JPH02234427A - Method and apparatus for detecting terminal point of dry etching of tantalum film - Google Patents

Method and apparatus for detecting terminal point of dry etching of tantalum film

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JPH02234427A
JPH02234427A JP5472689A JP5472689A JPH02234427A JP H02234427 A JPH02234427 A JP H02234427A JP 5472689 A JP5472689 A JP 5472689A JP 5472689 A JP5472689 A JP 5472689A JP H02234427 A JPH02234427 A JP H02234427A
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JP
Japan
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time
etching
tantalum
film
intensity
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JP5472689A
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Japanese (ja)
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Shigehisa Oki
茂久 大木
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect a terminal point of dry etching of a tantalum film by a method wherein transition due to time in intensity of light (electromagnetic wave) emitted from bromine atoms in plasma generated by high frequency discharge or rate of change in the intensity due to time is used. CONSTITUTION:The intensity of beam emitted from bromine (Br) atoms in plasma is rapidly raised at the time of discharge start, after a temporary pause the intensity again increases to be the maximum, then it starts to decrease, and after a point where the rate of decrease largely changes the intensity gradually decreases with a constant decreasing rate. Since etching completion time of a tantalum (Ta) film (just etching time) decreases with a constant decreasing rate with Ten (n=1, 2, 3) as a turning point before and after it, it can be determined by the time where two lines cross each other in the figure, and the just etching time of the tantalum (Ta) film certified matches this point well. Thus the just etching time of the tantalum (Ta) film can be obtained with real time objectively and accurately based on variation due to time by detecting the emitted beam of bromine.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、X線露光用マスクや半導体集積回路の製造で
用いられる微細タンタル(Ta)膜のパタンのエッチン
グ方法に関し、特にタンタル(Ta)膜のドライエッチ
ング終点検出方法および装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for etching patterns of fine tantalum (Ta) films used in the manufacture of X-ray exposure masks and semiconductor integrated circuits, and in particular, The present invention relates to a method and apparatus for detecting the end point of dry etching of a film.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体集積回路の高密度可に伴い素子の形成に必要なパ
タンの線幅はlμm以下となりつつある。
As the density of semiconductor integrated circuits becomes higher, the line width of a pattern required for forming an element is becoming less than 1 μm.

近年、従来の紫外線露光法に代わる技術として、より微
細なパタンの形成が可能なX線露光法が精力的に研究さ
れている。X線露光法では、X線を吸収する材料からな
るパタンをX線透過性薄膜上に形成した、いわゆるX線
マスクが必要である。
In recent years, as an alternative to the conventional ultraviolet exposure method, an X-ray exposure method that is capable of forming finer patterns has been actively researched. The X-ray exposure method requires a so-called X-ray mask in which a pattern made of a material that absorbs X-rays is formed on an X-ray transparent thin film.

X&?I吸収体としてはタンタル(Ta),タングステ
ン(W).金(Au)などの重金属が一般に用いられて
いる。この中で、タンタル(Ta)特開昭59−146
38号公報記載されているように、CBrF3 (三ふ
っ化臭化炭素)ガスを用いた反応性イオンエッチングに
よってバタン形成が可能であるため、イオンミリング法
やスパツタエッチング法を用いて形成される金(Au)
などのパタンに比べ垂直な側壁が得やすいという利点が
あった。しかしながら、エッチング条件によってはジャ
ストエッチングまでは垂直な側壁が得られるものの、オ
ーバーエッチングに対しては非常やこ不安定であり、ジ
ャストエッチング以後のエッチングに対してアンダーカ
ットが急速に進むという欠点があった。
X&? I-absorbers include tantalum (Ta), tungsten (W). Heavy metals such as gold (Au) are commonly used. Among these, tantalum (Ta) JP-A-59-146
As described in Publication No. 38, since batten formation is possible by reactive ion etching using CBrF3 (carbon trifluoride bromide) gas, it is possible to form battens by using ion milling or sputter etching. Gold (Au)
It has the advantage that it is easier to obtain vertical sidewalls than other patterns. However, depending on the etching conditions, vertical sidewalls can be obtained up to just etching, but the sidewalls are extremely unstable when over-etched, and undercuts rapidly progress after just etching. .

一般に、薄膜の堆積においては基板内で±5%程度の膜
厚バラツキがあり、また、エッチングの均一性も同程度
のバラツキがある。したがって、タンタル(Ta)のド
ライエッチングにおいても基板内で合計20%程度ジャ
ストエッチング時間にバラツキを生じ、これに対応して
約20%程度のオーバーエッチングが自動的に施されて
しまう。
Generally, when depositing a thin film, there is a variation in film thickness within a substrate of about ±5%, and there is also a similar variation in etching uniformity. Therefore, even in dry etching of tantalum (Ta), the just etching time varies by about 20% in total within the substrate, and correspondingly, overetching by about 20% is automatically performed.

