JPH05259127A - Method for etching monitoring in plasma etching - Google Patents

Method for etching monitoring in plasma etching

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JPH05259127A
JPH05259127A JP5021999A JP2199993A JPH05259127A JP H05259127 A JPH05259127 A JP H05259127A JP 5021999 A JP5021999 A JP 5021999A JP 2199993 A JP2199993 A JP 2199993A JP H05259127 A JPH05259127 A JP H05259127A
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JP
Japan
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etching
plasma
thin film
wafer
rate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5021999A
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Japanese (ja)
Inventor
Philippe Schoenborn
シェーンボーン フィリッペ
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LSI Corp
Original Assignee
LSI Logic Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a technique for measuring a thickness of a thin film on realtime basis using a standard end detector by a method, wherein plasma radiation lights strength in selected wavelength is monitored, and a change in the plasma radiation light intensity is related to a remaining thin-film thickness. CONSTITUTION: This is a method for monitoring removal of a thin film on a wafer product during plasma etching, and plasma radiation lights strength in selected wavelength is monitored, and a change in the plasma radiation light intensity is related to a remaining thin-film thickness. For example, when an oxide on silicon is etched, plasma radiation lights intensity 302 as a function of an etching time is measured through a filter of 436±5 nm contains a periodic change caused by interference of lights. Meanwhile, a relationship between the etching time and a remaining thin-film thickness 404 is linear, and in the case of this example, an etching end occurs when 40 sec, passes, and at that time, dropping of radiation light strength is observed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造に
関するものであり、より詳しくは、プラズマエッチング
に関するものである。この発明の応用として、プラズマ
デポジションも同様に開示される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to plasma etching. Plasma deposition is also disclosed as an application of the invention.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路の製造における重要なプロセス
として、シリコンウェハ上に形成された種々の材料から
なる層を除去するプロセスがある。この除去プロセスと
しては、一般に次のような2種類の重要な技術が用いら
れている。1)フォトレジストのパターンが形成された
シリコンウェハが化学溶液中に浸漬される、湿式エッチ
ングすなわち化学エッチング。2)ウェハがCF4 のよ
うなガスを含むプラズマに曝露される、ドライエッチン
グすなわちプラズマエッチング。この発明は、主として
後者のプラズマエッチングについてのものである。
2. Description of the Related Art An important process in the manufacture of integrated circuits is the process of removing layers of various materials formed on a silicon wafer. As the removal process, generally, the following two types of important techniques are used. 1) Wet or chemical etching in which a patterned silicon wafer of photoresist is immersed in a chemical solution. 2) Dry or plasma etching in which the wafer is exposed to a plasma containing a gas such as CF 4 . The present invention is mainly concerned with the latter plasma etching.

【0003】プラズマエッチングのプロセスおよび装置
は、半導体装置の製造においてエッチングされる材料に
関して、一般に良く知られている。そのプロセスは、シ
リコンウェハ上にフォトレジストのようなマスク材料を
適用することから開始される。マスクパターンは、ウェ
ハ上の特定の領域がエッチングされることを防止するた
めのものである。その後ウェハはプラズマ反応器(エッ
チング装置)内に配置され、エッチングが実行される。
それに続く過程は、製造しようとする半導体装置のタイ
プによって決定される。このようなプラズマエッチング
プロセスは、特に小さい形状について精密にエッチング
するに有効である。
Plasma etching processes and devices are generally well known for materials that are etched in the manufacture of semiconductor devices. The process begins by applying a mask material such as photoresist on a silicon wafer. The mask pattern is for preventing a specific area on the wafer from being etched. The wafer is then placed in a plasma reactor (etching device) and etching is performed.
Subsequent processes are determined by the type of semiconductor device to be manufactured. Such a plasma etching process is effective for precisely etching a particularly small shape.

【0004】一般のエッチングプロセスとしては、ゲー
ト酸化物(以下“酸化物”と記す)の上に被覆されたポ
リシリコン(ポリSi;以下“ポリ”とも記す)を除去
する場合を含む。種々の問題点のうちでも、ポリシリコ
ンとその下側のゲート酸化物との間でのエッチングの選
択比(ポリ:酸化物の選択比)ができるだけ高く、酸化
物の損失が少ないことが重要である。
A typical etching process includes removing polysilicon (poly Si; hereinafter also referred to as "poly") coated on a gate oxide (hereinafter referred to as "oxide"). Of the various problems, it is important that the etching selectivity (poly: oxide selectivity) between polysilicon and the underlying gate oxide is as high as possible and that oxide loss is low. is there.

【0005】上側給電・ウェハ接地がなされたLAM4
90エッチング装置のような、代表的なエッチング装置
を用いれば、低出力(100ワット)のCl2 /Heプ
ラズマを用いて100:1以上のポリ:酸化物の選択比
が達成されるが、この場合には、ポリシリコンの側壁側
からの激しいアンダーカットすなわちノッチが生じてし
まう。一方、ヘリウムリッチ(50%を越える)でかつ
高出力(200ワットを越える)のプロセスによれば、
選択比を犠牲にして(選択比は30%より小さい)、垂
直な側壁を得ることができるが、それに付随してゲート
酸化物を損傷させる傾向を有する。側面からのエッチン
グは、ポリシリコンの除去中ではなく、過剰エッチング
の期間中に生じる。したがって、過剰エッチングの量は
制限されるべきである。
LAM4 with upper side power supply and wafer grounding
A typical etcher, such as a 90 etcher, achieves a poly: oxide selectivity of 100: 1 or greater using a low power (100 watt) Cl 2 / He plasma. In this case, a severe undercut, that is, a notch is generated from the side wall of the polysilicon. On the other hand, according to the helium rich (more than 50%) and high power (more than 200 watts) process,
Vertical sidewalls can be obtained at the expense of selectivity (less than 30%), but with the associated tendency to damage the gate oxide. Side etch occurs during overetch, not during polysilicon removal. Therefore, the amount of overetch should be limited.

【0006】適用されるエッチングの種類を問わず、被
覆材料(“フィルム”、“薄膜”)が完全に除去(“ク
リヤー”)された時点を検出することは、広く大きな関
心事である。これは、一般には、分光学のような手段を
用いてプラズマ中に曝露された下側の材料の存在を検出
することによって達成される。
Regardless of the type of etching applied, detecting when the coating material ("film", "thin film") has been completely removed ("clear") is of wide and great interest. This is typically accomplished by detecting the presence of the underlying material exposed in the plasma using means such as spectroscopy.

【0007】また、必要な量−これはある場合には被覆
材料の全てより少ない量である−だけ材料が除去された
時点を知ること(検出できること)が有利となる。
It is also advantageous to know (being able to detect) when the material has been removed by the required amount-in some cases less than all of the coating material-.

