JP2666768B2 - ドライエッチング方法及び装置 - Google Patents

ドライエッチング方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェーハ上に選
択露光された集積回路パターンを、フォトレジストをマ
スクとして、ガスプラズマにてエッチング処理を行うド
ライエッチング方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術のドライエッチング装置は、図
３に示すような構成である。エッチングチャンバー３内
は、あらかじめ真空ポンプ１０により真空排気されてお
り、バタフライバルブ９により、所定の真空度に保たれ
ている。エッチング処理が開始されると、ガス流量制御
部５から、上部電極１を通してエッチングチャンバー３
内へプロセスガスが供給される。ウェーハ４を載置した
下部電極２は接地されており、上部電極１との間に発生
する電界により、ガスプラズマが発生し、エッチング反
応が開始される。エッチング反応が開始されると、被エ
ッチング膜に固有の単一波長の光を、ビューイングポー
ト１４を通して発光検出器６によりモニター抽出する。
エッチング処理が進行し、発光検出器６の受光強度があ
らかじめレシピ設定されたスレショルド値に達すると、
エッチング終点判定指令部１７によりエッチング終点と
判定される。次に、エッチング終点判定指令部１７よ
り、ＲＦ出力制御部７、圧力制御部８、ガス流量制御部
５に対して、各出力の停止命令が出され、エッチング処
理プロセスを終了する。
【０００３】図３に示した従来技術のドライエッチング
装置では、被エッチング膜の発光強度のみでエッチング
終点判定するため、被エッチング膜からの発光強度の弱
く、かつ下地膜からの発光強度が強い場合には、精度の
高いエッチング終点判定ができなかった。また、終点判
定後の制御は、エッチングの停止制御のみであるため、
被エッチング膜の膜厚バラツキ、チャンバー内のプラズ
マ状態変動等に起因した異常エッチング反応に対して
は、補正制御ができないという不具合があった。
【０００４】次に過去における改善策として、下記の３
例が提案されている。被エッチング膜の発光強度のみで
終点判定する事に起因した問題点の改良としては、特開
平５−１１４５８６号公報にて、複数の異種波長による
終点検出機能を装備した装置が考案されている。
【０００５】また、終点判定後の制御がエッチングの停
止制御のみである問題点の改良としては、特開昭６１−
１０４６２４号公報にて、特にエッチング終点判定後
に、不必要な余分のエッチャントガスを除去または減少
させることを目的として、前記の余剰エッチャントを吸
収するプロセスガスを導入する方法が考案されている。
【０００６】さらに、終点判定の制御性向上の観点から
は、特開平４−３５５９１８号公報において、エッチン
グ初期（高速エッチング目的）とエッチング終点付近
（エッチング終点制御性向上目的）とで、それぞれ最適
なプロセスガス種を使い分ける方法も考案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の改良方
法のうち、特開平５−１１４５８６号公報の装置では、
複数の異種波長による終点検出機能を装備する事によ
り、検出性能の改良は行われているが、終点判定後の制
御は、従来技術例同様にエッチングの停止制御のみであ
り、サイドエッチ等のエッチング進行過程における異常
エッチング反応を補正修正する事ができないという致命
的な欠点が何ら改良されていない。
【０００８】一方、特開昭６１−１０４６２４号公報の
エッチング方法は、終点判定後のプロセス補正制御用と
して、余剰エッチャントの吸収ガスを導入する改良が加
えられサイドエッチ防止、選択比向上等の効果は認めら
れるものの、その方法は、あくまでも終点判定がなされ
た後の補正制御であるため、異常エッチングの進行が早
かった場合には、エッチング形状等の完全な修正制御は
もはや不可能である。さらに、補正制御の方法が、プロ
セスガスの導入のみに限られており、酸化膜エッチング
等のＲＦパワー依存特性が極めて大きい膜種の補正制御
が極めて困難である等の問題は解決できない。
【０００９】また、特開平４−３５５９１８号公報の例
でも、前記同様に、補正制御の手段は、エッチングガス
