JP2020065013A - 終点検出方法および終点検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】S/Nを改善し、プラズマ処理の終点検出の精度を向上させる。【解決手段】基板にプラズマ処理を施す際の終点検出方法であって、発光分析法により所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、質量分析法により所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、モニターした前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う工程と、前記演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する工程と、を有する終点検出方法が提供される。【選択図】図7
Description
本開示は、終点検出方法および終点検出装置に関する。
発光分析法を用いた終点検出方法では、被エッチング対象膜に形成された低開口率の凹部をプラズマエッチングする際、ターゲットとなる波長の発光強度信号の変位に対するノイズの比が高いため、当該信号の変化の検知が難しいことがある。この結果、高いS/Nで安定して終点を検出することが困難となる。
これに対して、特許文献1は、プラズマエッチング処理をモニターする質量分析器と発光分析器とによる終点検出をそれぞれ認定し、これらの分析器が両方とも終点を検出した場合、プラズマエッチング処理の適正な終点が検出されたと判定する。
本開示は、S/Nを改善し、プラズマ処理の終点検出の精度を向上させる終点検出方法および終点検出装置を提供する。
本開示の一の態様によれば、基板にプラズマ処理を施す際の終点検出方法であって、発光分析法により所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、質量分析法により所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、モニターした前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う工程と、前記演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する工程と、を有する終点検出方法が提供される。
一の側面によれば、S/Nを改善し、プラズマ処理の終点検出の精度を向上させることができる。
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
[プラズマ処理装置の全体構成]
まず、プラズマ処理装置1の一例について、図1を参照しながら説明する。本実施形態にかかるプラズマ処理装置1は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置であり、略円筒形の処理容器2を有している。処理容器2の内面には、アルマイト処理(陽極酸化処理)が施されている。処理容器2の内部は、プラズマによりエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。
まず、プラズマ処理装置1の一例について、図1を参照しながら説明する。本実施形態にかかるプラズマ処理装置1は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置であり、略円筒形の処理容器2を有している。処理容器2の内面には、アルマイト処理(陽極酸化処理)が施されている。処理容器2の内部は、プラズマによりエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。
ステージ3は、基板の一例である半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という。)を載置する。ステージ3は、たとえばアルミニウム(Al)やチタン(Ti)、炭化ケイ素(SiC)等から形成されている。ステージ3は下部電極としても機能する。
ステージ3の上側には、ウェハWを静電吸着するための静電チャック(ESC)10が設けられている。静電チャック10は、絶縁体10bの間にチャック電極10aを挟み込んだ構造になっている。チャック電極10aには直流電源30が接続されている。スイッチ31の開閉により直流電源30からチャック電極10aに直流電圧が印加されると、クーロン力によってウェハWが静電チャック10に吸着される。
静電チャック10の外周側には、ウェハWの外縁部を囲うように円環状のエッジリング11(フォーカスリングともいう)が載置される。エッジリング11は、例えば、シリコンから形成され、処理容器2においてプラズマをウェハWの表面に向けて収束し、プラズマ処理の効率を向上させるように機能する。
ステージ3の下側は、支持体12になっており、これにより、ステージ3は処理容器2の底部に保持される。支持体12の内部には、冷媒流路12aが形成されている。チラーユニット36から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体(以下、「冷媒」ともいう。)は、冷媒入口配管12b、冷媒流路12a、冷媒出口配管12cと流れ、循環する。このようにして循環する冷媒により、金属から構成されるステージ3は抜熱され、冷却される。