【0008】米国特許第4,415,402号において
は、ドープされた二酸化ケイ素を、下側のサブストレー
ト上からプラズマエッチングにより完全に除去(クリヤ
ー)したことを検出するための方法が開示されている。
この米国特許では、エッチングされる材料が完全に除去
された時に、特定の波長もしくは特定の波長領域の強度
が変化することを利用して、終点を検出する技術を示し
ている。但しこの米国特許では、エッチングするべき薄
膜が、エッチングにより予め定めた所定の残留厚みとな
った時点を検出する技術は開示されていない。
US Pat. No. 4,415,402 discloses a method for detecting the complete removal of doped silicon dioxide from above an underlying substrate by plasma etching. There is.
This US patent shows a technique for detecting the end point by utilizing the fact that the intensity of a specific wavelength or a specific wavelength region changes when the material to be etched is completely removed. However, this U.S. patent does not disclose a technique for detecting when the thin film to be etched has a predetermined residual thickness due to etching.

【0009】米国特許第4,454,001号では、エ
ッチング速度を測定するための光干渉法を開示してい
る。この方法は、サブストレート内にエッチングされた
パターンが、入射光によって回折パターンを生じる現象
を用いたものである。この方法では、サブストレートの
エッチングされた領域に光のビームが入射される。その
領域から反射された光は回折パターンを形成し、その回
折強度が検出され、それがエッチングプロセス中の時間
の関数として記録される。サブストレートのエッチング
速度は、記録された強度/時間曲線における、振動の周
期に反比例する。
US Pat. No. 4,454,001 discloses optical interferometry for measuring etch rate. This method uses a phenomenon in which a pattern etched in a substrate produces a diffraction pattern by incident light. In this method, a beam of light is incident on the etched area of the substrate. The light reflected from that area forms a diffraction pattern whose diffraction intensity is detected and recorded as a function of time during the etching process. The substrate etch rate is inversely proportional to the period of oscillation in the recorded intensity / time curve.

【0010】米国特許第4,680,084号において
は、エッチングを監視しかつ厚みを測定するための光干
渉法が開示されている。この方法では、サブストレート
におけるエッチングが進行中の領域に光が投射される。
その反射光の強度を検出することによって、そのエッチ
ングが進行中の領域のエッチング深さが監視されるか、
またはその領域の厚みが測定される。
US Pat. No. 4,680,084 discloses optical interferometry for monitoring etching and measuring thickness. In this method, light is projected onto the area of the substrate where etching is in progress.
By detecting the intensity of the reflected light, the etching depth of the area where the etching is in progress is monitored,
Alternatively, the thickness of the area is measured.

【0011】米国特許第4,687,539号において
は、レーザエッチングプロセスにおける終点の検出およ
び制御が開示されている。この方法では、エキシマレー
ザがある領域上のクロムの連続する層を蒸発させ、クロ
ム塩化物反応生成物が、エッチングされる前記領域上に
生成される。エッチングされる前記領域上のゾーンにダ
イレーザが投射され、そのゾーンの銅塩化物が螢光を発
する。狭帯域光検出器によってその螢光が検出される。
US Pat. No. 4,687,539 discloses endpoint detection and control in a laser etching process. In this method, an excimer laser vaporizes a continuous layer of chromium over an area, and chromium chloride reaction products are produced on the area to be etched. A die laser is projected onto a zone above the area to be etched and the copper chloride in that zone fluoresces. The narrow band photodetector detects the fluorescence.

【0012】米国特許第4,717,446号において
は、エピタキシャル成長シリコンをエッチングする際の
終点検出が開示されている。この方法では、“加工中”
のウェハと並んで“モニター”用ウェハがエッチングさ
れる。モニター用ウェハは、酸化物層とその上に被覆さ
れたポリシリコン層とを有するシリコンサブストレート
からなる。レーザは、酸化物層での反射光を測定するこ
とによってモニター用ウェハのエッチング速度を測定す
るために用いられる。
US Pat. No. 4,717,446 discloses end point detection in etching epitaxially grown silicon. In this way, "in process"
The "monitor" wafer is etched side by side with the above wafer. The monitor wafer consists of a silicon substrate having an oxide layer and a polysilicon layer coated thereon. The laser is used to measure the etch rate of the monitor wafer by measuring the reflected light at the oxide layer.

【0013】米国特許第4,936,937号において
は、プラズマ処理における終点検出の方法が開示されて
いる。
US Pat. No. 4,936,937 discloses a method for endpoint detection in plasma processing.

【0014】米国特許第5,023,188号において
は、光干渉法が開示されており、これによれば、ウェハ
ー表面にコヒーレントな光を照射することによって、エ
ッチング溝深さが検出される。
In US Pat. No. 5,023,188, an optical interferometry method is disclosed, in which the etching groove depth is detected by irradiating a wafer surface with coherent light.

【0015】米国特許第4,846,928号、第4,
847,792号、および第4,861,419号にお
いては、異常を検出するために、参照トレースを用いた
従来の手段により得られた終点トレースの比較を行なう
方法が共通して開示されている。参照は、終点曲線(す
なわち終点前と、終点、過剰エッチの期間にわたる曲
線)の領域を決定し、その領域内での曲線の勾配を知る
ために用いられる。
US Pat. Nos. 4,846,928, 4,
Nos. 847,792 and 4,861,419 commonly disclose a method for comparing endpoint traces obtained by conventional means with reference traces to detect anomalies. .. The reference is used to determine the area of the endpoint curve (ie, the curve before the endpoint and the endpoint, over the duration of the overetch) and to know the slope of the curve within that area.

【0016】以上述べたような従来技術からは、一般的
に次のように言える。すなわち;1)プラズマエッチン
グプロセスの監視を行なうために種々の技術、装置が知
られている; 2)監視のために別の照射光(例えばレ
ーザ)が用いられる; 3)エッチングの特徴付けおよ
び/または監視のために、テスト用(モニター用)ウェ
ハを用いる場合がある; 4)終点検出は、基本的に
は、エッチングされつつある薄膜(層)の除去を監視す
ることによって行なっている。
From the above-mentioned conventional techniques, it can be generally said as follows. That is; 1) various techniques and devices are known for performing monitoring of the plasma etching process; 2) another irradiation light (eg a laser) is used for monitoring; 3) etching characterization and / or Alternatively, a test (monitor) wafer may be used for monitoring; 4) Endpoint detection is basically performed by monitoring removal of a thin film (layer) being etched.

【0017】エッチングプロセス自体を考慮すれば、種
々のエッチング“手法(recipes)”が用いられ
る。例えば、流速や圧力、電極間隔、ガスの種類は、所
要の選択比、エッチング速度、および均一性を与えるべ
く、エッチングされる材料に応じて変えることができ
る。
Considering the etching process itself, various etching "recipes" are used. For example, the flow rate, pressure, electrode spacing, gas type can be varied depending on the material being etched to provide the required selectivity, etching rate, and uniformity.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】したがってこの発明の
一つの目的は、標準的な終点検出装置を用いて、リアル
タイムで厚みを測定するための技術を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, one object of the present invention is to provide a technique for measuring thickness in real time using a standard end point detection device.

【0019】この発明の他の目的は、能動的な照射源
(例えば別のレーザ光)を用いることなく、受動的な監
視装置を用いて、プラズマエッチングにおける光干渉効
果を観測するための技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique for observing an optical interference effect in plasma etching by using a passive monitoring device without using an active irradiation source (for example, another laser beam). To provide.

