JP3885060B2 - プラズマエッチング処理方法 - Google Patents

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本発明は、エッチング終点判定方法及び装置に係り、特にプラズマ放電を用いたエッチング処理の終点を発光分光法より抽出した発光量変化により検出するのに好適なエッチング終点判定方法及び装置に関するものである。
半導体ウェハのドライエッチング処理において、プラズマ光における特定波長の発光強度が特定の膜のエッチング進行に伴い変化する。そこで、半導体ウェハのエッチング終点検出方法の１つとして従来からエッチング処理中にプラズマからの特定波長の発光強度の変化を検出し、この検出結果に基づいて特定の膜のエッチング終点を検出する方法がある。特許文献１によると差分法により発光強度の２次差分を求めエッチング終点判定に用いる方法があり、特許文献２によると発光強度の１次微分または２次微分値をエッチング終点判定に用いる方法が示されている。
特開昭６３−２３９８２９号公報
特開平５−９４９７３号公報
近年の半導体の微細化、高集積化に伴い開口率（半導体ウェハの被エッチング面積）は小さくなっており、エッチング終点付近での発光強度変化が微小となっている。発光強度変化が微小になると、ノイズ成分の影響が大きくなりノイズフィルタでも充分除去できない場合やノイズ成分を除去できたとしても波形が鈍り遅れが生じてしまうため、エッチング終点を確実に検出することが困難となっている。
本発明の目的は、エッチング終点付近での発光強度変化が低くノイズ成分の影響が大きい半導体ウェハであっても安定したエッチング終点判定を行う方法及び装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明ではプラズマ発光量の変化をそれぞれ１次微分、２次微分した１次微分波形、２次微分波形を算出し、これらを組み合わせてエッチングの終点を検出する。
すなわち、本発明は、ウエハをチャンバ内に配置してこのチャンバ内にプラズマを形成して前記ウエハをエッチング処理するプラズマエッチング処理方法であって、前記ウエハのエッチング処理中にチャンバ内で発生したプラズマの特定波長の発光強度に応じた信号波形を検出し、このプラズマの発光に関する信号波形をデジタルフィルタによりノイズを低減し、その後１次微分及び２次微分し１次微分波形信号及び２次微分波形信号とを検出し、前記１次微分波形信号の値が予め設定した第１の判定条件を満たした後に前記２次微分波形信号の値が予め設定した第２の判定条件を満たした場合に、前記エッチング処理が終点に達したと判定することを特徴とする。
本発明によれば、ノイズ成分が多い波形に対しては、まず大まかなエッチング終点を１次微分波形で判定し、次に正確なエッチング終点を２次微分波形で判定する。このような、１次２次微分コンビネーション判定が、１次微分波形や２次微分波形の単独でのエッチング終点判定に比べて、安定したエッチング終点判定を行えるプラズマエッチング処理方法を提供できる効果がある。
本発明によれば、安定したエッチング終点判定を行えるプラズマエッチング処理方法を提供できる効果がある。
本発明の実施例を図を用いて説明する。図１は、本発明に係るエッチング装置のシステム系統図を示す。エッチング装置はエッチングチャンバ１の内部に導入されたエッチングガスやマイクロ波電力等によりプラズマを発生させ、このプラズマにより半導体ウェハがエッチングされる。エッチング処理中にエッチングチャンバ内で発生したプラズマの特定波長の発光を分光器２にて得た後、高電子増倍管３へ取り込む。取り込まれた発光強度は、高電子増倍管３により発光強度に応じた電流検出信号となり、ＩＶ変換器４にて電圧信号へ変換する。この電圧信号をＡＤ変換器７により生波形信号として出力する。またＩＶ変換器４からの電圧信号に対してオフセット（加算回路）５、ゲイン（乗算回路）６をかけた信号をＡＤ変換器７により演算波形信号として出力し、生波形信号と演算波形信号を基にエッチングの終点検出をおこなう。８はＤＡ変換器、９はＣＰＵ、１０は装置制御手段（マイクロコンピュータ）、１１は装置操作手段（パーソナルコンピュータ）である。
次に、エッチング終点判定に使用する波形を求める方法を、図２で説明する。演算波形信号から微小変化を捕らえられる計算生波形２１を装置制御手段１０により求める。この計算生波形からノイズ成分を除去するためにデジタルフィルタ例えばローパスフィルタ（ＬＰＦ）を使用したＬＰＦ波形２２を求める。このＬＰＦ波形に対して１次微分処理を行い場合によってはノイズ成分を除去したものを1次微分波形２３とし、またＬＰＦ波形に対して2次微分処理を行い場合によってはノイズ成分を除去したものを２次微分波形２４とする。ここで求めた１次微分波形、2次微分波形を共に使用してエッチング終点を検出する。ここでのノイズ成分とは、プラズマのゆらぎ、回路上での電気的ノイズ、制御装置で演算を行う際のまるめ誤差などを含む。
１次微分波形と２次微分波形をエッチング終点検出に使用する方法を１次２次微分コンビネーション判定と呼ぶ。この１次２次微分コンビネーション判定の終点判定処理のフローチャートを図３に示し、図４及び図５にエッチング終点付近で発光強度（ここでは電圧値）が減少する時のそれぞれの波形を示す。エッチング終点判定処理は、まず終点判定の対象を１次微分波形３１とし、１次微分波形が予め設定した判定値１を超えた（図４または図５の場合では下回った）かどうかを監視する。判定値１の条件をクリアすると、次に終点判定の対象を２次微分波形３３とし、２次微分波形が予め設定した判定値２を超えた（図４または図５の場合では上回った）かどうかを監視する。判定値２の条件をクリアした時点をエッチング終点と判定する。
図４に示したようなノイズ成分が少ない波形に対しては、この１次２次微分コンビネーション判定の有利性はあまりないが、図５に示すようなノイズ成分が多い波形に対しては、１次２次微分コンビネーション判定が１次微分波形や２次微分波形の単独でのエッチング終点判定に比べて非常に有利となる。通常エッチングの終点は２次微分波形がゼロクロス（ゼロ点を通過）する時点とすることが多い。従って、図５の判定値２の絶対値は小さい値を設定する。
図５で、２次微分波形単独でのエッチング終点判定をしたとすると、ノイズ成分の影響を受けてエッチング終点を誤検出する可能性が非常に大きい。また、１次微分波形単独でのエッチング終点判定をしたとすると、１次微分波形は２次微分波形と比べるとノイズの影響は小さいためエッチング終点付近は検出できるが、２次微分波形がゼロクロスする時点を正確に求めることはできない。したがって、これら１次微分波形と２次微分波形それぞれの特徴を生かした判定方法がこの１次２次微分コンビネーション判定である。
この１次２次微分コンビネーション判定は、ノイズの影響を大きく受けない１次微分波形により、まずエッチング終点付近であることを検知する。これは１次微分波形が判定値１をこえることで判断する。次に正確なエッチング終点を求めるために2次微分波形を監視し２次微分波形が判定値２を超えたところをエッチング終点と判定するため、１次微分波形や２次微分波形の単独での終点判定に比べノイズの影響を受け難く、かつ正確なエッチング終点を検出できる。
図６及び図７に、エッチング終点付近で発光強度（ここでは電圧値）が増加する時のそれぞれの波形を示す。エッチング終点判定処理は、まず終点判定の対象を１次微分波形とし、１次微分波形が予め設定した判定値１を超えた（図６または図７の場合では上回った）かどうかを監視する。判定値１の条件をクリアすると、次に終点判定の対象を２次微分波形とし、２次微分波形が予め設定した判定値２を超えた（図６または図７の場合では下回った）かどうかを監視する。判定値２の条件をクリアした時点をエッチング終点と判定する。
通常エッチングの終点は２次微分波形がゼロクロス（ゼロ点を通過）する時点を終点とすることが多い。従って、本発明の実施例では、予め設定する判定値２の絶対値は小さい値を設定する。ここで２次微分波形単独でのエッチング終点判定をしたとすると、ノイズ成分の影響を受けてエッチング終点を誤検出する可能性が非常に大きい。また、ここで１次微分波形単独でのエッチング終点判定をしたとすると、１次微分波形は２次微分波形と比べるとノイズの影響は小さいためエッチング終点付近は検出できるが、２次微分波形がゼロクロスする時点を正確に求めることはできない。つまり、ノイズ成分が多い波形に対しては、まず大まかなエッチング終点を1次微分波形で判定し、次に正確なエッチング終点を２次微分波形で判定する１次２次微分コンビネーション判定が１次微分波形や２次微分波形の単独でのエッチング終点判定に比べて非常に有利となり安定した終点判定を提供できる。

