JPH03122295A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 被エツチング物質に関連する発光スペクトル強度が時間
とともに定常部から減衰部に移る変化を検出してエツチ
ング処理の終点を決定するエツチング終点検出機構を備
えたドライエツチング装置に関し。

上記発光スペクトル強度信号の大きさによらず高精度で
エツチング終点を決定可能とすることを目的とし。

前記発光スペクトル強度信号における前記定常部よりも
所定値だけ低いレベルをオフセットレベルと定め、該オ
フセットレベル以上の前記発光スペクトル強度信号を増
幅して得た波形における定常部から減衰部に移る変化を
検出してエツチング終点を決定するエツチング終点検出
機構を備えるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置等の電子部品の製造において用い
られるドライエツチング装置に係り、とくに、被エツチ
ング物質の発光スペクトル強度が時間とともに定常部か
ら減衰部に移る変化を検出してエツチング処理の終点を
決定する機構を有するドライエツチング装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、シリコンウェハのような半導体基板上に形成さ
れた酸化シリコン（Ｓｉｎｇ）膜をドライエツチングし
てパターンニングする工程において、エツチングの終点
は、被エツチング物質であるＳｉｎ。

がプラズマ中においてエツチングガスと反応して生じた
励起状態のＣＯ（−酸化炭素）分子が基底状態に戻ると
きに発生する中心波長５２０ｎｍ等の発光スペクトル強
度の変化を検出することにより行われる。

第４図（ａ）は、ドライエツチング工程においてエツチ
ング終点検出に用いられる発光スペクトル強度信号の時
間変化の典型的な例を示すグラフであって、横軸は時間
、縦軸は信号強度である。図示の発光スペクトル強度信
号は、一般に９時間軸に平行もしくは時間とともにほぼ
直線的に変化する定常部Ａと１時間とともに非直線的に
減少する減衰部Ｂとを含む。

上記のような発光スペクトル強度信号は、第５図に示す
ように、ドライエツチング装置１から出力される発光ス
ペクトル２を光電変換装置（０／Ｅ）３により検出して
得られる。この発光スペクトル強度信号をＡ／Ｄ変換装
置（Ａ／Ｄ）　　４により二値化信号に変換したのち、
演算装置５により処理し、第４図［有］）のような微分
波形を得る。通常、この処理は発光スペクトル強度信号
の入力にともなって逐次行われる。そして、上記微分波
形の極小値（ＭＡＸＳＬＰ）　、すなわち、第４図℃）
の曲線の立ち下がりの傾斜が最大になる時刻（ＴＩ）か
らΔＴだけ経過した時点（Ｔ＋＋ΔＴ）に、終点制御装
置６からエツチング電源７に対して停止信号８が送出さ
れ、これによりエツチングが終了する。

上記Ｔ、＋ΔＴは、微分波形の値がＭＡＸＳＬＰ／Ｋに
なる時刻として決められる。ＫはＫ＞ｌなる補正係数で
あって、　ＭＡＸＳＬＰに対応する時刻（ＴＩ）におい
て。

所期のエツチングは大部分完了しているが、ウェハ内に
おける被エツチング物質の膜厚分布あるいはエツチング
速度のバラツキにより残存している未エツチング物質を
除去するための余裕度を持たせるために導入、される値
で、実験的に決定される。

なお、上記工程は、ドライエツチング装置１にパワーが
入力されてから５発光スペクトル強度が安定するまでに
要する所定時間（Ｔｏ）が経過したのちに起動される。

この時間（Ｔｏ）は、タイマ９により演算装置５に通知
される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、シリコンウェハ等の上に形成される半導体装
置の高集積化するのにともない、上記の終点検出方法に
おける発光スペクトル強度の変化が小さくなる傾向にあ
る。これは、高集積化とともにウェハ上に形成される素
子数は増加するが。

各素子において被エツチング領域が占める面積比率は逆
に減少しているためである。また、スペクトル光を取り
出すための窓の汚染による光損失が時間とともに増大す
ることも、その−因となっている。

一般に、上記エツチング終点検出に用いようとする発光
スペクトルには、エツチングガス等のプラズマの発光が
バックグラウンドとして重畳している。したがって、エ
ツチング終点の決定を行うためには、このようなバック
グラウンドを含む光の中から、被エツチング物質の消耗
により発光スペクトル強度が減少する変化を精度よく検
出しなければならない。このために２通常、バックグラ
ウンド光による信号をできるだけ除去する目的で。

発光スペクトル強度信号を適当なレベル（オフセットレ
ベル：０ＦＦＳｔ！Ｔ）で切り出し、このオフセットレ
ベル以上の信号を、その最大値が一定レベルとなるよう
に増幅、すなわち、規格化して得た信号について、第４
図（ｂ）のような微分処理を行い、これにもとづいて終
点決定を行う方法が採られる。