【0020】この発明のさらに他の目的は、エッチング
プロセス中において薄膜がある残留厚みまでエッチング
された段階で、相対的にエッチング速度が高速でかつ選
択比の低いエッチングプロセスから、より選択比の高い
エッチングプロセスへ切換える技術を提供することにあ
る。
Still another object of the present invention is to obtain a higher selection ratio from an etching process having a relatively high etching rate and a low selection ratio when the thin film is etched to a certain residual thickness during the etching process. It is to provide a technique for switching to an etching process.

【0021】さらにこの発明の他の目的は、加工中のウ
ェハについて(すなわちモニター用のウェハを用いるこ
となく)、エッチング速度の均一性、平均エッチング速
度、および選択比を決定する技術を提供することにあ
る。
Yet another object of the present invention is to provide a technique for determining etch rate uniformity, average etch rate, and selectivity for a wafer being processed (ie, without a monitor wafer). It is in.

【0022】この発明のさらに他の目的は、自己目盛付
けされるエッチングパラメータを特徴付ける技術を提供
することにある。
Yet another object of the present invention is to provide a technique for characterizing etching parameters that are self-scaled.

【0023】さらにこの発明の他の目的は、テスト用
(モニター用)のウェハを必要とせず、すなわちオフラ
インタイプの厚み測定を必要とせずに、インラインタイ
プのエッチング装置を構成する技術を提供することにあ
る。
Still another object of the present invention is to provide a technique for constructing an in-line type etching apparatus without using a test (monitor) wafer, that is, an offline type thickness measurement. It is in.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】この発明では、前述の課
題を解決するため、基本的には、プラズマエッチング中
にウェハ製品上の薄膜の除去を監視するための方法であ
って:選定されたある波長におけるプラズマ放射光強度
を監視することと;プラズマ放射光強度の変化を、残留
薄膜厚みに関連付けること;とからなることを特徴とし
ている。
SUMMARY OF THE INVENTION To solve the above problems, the present invention is basically a method for monitoring thin film removal on a wafer product during plasma etching: Monitoring plasma radiant light intensity at a wavelength; correlating changes in plasma radiant light intensity with residual thin film thickness.

【0025】[0025]

【作用】この発明によれば、エッチング中に特定の波長
においてプラズマからの放射光強度が監視され、そのプ
ラズマ放射光強度が、エッチングされつつある薄膜の残
留厚みに関連付けられる。この手法により、サブストレ
ートに残る薄膜の厚みがある厚みになった時点を検出す
ることができる。
In accordance with the present invention, the intensity of the emitted light from the plasma at a particular wavelength is monitored during etching and the plasma emitted light intensity is related to the residual thickness of the thin film being etched. With this method, it is possible to detect when the thickness of the thin film remaining on the substrate reaches a certain thickness.

【0026】この発明の一つの態様によれば、残留薄膜
厚みがある厚みとなった時点を知ることによって、全体
的なエッチングプロセスをエッチング中に目盛付けする
ことができる。このようにして、エッチング速度および
残留厚みを知ることにより、エッチングの終点を高精度
で予知することができ、また過剰エッチング(オーバー
エッチング)を注意深く制御することができる。
According to one aspect of the invention, the overall etching process can be scaled during etching by knowing when the residual thin film thickness reaches a certain thickness. In this way, by knowing the etching rate and the residual thickness, the end point of etching can be predicted with high accuracy, and over-etching (over-etching) can be carefully controlled.

【0027】この発明の他の態様においては、薄膜のエ
ッチングを、初期には高エッチング速度、低選択比のエ
ッチング手法によって行ない、ある残留厚みとなったこ
とが検出された時点で、エッチング手法を、低エッチン
グ速度、高選択比のエッチング手法に切換えて、過剰エ
ッチング、アンダーカットおよび下側のサブストレート
に与える損傷を、より注意深く制御することができる。
In another aspect of the present invention, the thin film is etched by an etching method with a high etching rate and a low selection ratio at an initial stage, and when it is detected that a certain residual thickness is reached, the etching method is performed. A low etching rate, high selectivity etch technique can be switched to more carefully control overetching, undercutting and damage to the underlying substrate.

【0028】この発明では、プラズマそれ自体を、光源
として、しかも厚み情報の伝達手段として用いることに
よって、別の付加的な能動的照射源の使用を回避するこ
とができる。これは、下側の材料が除去される前にエッ
チングを停止させなければならない場合に極めて有用で
ある。またこの技術は、プラズマデポジションプロセス
の監視(すなわちプラズマエッチングの監視ではなく)
についても有用である。
In the present invention, by using the plasma itself as the light source and as the means for transmitting the thickness information, it is possible to avoid the use of another additional active irradiation source. This is extremely useful if the etching has to be stopped before the underlying material is removed. This technique also monitors the plasma deposition process (ie not plasma etching).
Is also useful.

【0029】さらにこの発明によれば、プラズマ放射光
強度を監視することによって、エッチング速度、均一性
および選択比を決定するためのインライン方式のプロセ
スを容易化することができる。
Further, according to the present invention, the in-line process for determining the etching rate, the uniformity and the selection ratio can be facilitated by monitoring the intensity of the plasma emitted light.

【0030】その他のこの発明の目的は、態様、利点
は、以下の記述から明らかとなるであろう。
Other objects, aspects, and advantages of the present invention will be apparent from the following description.

【0031】[0031]

【実施例】この発明は、プラズマエッチングの監視につ
いてのものであって、装置自体は良く知られているもの
であるから、以下の説明は個々の装置よりも、主として
監視技術自体について行なうこととする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to monitoring of plasma etching, and the apparatus itself is well known. Therefore, the following description will be made mainly on the monitoring technology itself rather than individual apparatuses. To do.

【0032】[プラズマエッチングの終点監視における
光干渉]反射分光法(光干渉法)を用いた従来の方法に
おいては、薄膜もしくは薄膜積層体の厚みは、参照サブ
ストレートの反射量と比較した薄膜の相対的な反射量を
測定することによって決定される。その参照サブストレ
ートとしては、通常はシリコンやアルミニウムの如く、
全反射される材料が用いられる。入射光に対する多重反
射光が一体となって、薄膜厚みに依存する反射率を生じ
る。干渉パターンは、波長によっても変化する。種々の
薄膜厚さ測定器がこの効果を用いている。
[Optical Interference in Monitoring End Point of Plasma Etching] In the conventional method using the reflection spectroscopy (optical interferometry), the thickness of the thin film or the thin film laminated body is determined by comparing the thickness of the thin film or the thin film laminate with that of the reference substrate. It is determined by measuring the relative amount of reflection. The reference substrate is usually silicon or aluminum,
A material that is totally reflected is used. The multiple reflected lights with respect to the incident light are combined to generate a reflectance that depends on the thin film thickness. The interference pattern also changes with wavelength. Various thin film thickness gauges use this effect.

【0033】図1には、反射可能なサブストレート上の
透明な薄膜内での多重反射の結果生じる干渉のメカニズ
ムを示している。入射光102は、薄膜104内で屈折
して、下側のサブストレート106の表面で反射する。
光線108は、サブストレートによって1回反射して薄
膜から射出された光を示している。1回反射した光の一
部は、薄膜の上側の面で内側へ反射されてサブストレー
トの側へ戻る。光線110は、反射可能なサブストレー
トによって2回反射されて薄膜から射出された光を示
す。
FIG. 1 illustrates the mechanism of interference resulting from multiple reflections within a transparent thin film on a reflective substrate. Incident light 102 is refracted in the thin film 104 and reflected on the surface of the lower substrate 106.
Ray 108 represents the light emitted from the thin film after being reflected once by the substrate. A part of the light reflected once is reflected inward by the upper surface of the thin film and returns to the substrate side. Ray 110 represents the light emitted from the thin film after being reflected twice by the reflective substrate.