このため、20%程度のオーバーエッチングに対しても
アンダーカットを生じないようなエツチング方法の開発
が望まれており、特願昭6 2−3 2266号に記載
されているようにタンタル(Ta)のエッチングガスと
して、ふっ素(F),臭素(Br).炭素(C)および
水素(H)を含むガスを用いエッチング中タンタル(T
 a )パタンの側壁を重合膜によって保護しアンダー
カットを少なくするドライエッチング方法が開発されて
いる。
For this reason, it is desired to develop an etching method that does not cause undercuts even when overetched by about 20%, and as described in Japanese Patent Application No. 62-3 2266, tantalum (Ta) is used. As the etching gas, fluorine (F), bromine (Br). Tantalum (T) is removed during etching using a gas containing carbon (C) and hydrogen (H).
a) A dry etching method has been developed that protects the sidewalls of the pattern with a polymeric film to reduce undercuts.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、側壁のエッチングを完全に阻止するよう
なエッチング条件では、プラズマ重合のため除去したい
部分においても重合膜の堆積速度がエッチング速度を超
えるためタンタル(T a )膜のエッチングを再現性
良く行うことが困難となる。一方、エッチング開始から
除去すべき部分のタンタル(T a )膜を過不足なく
除去し、下地材料が現れるまでの時間を通常ジャストエ
ッチング時間というが、タンタン(Ta)膜のジャスト
エッチング時間は、エッチング速度(除去膜厚/時間)
と膜厚から推定するのが普通である。この方法では、膜
厚とエッチング速度の正確な値を知る必要があり、膜厚
の不均一性や推定の誤りあるいはプラズマ条件の変化に
よるエッチング速度変化の影響を受けやすい。とくに、
アンダーカットを生じやすいタンタル(T a )膜の
ドライエッチングでは、X,v!マスクに必.要なサブ
ミクロン微細パタンの形成において障害となる。したが
って、膜厚みやエッチング条件の変化に依存しないジャ
ストエッチング時間の検出方法の確立が望まれていた。
However, under etching conditions that completely prevent etching of the sidewalls, the deposition rate of the polymer film exceeds the etching rate even in the areas to be removed due to plasma polymerization, making it difficult to etch the tantalum (T a ) film with good reproducibility. becomes difficult. On the other hand, the time from the start of etching until the portion of the tantalum (Ta) film to be removed is removed in just the right amount and the underlying material appears is called the just etching time, but the just etching time for the tantalum (Ta) film is Speed (film thickness removed/time)
It is usually estimated from the film thickness. This method requires knowing accurate values of film thickness and etching rate, and is susceptible to changes in etching rate due to non-uniformity of film thickness, errors in estimation, or changes in plasma conditions. especially,
In dry etching of tantalum (T a ) films that are prone to undercuts, X, v! Necessary for masks. This becomes an obstacle in the formation of the necessary submicron fine patterns. Therefore, it has been desired to establish a method for detecting just etching time that does not depend on changes in film thickness or etching conditions.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の目的は、タンタル(T a )膜の初期膜厚や
エッチング条件の変化に影響されることなくエッチング
中のタンタル(Ta)膜のジャストエッチング時間を実
時間で検出する方法とその装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting the just etching time of a tantalum (Ta) film during etching in real time without being affected by changes in the initial film thickness or etching conditions of the tantalum (Ta) film. It is about providing.

以上の目的を達成するため、本発明者はタンタル(Ta
)のエツチャントである。ふっ素(F)および臭素(B
r)元素、さらにエッチングを阻害しアンダーカットを
抑制する作用のある炭素(C)および水素(H)元素を
混入させたガスをエッチングガスとし、タンタル(Ta
)膜のエッチング中にプラズマから発せられる光のスペ
クトルとその時間的な変化を近紫外域から近赤外域の波
長範囲で実験的に検討し次のような結果を得た。
In order to achieve the above object, the present inventors have developed tantalum (Ta).
). Fluorine (F) and Bromine (B
The etching gas is a gas mixed with the element r), and the elements carbon (C) and hydrogen (H), which have the effect of inhibiting etching and suppressing undercut.
) We experimentally investigated the spectrum of light emitted from plasma during film etching and its temporal changes in the wavelength range from near-ultraviolet to near-infrared, and obtained the following results.