伝熱ガス供給源37は、ヘリウムガス(He)等の伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン16に通して静電チャック10の表面とウェハWの裏面との間に供給する。かかる構成により、静電チャック10は、冷媒流路12aに循環させる冷媒と、ウェハWの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハWを所定の温度に制御することができる。
ステージ3には、第1周波数のプラズマ生成用の高周波電力HFを供給する第1高周波電源32が第1整合器33を介して接続されている。また、ステージ3には、第2周波数のバイアス電圧発生用の高周波電力LFを供給する第2高周波電源34が第2整合器35を介して接続されている。第1周波数は、例えば40MHzであってもよい。また、第2周波数は、第1周波数よりも低く、例えば13.56MHzであってもよい。本実施形態では、高周波電力HFは、ステージ3に印加されるが、ガスシャワーヘッド20に印加されてもよい。
第1整合器33は、第1高周波電源32の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第2整合器35は、第2高周波電源34の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第1整合器33は、処理容器2内にプラズマが生成されているときに第1高周波電源32の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第2整合器35は、処理容器2内にプラズマが生成されているときに第2高周波電源34の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
ガスシャワーヘッド20は、その外縁部を被覆するシールドリング21を介して処理容器2の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド20には、可変直流電源26が接続され、可変直流電源26から負の直流電圧(DC)が出力される。ガスシャワーヘッド20は、シリコンにより形成されていてもよい。ガスシャワーヘッド20は、ステージ3(下部電極)に対向する対向電極(上部電極)としても機能する。
ガスシャワーヘッド20には、ガスを導入するガス導入口22が形成されている。ガスシャワーヘッド20の内部にはガス導入口22から分岐したセンター側の拡散室24a及びエッジ側の拡散室24bが設けられている。ガス供給源23から出力されたガスは、ガス導入口22を介して拡散室24a、24bに供給され、拡散室24a、24bにて拡散されて複数のガス供給孔25からステージ3に向けて導入される。
処理容器2の底面には排気口18が形成されており、排気口18に接続された排気装置38によって処理容器2内が排気される。これにより、処理容器2内を所定の真空度に維持することができる。処理容器2の側壁にはゲートバルブ17が設けられている。ゲートバルブ17は、ウェハWを処理容器2へ搬入したり、処理容器2からウェハWを搬出したりする際に開閉する。
発光分析器50(OES:optical emission spectrometer)は、発光分析法によりプラズマ光の所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする。発光分析器50は、プラズマ光取得用の窓52に隣接して処理容器2の側壁に配置される。発光分析器50は、窓52を介してプラズマ処理中の特定の活性種の発光スペクトルの信号の変化をモニターする。
質量分析器51(QMS:quadrupole mass spectrometer)は、質量分析法により所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする。質量分析器51は、処理容器2の側壁に隣接して配置され、プラズマ処理中の処理容器2内のガスの所定の成分の質量スペクトルの変化をモニターする。
なお、発光分析器50と質量分析器51と制御装置100は、終点検出装置の一例である。本実施形態では、発光分析器50及び質量分析器51を1つずつ配置したが、これに限られない。例えば、発光分析器50及び質量分析器51をそれぞれ複数用いてモニターし、複数の発光分析器50及び複数の質量分析器51のモニター結果を用いて終点検出を行ってもよい。
プラズマ処理装置1には、装置全体の動作を制御する制御装置100が設けられている。制御装置100は、記憶部101、演算部102、検出部103の各部の機能を有する。記憶部101は、終点検出用のプログラムやデータを記憶する。演算部102は、発光分析器50がモニターした発光スペクトルの信号の変化と、質量分析器51がモニターした質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う。検出部103は、演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する。
制御装置100のハードウェア構成としては、CPU、ROM及びRAMを有する。CPUは、RAM等の記憶領域に格納されたレシピに従って、プラズマエッチング処理、その他の所望のプラズマ処理を実行する。