【0034】図2には、シリコンサブストレート上の酸
化物薄膜について、酸化物薄膜の厚みがエッチングによ
り減少する際の測定結果を示し、酸化物薄膜の反射量の
相対比率(%)(縦軸)が、酸化物薄膜厚み(残留厚
み)に対する関数としてどのように変化するかを表わし
ている。測定は、ワイルドライツ(Wild Leit
z)LTS−M/SP測定装置を用いて、波長436ナ
ノメータ(nm)で行なった。データプロットにおいて、
100%反射量は、被覆されていない理論上のシリコン
ウェハ(参照シリコン)の反射量に相当する。図2に示
されるデータ曲線の周期的な変化は、“相殺的光干渉”
に起因するものである。
FIG. 2 shows the measurement results of the oxide thin film on the silicon substrate when the thickness of the oxide thin film is reduced by etching, and the relative ratio (%) of the reflection amount of the oxide thin film (vertical axis). ) Represents the change as a function of the oxide thin film thickness (residual thickness). The measurement is Wild Leit
z) The measurement was carried out at a wavelength of 436 nanometers (nm) using an LTS-M / SP measuring device. In the data plot,
The 100% reflection corresponds to the reflection of an uncoated theoretical silicon wafer (reference silicon). The periodic change in the data curve shown in FIG.
It is due to.

【0035】図3は、シリコン上の酸化物のエッチング
(図2参照)についてのものであり、エッチング時間に
対する関数として、現実のプラズマ放射光強度(四角
印)302および理論上の%反射率(黒点)304を示
している。プラズマ放射光強度は、縦軸上に“計数値”
として示されている。この図3に示されるデータは、酸
化物エッチング手法により、レインボウ(Rainbo
w)4500エッチング機によってブランケットプラズ
マLTO(低温酸化物被覆)をエッチングする間に得ら
れたものである。バックチャンバーのウィンドウの背後
に436±5nmのフィルタを配置した。
FIG. 3 is for etching oxide on silicon (see FIG. 2), where the actual plasma radiant light intensity (squares) 302 and the theoretical% reflectance (as a function of etching time) ( Black dots) 304 are shown. Plasma radiant light intensity is indicated on the vertical axis by "count value"
As shown. The data shown in this FIG.
w) Obtained while etching blanket plasma LTO (low temperature oxide coating) on a 4500 etcher. A 436 ± 5 nm filter was placed behind the window of the back chamber.

【0036】図3に示されるように、プラズマ放射光強
度のトレース(軌跡:四角印302)は、エッチング時
間が24秒経過時において、計数値約400だけ急激に
沈降している。酸化物は、当初は2500オングストロ
ームの厚みで、均一(±2%未満)であり、このパター
ンはウェハごとに再現性がある。現実のエッチング終点
は40秒経過時に生じ、このとき酸化物が除去されて下
側のシリコンがあらわれ、計数値が200だけ降下して
いる。
As shown in FIG. 3, the trace of the plasma emission light intensity (trajectory: square mark 302) is rapidly settled by a count value of about 400 when the etching time is 24 seconds. The oxide is initially 2500 Angstroms thick and uniform (less than ± 2%), and this pattern is reproducible from wafer to wafer. The actual etching end point occurs after 40 seconds, at which time the oxide is removed and the lower silicon appears, and the count value drops by 200.

【0037】このようなパターンの形状は、図2に示す
光干渉によるパターンに類似しており、これは、プラズ
マからの光の相当量をウェハの酸化物が吸収しているこ
とに起因するものと考えられる。
The shape of such a pattern is similar to the pattern due to optical interference shown in FIG. 2, which is due to the fact that the oxide of the wafer absorbs a considerable amount of light from the plasma. it is conceivable that.

【0038】再び図2に戻れば、最大の吸収は、酸化物
薄膜厚み800オングストロームにおいて“204”と
付した時点で生じている。厚みのスケール(図2におけ
る横軸)は、エッチングに伴なって変化する酸化物厚み
として、エッチング時間のスケール(図3における横
軸)に変換される。
Returning to FIG. 2 again, the maximum absorption occurs at the time when "204" is added at the oxide thin film thickness of 800 Å. The thickness scale (horizontal axis in FIG. 2) is converted into the etching time scale (horizontal axis in FIG. 3) as the oxide thickness that changes with etching.

【0039】図4には、エッチング時間と残留薄膜厚み
との関係を示す。図4に示されるように、エッチング速
度は時間に対して直線的である。この関数と、図2のデ
ータとを用いれば、理論上の相対的な反射率%を、図3
上においてプラズマ放射光強度曲線(302)に重ねて
(黒点304)としてプロットすることができる。絶対
値自体は比較できないが、最大吸収点の相対的な位置は
良くマッチしている(すなわち、プラズマ放射光強度曲
線302についての24秒と、理論上の曲線304につ
いての27秒;図4における点404参照)。互いのず
れは、反射率、エッチング速度の変化、測定誤差につい
ての仮定の不足によるものであろう。
FIG. 4 shows the relationship between the etching time and the residual thin film thickness. As shown in FIG. 4, the etching rate is linear with time. Using this function and the data in FIG. 2, the theoretical relative reflectance% can be calculated as shown in FIG.
It can be plotted as (black dot 304) overlaid on the plasma emitted light intensity curve (302). Although the absolute values themselves are not comparable, the relative positions of the maximum absorption points are well matched (ie, 24 seconds for the plasma emission intensity curve 302 and 27 seconds for the theoretical curve 304; in FIG. 4). See point 404). The deviations from each other may be due to lack of assumptions about reflectance, etch rate changes, and measurement error.

【0040】干渉効果は、ここで用いられているような
シリコン上のブランケット酸化物の場合のように、広い
平坦な領域を覆う極めて均一な酸化物を用いかつ均一な
エッチング速度を適用することによって、より顕著にあ
らわれるようになる。一方、比較可能な平均厚さを有す
る、パターン化された不均一な酸化物をエッチングする
場合には、干渉効果の程度は減少すること(図5の50
4参照)が確認されている。
The interference effect is due to the use of a very uniform oxide over a large planar area and applying a uniform etch rate, as is the case for blanket oxide on silicon as used herein. , Will appear more prominently. On the other hand, the degree of interference effects is reduced when etching patterned non-uniform oxides with comparable average thickness (50 in FIG. 5).
4) has been confirmed.

【0041】図5には、レインボウエッチング装置を用
いて代表的な酸化物エッチング手法によりエッチングし
た場合の、均一なブランケット酸化物からのプラズマ放
射光強度(黒点504)と、パターン化された不均一な
酸化物からのプラズマ放射光強度(ダイヤモンド形の黒
点502)とを波長436nmで示す。
FIG. 5 shows a uniform plasma radiant light intensity (black dots 504) from a blanket oxide and a patterned non-uniformity when etching is performed by a typical oxide etching method using a rainbow etching apparatus. The radiant intensity of plasma emitted from various oxides (diamond-shaped black dots 502) is shown at a wavelength of 436 nm.