すなわち、(1)プラズマから発せられる様々な発光線
の内、臭素(Br)元素が発する発光線強度の時間依存
性がタンタル(Ta)膜のジャストエッチング時間と一
対一に対応する点を与えること、(2)臭素(Br)元
素からの発光強度の時間依存性はエッチングガス中の水
素(H)?M度と共に変化するが、この場合にも時間依
存性からジャストエッチング時間を得る方法が存在する
こと、などが明らかとなった。したがって、本発明はプ
ラズマ中の臭素(Br)元素から発せられる発光線をフ
ォトダイオードや光電子増倍管などの光電変換器を用い
て検出し、その時間変化からタンタル(Ta)膜の,ジ
ャストエッチング時間を実時間でしかも客観的かつ正確
に得ることを主な特徴としている。従来、タンタル(T
a)膜のエッチングにおいては、ジャストエッチング時
間を機械的かつ客観的に得る方法は提案されておらず、
例えば肉眼によってタンタル(T a )膜がエッチン
グされる面のコントラストの変化からジャストエッチン
グ時間を決定するような方法が取られていた。
That is, (1) to provide a point where the time dependence of the intensity of the emission line emitted by the bromine (Br) element among various emission lines emitted from plasma corresponds one-to-one with the just etching time of the tantalum (Ta) film. , (2) Is the time dependence of the emission intensity from bromine (Br) element due to hydrogen (H) in the etching gas? Although the etching time changes with the degree of M, it has become clear that there is a method of obtaining just the etching time based on the time dependence in this case as well. Therefore, the present invention detects the luminescent radiation emitted from the bromine (Br) element in plasma using a photoelectric converter such as a photodiode or photomultiplier tube, and detects the time change of the luminescent radiation by using a photoelectric converter such as a photomultiplier tube. The main feature is that the time can be obtained objectively and accurately in real time. Conventionally, tantalum (T
a) In film etching, no method has been proposed to mechanically and objectively obtain the just etching time;
For example, a method has been used in which the just etching time is determined from the change in contrast of the etched surface of the tantalum (T a ) film with the naked eye.

これに対.し、本発明では臭素(Br)元素の発光線の
発光強度の時間依存からジャストエッチング時間を決定
するため、ジャストエッチング時間が正確に得られ、か
つ不必要なオーバーエッチングを防止することができる
という利点が存在する。
Against this. However, in the present invention, the just etching time is determined from the time dependence of the emission intensity of the emission line of the bromine (Br) element, so the just etching time can be accurately obtained and unnecessary overetching can be prevented. Advantages exist.