ところが、従来は、上記オフセットレベル（ＯＦＦＳＥ
Ｔ）が固定されていた。すなわち、第６図に示すように
８例えば６枚のウェハを順次個別にドライエツチングす
る際に、各々のウェハごとに同図（ａ）の（ｉ）〜（ｖ
ｉ）に示すような発光スペクトル強度信号を検出し、こ
れからエツチング終点を決定する場合、一定のオフセッ
トレベル（ＯＦＦＳＥＴ）により発光スペクトル強度信
号を切り出してバックグラウンド光信号を除去して同図
部）に示すような信号波形を得、これを増幅して、同図
（Ｃ）に示すように規格化していた。その結果１発光ス
ペクトル強度信号における被エツチング物質に関係する
変化部分がオフセットレベル以下になるような場合には
、終点決定を精度よく行うことができないか。

まったく終点決定が不可能になる問題があった。

上記発光スペクトル強度の変動は、被エツチング物質の
膜厚のウェハごとのバラツキ、スペクトル光取り出し窓
の汚染による光損失の経時的増加等により生じるものと
考えられる。

本発明は上記従来の問題に鑑みなされたもので。

発光スペクトル強度にかかわらず精度よく終点検出を可
能とすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、被エツチング物質に関連する発光スペクト
ル強度が時間とともに定常部から減衰部に移る変化を検
出してエツチング処理の終点を決定する機構を有するド
ライエツチング装置であって、前記発光スペクトル強度
信号における前記定常部よりも所定値だけ低いレベルを
オフセットレベルと定め、該オフセットレベル以上の前
記発光スペクトル強度信号を増幅して得た波形における
定常部から減衰部に移る変化を検出してエツチング終点
を決定するエツチング終点検出機構を備えたことを特徴
とする本発明に係るドライエツチング装置によって達成
される。

〔作　用〕

上記オフセットレベル（ＯＦＦＳＥＴ）を発光スペクト
ル強度に応じて変化させる。この場合、第１図（ａ）に
示すように、前記０ＦＦＳＥＴは９発光スペクトル強度
信号の定常部Ａより所定値（Ｂｌｌ！ＴＡ）だけ低いレ
ベルに設定する。ただし、　Ｂ１１ＴＡの値は、　０Ｆ
ＦＳＥＴが常に発光スペクトル強度信号における減衰部
Ｂより低レベルに位置するように、あらかじめ実験的に
決められる。なお、第１図には、第４図と同様に。

６枚のウェハを順次ドライエツチングする場合の発光ス
ペクトル強度信号の波形が示されている。

本発明によれば、オフセットレベルにより切り出された
発光スペクトル強度信号波形は、第１図（ロ）に示すよ
うに９発光スペクトル強度の原信号の大きさによらず、
常に上記ＢＥＴ＾で規格化された波形となる。したがっ
て、この波形を一定の増幅率（ＧＡＩＮ）で増幅すると
、増幅された波形も第１図（Ｃ）に示すような規格化さ
れた波形となる。同図（Ｃ）の規格化波形における定常
部Ａから減衰部Ｂに移る変化にもとづいてエツチング終
点を検出する。

前記のように２例えばウェハ上に形成された被エツチン
グ物質をドライエツチングする場合、ウェハごとに１発
光スペクトル強度信号の定常部の値は変化するが、定常
部から減衰する大きさは定常部の値によらず、はぼ一定
であることが経験されている。このことから８本発明に
おけるように。

オフセットレベル（ＯＦＦＳＥＴ）を、定常部の値から
一定値（８ＥＴＡ）だけ下がった値に設定するのが有利
である。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図は本発明に係るエツチング終点検出機構を説明す
るためのブロック図であって、前記第５図に示した従来
の機構と同様に、ドライエツチング装置１から出力され
た発光スペクトル２を検出するための光電変換装置（０
／Ｅ）　　３．検出された発光スペクトル強度信号を二
値化信号に変換するための＾／Ｄ変換装置（＾／Ｄ）４
を有する。本発明においては、前記０ＦＦＳＥＴ信号を
発生するための０ＦＦＳＥＴ信号発生装置１０が設けら
れている。

０ＦＦＳＩ！？信号発生装置１０には、Ａ１０変換装置
４を通じて発光スペクトル強度信号が入力されるが１タ
イマ９から前記時間（Ｔｏ）　、すなわち、ドライエツ
チング装置ｌに対してパワーが入力されてから発光スペ
クトル強度が安定するまでの経過時間。