【0042】これらの観察結果は、プラズマ放射を収集
する装置がウェハの直上を直接見ることができず、また
プラズマの輪郭を取囲むフォーカスリングによっていく
らか隠れてしまうため、予想されなかったことである。
水晶窓は、光がそのリングを通過することを許容する。
これは、酸化物が、その波長におけるプラズマからの放
射光のある程度の量を吸収することを意味する。
These observations were unexpected because the apparatus for collecting plasma radiation could not see directly above the wafer and was somewhat obscured by the focus ring surrounding the plasma contour. ..
The crystal window allows light to pass through the ring.
This means that the oxide absorbs some amount of the emitted light from the plasma at that wavelength.

【0043】既に述べたように、酸化物のエッチング中
に、例えば436nm±5nmにおいてプラズマおよびウェ
ハからの放射光強度を単純に監視するだけで、終点トレ
ースの挙動を観測することができる。この挙動は、(例
えば、薄膜の厚みを測定するためのワイルドライツ装置
の動作基本である)反射分光光度計を使用することによ
って得られる。光干渉効果に起因する放射光強度は、ワ
イルドライツ薄膜測定装置によって得られる理論上の反
射量値に良く相関する。この効果は、下側の材料上の被
覆が消失するより前にエッチングを停止(終点)させ、
より選択比が高くサブストレートの損傷の少ないエッチ
ングプロセス(エッチング手法)に切換えるために利用
することができる。
As already mentioned, the behavior of the end-point traces can be observed during the etching of the oxide, by simply monitoring the emitted light intensity from the plasma and the wafer, for example at 436 nm ± 5 nm. This behavior is obtained by using a reflectance spectrophotometer (for example, the basis of operation of the Wildlights device for measuring thin film thickness). The intensity of emitted light due to the optical interference effect correlates well with the theoretical reflection amount value obtained by the Wild Lights thin film measuring device. This effect stops the etch (end point) before the coating on the underlying material disappears,
It can be used to switch to an etching process (etching method) having a higher selection ratio and less damage to the substrate.

【0044】極めて一般的に言えば、プラズマエッチン
グ中にリアルタイムで膜厚を測定すること自体は新規で
はないが、従来は、複雑な光学装置を必要とし、かつ通
常は付加的な別の照射源(例えばレーザ光)を必要とし
ていた。この発明によれば、プラズマ−ウェハのコンビ
ネーション自体の放射光強度を監視することによって、
別の装置を必要とすることなく、エッチングプロセスに
ついて有用な情報を得ることができる。
Very generally speaking, real-time film thickness measurement during plasma etching is not new per se, but has hitherto required complicated optics, and usually additional additional irradiation sources. (For example, laser light) was required. According to the invention, by monitoring the emitted light intensity of the plasma-wafer combination itself,
Useful information about the etching process can be obtained without the need for separate equipment.

【0045】このように、この発明によれば、終点トレ
ースは、エッチングされる薄膜によって吸収されるプラ
ズマ放射光によって引起される光干渉効果を明らかにし
ている。吸収の最小点は、ある所定の残留厚みの検出に
対応し、したがってこれは下側の材料上の被覆薄膜が消
失する前(すなわち“除去”される前)にエッチングを
停止させるために用いることができる。このことから、
完全に除去される前の所定の厚みにおいて、エッチング
手法を、より選択比が高くかつダメージの少ないプロセ
スに切換えることが可能になる。またその方法は、薄膜
およびエッチング速度が極めて均一でかつ大面積の領域
(パターン付けされていないウェハ)であるほど、良好
に機能する。
Thus, according to the present invention, the end point trace reveals the optical interference effect caused by the plasma radiation absorbed by the thin film being etched. The minimum point of absorption corresponds to the detection of a certain residual thickness, which should therefore be used to stop the etching before the coating film on the underlying material disappears (ie before it is "removed"). You can From this,
It becomes possible to switch the etching method to a process having a higher selection ratio and less damage at a predetermined thickness before being completely removed. Also, the method works better with thin films and regions with very uniform etch rates and large areas (unpatterned wafers).

【0046】この“受動的”な方法は、我々のプラズマ
エッチング装置に見られるような標準的な終点装置(フ
ィルタ、モノクロメータ、ダイオードアレイ)以外に
は、特別なハードウェアを必要としない。各応用におい
ては、それぞれ個別にまた注意深く波長を選択する必要
があるであろう。励起されたガス生成物からの強い放射
に対応する波長は、干渉効果を隠してしまうから、避け
るべきである。
This "passive" method requires no special hardware other than the standard endpoint devices (filters, monochromators, diode arrays) found in our plasma etching systems. In each application, it will be necessary to carefully and carefully select the wavelength. Wavelengths corresponding to strong emission from excited gas products should be avoided as they mask the interference effects.

【0047】その効果は、シリコン上の酸化物をエッチ
ングしている間に観察される。その他の応用については
現在研究中である。例えば、プラズマデポジションの間
における厚みの測定にも適用することができる。
The effect is observed while etching the oxide on silicon. Other applications are currently under study. For example, it can be applied to the measurement of thickness during plasma deposition.

【0048】既に述べたような結果は、シリコン上の酸
化物のエッチング中に得られかつ実証されているが、こ
の発明に最も近い技術分野の当業者であれば、他の材料
のプラズマエッチングの制御に関しても同様な結果が得
られる筈であることを評価できるであろう。さらに以上
の議論は基本的にはプラズマエッチングに関して行なっ
ているが、同様な結果がプラズマデポジションプロセス
に関しても得られることが評価できるであろう。
Results such as those already mentioned have been obtained and demonstrated during the etching of oxides on silicon, but those skilled in the art closest to this invention will be familiar with plasma etching of other materials. It can be appreciated that similar results should be obtained for control. Furthermore, although the above discussion basically relates to plasma etching, it can be appreciated that similar results can be obtained for the plasma deposition process.

【0049】[放射光分光の応用] [エッチングプロセスの特徴]ドライエッチングプロセ
スは、予め定めた仕様(作業範囲)に対して、作業が適
合しているかどうか評価するために、系統的に特徴付け
られなければならない。実行されている作業が、予め定
められた作業範囲を外れたときには、装置の調整もしく
は修理を行なわなければならない。
[Application of Synchrotron Radiation Spectroscopy] [Characteristics of Etching Process] The dry etching process is systematically characterized in order to evaluate whether or not the work conforms to a predetermined specification (work range). Have to be done. If the work being performed deviates from the predetermined work range, the device must be adjusted or repaired.

【0050】プロセスに関係する問題の解決およびプロ
セスの特徴付けは、種々の公知の技術のうち例えば試験
設計手法(DOE)、応答表面手法(RSM)あるいは
タグチ手法などのような統計的な手法を用いることによ
って解決される。
Solving process-related problems and characterizing processes involves statistical techniques such as test design techniques (DOE), response surface techniques (RSM) or Taguchi techniques among various known techniques. Solved by using.