レシピには、プラズマ処理のプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力(ガスの排気)、高周波電力や電圧、各種ガス流量が設定されてもよい。また、レシピには、処理容器内温度(上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウェハW温度、静電チャック温度等)、チラーから出力される冷媒の温度などが設定されてもよい。なお、レシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、CD−ROM、DVD等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
プラズマ処理が実行される際には、ゲートバルブ17の開閉が制御され、ウェハWが処理容器2に搬入され、ステージ3に載置される。直流電源30からチャック電極10aに正又は負の極性の直流電圧が印加されると、ウェハWが静電チャック10に吸着され、保持される。
ガス供給源23からガスシャワーヘッド20を介して処理容器2内に所望のガスが供給される。第1高周波電源32からステージ3に高周波電力HFが印加され、第2高周波電源34からステージ3に高周波電力LFが印加される。可変直流電源26から負の直流電圧がガスシャワーヘッド20に印加される。これにより、ウェハWの上方にてガスが乖離してプラズマが生成され、プラズマの作用によりウェハWにプラズマ処理が施される。
発光分析器50がモニターした所定の波長の発光スペクトルの信号は、制御装置100に送信される。同様に、質量分析器51がモニターした所定の成分の質量スペクトルの信号は、制御装置100に送信される。制御装置100は、取得した発光スペクトルの信号の変化及び質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算(本実施形態では、乗算)を行い、演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する。
プラズマ処理後、直流電源30からチャック電極10aにウェハWの吸着時とは正負の極性が逆の直流電圧が印加され、ウェハWの電荷が除電される。除電後、ウェハWは、静電チャック10から剥がされ、ゲートバルブ17から処理容器2の外に搬出される。
[膜種]
ウェハWにはプラズマ処理が行われる被対象膜が形成されている。ウェハWには2種類以上の被対象膜が積層されてもよい。図2は、ウェハWに形成される積層膜の一例を示す。
ウェハWにはプラズマ処理が行われる被対象膜が形成されている。ウェハWには2種類以上の被対象膜が積層されてもよい。図2は、ウェハWに形成される積層膜の一例を示す。
図2(a)に示すように、ウェハWは、下層から順にシリコン窒化膜61(SiN)、シリコン酸化膜62、カーボン膜63、反射防止膜64が積層された積層膜が形成されている。反射防止膜64には、所定のパターンの開口65が形成されている。
プラズマ処理中、カーボン膜63が開口65のパターンにエッチングされ(図2(b))、続けて下層膜のシリコン酸化膜62がエッチングされる(図2(c))。かかる構成の積層膜では、カーボン膜63及びシリコン酸化膜62が被対象膜であり、それぞれの被対象膜に対してプラズマ処理の終点が検出される。
このようなカーボン膜63とシリコン酸化膜62が積層構造をとる低開口率の積層膜において、エッチングの開口不良による歩留りの悪化が問題となる場合がある。これに対して、開口不良を起こさないようにエッチング処理時間を長くすると、下層膜やマスクの形状にダメージを与え、CD(Critical Dimension)を寸法通りに作ることが困難になる。さらに、被対象膜が積層された構造では各膜の膜厚にばらつきが生じるため、ウェハW毎に各膜のプラズマ処理時間の終点検出を適切に行う必要がある。
従来の発光分析器50を用いた終点方法又は質量分析器51を用いた終点方法では、カーボン膜63およびシリコン酸化膜62において、低開口部の微小面積での発光スペクトル又は質量スペクトルの変化の検知が困難である。このため、高いS/Nで安定して終点を検出することは難しい。
そこで、本実施形態では、発光分析器50及び質量分析器51が単独でモニターした信号では、ノイズにより終点が検出し難い状態であっても、発光スペクトルの信号の変化と質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算処理を実行することでS/Nを改善する。これにより、開口率の低い多層膜のエッチングにおいても、安定したプラズマ処理の終点検出が可能となる。
被処理膜の終点では、発光分析器50は、被対象膜が消失し、下層膜に到達した際の所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターするとともに、質量分析器51は、エッチング副生成物の所定の気相成分の質量スペクトルの変化をモニターする。これにより各信号の変化に基づき被処理膜の終点が検出される。
例えば、カーボン膜63のエッチングでは、プラズマを生成するためのガスとして処理容器2内にH2ガス及びN2ガスが供給され、カーボン膜63のエッチング時に副生成物としてCNとH2が生成される。そこで、カーボン膜63のエッチングでは、プラズマの発光スペクトルのうち、CN(波長λ=387nm)の発光スペクトルを発光分析器50によりモニターする。またこれと並行して、エッチング副生成物のうちH2成分(質量2)の質量スペクトルを質量分析器51によりモニターする。
シリコン酸化膜62のエッチングでは、プラズマを生成するためのガスとしてC4F8ガス、C4F6ガス等のCF系ガス(フルオロカーボンガス)が供給され、シリコン酸化膜62のエッチング時に副生成物としてCOが生成される。そこで、シリコン酸化膜62のエッチングでは、プラズマの発光スペクトルのうち、SiF(波長λ=440nm)の発光スペクトルを発光分析器50によりモニターする。またこれに並行して、エッチング副生成物のうちCO成分(質量28)の質量スペクトルを質量分析器51によりモニターする。