〔実施例〕〔Example〕

プラズマから発せられる光の内、Br原子からの発光線
は、空気中において、444.2 , 447.3 ,
447.8 , 452.6 , 457.6 , 4
78.0 . 497.98, 614.9 , 63
5.1 , 663.2 , 668.2 , 669
.2 , 679。0,679.1 , 700.5 
, 734.9 , 751.3 , 780.3 ,
 793.9  798.99, 813.2 , 8
15.4 , 827.2 , 833.5 ,844
.7 , 847.8 , 856.6 , 863.
9 , 882.5 . 889.3nm付近の波長で
最大強度を示すことが知られている。これらの発光線の
発光強度の時間変化に着目した、クンタル(T a )
膜のドライエッチングの終点検出方法が本発明の重要な
特徴となっている。以下図面を用いて本発明の実施例を
詳細に説明する。
Among the light emitted from plasma, the emission lines from Br atoms are 444.2, 447.3,
447.8, 452.6, 457.6, 4
78.0. 497.98, 614.9, 63
5.1, 663.2, 668.2, 669
.. 2,679.0,679.1,700.5
, 734.9 , 751.3 , 780.3 ,
793.9 798.99, 813.2, 8
15.4, 827.2, 833.5, 844
.. 7, 847.8, 856.6, 863.
9, 882.5. It is known that the maximum intensity is exhibited at a wavelength around 889.3 nm. Kuntal (T a ) focused on the temporal changes in the emission intensity of these emission lines.
A method for detecting the end point of dry etching of a film is an important feature of the present invention. Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例を説明する図であり、ス
パツタ法により堆積したタンタル(Ta)膜を、CB 
r F.ガスにより圧力50mTorr,高周波電力密
度0.27W / c m 2の条件でエッチングした
時に得られた臭素(Br)元素から発せられるそれぞれ
827.4 , 844.7 , 863.9 n m
付近にピークを有する発光線強度のエッチング時間依存
性である。プラズマからの発光を光ファイバを用いて分
光器に導き、分光した光を゜光電子増倍管により光電変
換して発光強度の時間依存性をプロツタに出力させてい
る。それぞれ発光線の時間依存性は、発光強度の差はみ
られるもののほぼ同一の時間推移を示す。すなわち、放
電開始と共に発光線の強度が急激に立ち上がり一時停滞
した後再び強度は増加して最大値をとる。その後減少を
開始し減少率が大きく変化する点を経過した後一定の減
少率で徐々に減少している。タンタル(Ta)膜のエッ
チング終了時刻(ジャストエッチング時間)は第1図に
示したようにTe+ + Te2およびTe3で与えら
れる。エッチング終了時刻は、Ten (n=1.2.
3)をターニングポイントとしてその前後において、発
光強度がそれぞれ異なる一定の減少率で減少するため第
1図中に示されたように2直線の交わる時刻によって決
定することができる。この時刻は目視観察あるいは走査
型電子顕漱鏡によって確認したタンタル(Ta)膜のエ
ッチングのジャストエッチング時間に良く一致する。こ
こでは、臭素(Br)元素が発する発光線の内3本につ
いて図示したが、プラズマから発せられる臭素(Br)
原子からの発光線として空気中で観測される、前述の4
44.2 , 447.3 , 447.8 , 45
2.6 , 457.6 , 478.0 . 497
.98,614.9 , 635.1 , 663.2
 , 668.2 , 669.2 , 679.0 
, 679.1 , 700.5 , 734.9 ,
 751.3 , 780.3 .793.9  .7
98.99,813.2  ,815.4  ,827
.2  ,833.5  ,  844.7  ,  
847.8  ,  856.6  ,  863.9
  ,  882.5  .889、Bnm付近の波長
で最大強度を示すすべての発光強度が第1図と同一のエ
ッチング時間依存性を示すことを確認してLlる。
FIG. 1 is a diagram explaining the first embodiment of the present invention, in which a tantalum (Ta) film deposited by a sputtering method is
rF. 827.4, 844.7, and 863.9 nm, respectively, emitted from the bromine (Br) element obtained when etching with gas at a pressure of 50 mTorr and a high-frequency power density of 0.27 W/cm2.
This is the etching time dependence of the emission line intensity with a peak in the vicinity. The light emitted from the plasma is guided to a spectrometer using an optical fiber, and the separated light is photoelectrically converted by a photomultiplier tube, and the time dependence of the light emission intensity is output to a plotter. The time dependence of each emission line shows almost the same time course, although there are differences in emission intensity. That is, the intensity of the luminescent line rises rapidly with the start of discharge, temporarily stagnates, and then increases again to reach its maximum value. After that, it begins to decrease, and after passing a point where the rate of decrease changes significantly, it gradually decreases at a constant rate of decrease. The etching end time (just etching time) of the tantalum (Ta) film is given by Te+ + Te2 and Te3 as shown in FIG. The etching end time is Ten (n=1.2.
Before and after 3) is a turning point, the emission intensity decreases at different constant decreasing rates, so it can be determined by the time when two straight lines intersect, as shown in FIG. This time corresponds well to the just etching time for etching the tantalum (Ta) film, which was confirmed by visual observation or scanning electron microscope. Here, three of the luminescent lines emitted by the bromine (Br) element are illustrated, but bromine (Br) emitted from plasma
The above-mentioned 4, which is observed in the air as an emission line from atoms.
44.2, 447.3, 447.8, 45
2.6, 457.6, 478.0. 497
.. 98,614.9, 635.1, 663.2
, 668.2 , 669.2 , 679.0
, 679.1 , 700.5 , 734.9 ,
751.3, 780.3. 793.9. 7
98.99, 813.2, 815.4, 827
.. 2,833.5, 844.7,
847.8, 856.6, 863.9
, 882.5. It was confirmed that all the emission intensities showing the maximum intensity at wavelengths around 889 and B nm showed the same etching time dependence as in FIG. 1.

第1図にはタンタル(Ta)膜のエッチングガスとして
CBrF3 (三ふっ化臭化炭素)ガスのみを使用した
場合について示したが、発光強度の時間依存性はエッチ
ングガス水素(H)が入ることで変化する。しかし、こ
の場合にもジャストエッチング時間を発光強度一エッチ
ング時間依存性から得ることができる。第2図は本発明
の第2の実施例を示したもので、それぞれエッチングガ
ス組成比としてCB rF3  : CHF3 =3 
: 2の成分比からなるガスを用いて、エッチング中の
プラズマから発せられる波長827.4 n mの発光
線強度に注目して測定したエッチング時間依存性である
Figure 1 shows the case where only CBrF3 (carbon trifluoride bromide) gas is used as the etching gas for the tantalum (Ta) film, but the time dependence of the emission intensity is due to the inclusion of etching gas hydrogen (H). It changes with However, even in this case, the just etching time can be obtained from the dependence of the emission intensity on the etching time. FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the etching gas composition ratio is CB rF3 : CHF3 = 3.
This is the etching time dependence measured using a gas having a component ratio of 2 and focusing on the intensity of the emission line with a wavelength of 827.4 nm emitted from the plasma during etching.