【0051】プロセスが仕様の範囲内で進行しているか
否かは、典型的には、より少ない消費時間でより多数の
検査項目がもたらされるか否かによって決定され、これ
は“プロセス適性評価”と称されることがある。適性評
価は、欠陥を検出(警告)するには完全に充分ではある
が製造遅れを減少させるように、高速であるべきであ
る。
Whether or not the process is proceeding within specifications is typically determined by whether or not more inspection items are produced in less time, which is a "process suitability assessment". Sometimes called. Qualification should be fast enough to reduce manufacturing delays, although fully sufficient to detect (warn) defects.

【0052】エッチングにおける適性評価は、従来の手
法では、典型的には、テスト用(非加工、非製造物)の
ウェハについて行なわれ、エッチング速度、エッチング
均一性およびある場合には選択比あるいは線幅の測定に
ついて評価される。均一性および選択比は、エッチング
の前および後の薄膜厚み測定のための光干渉計(回折分
光計)もしくはエリプソメータを用いて、ウェハを横切
っての種々の位置で測定したエッチング速度から決定さ
れる。テスト用ウェハは部分的にエッチングされなけれ
ばならないから、実際の製造工程中のウェハについて
は、完成までに再エッチングすることは品質上の観点か
ら望ましくないため、前述のような適性評価に用いるこ
とは好ましくない。
Suitability in etching is typically done by conventional techniques on test (non-machined, non-manufactured) wafers, etching rate, etch uniformity and, in some cases, selectivity or linearity. Evaluated for width measurements. Uniformity and selectivity are determined from etch rates measured at various locations across the wafer using an optical interferometer (diffraction spectrometer) or ellipsometer for thin film thickness measurements before and after etching. .. Since the test wafer must be partially etched, it is not desirable to re-etch the wafer in the actual manufacturing process until it is completed from the viewpoint of quality. Therefore, use it for the aptitude evaluation as described above. Is not preferable.

【0053】図6および図7には、二種の適性評価のシ
ステムの概要を示す。図6には、エッチングプロセスに
ついてのオフラインでの適性評価を含む各ステップのフ
ローチャートを示す。図7は、エッチングプロセスにつ
いてのリアルタイムでかつインラインでの適性評価を含
む各ステップのフローチャートを示す。後者は、時間の
節約とテストウェハに要する費用の削減とを図るべく、
ウェハレべルで制御するものである。
FIG. 6 and FIG. 7 show an outline of two types of aptitude evaluation systems. FIG. 6 shows a flow chart of the steps including off-line qualification of the etching process. FIG. 7 shows a flowchart of steps including real-time and in-line qualification of the etching process. The latter aims to save time and reduce test wafer costs.
It is controlled by the wafer level.

【0054】前述のようなオフラインでの試験用ウェハ
を用いての方法のほか、光学的放射の手段を用いてエッ
チングの均一性を分析しかつ終点トレースを行なうため
の技術として、もう一つの技術が存在する。これは、
「プラズマエッチング放射終点についてのモンテカルロ
シミュレーション」(イー.ジェイ.パウォレック、エ
マージングセミコンダクタテクノロジイ、ASTM S
TP 960、ディー.シー.グプタおよびピー.エイ
チ.ランガー編集、米国試験・材料協会、1986年発
行)を参照されたい。
In addition to the off-line test wafer method described above, another technique for analyzing etch uniformity and endpoint tracing using optical radiation means. Exists. this is,
"Monte Carlo Simulation of Plasma Etching Radiation Endpoint" (E. J. Pawlek, Emerging Semiconductor Technology, ASTM S)
TP 960, Dee. C. Gupta and Pea. H. See Langer Editor, American Society for Testing and Materials, 1986).

【0055】プラズマ放射自体は、従来からエッチング
終点の目的のために使用される。例えば、最上層のエッ
チングが完遂された時点で、下側の材料が露出して、あ
る波長における放射強度が変化する。そのような単一の
信号の変化は、エッチングを停止させて下側の材料を守
るための手段として用いられる。これは米国特許第4,
312,732号に示されている。
Plasma radiation itself is traditionally used for etching endpoint purposes. For example, when the etching of the uppermost layer is completed, the lower material is exposed, and the radiation intensity at a certain wavelength changes. Such a single signal change is used as a means to stop the etch and protect the underlying material. This is US Pat.
No. 312,732.

【0056】この発明の技術によれば、実際の製造作業
を停止させなければならないような、オフラインでの測
定を不要とし、あるいは必要なデータを得るためのオフ
ラインでの適性評価時間を減少することにあって、適性
評価時間およびコストを少なくすることができる。
According to the technique of the present invention, it is possible to eliminate the need for off-line measurement, which requires stopping the actual manufacturing work, or to reduce the off-line aptitude evaluation time for obtaining necessary data. Therefore, the suitability evaluation time and cost can be reduced.

【0057】その結果、エッチング中においてプラズマ
からの光学的放射信号を分析することに基づく方法が開
発された。付加的な厚み測定は依然として必要である
が、これは通常の典型的な製造プロセスの一部となって
いる(例えば、エッチング前の薄膜厚み、エッチング後
の下側の薄膜の厚みの測定など)。
As a result, a method was developed based on analyzing the optical emission signal from the plasma during etching. Additional thickness measurements are still needed, but they are part of a typical manufacturing process (eg, pre-etch film thickness, post-etch bottom film thickness, etc.). ..

【0058】一般には、薄膜の不均一性およびエッチン
グの不均一性の点から、エッチングは、完全な除去が確
実となるように、終点を越えて実施(過剰エッチング)
される。長い過剰エッチングが必要とされる場合には、
下側の材料を守るため(例えば薄いゲート酸化物を守る
ため)に、上側の薄膜材料:下側の材料についてのエッ
チングの選択比が高くなければならない。
In general, in view of the non-uniformity of the thin film and the non-uniformity of the etching, the etching is carried out beyond the end point (excessive etching) to ensure complete removal.
To be done. If a long overetch is needed,
In order to protect the underlying material (eg, to protect the thin gate oxide), the etch selectivity ratio for the top thin film material: bottom material must be high.

【0059】したがって、過剰エッチングを少なくする
ためには、下側の材料を守るために高い選択比とすると
同時に、薄膜の均一性およびエッチングの均一性を高く
しておくことが重要である。エッチング速度自体は処理
効率に影響を与える。
Therefore, in order to reduce excessive etching, it is important to have a high selection ratio in order to protect the material on the lower side, and at the same time, to improve the uniformity of the thin film and the uniformity of etching. The etching rate itself affects the processing efficiency.