<第1実施形態>
以下では、図2(a)のカーボン膜63及びシリコン酸化膜62の積層膜を被対象膜として、第1実施形態にかかる終点検出方法について、図3及び図4の終点検出処理のフローチャートを参照しながら説明する。図3は、第1実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理を示すフローチャートである。図4は、第1実施形態に係るシリコン酸化膜の終点検出処理を示すフローチャートである。
<第1実施形態>
以下では、図2(a)のカーボン膜63及びシリコン酸化膜62の積層膜を被対象膜として、第1実施形態にかかる終点検出方法について、図3及び図4の終点検出処理のフローチャートを参照しながら説明する。図3は、第1実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理を示すフローチャートである。図4は、第1実施形態に係るシリコン酸化膜の終点検出処理を示すフローチャートである。
[終点検出]
第1実施形態にかかるプラズマ処理の終点検出方法は、発光分析器50及び質量分析器51がモニターした発光スペクトルの信号及び質量スペクトルの信号に基づき、CPUが、記憶部101に記憶された終点検出用のプログラムを実行することにより行われる。このとき、CPUは、演算部102及び検出部103として機能する。
第1実施形態にかかるプラズマ処理の終点検出方法は、発光分析器50及び質量分析器51がモニターした発光スペクトルの信号及び質量スペクトルの信号に基づき、CPUが、記憶部101に記憶された終点検出用のプログラムを実行することにより行われる。このとき、CPUは、演算部102及び検出部103として機能する。
具体的には、図3の終点検出処理が開始されると、カーボン膜63のプラズマエッチング処理が開始される(ステップS1)。これにより、反射防止膜64の開口65のパターンにカーボン膜63がエッチングされる。
次に、発光分析器50がCN(波長λ=387nm)の発光スペクトルをモニターする(ステップS2)。また、質量分析器51がH2(質量2)の質量スペクトルをモニターする(ステップS2)。モニターされたCNの発光スペクトルの信号及びH2の質量スペクトルの信号は、制御装置100に送信される。
図5(a)は、カーボン膜63をエッチングする間に発光分析器50がモニターしたCNの発光スペクトル(OES intensity)の信号Aと、質量分析器51がモニターしたH2の質量スペクトル(QMS intensity)の信号Bの一例を示す。
図3に戻り、次に、制御装置100の演算部102は、CNの発光スペクトルの変位及びH2の質量スペクトルの変位とを用いて演算処理を行う(ステップS3)。本実施形態では、演算処理の一例として、CNの発光スペクトルの信号Aの変位と、H2の質量スペクトルの信号Bの変位とを乗算する。その際、図5(b)に示すように各信号A,Bを乗算する前に各信号を正規化することが好ましい。演算により算出された信号Cを図5(c)に示す。この例では、信号Bと信号Cとは、ほぼ同じ曲線を描く。
ステップS3の演算処理は、発光スペクトルの信号の変化と質量スペクトルの信号の変化との乗算に限られず、乗算、除算、加算、減算のいずれか又はこれらの演算の組み合わせであってもよい。例えば、信号A,Bが正の値同士又は負の値同士であれば乗算することが好ましい。例えば、信号A,Bのいずれかが正でいずれかが負であれば除算することが好ましい。信号A,Bを加算したり、減算したり、乗算、除算、加算、減算を組み合わせて演算してもよい。これにより、信号A、Bから信号Cを算出し、信号CからS/Nを算出する際にS/Nに含まれるノイズの割合を減らすことができる。
図3に戻り、次に、演算部102は、演算(本例では乗算)により算出された信号に基づきS/Nを算出する(ステップS4)。S/Nの算出について図6を参照して簡単に説明する。図6は、CNの発光スペクトルの信号A及びH2の質量スペクトルの信号Bを正規化した後、演算により算出された信号C(=信号A×信号B)の一例である。ただし、本例は一例であり演算により算出された信号Cは、これに限られない。
S/Nの「S(シグナル)」は、図6の信号Cの最大値と最小値の変位(Signal Average Difference)として算出される。例えば、「S」は、信号Cの変位前の所定時間(例えば10秒)の信号Cの検出値の平均値と、変位後の所定時間(例えば10秒)の信号の検出値の平均値との差分として算出可能である。S/Nの「N(ノイズ)」は、Sの変位前の所定時間(例えば10秒)の信号の検出値の平均値である。S/Nは、「S」を「N」で割った値である。「N(ノイズ)」は、Sの変位後の所定時間(例えば10秒)の信号の検出値の平均値であってもよい。
かかる演算処理により、図7(a)に結果の一例を示すように、カーボン膜63のエッチングにおいて演算処理後のS/Nは「96.7」となった。この例では、従来の発光分析(OES)法によりモニターされた信号から算出されたS/Nは「16.7」であり、従来の質量分析(QMS)法によりモニターされた信号から算出されたS/Nは「84.2」である。以上から、本実施形態に係るカーボン膜63の終点検出方法によれば、発光分析法及び質量分析法をそれぞれ単独で使用してS/Nを算出するよりもS/Nを改善でき、終点検出の精度を向上させることができる。
