｉＯ2膜のエッチング速度等のエッチングの進行状態と試料の断面を透過電子顕微鏡などで観察して求めた堆積膜２０６の厚さＬｄと測定される吸光度Ａの関係の校正曲線を作成して、この校正曲線からＬｄを求めてもよい。 In order to obtain Ld, Eo, En, and Ed may be measured in advance, and may be calculated from equation (1). The progress of etching, such as the etching rate of the SiO 2 film, and the cross section of the sample are measured with a transmission electron microscope. It is also possible to create a calibration curve of the relationship between the thickness Ld of the deposited film 206 obtained by observation or the like and the measured absorbance A, and obtain Ld from this calibration curve.
(１)式において、マスクであるＳｉＮ膜９０３との選択比が高く、ＳｉＮ膜９０３の厚さLnがエッチング時間とともに変化しないと仮定した場合、時間とともに変化する値は堆積膜２０６の厚さＬｄだけになる。一方、ＳｉＮ膜９０３との選択比が低く、ＳｉＮ膜９０３の厚さが変わってしまう場合も、予め校正曲線を作ってＬｄを求める方法は差し支えなく使える。また、さらに精度を上げるためには干渉法と併用してこの方法で算出されるＳｉＮ膜９０３の厚さで(１)式を補正しながら堆積膜２０６の時間変化を求めればよい。 In equation (1), when it is assumed that the selectivity with respect to the SiN film 903 that is a mask is high and the thickness Ln of the SiN film 903 does not change with the etching time, the value that changes with time is the thickness Ld of the deposited film 206. It becomes only. On the other hand, even when the selectivity with respect to the SiN film 903 is low and the thickness of the SiN film 903 changes, a method for obtaining Ld by creating a calibration curve in advance can be used without any problem. In order to further improve the accuracy, the time change of the deposited film 206 may be obtained while correcting the equation (1) with the thickness of the SiN film 903 calculated by this method in combination with the interference method.
以上、実施例１および実施例２で上述した通り、本発明は、堆積性ガスを用いて被エッチング膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、マスク上に堆積した堆積膜の膜厚を測定し、前記測定された堆積膜の膜厚と前記堆積膜の膜厚の目標値との差を求め、前記求められた差が許容値より大きい場合、前記求められた差が許容値内となるようにエッチングパラメータを制御しながら前記被エッチング膜をエッチングすることを特徴とする。 As described above in Example 1 and Example 2, the present invention measures the film thickness of the deposited film deposited on the mask in the plasma processing method of plasma etching the film to be etched using the deposition gas, A difference between the measured film thickness of the deposited film and a target value of the film thickness of the deposited film is obtained, and when the obtained difference is larger than an allowable value, the obtained difference is within the allowable value. The etching target film is etched while controlling etching parameters.
本発明により、フルオロカーボンガス、ＳｉＦ4ガス等の堆積性ガスを用いたプラズマエッチングを行うプラズマ処理方法において、マスク上に堆積した堆積物の膜厚を制御することができるため、所望のエッチング形状を得ることができる。 According to the present invention, in the plasma processing method for performing plasma etching using a deposition gas such as fluorocarbon gas or SiF 4 gas, the film thickness of the deposit deposited on the mask can be controlled. Can be obtained.
また、実施例１および実施例２では、マイクロ波を用いたＥＣＲ方式のマイクロ波プラズマエッチング装置での適用例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、容量結合型、誘導結合型のプラズマ生成手段を用いたプラズマエッチング装置に適用しても良い。 In the first and second embodiments, the application example in the microwave plasma etching apparatus of the ECR system using the microwave has been described. However, the present invention is not limited to this, and the capacitive coupling type, the induction The present invention may be applied to a plasma etching apparatus using a combined plasma generating means.
さらに、実施例１では、被エッチング膜としてＳｉＯ2膜を用いた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＮ膜等のフルオロカーボンガス、ＳｉＦ4ガス等の堆積性ガスを用いてエッチングされる膜でも良い。 Further, in the first embodiment, the example using the SiO 2 film as the film to be etched has been described. However, the present invention is not limited to this, and fluorocarbon gas such as SiN film, SiC film, SiOC film, and SiON film is used. Alternatively, a film etched using a deposition gas such as SiF 4 gas may be used.