が通知されると、この時刻における発光スペクトル強度
信号を読み込み、これから前記ＢＥ↑＾を差し引いた値
を求め、これを前記０ＦＦＳＥＴ信号として保持する。

演算装置５にもＡ／Ｄ変換装置４を通じて、第１図（ａ
）に示したような発光スペクトル強度信号が入力され、
この信号から前記０ＦＦＳＢＴ信号を差し引き。

第１図（ロ）に示した波形の信号を得る。この信号を一
定の増幅率（ＧＡＩＮ）で増幅し、第１図（Ｃ）に示し
た規格化された波形を得る。この規格化信号にもとづい
て、第４図（ｂ）を参照して説明した微分処理を行って
、エツチングの終了を決定し、終点制御装置６に通知す
る。

上記信号処理の手順を第３図のフローチャートにしたが
って説明する。同図（ａ）は、第５図に示した従来のエ
ツチング終点検出機構における手順であり、同図（ｂ）
は第２図に示した本発明のエツチング終点検出機構によ
り信号処理を行うために追加された部分手順である。

まず、第３図（ａ）を参照して。

■エツチング処理を開始するための５ＴＡＲＴ信号を入
力する。（ステップ６１） ■前記タイマ９により経過時間（Ｔ）を読む。

（ステップ６２） ■Ｔ≧Ｔ０かどうか判定する。ただし、Ｔｏは９発光ス
ペクトル強度が安定するまでに要する前記所定時間であ
る。Ｔ　＜ＴＯならば、引続き時間（Ｔ）を読む。（ス
テップ６３） ■上記■においてＴ≧Ｔｏと判定された場合には。

ＭＡＸＳＬＰ＝Ｏとセ・ン卜する。（ステ・ノブ６４）
同時に１発光スペクトル強度信号の二値化信号値（ＳＩ
Ｇ（Ｔ））の読み込みを開始する。（ステップ６６） ＳＩＧ（Ｔ）の読み込みは、所定周期のクロックに同期
して行われる。読み込まれた５ＩＧ（Ｔ）の値を、前記
演算装置５に内蔵されたバッファメモリに格納する。こ
のバッファメモリは、　５ＩＧ（Ｔ）および前記クロッ
クの一周期前に読み込まれた５ＩＧ（Ｔ−１）を保持す
る。

上記ＭＡＸＳＬＰは、第４図（′ｂ）に示した微分波形
の負側の極大値、すなわち、第４図（ａ）の発光スペク
トル強度信号の減衰部Ｂにおける傾斜の最大値であるが
、その初期値を上記のようにＯにセットしてお（。

■上記微分波形を得るために、　５ＩＧ（Ｔ）が読み込
まれるごとに、　ＤＩＦＦ（Ｔ）＝ＳＩＧ（Ｔ）−ＳＩ
Ｇ（Ｔ−１）を算出する。（ステップ６７） ■上記ＭＡＸＳＬＰとＤＩＦＦ（Ｔ）とを比較する。（
ステップ６８） そしｒ、　ＭＡＸＳＬＰ≦Ｄ　ＩＦＦ　（Ｔ）ならば、
　ＤＩＦＦ（Ｔ）をＭＡＸＳＬＰに代入する。（ステッ
プ６９）■次いで、　ＦＬＡＧ、　ＭＡＸＳＬＰ／Ｋを
算出する。（ステップ７０） ただしＫはＫ＞１なる定数であって、詳細については第
４図（ハ）を参照して説明した通りである。

■上記ＦＬＡＧとＤ　ＩＦＦ　（Ｔ）を比較する。（ス
テップ７１） ＤＩＦＰ（Ｔ）　＞ＦＬＡＧならば、　５ＩＧ（Ｔ）を
読み込むステップ６６からＦＬＡＧとＤＩＦＦ（Ｔ）の
比較を行うステップ７１までを反復する。一方、ＤＩＦ
Ｆ（Ｔ）≦ＦＬＡＧである場合には、前記演算装置５は
、エツチング終了を決定し、エツチングＥＮＤ信号を送
出する。これにもとづき、前記のように、終点制御装置
６からエツチング装置電源７に停止信号８が送出されて
エツチングが停止する。

第２図に示す本発明のエツチング終点検出機構における
信号処理手順は、第３図（ａ）におけるステップ６４と
ステップ６６の間に、第３図（ｂ）に示すステップ７６
ないし７９を追加的に挿入したものである。