種・流量の変更のみに限られている点において、補正制
御の性能の点での問題が残存している。
【００１０】要するに、上述した従来技術のドライエッ
チング装置においては、その改良技術においても、エッ
チング終点判定・制御方法は、終点検出によるエッチン
グ停止制御かもしくは、終点判定後の補正制御として、
プロセスガス種を使い分けるレベルにとどまっているた
め、終点判定以前にすでに異常エッチングが進行してい
た場合においては、もはやデバイスの良品レベルまでの
形状・選択比等のリカバー制御が不可能である。また、
被エッチング膜やその下地膜の種類によっては、その選
択比や形状が、エッチングガス以外のプロセスメーター
であるＲＦパワーや、真空度に大きく依存するものがあ
り、ガス種変更のみの補正制御では、十分なプロセス制
御が不可能である等の問題がある。
【００１１】さらに、近年、急速にパターンの微細化、
被エッチング膜の多層構造化等が進むにつれて、ドライ
エッチングにおけるエッチング形状、選択比等のプロセ
ス制御性能に求められる要求が、よりフレキシブルにか
つ高精度化するにいたっては、上述の問題点がますます
顕在化してきた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、エッチングチ
ャンバー内に設置した被エッチング物をエッチングガス
プラズマによってエッチングするドライエッチング装置
において、エッチング反応によって発生する異種の波長
成分を検出する複数の発光検出器と、その出力強度比を
求める発光分析器と、発光分析器からの出力信号により
各種異種膜の選択比、エッチングレート等を算出するプ
ロセスデーター演算回路と、プロセスデーター演算回路
からの出力信号によりＲＦパワー、真空度、ガス流量・
流量比をフィードバック制御するエッチングパラメータ
ー演算制御部とを有している。
【００１３】また、本発明は、ドライエッチングにより
被エッチング物をエッチングする方法において、複数の
発光検出器により、被エッチング膜、フォトレジスト、
エッチングガス等に固有のプラズマ発光波長と発光強度
を同時にモニター抽出し、これらの出力強度比から被エ
ッチング膜及び下地膜のエッチングレートと選択比を算
出し、このデーターを基にリアルタイムでエッチング反
応の過不足状態を判断することにより、ＲＦパワー、エ
ッチングチャンバーの真空度、エッチングガスの流量及
び流量比を可変制御し、エッチング状態の補正制御を行
うことを特徴とする。
【００１４】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の第１の実施例の構成図である。本発
明のドライエッチング装置は、異種の波長成分を検出す
る複数の発光検出器６ａ，ｂ，ｃ，ｄ（この例では４
個）と、その出力強度比を求める発光分析器１１と、発
光分析器１１からの出力信号により各種異種膜の選択
比、エッチングレート等を算出するプロセスデーター演
算回路１２と、プロセスデーター演算回路からの出力信
号によりＲＦ出力制御部７、圧力制御部８、ガス流量制
御部５とをフィードバック制御するエッチングパラメー
ター演算制御部１３とを有している。
【００１５】エッチングチャンバー３には、絶縁部材で
電気的に絶縁された状態で一対の電極、すなわち上部電
極１と、ウェーハ４を載置する支持電極である下部電極
２が相対向して設けられている。下部電極２は接地され
ており、上部電極１は、ＲＦ出力制御部７により、高周
波電圧が印加される。エッチングチャンバー３は、あら
かじめ真空ポンプ１０により真空排気されており、バタ
フライバルブ９により、所定の真空度に保たれている。
ガス流量制御部５は、反応ガスを上部電極１を通してエ
ッチングチャンバー３内へ所定流量のガスを供給するた
めのガス導入系である。上部電極１よりエッチングチャ
ンバー３内へ供給されたガスは、ＲＦ出力制御部７によ
り上部電極１に印加された高周波電界により、励起され
プラズマ状態となり、プラズマ中の電子及びラジカルに
より、ウェーハ４上に形成されている被エッチング膜を
プラズマエッチングする。このあと排気ガス成分やエッ
チング反応により生じた反応生成物は、バタフライバル
ブ９を通して真空ポンプ１０により排気される。
【００１６】以下に、被エッチング膜がアルミニウム
で、下地膜がバリアメタルであるＴｉＮの２層膜構造の
