JPH03181129A - エッチングの終点検知方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマを用いる半導体製造装置によりドライ
エツチングを行なう工程において、その終点を検出する
方法に関する。

５従来の技術〕 第７図は半導体製造工程におけるエソチング工程を説明
する図である。図において１０は基板であり、その上部
には加工材料である膜２１が形成されている。またさら
にその上部にはマスク２２が塗布されており、該マスク
２２はエツチング加工部位だけを露光等の手段により除
去されている。このような基板を図示しないエツチング
装置に取付け、膜２１のマスク２２が除去されたエツチ
ング加工部位をエツチングする。

このとき膜２１のエンチング未了又は基板ＩＯまでのオ
ーバエツチングが生じると断線、短絡等の配線不良が生
じ、製造される半導体の特性に影響を与える。従ってエ
ツチングを膜２１と基板１０との境界部で終わらせるべ
く終点を検知することがエソチング工程における重要な
課題になっている。

このエツチングの終点を検知する従来の方法として、例
えば特開昭５６−１１４３９９号公報に開示されたもの
がある。これはプラズマ光の一部を選択的に取り出し、
そのスペクトル強度の変化を検出すると共に、そのスペ
クトル強度を２点以上でサンプリングし、それらの出力
差が所定値以下のとき、エツチングの終点と判定してい
る。

第８図は前記公報に示されたエツチング中のスペクトル
強度と反応時間との関係を示すグラフであり、縦軸にス
ペクトル強度０１．を、また横軸に反応時間ｔをとって
いる。また曲線ａはプラズマ光のうち膜２１の反応生成
物から発生するスペクトル強度の変化を示している。第
８図に示す如く曲ＶＡａはエツチングの開始とともに急
増し、短時間の後、平衡状態に達し、エツチング終了の
局部的開始と共に急減し、短時間の後零に近づく。

前記公報においてはこの曲線ａが平衡状態となった時点
でスペクトル強度を２点以上サンプリングし、サンプリ
ング出力の差が所定値以下のときエツチングの終点と判
断している。

また他の従来方法として前記曲線ａの終点近傍を一次微
分し、そのピーク近傍をエツチングの終点と判定する方
法がある。第９図は曲線ａを微分したデータを示すグラ
フであり、縦軸に微分値Ｏ５を、また横軸に時間ｔをと
っている。第９図で破線で示す値を微分値０．が横切っ
たところを工。

チングの終点と判断する。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般にプラズマ発光のスペクトル強度は前記公報に言及
している如く、ノイズにより高周波が重畳されていると
共に、エツチングに使用するガス種によっては低周波の
ふらつきが生していることがある。このふらつきはガス
種に依存するプラズマ特有のものであり、回避できない
ものである。

これらのことはエツチングの終点をスペクトル強度の変
化量で見るときの誤検出の原因となる。

前者の従来技術では、これらの原因による誤検出をさけ
るためにスペクトル強度の変化と共に平衡状態になって
からのスペクトル強度も測定しているが、平衡状態に入
る時間を予め知る必要があるという問題及び平衡状態に
入ってからエツチングの終点を判定する場合はエツチン
グが進行しすぎるオーバエツチングにより基板までエツ
チングされてしまうという問題がある。

また後者の微分による従来方法では上記２つの問題は生
しないが、スペクトル強度の低周波のふらつきがそのま
ま微分値の変化として現れるためピーク近傍の検出が非
常に困難であった。