【0060】前述の“モンテカルロシミュレーション”
についての先行技術でも述べられているように、モンテ
カルロ手法は、ウェハの薄膜がクリヤーされた(終点)
時点での放射光強度をシミュレートするために用いられ
ている。いくつかの仮定が立てられているが、それらの
うちの一つ(No.4)は、この発明とは次の点で顕著
に異なる。すなわち、先行技術の場合、生成種(pro
duct species)が、露出される(下側の)
フィルム領域に直線的に比例するものと仮定されている
のに対し、この発明の場合、その生成種の濃度が、露出
される領域に比例するだけでなく、エッチング速度にも
関係するとしていることである。加うるに、先行技術で
は、瞬間的なエッチング速度についてのランダムガウス
分散を仮定しているのに対し、一般には、エッチング速
度はウェハ内での位置(例えば中心から端部)について
の再現性のある関数である。結局、先行技術の場合は、
あるエッチング条件下での終点における放射光強度を再
現することを狙ったものである。これに対しこの発明で
は、ある条件下での放射光曲線の分析からエッチング状
況を導き出していることを強調したい。
The above-mentioned “Monte Carlo simulation”
As described in the prior art regarding the Monte Carlo method, the thin film of the wafer was cleared (end point).
It is used to simulate the intensity of emitted light at a time point. Although some assumptions have been made, one of them (No. 4) is significantly different from the present invention in the following points. That is, in the case of the prior art, the product species (pro
exposed (lower side)
While it is assumed to be linearly proportional to the film area, the present invention states that the concentration of the product species is not only proportional to the exposed area but also relates to the etching rate. Is. In addition, the prior art assumes a random Gaussian dispersion for the instantaneous etch rate, whereas the etch rate is generally not reproducible for position within the wafer (eg, center to edge). It is a function. After all, in the case of the prior art,
The aim is to reproduce the radiant light intensity at the end point under a certain etching condition. On the other hand, in the present invention, it should be emphasized that the etching situation is derived from the analysis of the synchrotron radiation curve under certain conditions.

【0061】なおここで、以下の説明および図面にあら
われている各記号は、次のような意味で使用するものと
する。 I プラズマ放射光強度 S 監視された信号 t 時間 [X′] 励起状態における種Xの濃度 [X] 非励起状態における種Xの濃度 A エッチングマスクを含まない、全露出領域 a 薄膜除去された領域;過剰エッチに付される
ことになる E 薄膜がエッチングされる際の、ウェハ全体に
ついて平均化した平均エッチング速度 E′ 下側の材料がエッチングされる際の、ウェハ
全体について平均化した平均エッチング速度 Σy 種Yの総量 ky 種Yに関する2次反応速度 [Y] 種Yの濃度 ke 電子衝突解離速度 kp 供給速度 c,b,k,β,α,B 定数 S0 終点前における監視信号の強度 S 完全に除去した後の監視信号の強度 t1 ウェハの薄膜除去開始時刻 t2 ウェハの薄膜エッチングが完了した時刻 H 初期平均薄膜厚み Un 初期薄膜均一度 u エッチング速度Eの均一度 EO ウェハの中心におけるエッチング速度 ER ウェハの端部におけるエッチング速度 r 放射方向(半径方向)の位置 R ウェハの半径 Δt 微小時間増加分 Δr 微小半径増加分 δ 変数 T 終点に至るまでの時間 TE 過剰エッチングを含む全エッチング時間 d0 初期の下側層の厚み dm エッチング後の下側の層の最小厚み da エッチング後の下側の層の平均厚み Rm エッチング速度E,E′の間での最小選択比 R エッチング速度E,E′の間での平均選択比 i0 ,ie ,Se ,s0 適合パラメータ
The symbols used in the following description and drawings have the following meanings. I Plasma radiant light intensity S Monitored signal t Time [X '] Concentration of species X in excited state [X] Concentration of species X in non-excited state A All exposed regions without etching mask a Thin film removed region E will be subject to overetching E Average etching rate averaged over the wafer when the thin film is etched E ′ Average etching rate averaged over the wafer when the underlying material is etched sigma y species concentration of the total amount k y species Y about second-order rate [Y] type Y of Y k e electron impact dissociation rate k p feed rate c, b, k, β, α, B constant S 0 monitored before the end point signal strength S completely time H initial thin film etching is completed monitor signal intensity t 1 film removal start time t 2 wafers of the wafer after removal of the average film thickness U n initial film uniformity Uniformity E O radius Δt minute time increment Δr small radius increment δ variables T ending position R wafer etch rate r radial direction in the end portion of the etch rate E R wafer at the center of the wafer (radial direction) of the etch rate E Time until reaching T E Total etching time including excessive etching d 0 Initial lower layer thickness d m Minimum thickness of lower layer after etching d a Average thickness of lower layer after etching R m Etching Minimum selection ratio between rates E and E'R Average selection ratio between etching rates E and E'i 0 , i e , S e , s 0

【0062】この発明によれば、フィルタ、モノクロメ
ータ、もしくはダイオードアレイは、ある与えられた波
長もしくは波長領域におけるプラズマ放射を収集するた
め用いられる。放射光強度Iは、電気信号(電圧)に変
換され、デジタル化(計数値化)され、その最終的な信
号Sが監視される。
According to the invention, a filter, monochromator, or diode array is used to collect the plasma radiation at a given wavelength or wavelength range. The emitted light intensity I is converted into an electric signal (voltage), digitized (counted), and the final signal S is monitored.

【0063】この発明の技術では、次のような10項目
の仮定(番号1〜10)を立てている。
In the technique of the present invention, the following ten assumptions (numbers 1 to 10) are established.

【0064】仮定#1:この発明は、シングルウェハエ
ッチング装置に最も良く適用されるが、バッチシステム
にも有効である。最も最近のドライエッチング装置は、
シングルウェハプロセス用のものである。
Assumption # 1: The invention is best applied to single wafer etchers, but is also valid for batch systems. The most recent dry etching equipment is
For single wafer process.

【0065】仮定#2:放射光強度Iは、プラズマの全
体のうち特定の一部からのものではなく、プラズマ全体
からのものを表わしていると仮定している。シングルウ
ェハシステムでは、プラズマの体積は、通常は、その拡
散を、放射光のサンプリングのタイムスケール(例えば
サンプリング速度は30ミリ秒を越える)を越えて監視
された種(species)の濃度に強制的に平均化す
るに充分な程度に小さい。
Assumption # 2: It is assumed that the emitted light intensity I represents not the specific part of the whole plasma but the whole plasma. In a single wafer system, the volume of the plasma typically forces its diffusion to the concentration of species monitored over the timescale of sampling the emitted light (eg, sampling rate exceeds 30 msec). Small enough to average out to.

【0066】仮定#3:放射信号Sは、放射光強度Iに
比例すると仮定される。すなわち、tを時間とすれば、
S(t)§I(t)とする(ここで“§”は比例記号を
表わす;以下同じ)。検出装置は、充分な直線性(<±
5%)を有し、かつ飽和を避けるために適切な有効レン
ジを有することが必要である。
Assumption # 3: The radiation signal S is assumed to be proportional to the radiation intensity I. That is, if t is time,
S (t) §I (t) (where “§” represents a proportional symbol; the same applies hereinafter). The detector has sufficient linearity (<±
5%) and have an adequate effective range to avoid saturation.