第３図（ハ）には５本発明において追加される上記ステ
ップの位置を明確にするために、これらの前後のステッ
プも記載されている。すなわち本発明においては。

■前記ステップ６３による時間（Ｔ）の比較が行われ、
Ｔ≧Ｔ、と判定されると、前記演算装置５は、従来と同
様にＭＡＸＳＬＰ＝０とセットするとともに１時刻（Ｔ
ｏ）における発光スペクトル強度信号の二値化信号値５
ＩＧＯ（Ｔｏ）を団として読み込む。（ステ・ノブ７６
） 上記ＩＭは第４図（ａ）に示した発光スペクトル強度信
号波形における定常部への値であり、したがって、一般
に発光スペクトル強度信号５ＩＧＯ（Ｔ）の最大値であ
る。

■次いで、前記オフセット信号（ＯＦＦＳＥＴ）として
。

０ＦＦＳＥＴ・■門−ＢＥＴＡを算出する。（ステップ
７７）上記ＢＥＴＡは、第１図を参照して説明したよう
に定数であって、実験的に決められる。

■次いで発光スペクトル強度信号の二値化信号値（ＳＩ
ＧＯ（Ｔ））の読み込みを開始する。なお、　５ＩＧＯ
（Ｔ）の読み込みは、所定周期のクロックに同期して行
われる。（ステップ７８） ■上記Ｓ　ＩＧＯ（Ｔ）と０ＦＦＳＥＴから。

５ＩＧ（Ｔ）　＝　（ＳＩＧＯ（Ｔ）　−０ＦＦＳＥＴ
）　ＸＧＡｒ！Ｊを算出する。（ステップ７９） 上記５ＩＧＯ（Ｔ）　−０ＦＦＳＥＴの項は第１図（ｂ
）に示される波形の信号に相当し、上記ＧＡＩＮは、こ
の信号を第１図（Ｃ）に示す波形のように規格化するた
めの増幅率である。

上記のようにして得られた規格化信号（ＳＩＧ（Ｔ））
を、第３図（ａ）におけるステップ６６における５ＩＧ
（Ｔ）に代入し、以後、ステップ６７以降の手順により
処理する。ただし、ステップ７１において、　ＤＩＦＦ
（Ｔ）＞　ＦＬＡＧの場合における復帰先のステップは
、ステップ７８とする。

上記においては、信号処理手順の開始時刻（Ｔｏ）を１
発光スペクトル強度が安定する時刻としたが。

Ｔｏは発光スペクトル強度信号波形における減衰部Ｂの
直前近傍に設定してもよいことは明らかである。このよ
うなＴｏは９例えばウェハごとの発光スペクトル強度信
号における定常部Ａの持続時間のバラツキを考慮した余
裕度を持たせて、実験的に決めることができる。Ｔｏを
減衰部Ｂの直前近傍に設定することは、定常部Ａが、平
坦ではなく１時間とともに変化する場合にも本発明を適
用可能とする利点がある。

〔発明の効果〕

上記本発明のエツチング終点検出機構を備えたドライエ
ツチング装置によれば、終点検出感度が向上され、ドラ
イエツチングを精度よく、かつ。

再現性よく制御可能となり、これにより過剰エツチング
やエツチング不充分に起因する不良が低減され、高密度
・高性能の集積回路の製造歩留りを向上可能とする効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエツチング終点検出機構における発光
スペクトル強度信号の波形を示す図。 第２図は本発明のエツチング終点検出機構の構成を説明
するためのブロック図。 第３図（ａ）は従来のエツチング終点検出機構における
信号処理手順を示すフローチャート第３図（ｂ）は本発
明において追加される信号処理手順を示すフローチャー
ト 第４図は発光スペクトル強度示すおよびその微分波形を
示すグラフ。 第５図は従来のエツチング終点検出機構の構成を説明す
るためのブロック図。 第６図は従来のエツチング終点検出機構における発光ス
ペクトル強度信号の波形を示す図である。 図において。 ｌはドライエツチング装置。 ２は発光スペクトル。 ３は光電変換装置。 ４はＡ／Ｄ変換装置。 ５は演算装置。 ６は終点制御装置。 ７はエツチング電源。 ８は停止信号。 ９はタイマ ｌＯは０ＦＦＳＥＴ信号発生装置 である。 Ｓ を示アフローチャート ７！８３９（α） 第 図 示す２０−チダート 第３図（ｂ） 第４ 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被エッチング物質に関連する発光スペクトル強度が時
   間とともに定常部から減衰部に移る変化を検出してエッ
   チング処理の終点を決定する機構を有するドライエッチ
   ング装置であって、 前記発光スペクトル強度信号における前記定常部よりも
   所定値だけ低いレベルをオフセットレベルと定め，該オ
   フセットレベル以上の前記発光スペクトル強度信号を増
   幅して得た波形における定常部から減衰部に移る変化を
   検出してエッチング終点を決定するエッチング終点検出
   機構を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。