すなわち、第９図に示すような理想的な微分値の変化を
求めることは困難であり、そのために正確な終点検出が
できなかった。

本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであり、ガス種
に依存するプラズマの低周波のふらつき及びノイズによ
り重畳された高周波成分の影響が小さく、また平衡状態
までの時間予測の必要もなく、オーバエツチングの虞も
ない、高精度にエツチングの終点を検知できる方法を提
供することを目的にする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に斯かるエツチングの終点検知方法は、プラズマ
により基板上に形成された膜をエツチングするときに生
しるプラズマ光のスペクトル強度の変化により工、チン
グの終点を検知する方法において、前記基板及び／又は
膜を構成する元素のスペクトル強度を時系列的に検出し
、検出された複数のスペクトル強度を用いて、最小二乗
法により前記複数のスペクトル強度の変化を直線近似し
、その傾きの大きさによりエツチングの終点を検知する
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においてはエツチング中に発生するプラズマ・光
から基板及び／又は膜を構成する元素のスペクトル強度
を選択して時系列的に検出し、検出されたスペクトル強
度の複数を用いて最小二乗法により、その変化を一次直
線に近似する。そして−次直線の傾きから巨視的なスペ
クトル強度の変化を検出し、それによりエツチングの終
点を検知する。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１図は本発明に係るエツチングの終点検知方法（、以
下本発明方法という）の実施に用いるＥＣＲ（旦１ｅｃ
ｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
）プラズマエツチング装置の構成を示す模式的横断面図
である。図において工はプラズマ生成室であり、該プラ
ズマ生成室１の周囲にはこれと同心状にプラズマ生成室
１内に所要強度の磁界を形成するための励磁コイル５を
周設しである。またプラズマ生成室ｌの一側壁中央には
石英ガラス板７にて封止したマイクロ波導入口６が、さ
らに他側壁中央にはプラズマ引出口８が夫々形成されて
いる。またマイクロ波導入口６より適長離隔してエツチ
ングガスを導入するガス導入管４が挿入されている。

前記マイクロ波導入口６にはマグネトロン１３にて発振
されるマイクロ波の導波管３の一端部が接続され、また
プラズマ生成室ｌのプラズマ引出口８側には反応室２が
連設されている。反応室２の中央には試料である基板ｌ
Ｏを保持する試料台１１が設けられている。

また反応室２の側壁には石英ガラス製の取出窓１４が設
けられている。取出窓１４で取出されたプラズマ光はモ
ノクロメータ１５に与えられ、そこで必要なスペクトル
部分のみが分光され、光電子増倍管１６に与えられ、そ
の強度が電圧信号へと変換される。これをＡ／Ｄコンバ
ータ１７によりディジタル化し、マイクロコンピュータ
１８に与え、データ処理され、ドライエツチングの終点
が検出される。

次にエツチング動作の概略について説明する。

エツチングする基板１０は試料台１１に真空中で保持さ
れており、エツチングを行なうとき、エツチングガスが
ガス導入管４からプラズマ生成室１内に導入され、マイ
クロ波を導波管３を介して導入すると共に励磁コイルに
ＥＣＲ条件を満たすような電流を通流し、ＥＣＲプラズ
マを生成する。このプラズマはプラズマ引出口８から反
応室２に導かれ、基板１０上に照射される。このとき基
板１０上の膜は励起したエツチングガスと反応し、基板
１０上の膜を構成する元素又は基板１０を構成する元素
が励起され、その元素に対応したスペクトルの発光が行
われる。これを取出窓１４から取込み、モノクロメータ
１５で分光し処理する。

次に本発明方法の処理内容について説明する。

基板１０上の膜を構成する元素又は基板１０を構成する
元素のスペクトル強度を一定間隔でサンブリソゲしたデ
ータをａｌ＋　　ａＺ・・・ａｌとし、このデータをサ
ンプリングしたときの時刻を１．．１２・・・【１とす
る。このデータから最小二乗法により近似的な一次直線
をもとめる。時刻ｔユとしたとき、全時刻ｔ８−７から
ｔ、に測定したデータａ、−７ａ８−い−Ｉ、・・・ａ
、までのｎ個のデータを用いて一次直線を求める。

第２図（ａｌ及び同（′ｂ）は膜を構成する元素に対応
したスペクトル強度ＯＬ及びその変化を一次直線に近似
したときの傾きＡと反応時間ｔとの関係を夫々示すグラ
フであり、縦軸にスペクトル強度ＯＬ又は傾きＡを、ま
た横軸に反応時間ｔをとっている。