図3に戻り、次に、検出部103は、終点信号が得られたかを判定する(ステップS5)。所定時間内に、算出された信号Cに所定以上の変位が生じたとき、検出部103は、終点信号が得られたと判定し、ステップS6に進む。所定時間内に、算出された信号Cに所定以上の変位が生じなかったとき、検出部103は、終点信号が得られなかったと判定し、ステップS11に進む。
ステップS6において、検出部103は、算出したS/Nが第1の閾値以上であるかを判定する。第1の閾値は予め設定され、記憶部101に記憶されている、第1の閾値は例えば「80」であってもよいし、他の値であってもよい。
検出部103は、算出したS/Nが第1の閾値以上であると判定すると、終点検出の精度を満足すると判断し、終点検出信号を出力する(ステップS7)。そして、カーボン膜63のエッチングを正常終了し(ステップS8)、図4の「1」のシリコン酸化膜62のエッチングに進む。
一方、ステップS6において、検出部103は、算出したS/Nが第1の閾値未満であると判定すると、終点検出の精度を満足しないと判断し、算出したS/Nが第2の閾値以上であるかを判定する(ステップS9)。第2の閾値は、第1の閾値よりも小さい値であって、予め設定され、記憶部101に記憶されている。第2の閾値は例えば「50」であってもよいし、第1の閾値よりも小さい他の値であってもよい。
検出部103は、算出したS/Nが第2の閾値以上であると判定すると、所定時間エッチングを継続して実行した後(ステップS10)、終点検出信号を出力し(ステップS7)、カーボン膜63のエッチングを正常終了し(ステップS8)、図4の「1」に進む。
ステップS9において、検出部103は、算出したS/Nが第2の閾値未満であると判定すると、ステップS11に進み、カーボン膜63のエッチングを停止し、本処理を異常終了する。この後、異常終了に対する解析が行われてもよい。
次に、図4の「1」に進んだときの、シリコン酸化膜62についてエッチングする際の終点検出について説明する。カーボン膜63のプラズマエッチング処理について終点検出後、カーボン膜63の下層のシリコン酸化膜62のプラズマエッチング処理が開始される(ステップS12)。
シリコン酸化膜62のプラズマエッチングでは、発光分析器50によりSiF(波長λ=440nm)の発光スペクトルと、質量分析器51によりCO(質量28)の質量スペクトルをモニターする(ステップS13)。モニターされたSiFの発光スペクトルの信号及びCOの質量スペクトルの信号は、制御装置100に送信される。
図8(a)は、シリコン酸化膜62をエッチングする間に発光分析器50がモニターしたSiFの発光スペクトル(OES intensity)の信号Aと、質量分析器51がモニターしたCOの質量スペクトル(QMS intensity)の信号Bを示す。
図4に戻り、次に、演算部102は、SiFの発光スペクトルの信号Aの変位と、COの質量スペクトルの信号Bの変位とを用いて演算処理を行う(ステップS14)。本実施形態では、演算処理の一例として、SiFの発光スペクトルの信号Aの変位とCOの質量スペクトルの信号Bの変位とを乗算する。その際、図8(b)に示すように各信号A,Bを正規化した後に乗算することが好ましい。演算により算出された信号Cを図8(c)に示す。
図4に戻り、次に、演算部102は、演算(本例では乗算)により算出された信号に基づきS/Nを算出する(ステップS15)。かかる演算処理により、図7(b)に結果の一例を示すように、シリコン酸化膜62のエッチングにおいて演算処理後のS/Nは「83.5」となった。従来の発光分析(OES)法によりモニターされた信号から算出されたS/Nは「44.3」であり、従来の質量分析(QMS)法によりモニターされた信号から算出されたS/Nは「21.0」であった。以上から、本実施形態では、発光分析法及び質量分析法をそれぞれ単独で使用してS/Nを算出するよりもS/Nの比を改善でき、終点検出の精度を向上させることができる。
図4に戻り、次に、検出部103は、終点信号が得られたかを判定する(ステップS16)。所定時間内に算出された信号Cに所定以上の変位が生じたとき、検出部103は、終点信号が得られたと判定し、ステップS17に進む。一方、所定時間内に算出された信号Cに所定以上の変位が生じなかったとき、検出部103は、終点信号が得られなかったと判定し、ステップS22に進む。
ステップS17において、検出部103は、算出したS/Nが第1の閾値以上であるかを判定する。検出部103は、算出したS/Nが第1の閾値以上であると判定すると、終点検出信号を出力し(ステップS18)、シリコン酸化膜62のエッチングを正常終了し(ステップS19)、本処理を終了する。
一方、ステップS17において、検出部103は、算出したS/Nが第1の閾値未満であると判定すると、算出したS/Nが第2の閾値以上であるかを判定する(ステップS20)。
検出部103は、算出したS/Nが第2の閾値以上であると判定すると、所定時間エッチングを継続して実行した後(ステップS21)、終点検出信号を出力する(ステップS18)。そして、シリコン酸化膜62のエッチングを正常終了し(ステップS19)、本処理を終了する。
ステップS20において、検出部103は、算出したS/Nが第2の閾値未満であると判定すると、ステップS22に進み、シリコン酸化膜62のエッチングを停止し、本処理を異常終了する。異常終了に対する解析が行われてもよい。