エッチングに適用した場合の例を示す。エッチング反応
が開始されると、例えば、被エッチング膜のアルミニウ
ム、下地膜のＴｉＮ、フォトレジスト及びエッチングガ
スのＣ１２に固有の複数の波長の光である３０８ｎｍ、
３９６ｎｍ、４８３ｎｍ（Ｃ−Ｏ）、７４１ｎｍの発光
を、ビューイングポート１４を通して発光検出器６ａ，
ｂ，ｃ，ｄ（この例では４個）によりそれぞれモニター
抽出する。各発光出力は、それぞれ発光分析器１１に入
力され、各出力強度比とタイミングが求められる。これ
らの出力信号は、プロセスデーター演算回路１２に入力
され、予め入力設定された各物質に固有の発光波長と照
合され、被エッチング膜等のエッチング速度データーが
求められる。次に、異種膜元素の各エッチング速度デー
ターの比よりアルミニウムとＴｉＮ、アルミニウムとフ
ォトレジストとの選択比が算出される。演算されたエッ
チングレートと選択比のデーターは、エッチングパラメ
ーター演算制御部１３へ入力される。
【００１７】エッチングパラメーター演算制御部１３で
は、これらの入力信号を判断し、例えばエッチング反応
の進行が遅れている膜及び、膜中元素のエッチングを促
進させるべくＲＦ出力制御部７、圧力制御部８、ガス流
量制御部５へ逐次フィードバック制御を行い、リアルタ
イムでエッチング過不足の補正制御を実施する。エッチ
ング終点判定後は、予めレシピ設定されたオーバエッチ
ステップの中で、補正制御が継続して行われて、全ての
エッチングプロセスを終了する。
【００１８】本発明のドライエッチング装置は、工程変
動等による被エッチング膜の膜厚・膜質のバラツキや、
エッチングチャンバー内の汚れ、プラズマ状態変動等の
ドライエッチャー自身のコンディション変化に対応し
て、エッチング処理中にインプロセスでプロセスパラメ
ーターを自動補正することを特徴とするものである。し
かし、すべてを自動補正にて対応してしまうと、逆に、
ＣＶＤ膜質変化等の前工程変動を、製造ラインにフィー
ドバックするのが遅れてしまうという管理上の問題が発
生する。また、ドライエッチング装置のプロセスパラメ
ーターであるＲＦパワーや、真空度、マスフローコント
ローラーによるガス流量制御等は、量産レベルの管理と
して、１回／年レベルで国家標準との校正管理を実施し
ているが、０点シフトやリニアリティーずれ等の変動が
ある事も否定できない。第２の実施例では、上記内容を
考慮して、自動補正制御に対して、ある範囲の限度を設
定し、前工程のプロセス変動や、ドライエッチング装置
自身のコンディション変化をモニターすることにより、
インターロックを作動させる機能を付加したものであ
る。
【００１９】本発明の第２の実施例について以下に説明
する。図２は本発明の第２の実施例の構成図である。こ
の第２の実施例では。上述の要求を満足すべく、第１の
実施例の技術に対して、ＲＦパワー、真空度、ガス流量
・流量比の補正限界値を、予め設定可能なエッチングパ
ラメーター補正限界記憶回路１５と、エッチングパラメ
ーター演算制御部１３からの補正値出力とエッチングパ
ラメーター補正限界記憶回路１５の設定値とを比較する
比較判定回路１６とを有している。
【００２０】例えば、通常の４ＭＤＲＡＭ用のコンタク
ト工程の酸化膜エッチングの条件は、ＲＡパワーが約８
５０Ｗ、真空度が８５０ｍＴｏｒｒ、ガス条件は、ＣＦ
４／ＣＨＦ３／Ａｒ＝２０／２０／４００ｓｃｃｍであ
る。酸化膜のエッチングレートは、特にＲＦパワー特性
依存が強く、８５０Ｗ近傍では、１０オングストローム
／１Ｗレベルの変化率となっている。しかしながら、フ
ォトレジストとの選択比を考慮すると、パワーＵＰ補正
は、１００Ｗ以下レベルに押さえる必要がある。
【００２１】このような場合に、エッチングパラメータ
ー補正限界記憶回路１５にＲＦパワーの補正限界値を予
め１００Ｗに設定しておく。例えば、ＣＶＤにより成膜
された酸化膜質に異常があり、エッチングレートが異常
に遅い場合で、終点判定可能時間内に十分な発光強度が
得られない場合、エッチングパラメーター演算制御部１
３は、ＲＦパワーを増大させる制御を行う。しかし、１
００Ｗを越える補正制御命令が出力された場合には、こ
のエッチングパラメーター演算制御部１３からの補正出
力とエッチングパラメーター補正限界記憶回路１５の設
定値とが比較判定回路１６により比較され、補正限界上