エッチングガス中に水素(H)元素である場合には、発
光線の強度はプラズマの生成直後から急激に増加して極
大値を示した後、減少して最小のほぼ一定の強度をある
時間維持し再び増加して一定強度を示す。この場合のエ
ッチング終了時刻は、第2図の時刻TeがSEM観察に
よる実際のエッチング終了時刻と良い一致を示すことが
わかっている。ここでは波長827.4 n mの発光
線について示したが、プラズマから発せられる臭素(B
r)原子からの発光線として空気中で観測される、前述
の444.2 , 447.3 , 447.8 , 
452.6 , 457.6 .478.0 , 49
7.98, 614.9 , 635.1 , 663
.2 , 668.2 , 669.2 , 679.
0 , 679.1 , 700.5 , 734.9
 ,751.3 , 780.3 , 793.9 ,
 798.99, 813.2 , 815.4 , 
827.2 , 833.5 . 844.7  84
7.8 , 856.6 ,が得られる。
When hydrogen (H) is present in the etching gas, the intensity of the emission line increases rapidly immediately after plasma generation, reaches a maximum value, then decreases and maintains a minimum, almost constant intensity for a certain period of time. Then it increases again and shows a constant intensity. It has been found that the etching end time in this case is the time Te in FIG. 2 which shows good agreement with the actual etching end time observed by SEM observation. Although the emission line with a wavelength of 827.4 nm is shown here, bromine (B) emitted from plasma is
r) The aforementioned 444.2, 447.3, 447.8, observed in the air as emission lines from atoms.
452.6, 457.6. 478.0, 49
7.98, 614.9, 635.1, 663
.. 2, 668.2, 669.2, 679.
0, 679.1, 700.5, 734.9
, 751.3 , 780.3 , 793.9 ,
798.99, 813.2, 815.4,
827.2, 833.5. 844.7 84
7.8, 856.6, are obtained.

発光線強度の時間依存性が第1の実施例あるいは第2の
実施例のどちらのタイプ(型)に属するかば、エッチン
グガス中の水素(H)?a度に依存するが、例えばCB
rF3に10%以上のCHF3を混入させる場合、CH
Fs?m度の増加と共に時間依存性は第1の実施例のタ
イプ(型)から第2の実施例のタイプ(型)へと急速に
移行する。また、CBrF.−rich (過剰)なガ
ス組成においてタンタル(T a )の被エッチング面
積が大きい場合、発光強度の時間依存性は第2の実施例
のタイプ(型)と同じ推移を示す。
Which type (type) does the time dependence of the emission line intensity belong to, the first embodiment or the second embodiment? Does it depend on the hydrogen (H) in the etching gas? It depends on the a degree, but for example CB
When mixing rF3 with 10% or more CHF3, CH
Fs? As m degrees increase, the time dependence rapidly shifts from the type of the first embodiment to the type of the second embodiment. Also, CBrF. When the etched area of tantalum (T a ) is large in a -rich (excessive) gas composition, the time dependence of the emission intensity shows the same transition as the type of the second embodiment.

上述の実施例では、光電変換装置として光電子増倍管を
使用したが、これの代わりに前述のプラズマから発せら
れる臭素(Br)原子からの着目すべき発光線を少なく
とも1本または複数本含む波長領域内に感度を有するホ
トダイオードとしても良く、この場合にはより安価な装
置構成でエッチングの終点検出を行うことができる。ま
た、実施例では分解能の高い分光器を用いたため一本一
本の発光線についての発光強度一エッチング時間依存性
を示したが、このような分解能は必ずしも必要ではない
。さらに、発光線と発光強度の関係から、適当な光検出
器を用いれば近赤外域に存在する916.6 , 91
7.4 , 917.8 , 926.5 , 932
.1, 989.6および1045. 8 nm付近の
臭素(Br)元素からの発光線も利用できることが容易
に推察される。
In the above embodiment, a photomultiplier tube was used as the photoelectric conversion device, but instead of this, a wavelength containing at least one or more noteworthy emission lines from bromine (Br) atoms emitted from the plasma described above may be used. A photodiode having sensitivity within the region may also be used, and in this case, the end point of etching can be detected with a cheaper device configuration. Further, in the example, since a spectroscope with high resolution was used, the dependence of the emission intensity on the etching time for each emission line was shown, but such resolution is not necessarily necessary. Furthermore, from the relationship between the emission line and the emission intensity, if an appropriate photodetector is used, 916.6, 91, which exists in the near-infrared region, can be detected.
7.4, 917.8, 926.5, 932
.. 1, 989.6 and 1045. It is easily inferred that the emission line from the bromine (Br) element around 8 nm can also be used.