以上に説明した第1実施形態にかかる終点検出方法によれば、発光スペクトルの変化と質量スペクトルの変化という2種の信号の変位を用いて演算した結果の信号に基づきS/Nを改善することができる。これにより、プラズマ処理の終点検出の精度を向上させることができる。例えば、本実施形態にて説明したように、複数膜の連続するエッチングにおける終点検出の精度が向上することで、エッチング途中の開口不良を回避でき、膜種が異なる積層膜のエッチングを安定的に連続して行うことができる。
特に膜種が異なる積層膜の連続エッチングの場合、ウェハW間において各層の膜厚のバラツキが大きいために、膜厚のバラツキによって終点検出の精度が悪化する傾向にある。これに対して、本実施形態にかかる終点検出方法によれば、複数膜の連続エッチングに対しても高い精度で終点を検出できるメリットがある。
これにより、発光分析法と質量分析法との特徴を活かして、各分析法において苦手条件における終点検出を相補的にカバーできる。例えば、発光分析法では、プラズマ密度が低密度の条件では発光量が下がり終点を検出するための信号の変位の検出が難しくなる。一方、質量分析法では、プラズマ密度よりも副生成物の量、つまり、エッチングレートに依存して副生成物の量が少なくなると信号の変位の検出が難しくなる。検出したい副生成物が下層膜の成分に含まれる場合にも、質量分析法での終点検出精度は低くなる。
これに対して、一実施形態にかかる終点検出方法によれば、発光分析法と質量分析法のいずれかでは終点検出が困難な場合においても、両方の分析法を使ってモニターした発光スペクトルと質量スペクトルの2種の信号の変位を用いて演算する。そして、該演算により算出した信号を用いてS/Nを改善することで、安定して終点検出が可能になる。
<第2実施形態>
次に、図2の積層膜に対する第2実施形態にかかるプラズマ処理の終点検出方法について、図9及び図10の終点検出処理のフローチャートを参照しながら説明する。図9は、第2実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理を示すフローチャートである。図10は、第2実施形態に係るシリコン酸化膜の終点検出処理を示すフローチャートである。第2実施形態に係る終点検出方法では、演算により算出された信号の変位とノイズとの比(すなわち、S/N)と、基準値とに基づき、プラズマ処理の終点を検出する。基準値は、同じ処理ガスを使用したプラズマ処理において過去に終点を検出したときの信号の変位から導かれたS/Nが予め設定されている。なお、第1実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理及びシリコン酸化膜の終点検出処理と同じ処理には、同じステップ番号を付すことにより説明を簡略化する。
次に、図2の積層膜に対する第2実施形態にかかるプラズマ処理の終点検出方法について、図9及び図10の終点検出処理のフローチャートを参照しながら説明する。図9は、第2実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理を示すフローチャートである。図10は、第2実施形態に係るシリコン酸化膜の終点検出処理を示すフローチャートである。第2実施形態に係る終点検出方法では、演算により算出された信号の変位とノイズとの比(すなわち、S/N)と、基準値とに基づき、プラズマ処理の終点を検出する。基準値は、同じ処理ガスを使用したプラズマ処理において過去に終点を検出したときの信号の変位から導かれたS/Nが予め設定されている。なお、第1実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理及びシリコン酸化膜の終点検出処理と同じ処理には、同じステップ番号を付すことにより説明を簡略化する。
[終点検出]
図9のステップS1〜S5に示すように、エッチング対象膜に対してレシピに設定されたエッチングガスによりエッチングが開始されると、そのエッチング対象膜の終点検出処理が実行される。ステップS5において検出部103は、終点信号が得られたと判定すると、該当エッチングガスにおける予め算出し、算出した結果であって記憶部101に設定された第1の基準値を参照する(ステップS30)。このようにして過去に終点信号が得られたと判定されたときの信号の変位と該当エッチングガスとの関係から予め設定された第1の基準値が参照される。
図9のステップS1〜S5に示すように、エッチング対象膜に対してレシピに設定されたエッチングガスによりエッチングが開始されると、そのエッチング対象膜の終点検出処理が実行される。ステップS5において検出部103は、終点信号が得られたと判定すると、該当エッチングガスにおける予め算出し、算出した結果であって記憶部101に設定された第1の基準値を参照する(ステップS30)。このようにして過去に終点信号が得られたと判定されたときの信号の変位と該当エッチングガスとの関係から予め設定された第1の基準値が参照される。
次に、検出部103は、第1の基準値と、算出したS/Nとの差が第1の閾値以下であるかを判定する(ステップS31)。例えば、第1の閾値は10%に設定されてもよいし、その他の値に設定されてもよい。検出部103は、第1の基準値とS/Nとの差が第1の閾値以下であると判定すると、終点検出信号を出力し(ステップS7)、カーボン膜63のエッチングを正常終了し(ステップS8)、図10の「1」のシリコン酸化膜62のエッチングに進む。