Ｙ＝ＡＸ＋Ｂの一次式でｎ個のデータａ　ｉ−ｎ〜ａ、
を近似するとき、求める傾きＡは次の一次方程式で与え
られる。

従って（頃きＡは の式で表せる。

この傾きＡは測定した時刻ｔ、−７からｔ、までの平均
の変化量となるので、傾きＡの変化によりエツチングの
終点を検出できる。

このときエツチングの終点は傾きＡが第２図（ｂ）に破
線で示す設定値を越えたとき（第２図（ｂ）の■）又は
越えた後に傾きＡが設定値を横切ったとき（第２図（ｂ
ｌの■）とする。この場合設定値を上下させることによ
り、任意のタイミングでエツチングの終点検知を行なう
ことができる。これはエツチングの終点検知を行い、さ
らにその後エツチング条件を変えて、オーバエツチング
を行なう必要があるときに使用される。

第３図（ａ）及び同（ｂ）は基板を構成する元素に対応
したスペクトル強度○、及びその傾きＡと反応時間ｔと
の関係を示すグラフであり、第２図に示す場合と同様に
第３図（ｂ）に破線で示す設定値に基づきエツチングの
終点検知ができる。

また同様にして基板１０を構成する元素のスペクトル強
度と膜を構成する元素のスペクトル強度との両者を用い
ることもできる。この場合、例えば膜を構成する元素の
スペクトル強度から求めた傾きをＡ、とし、基板１０を
構成する元素のスペクトル強度から求めた傾きをＡ２と
すると、両者を合成した１頃きＡ　ｓ　”’　Ａ　＋　
　　Ａ　ｚは夫々をスペクトル単体で見たときよりも大
きな変化量を得ることができるので、さらにスペクトル
強度のふらつきの影響を受けない正確なエツチングの終
点検知が可能となる。またこのときの１頃きＡ１　とＡ
２との合ｇＷ４きＡ、はＡｓ　＝Ａ＋　／Ａｚとしても
よい。

次に本発明方法の効果を調べるために行った実験例につ
いて説明する。

第４図は膜を構成する元素のスペクトル強度○。

と反応時間ｔとの関係を示すグラフであり、基板１０は
表面に酸化膜を形成させたシリコンウェハを用い、その
上にポリシリコンの膜を形成した。第５図は第４図に示
す曲線の傾きを本発明方法により求めたもののグラフ、
第６図は従来方法である第４図に示す曲線の微分値をと
ったものである。

第５図及び第６図を比較すると明らかな如く、第５図に
示す本発明方法による場合、ノイズによる高周波及び低
周波のふらつきに影響されることなくエツチングの終点
を正しく検知できているが、第６図における従来方法に
よる場合は、エツチングの終点以外にも矢符で示す時点
で設定値を越えており、終点を誤検出している。

なお本実施例ではプラズマ生成室に励磁コイルを周設し
たＥＣＲプラズマエツチング装置を本発明方法の実施に
用いたが、本発明はこれに限るものではなく、種々のプ
ラズマエツチング装置に適用可能であることは言うまで
もない。

〔効果〕

以上説明したとおり、本発明においてはプラズマ光９う
ち基板及び／又は膜を構成する元素のスペクトル強度を
時系列的に検出し、それを最小二乗法により直線近似し
、その直線の傾きに基づきエツチングの終点を検知する
ことにより、巨視的にプラズマのスペクトル強度の変化
を検出でき、ノイズによる高周波成分及び低周波成分の
ふらつきの影響を受けることなく、高精度にエツチング
の終点を検知できる等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエツチングの終点検知方法の実施
に用いるＥＣＲプラズマエツチング装置の構成を示す模
式的横断面図、第２図及び第３図は膜又は基板を構成す
る元素に対応したスペクトル強度及びその傾きと反応時
間との関係を示すグラフ、第４図〜第６図は本発明方法
の効果を示すグラフ、第７図はエツチング工程を説明す
る図、第８図は基板を構成する元素のスペクトル強度を
示すグラフ、第９図は従来のエツチングの終点検知方法
を説明するグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プラズマにより基板上に形成された膜をエッチング
   するときに生じるプラズマ光のスペクトル強度の変化に
   よりエッチングの終点を検知する方法において、 前記基板及び／又は膜を構成する元素のス ペクトル強度を時系列的に検出し、検出された複数のス
   ペクトル強度を用いて、最小二乗法により前記複数のス
   ペクトル強度の変化を直線近似し、その傾きの大きさに
   よりエッチングの終点を検知することを特徴とするエッ
   チングの終点検知方法。