エッチング終点判定装置のシステム系統図である。 エッチング終点判定に使用する波形の算出処理アルゴリズムである。 エッチング終点判定処理の１次２次微分コンビネーション判定のアルゴリズムである。 ノイズ成分なしでエッチング終点付近で電圧値が減少する波形をエッチング終点判定する場合の図である。 ノイズ成分ありでエッチング終点付近で電圧値が減少する波形をエッチング終点判定する場合の図である。 ノイズ成分なしでエッチング終点付近で電圧値が増加する波形をエッチング終点判定する場合の図である。 ノイズ成分ありでエッチング終点付近で電圧値が増加する波形をエッチング終点判定する場合の図である。
符号の説明
１…エッチングチャンバ、２…分光器、３…高電子増倍管、４…ＩＶ変換器、５…オフセット（加算回路）、６…ゲイン（乗算回路）、７…ＡＤ変換器、８…ＤＡ変換器、９…ＣＰＵ、１０…装置制御手段（マイクロコンピュータ）、１１…装置操作手段（パーソナルコンピュータ）。

Claims (2)

  1. ウエハをチャンバ内に配置してこのチャンバ内にプラズマを形成して前記ウエハをエッチング処理するプラズマエッチング処理方法であって、
    前記ウエハのエッチング処理中にチャンバ内で発生したプラズマの特定波長の発光強度に応じた信号波形を検出し、
    このプラズマの発光に関する信号波形をデジタルフィルタによりノイズを低減し、その後１次微分及び２次微分し１次微分波形信号及び２次微分波形信号とを検出し、
    前記１次微分波形信号の値が予め設定した第１の判定条件を満たした後に前記２次微分波形信号の値が予め設定した第２の判定条件を満たした場合に、前記エッチング処理が終点に達したと判定するプラズマエッチング処理方法。
  2. 前記１次微分波形信号の値が予め設定した第１の判定値を超えた場合に前記第１の判定条件が満たされたと判定され、前記２次微分波形信号の値が予め設定した第２の判定値を超えた場合に前記第２の判定条件を満たしたと判定される請求項１に記載のプラズマエッチング処理方法。
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