１０１・・・・プラズマ処理装置
１０２・・・・真空処理室
１０３・・・・試料台
１０４・・・・光源
１０５・・・・パージ室
１０６・・・・光学窓
１０７・・・・光ファイバー
１０８・・・・分光器
１０９・・・・膜厚測定器
１１０・・・・装置コントローラー
１１１・・・・マイクロ波電源
１１２・・・・プラズマ
１１３・・・・高周波電源
１１４・・・・試料
１１５・・・・入射光
１１６・・・・反射光
１１７・・・・光ファイバー
１１８・・・・分光器
１１９・・・・制御コントローラー
１２０・・・・プラズマ光
２０１・・・・Ｓｉ膜
２０２・・・・ＳｉＯ2膜
２０３・・・・ＳｉＮ膜
２０４・・・・Ｓｉ基板
２０５・・・・スペース
２０６・・・・堆積膜
２０７・・・・反射光Ｒ1
２０８・・・・反射光Ｒ2
２０９・・・・反射光Ｒ3
９０１・・・・反射光
９０２・・・・ＳｉＯ2膜
９０３・・・・ＳｉＮ膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Plasma processing apparatus 102 ... Vacuum processing chamber 103 ... Sample stage 104 ... Light source 105 ... Purge chamber 106 ... Optical window 107 ... Optical fiber 108 ··· Spectrometer 109 ··· Film thickness measuring device 110 ··· Device controller 111 ··· Microwave power source 112 ··· Plasma 113 · · · High frequency power source 114 ··· Sample 115 .... Incident light 116 ... Reflected light 117 ... Optical fiber 118 ... Spectrometer 119 ... Control controller 120 ... Plasma light 201 ... Si film 202 ... ··· SiO 2 film 203 ··· SiN film 204 ··· Si substrate 205 ··· Space 206 ··· Deposited film 207 ··· Reflected light R 1
208 ... Reflected light R 2
209 ... Reflected light R 3
901 .... reflected light 902 .... SiO 2 film 903 .... SiN film
Claims (6)
マスク上に堆積した堆積膜の膜厚を測定し、
前記測定された堆積膜の膜厚と前記堆積膜の膜厚の目標値との差を求め、
前記求められた差が許容値より大きい場合、前記求められた差が許容値内となるようにエッチングパラメータを制御しながら前記被エッチング膜をエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。 In a plasma processing method for plasma etching a film to be etched using a deposition gas,
Measure the thickness of the deposited film deposited on the mask,
Find the difference between the measured thickness of the deposited film and the target value of the thickness of the deposited film,
When the obtained difference is larger than an allowable value, the etching target film is etched while controlling an etching parameter so that the obtained difference is within the allowable value.
前記被エッチング膜を有する試料の中心部とミドル部と外周部で前記堆積膜の膜厚を測定し、
測定された中心部の堆積膜の膜厚と測定されたミドル部の堆積膜の膜厚と測定された外周部の堆積膜の膜厚のそれぞれと前記目標値との差を求め、
前記それぞれ求められた差の中で少なくとも一つの差が前記許容値より大きい場合、
許容値内となるようにエッチングパラメータを制御するとともに前記試料の面内均一性を改善するようにエッチングパラメータを制御することを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1,
Measure the thickness of the deposited film at the center, middle and outer periphery of the sample having the film to be etched,
Obtain the difference between the measured value of the deposited film thickness of the central portion and the measured thickness of the deposited film of the middle portion and the measured thickness of the deposited film of the outer peripheral portion and the target value,
If at least one of the determined differences is greater than the tolerance,
An etching parameter is controlled so as to be within an allowable value, and the etching parameter is controlled so as to improve in-plane uniformity of the sample.
前記被エッチング膜のエッチング中のプラズマ発光を検出し、
前記検出されたプラズマ発光に基づいて前記求められた差が許容値内となるようにエッチングパラメータを制御する際の制御量を求めることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1,
Detecting plasma emission during etching of the film to be etched;
A plasma processing method characterized in that a control amount for controlling an etching parameter is obtained so that the obtained difference falls within an allowable value based on the detected plasma emission.
前記被エッチング膜のエッチング中のプラズマ発光を検出し、
前記検出されたプラズマ発光に基づいて許容値内となるようにエッチングパラメータを制御する際の制御量を求めることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 2,
Detecting plasma emission during etching of the film to be etched;
A plasma processing method comprising: obtaining a control amount for controlling an etching parameter so as to be within an allowable value based on the detected plasma emission.
光の吸収法を用いて前記堆積膜の膜厚を測定することを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method according to any one of claims 1 to 4,
A plasma processing method, wherein the film thickness of the deposited film is measured using a light absorption method.
光の干渉法と光の吸収法を併用して前記堆積膜の膜厚を測定することを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method according to any one of claims 1 to 4,
A plasma processing method, wherein the film thickness of the deposited film is measured by using a light interference method and a light absorption method in combination.
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