第3図は本発明による第3の実施例としてのタンタル(
Ta)膜のドライエッチング終点検出装置構成の一例で
ある。エッチング終点検出装置は、光電変換器3 1、
m分器32、終点検出制御装置(出力監視・終点検出器
)33、及び終点検出アルゴリズムあるいはプログラム
を記憶している記憶装置34からなっており、特に微分
器32を具えていることが特徴である。この例では微分
器32を独立の装置として配置したが、この他にも出力
監視・終点検出器33内で計算機によるプログラム処理
などで微分器32を実現してもよい。最終的に端子35
において終点検出信号出力が得られている。第4図及び
第5図はそれぞれ本発明の第4及び第5の実施例であり
、本装置によるクンタル(T a )のドライエッチン
グの動作原理としてのエッチング終点機構を説明する図
である。即ちプラズマ中の臭素(Br)元素から発せら
れる波長827.4 nmの発光線の強度を光電変換器
で電気信号に変換した信号の時間依存性(a)とこの信
号を微分器により微分処理して得た信号(b)を示して
いる。
FIG. 3 shows tantalum (
This is an example of the configuration of an apparatus for detecting the end point of dry etching of a Ta) film. The etching end point detection device includes a photoelectric converter 31,
It consists of an m divider 32, an end point detection control device (output monitoring/end point detector) 33, and a storage device 34 that stores an end point detection algorithm or program, and is particularly characterized by being equipped with a differentiator 32. be. In this example, the differentiator 32 is arranged as an independent device, but the differentiator 32 may also be realized by program processing by a computer within the output monitoring/end point detector 33. Finally terminal 35
An end point detection signal output is obtained at . FIGS. 4 and 5 are fourth and fifth embodiments of the present invention, respectively, and are diagrams illustrating an etching end point mechanism as an operating principle of dry etching of Kuntal (T a ) by this apparatus. That is, the time dependence (a) of the signal obtained by converting the intensity of the emission line with a wavelength of 827.4 nm emitted from the bromine (Br) element in the plasma into an electrical signal by a photoelectric converter, and the differential processing of this signal by a differentiator. The signal (b) obtained by

第4図は第1図の発光強度の時間依存性に対応し、第5
図は第2図の発光強度の時間依存性に対応している。タ
ンタル(Ta)膜のエッチング終了時刻は、第4図にお
いては信号処理装置からの出力がある時間ほぼ一定の負
の極小値をとった後減少して第2の負の一定値へと遷移
を開始する時刻T,にとるか、あるいは第5図において
は信号処理装置からの出力が負の値から正の最大値を経
て再び零となる時刻T4によってエッチング終了時刻を
検出することができる。
Figure 4 corresponds to the time dependence of the luminescence intensity in Figure 1, and
The figure corresponds to the time dependence of the emission intensity in FIG. In FIG. 4, the etching end time of the tantalum (Ta) film is determined by the fact that the output from the signal processing device takes an almost constant negative minimum value for a certain period of time, then decreases and transitions to a second negative constant value. The etching end time can be detected either at the starting time T, or in FIG. 5, at the time T4 when the output from the signal processing device goes from a negative value to a maximum positive value and then becomes zero again.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によるタンタル(Ta)膜
のドライエッチング終点検出方法および装置を用いるこ
とによって近紫外域から近赤外域に見られる臭素(Br
)元素からの発光線のエッチング時間依存性から、タン
タル(Ta)膜のエッチング終点を客観的かつ正確に決
定することができる。本発明は、エッチング終了時刻の
自動検出を利用した多数枚試料の自動エッチングやプラ
ズマ状態(あるいはエッチング状態)の自動モニタリン
グによる異常状態の検出などにも応用することができ、
本発明による装置の利用効果ば多方面にわたっており、
工業上極めて有効な方法および装置となる。
As explained above, by using the method and apparatus for detecting the end point of tantalum (Ta) film dry etching according to the present invention, bromine (Br), which is found in the near-ultraviolet region to the near-infrared region, can be detected.
) The etching end point of the tantalum (Ta) film can be determined objectively and accurately from the etching time dependence of the emission line from the element. The present invention can also be applied to automatic etching of multiple samples using automatic detection of etching end time and detection of abnormal conditions through automatic monitoring of plasma conditions (or etching conditions).
The effects of using the device according to the present invention are wide-ranging.
This results in an industrially extremely effective method and device.