一方、ステップS31において、検出部103は、第1の基準値とS/Nとの差が第1の閾値よりも大きいと判定すると、第1の基準値とS/Nとの差が第2の閾値以下であるかを判定する(ステップS32)。例えば、第2の閾値は15%に設定されてもよいし、その他の第1の閾値よりも大きい値に設定されてもよい。検出部103は、第1の基準値とS/Nとの差が第2の閾値以下であると判定すると、所定時間エッチングを継続して実行した後(ステップS10)、終点検出信号を出力する(ステップS7)。そして、カーボン膜63のエッチングを正常終了し(ステップS8)、図10の「1」に進む。
ステップS32において検出部103は、第1の基準値とS/Nとの差が第2の閾値よりも大きいと判定すると、ステップS11に進み、カーボン膜63のエッチングを停止し、本処理を異常終了する。
次に、図10の「1」に進み、ステップS12〜S16の処理が実行される。ステップS16において検出部103は、終点信号が得られたと判定すると、該当エッチングガスにおける予め算出し、算出した結果であって記憶部101に設定された第2の基準値を参照する(ステップS40)。このようにして過去に終点信号が得られたと判定されたときの信号の変位と該当エッチングガスとの関係から予め設定された第2の基準値が参照される。
次に、検出部103は、第2の基準値とS/Nとの差が第1の閾値以下であるかを判定する(ステップS41)。例えば、第1の閾値は10%に設定されてもよいし、その他の値に設定されてもよい。検出部103は、第2の基準値とS/Nとの差が第1の閾値以下であると判定すると、終点検出信号を出力し(ステップS18)、シリコン酸化膜62のエッチングを正常終了し(ステップS19)、本処理を終了する。
一方、ステップS41において、検出部103は、第2の基準値とS/Nとの差が第1の閾値以下よりも大きいと判定すると、第2の基準値とS/Nとの差が第2の閾値以下であるかを判定する(ステップS42)。例えば、第2の閾値は15%に設定されてもよいし、その他の第1の閾値よりも大きい値に設定されてもよい。検出部103は、第2の基準値とS/Nとの差が第2の閾値以下であると判定すると、所定時間エッチングを継続して実行した後(ステップS21)、終点検出信号を出力する(ステップS18)。そして、シリコン酸化膜62のエッチングを正常終了し(ステップS19)、本処理を終了する。
ステップS42において検出部103は、第2の基準値とS/Nとの差が第2の閾値よりも大きいと判定すると、ステップS22に進み、シリコン酸化膜62のエッチングを停止し、本処理を異常終了する。
以上に説明した第2実施形態にかかる終点検出方法によっても、発光スペクトルの変化と質量スペクトルの変化の2種の信号を演算することでS/Nを改善する。また、過去の終点検出時のデータに基づき、今回の終点検出を判定する。第2実施形態においても、終点検出の精度を向上させることができる。例えば、本実施形態においても、複数膜の連続するエッチングにおける終点検出の精度を向上させることで、エッチング途中の開口不良を回避し、複数膜のエッチングを連続して行うことができる。
今回開示された各実施形態に係る終点検出方法及び終点検出装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
各実施形態に係る終点検出方法が使用される被対象膜は、2種類の積層膜に限られず、3種類以上の積層膜であってもよい。また、被対象膜は、2種類又はそれ以上の種類の膜を交互に積層した積層膜であってもよい。また、被対象膜は、積層膜でなく単層膜であってもよい。
本開示のプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
本明細書では、基板の一例としてウェハWを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。
1 プラズマ処理装置
2 処理容器
3 ステージ
10 静電チャック
20 ガスシャワーヘッド
50 発光分析器
51 質量分析器
61 シリコン窒化膜
62 シリコン酸化膜
63 カーボン膜
64 反射防止膜
65 開口
100 制御装置
101 記憶部
102 演算部
103 検出部
2 処理容器
3 ステージ
10 静電チャック
20 ガスシャワーヘッド
50 発光分析器
51 質量分析器
61 シリコン窒化膜
62 シリコン酸化膜
63 カーボン膜
64 反射防止膜
65 開口
100 制御装置
101 記憶部
102 演算部
103 検出部
Claims (9)
- 基板にプラズマ処理を施す際の終点検出方法であって、
発光分析法により所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、
質量分析法により所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、
モニターした前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う工程と、
前記演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する工程と、
を有する終点検出方法。 - 2種類以上の膜が積層された被対象膜が形成されている基板を提供する工程を有する、
請求項1に記載の終点検出方法。 - 前記演算は、前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化との乗算、除算、加算、減算の少なくともいずれかである、