限リミットエラーとしてキャンセルし、ラインに異常を
警告することが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明した様に本発明のドライエッチ
ング装置は、被エッチング膜、下地膜、エッチングガス
等の複数の発光強度を同時にモニターし、その発光強度
及び強度比からエッチングレートや、選択比を演算算出
でき、このデーターを基に、エッチング過不足の状況を
判断し、リアルタイムで、ＲＦパワー、真空度、ガス流
量等のエッチング制御パラメーターを補正制御する事が
できる。また、補正制御の範囲は、エッチング終点判定
以降のステップだけでなく、エッチング開始から、終点
判定及びオーバーエッチステップまでのすべてのエッチ
ング処理ステップに対して有効であるため、特にエッチ
ング形状の制御性に優れている。
【００２３】更に、本発明のドライエッチング装置を用
いる事により、今後の更なるＬＳＩの微細化に対応し
た、より高精度なエッチング制御を可能とし、前工程変
動やドライエッチング装置自身のコンディンション変化
に起因したエッチング終点判定不良、サイドエッチン
グ、選択比異常等の不良の未然防止及び製品の歩留まり
向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例の構成図である。
【図３】従来例の構成図である。
【符号の説明】
１ 上部電極 ２ 下部電極 ３ エッチングチャンバー ４ ウェーハ ５ ガス流量制御部 ６ａ，ｂ，ｃ，ｄ 発光検出器 ７ ＲＦ出力制御部 ８ 圧力制御部 ９ バタフライバルブ １０ 真空ポンプ １１ 発光分析器 １２ プロセスデーター演算回路 １３ エッチングパラメーター演算制御部 １４ ビューイングポート １５ エッチングパラメーター補正限界記憶回路 １６ 比較判定回路 １７ エッチング終点判定指令部

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ドライエッチングにより被エッチング物
    をエッチングする方法において、複数の発光検出器によ
    り、被エッチング膜、フォトレジスト、エッチングガス
    等に固有のプラズマ発光波長と発光強度を同時にモニタ
    ー抽出し、これらの出力強度比から被エッチング膜及び
    下地膜のエッチングレートと選択比を算出し、このデー
    ターを基にリアルタイムでエッチング反応の過不足状態
    を判断することにより、ＲＦパワー、エッチングチャン
    バーの真空度、エッチングガスの流量及び流量比を可変
    制御し、エッチング状態の補正制御を行うことを特徴と
    するドライエッチング方法。
  2. 【請求項２】 請求項１のドライエッチング方法におい
    て、ＲＦパワー、エッチングチャンバーの真空度、エッ
    チングガスの流量及び流量比の補正制御量に関して、予
    めその補正量の限界値を設定し、限界値を越えない範囲
    でエッチングの過不足制御を行うことを特徴とするドラ
    イエッチング方法。
  3. 【請求項３】 エッチングチャンバー内に設置した被エ
    ッチング物をエッチングガスプラズマによってエッチン
    グするドライエッチング装置において、エッチング反応
    によって発生する異種の波長成分を検出する複数の発光
    検出器と、その出力強度比を求める発光分析器と、発光
    分析器からの出力信号により各種異種膜の選択比、エッ
    チングレート等を算出するプロセスデーター演算回路
    と、プロセスデーター演算回路からの出力信号によりＲ
    Ｆパワー、真空度、ガス流量・流量比をフィードバック
    制御するエッチングパラメーター演算制御部とを有する
    事を特徴とするドライエッチング装置。
  4. 【請求項４】 ＲＦパワー、真空度、ガス流量、流量比
    の補正限界値を、予め設定可能なエッチングパラメータ
    ー補正限界記憶回路と、エッチングパラメーター演算制
    御部からの補正値出力と前記エッチングパラメーター補
    正限界記憶回路の設定値とを比較する比較判定回路とを
    有することを特徴とする請求項３記載のドライエッチン
    グ装置。
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