本発明によるドライエッチング終点検出方法および装置
を用いることによってX線露光法におけるタンタル(T
 a )マスクのサブミクロン微細パタンの形成におい
て、膜厚やエッチング条件の変化に依存しないジャスト
エッチング時間の検出が可能となり、またアンダーカッ
トも生ずることがなく、しかも、タンタル(Ta)39
のエッチングを再現性良く行うことができる。本発明で
はこのようなタンタル(Ta)膜のジャストエッチング
時間を実時間で検出する方法と装置が提供され、微細な
半導体装置の製造方法等、その利用価値は極めて高いも
のがある。
By using the dry etching end point detection method and apparatus according to the present invention, tantalum (T) in X-ray exposure method can be used.
a) In the formation of submicron fine patterns on masks, it is possible to detect just the etching time that does not depend on changes in film thickness or etching conditions, and there is no undercut, and moreover, tantalum (Ta) 39
can be etched with good reproducibility. The present invention provides a method and apparatus for detecting the just etching time of such a tantalum (Ta) film in real time, and has extremely high utility value, such as in a method for manufacturing fine semiconductor devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による第lの実施例を示した図であり、
CB r F.ガスによりタンタル(Ta)膜をエッチ
ングした場合の827.4 , 844.7 , 86
3.9nm付近に現れる臭素(Br)元素からの発光線
の発光強度一エッチング時間依存性とエッチング終点と
の関係を示す図である。第2図は本発明の第2の実施例
を示した図であり、CBrF,十CHF.をエッチング
ガスとした場合の827.4 nm付近に現れる臭素(
Br)元素からの発光線の発光強度一エッチング時間依
存性とエッチング終点との関係である。第3図は本発明
による第3の実施例としてのタンタル(Ta)膜ドライ
エッチング終点検出装置の構成図である。第4図及び第
5図は本発明の第4及び第5の実施例であり、本装置に
よるタンタルのドライエッチングの動作原理としてのエ
ッチング終点検出機構を説明する図であり、それぞれ、
第1図(第1の実施例)、第2図(第2の実施例)に対
応した微分器出力とエッチング終点の関係を示している
。 Te,Te.,Te,,Te3 , ・−・エッチング
終了時刻 T+ .Tz .T3 .Ta ,Ts・・・発光強度
の時間推移が変化する時刻 a・・・発光強度の時間推移 b・・・発光強度の時間に対する微分結果の時間推移 31・・・光電変換器 32・・・微分器 33・・・出力監視・終点検出器 34・・・終点検出アルゴリズム記憶装置35・・・終
点検出信号出力端子 特許出願人  日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 玉 蟲 久五郎 本発明餉1の実施例としての発光強度の時間依存住とエ
ッナシグ終点との関係 第1図 符闇 $発明の第4の実施例としての微分器出力とエッチング
終点の関係の動イ↑原理説明図鶏 4 図
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment according to the present invention,
CB r F. 827.4, 844.7, 86 when tantalum (Ta) film is etched with gas
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the etching time dependence of the emission intensity of the emission line from the bromine (Br) element appearing around 3.9 nm and the etching end point. FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which CBrF, 10CHF. Bromine (
This is the relationship between the etching time dependence of the emission intensity of the emission line from the element Br) and the etching end point. FIG. 3 is a block diagram of a tantalum (Ta) film dry etching end point detection apparatus as a third embodiment of the present invention. FIGS. 4 and 5 are fourth and fifth embodiments of the present invention, and are diagrams for explaining the etching end point detection mechanism as the operating principle of tantalum dry etching by this apparatus, respectively.
The relationship between the differentiator output and the etching end point corresponding to FIG. 1 (first embodiment) and FIG. 2 (second embodiment) is shown. Te, Te. ,Te,,Te3, .--Etching end time T+. Tz. T3. Ta, Ts... Time a when the time course of the emission intensity changes... Time course of the emission intensity b... Time course of the differentiation result of the emission intensity with respect to time 31... Photoelectric converter 32... Differentiation Device 33...Output monitoring/end point detector 34...End point detection algorithm storage device 35...End point detection signal output terminal Patent applicant: Nippon Telegraph and Telephone Corporation Agent, Patent attorney: Kugoro Tamamushi This invention's first part Relationship between time dependence of emission intensity and etching end point as an example Figure 1 Relationship between differentiator output and etching end point as a fourth example of the invention ↑ Principle explanatory diagram Chicken 4 Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、真空排気装置、ならびに高周波電源と電極、さらに
ガス供給装置を具備した真空容器内に反応性ガスを導入
し、高周波電力を該電極に印加して放電を生じさせてタ
ンタル(Ta)膜をエッチングする装置において、供給
する反応性ガスが少なくとも臭素(Br)、ふっ素(F
)の各元素を含み、該真空容器内の高周波放電により発
生したプラズマ中の臭素(Br)元素から発せられる光
(電磁波)の強度の時間的な推移に着目し、発光強度が
最大となつた後、時間に対する減少率が大きく減少する
時刻Tをエッチングの終了点とするが、または該発光線
強度の時間変化率がエッチングの進行に従つて正の極大
値を経て負の極大値を示した後減少率が低下して一定の
時間減少率を示す時刻Tをエッチングの終了点とするこ
とを特徴とするタンタル(Ta)膜のドライエッチング
終点検出方法。 2、真空排気装置、ならびに高周波電源と電極、さらに
ガス供給装置を具備した真空容器内に反応性ガスを導入
し、高周波電力を該電極に印加して放電を生じさせてタ
ンタル(Ta)膜をエッチングする装置において、供給
する反応性ガスが少なくともに臭素(Br)、ふっ素(
F)の元素に加えて水素(H)元素を含み、該真空器内
の高周波放電により発生したプラズマ中の臭素(Br)
元素から発せられる光(電磁波)の強度の時間的な推移
に着目し、反応性ガス中の水素(H)濃度或いは臭素(
Br)元素の発光強度の時間に対する推移が、発光強度
の極小値を示し変化率がほぼ零となつたのち再び増加を