請求項1又は2に記載の終点検出方法。 - 前記演算により算出された信号とノイズとの比が、第1の閾値以上の場合、プラズマ処理の終点を検出する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の終点検出方法。 - 前記演算により算出された信号とノイズとの比が、第1の閾値よりも小さく、かつ前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値以上の場合、所定時間、基板のプラズマ処理を行った後にプラズマ処理の終点を検出する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の終点検出方法。 - 前記演算により算出された信号とノイズとの比が、第1の閾値よりも小さい第2の閾値よりも小さい場合、基板のプラズマ処理を停止し、異常終了する、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の終点検出方法。 - 前記演算により算出された信号とノイズとの比と、予め設定された基準値とを比較してプラズマ処理の終点を検出する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の終点検出方法。 - 前記基準値は、同じ処理ガスを使用したプラズマ処理において過去に終点を検出したときの信号とノイズとの比から設定される、
請求項7に記載の終点検出方法。 - 基板にプラズマ処理を施す際の所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする発光分析器と、
前記基板にプラズマ処理を施す際の所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする質量分析器と、
モニターした前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う演算部と、
前記演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する検出部と、
を有する終点検出装置。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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US16/564,043 US10892146B2 (en) | 2018-10-18 | 2019-09-09 | Endpoint detecting method and endpoint detecting apparatus |
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JP2020065013A true JP2020065013A (ja) | 2020-04-23 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20230041009A (ko) | 2020-07-16 | 2023-03-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 데이터 처리 장치, 데이터 처리 시스템, 데이터 처리 방법 및 데이터 처리 프로그램 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001250812A (ja) | 2000-03-08 | 2001-09-14 | Sony Corp | プラズマ処理の終点検出方法及び終点検出装置 |
US6716300B2 (en) * | 2001-11-29 | 2004-04-06 | Hitachi, Ltd. | Emission spectroscopic processing apparatus |
US11375929B2 (en) * | 2008-10-15 | 2022-07-05 | The University Of Tennessee Research Foundation | Method and device for detection of bioavailable drug concentration in a fluid sample |
KR20180073700A (ko) * | 2015-11-16 | 2018-07-02 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 진보된 광학 센서 및 플라즈마 챔버용 방법 |
CN109075066B (zh) * | 2016-03-31 | 2023-08-04 | 东京毅力科创株式会社 | 使用无晶片干式清洗发射光谱来控制干式蚀刻过程的方法 |
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- 2018-10-18 JP JP2018197044A patent/JP2020065013A/ja active Pending
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---|---|---|---|---|
KR20230041009A (ko) | 2020-07-16 | 2023-03-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 데이터 처리 장치, 데이터 처리 시스템, 데이터 처리 방법 및 데이터 처리 프로그램 |
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