開始して時刻Tに発光強度の変化率がほぼ零となる時、
エッチングの終了時刻をTの時刻に設定するか、または
該発光線強度の時間変化率がエッチングの進行に従つて
負の極小値を示した後正の極大値を示し、その後時間変
化率がほぼ零となる時刻Tをエッチングの終点とするこ
とを特徴とするタンタル(Ta)膜のドライエッチング
終点検出方法。 3、波長400nmから1100nmの領域内の所定の
波長を有する単一あるいは複数の発光線の光(電磁波)
に対して感度を有する光電変換器及び特に該光電変換器
の電気出力信号の時間変化率を生ずる微分器ならびに該
微分器からの出力変化を監視し、前記請求項1もしくは
前記請求項2のいずれかに記載のタンタル(Ta)膜の
ドライエッチング終点検出方法のアルゴリズム、または
これを実現するプログラムを機械または人によつて読み
取ることが可能な形で記憶している記憶装置、さらに該
アルゴリズムまたは該プログラムによつてエッチングの
終点を検出したことを電気的に信号によつて出力する出
力装置、とからなることを特徴とするタンタル(Ta)
膜のドライエッチング終点検出装置。
[Claims] 1. A reactive gas is introduced into a vacuum container equipped with a vacuum evacuation device, a high frequency power source, an electrode, and a gas supply device, and high frequency power is applied to the electrode to cause discharge. In an apparatus for etching a tantalum (Ta) film, the reactive gas to be supplied contains at least bromine (Br) and fluorine (F).
), and focused on the time course of the intensity of light (electromagnetic waves) emitted from the bromine (Br) element in the plasma generated by high-frequency discharge in the vacuum container, and found that the emission intensity reached the maximum. After that, the etching end point is set at time T at which the rate of decrease with respect to time decreases significantly, or the time rate of change of the emission line intensity shows a positive maximum value and then a negative maximum value as the etching progresses. A method for detecting the end point of dry etching of a tantalum (Ta) film, characterized in that the end point of etching is set at a time T when the after-reduction rate decreases and shows a constant time reduction rate. 2. A reactive gas is introduced into a vacuum container equipped with a vacuum evacuation device, a high-frequency power source, an electrode, and a gas supply device, and high-frequency power is applied to the electrode to generate a discharge to form a tantalum (Ta) film. In an etching device, the reactive gas supplied is at least bromine (Br), fluorine (
Bromine (Br) in the plasma generated by high-frequency discharge in the vacuum chamber, which contains the hydrogen (H) element in addition to the element F)
By focusing on the temporal changes in the intensity of light (electromagnetic waves) emitted from elements, we can determine the concentration of hydrogen (H) or bromine (H) in reactive gases.
Br) When the change in the luminescence intensity of the element with respect to time shows the minimum value of the luminescence intensity and the rate of change becomes almost zero, it starts to increase again and the rate of change in the luminescence intensity reaches almost zero at time T,
Either the end time of etching is set at time T, or the time rate of change of the emission line intensity shows a negative minimum value as etching progresses, then shows a positive maximum value, and then the time rate of change becomes approximately A method for detecting the end point of dry etching of a tantalum (Ta) film, characterized in that the end point of etching is set to a time T which becomes zero. 3. Light of a single or multiple emission lines (electromagnetic waves) having a predetermined wavelength within the wavelength range of 400 nm to 1100 nm
A photoelectric converter having a sensitivity to and in particular a differentiator producing a time rate of change of an electrical output signal of the photoelectric converter and monitoring output changes from the differentiator; A storage device storing an algorithm for the method for detecting the end point of dry etching of a tantalum (Ta) film as described above, or a program for realizing the same, in a form readable by a machine or a human; and an output device that outputs an electrical signal indicating that the end point of etching has been detected according to a program.
Film dry etching end point detection device.
JP5472689A 1989-03-07 1989-03-07 Method and apparatus for detecting terminal point of dry etching of tantalum film Pending JPH02234427A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009117685A (en) * 2007-11-08 2009-05-28 Hitachi High-Technologies Corp Method for plasma processing of semiconductor device with high-k/metal structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009117685A (en) * 2007-11-08 2009-05-28 Hitachi High-Technologies Corp Method for plasma processing of semiconductor device with high-k/metal structure

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