【0067】仮定#4:監視される信号は、好ましく
は、エッチングによる生成種(例えば酸化物エッチング
における酸素)もしくは消費される種(例えばシリコン
エッチングにおけるフッ素)からの放射を表わすもので
なければならない。[X]をガス相における種の濃度を
あらわし、[X′]を励起状態における種の濃度をあら
わすとすれば、I(t)、[X′]、[X]は全て比例
するものと仮定される。すなわち、I(t)§[X′]
§[X]とする。このような仮定は、監視される種の電
子励起断面が安定である場合に実現されるであろう。監
視される種の励起エネルギにおける電子濃度が一定でな
ければ、電子エネルギ分布の変化を補償するために、光
量計を用いることができる。光量計は、「反応プラズマ
における光学的放射分光法:放射強度を反応粒子密度に
相関させるための方法」(ジェイ.ダブリュー.コバー
ン,エム.チェン,J.Appl.Phys.,51,
pp3134−3136,1980年6月)に記載され
ている。
Assumption # 4: The monitored signal should preferably be representative of radiation from species produced by etching (eg oxygen in an oxide etch) or consumed (eg fluorine in a silicon etch). .. Assuming that [X] represents the concentration of the species in the gas phase and [X '] represents the concentration of the species in the excited state, it is assumed that I (t), [X'], and [X] are all proportional. To be done. That is, I (t) § [X ′]
§ [X]. Such an assumption will be realized if the electronic excitation cross section of the monitored species is stable. If the electron concentration at the excitation energy of the species being monitored is not constant, a photometer can be used to compensate for changes in the electron energy distribution. Photometers are described in "Optical Emission Spectroscopy in Reactive Plasmas: A Method for Correlating Radiant Intensity with Reactive Particle Density" (J. W. Cobain, M. Chen, J. Appl. Phys., 51,
pp3134-3136, June 1980).

【0068】仮定#5:励起された種についてのロス
は、緩和によるもの以外は、無視できる仮定する。すな
わち、供給速度定数は、励起速度よりも格段に小さい。
以上のような仮定の下において、監視された種の濃度
[X]は、次のように書くことができる。
Assumption # 5: Losses on excited species are negligible except by relaxation. That is, the supply rate constant is much smaller than the excitation rate.
Under the above assumptions, the monitored species concentration [X] can be written as:

【数1】 [Equation 1]

【0069】ここで、“[X]”はプラズマの体積全体
について平均化された値であり、“c”および“b”は
定数であり、“A”は全露出領域であり、“a”は除去
された領域であり、“E”はウェハを横切って平均化さ
れた薄膜のエッチング速度であり、“E”は下側の材料
の平均エッチング速度である。そしてk=Σy
y [Y]−ke p は、、種Yについての濃度[Y]と
速度ky を伴なった、二次ガス相反応による種Xの生成
−損失バランスであり、電子衝突解離の速度ke および
供給速度kp を伴なっている。(ke は、分子種のみに
ついて生じることに留意されたい)。
Here, "[X]" is a value averaged over the entire volume of plasma, "c" and "b" are constants, "A" is the total exposed area, and "a". Is the area removed, "E" is the average film etch rate across the wafer, and "E" is the average etch rate of the underlying material. And k = Σ y k
y [Y] -k e k p is the production-loss balance of the species X due to the secondary gas phase reaction with the concentration [Y] for the species Y and the velocity k y , the rate of electron collision dissociation. with k e and feed rate k p . (Note that k e occurs for molecular species only).

【0070】仮定#6:kはプロセス全体を通じて一定
と仮定される。この仮定は、ウェハの薄膜除去が、Xが
分子である場合における断面での電子衝突解離および濃
度[Y]および速度ky に対して顕著な影響を与えない
場合に有効である。
Assumption # 6: k is assumed to be constant throughout the process. This assumption, thin removal of the wafer, is effective when X is not give a significant effect on the electron impact dissociation and concentration [Y] and rate k y in a cross section in the case of a molecule.

【0071】エッチング生成物を監視したときには、そ
の濃度はエッチング速度E,E′の関数でなければなら
ない。もし、その代りに消費物質が監視される場合に
は、同様な表現をすることができるが、その濃度は、−
[aE+(A−a)E′]に比例することになる。
When etching products are monitored, their concentration should be a function of the etching rates E, E '. If instead the consumable substance is monitored, the same expression can be made, but the concentration is −
It is proportional to [aE + (A−a) E ′].

【0072】加うるに、ウェハの薄膜が除去されたと
き、すなわちa=Aのときには、ある放射が存在するで
あろう。またウェハがないとき、あるいはエッチング速
度が零ではないマスクによってウェハがパターン付けさ
れているときには、バックグラウンド(背景)の放射が
存在するであろう。式1を用いれば、監視された信号
“S”は次の式2のように書くことができる。
In addition, there will be some radiation when the thin film on the wafer is removed, ie when a = A. Also, when there is no wafer, or when the wafer is patterned by a mask with a non-zero etch rate, there will be background radiation. Using Equation 1, the monitored signal "S" can be written as Equation 2 below.

【数2】 [Equation 2]

【0073】ここで、α=a/(1−k)およびβ=b
(1−k)は定数であり、“B”は、A=0でかつa=
0の場合についてのバックグラウンド信号である。その
パラメータ“B”は、ガス相反応についても計数する。
終点の前では、a=0であり、完全にエッチングされた
後には、a=Aである。S0 およびSを、 S0 =αAE+B S=βAE+B と定義し、時間についての導関数S(t)を考慮すれ
ば、我々は、
Where α = a / (1-k) and β = b
(1-k) is a constant, and “B” is A = 0 and a =
This is the background signal for the case of 0. The parameter "B" also counts for gas phase reactions.
Before the end point, a = 0, and after completely etched, a = A. Defining S 0 and S as S 0 = αAE + B S = βAE + B and considering the derivative S (t) with respect to time, we have

【数3】 を得ることができる。A,Bを勘定に入れれば、エッチ
ング速度は一定である。もしローディング効果が存在す
れば、エッチング速度は、除去される領域の関数とな
る。またエッチング速度は、エッチング条件がドリフト
する場合には関数となる。
[Equation 3] Can be obtained. If A and B are counted, the etching rate is constant. If there is a loading effect, the etch rate will be a function of the area removed. Further, the etching rate becomes a function when the etching conditions drift.

【0074】仮定#7:顕著なローディング効果がない
場合、エッチング速度は定数と仮定される。ローディン
グ効果は、出力を増大させまた反応器内でのガスの滞留
時間を減少させる(例えば高いガス流速とする)ことに
よって、小さくすることができる。
Assumption # 7: The etch rate is assumed to be constant if there is no significant loading effect. The loading effect can be reduced by increasing the power output and decreasing the residence time of the gas in the reactor (eg high gas flow rates).

【0075】#7の仮定のもとにおいて、式3は除去パ
ターンの時間に関する関数として、終点トレースの最も
一般的な形式を表わすことになる。
Under the assumption of # 7, Equation 3 will represent the most common form of endpoint trace as a function of the removal pattern over time.

【0076】図8は、露出された領域Aについての非直
線的な除去パターンを表わす二つのグラフであり、図9
は露出された領域Aについての直線的な除去パターンを
表わす二つのグラフである。t1 およびt2 が、それぞ
れウェハにおける除去開始時刻、エッチングによる完全
除去時刻を表わすとすれば、定義から、次の式4を得る
ことができる。
FIG. 8 is two graphs showing the non-linear removal pattern for the exposed area A, and FIG.
2A and 2B are two graphs showing a linear removal pattern for the exposed area A. If t 1 and t 2 represent the removal start time and the complete removal time by etching on the wafer, respectively, the following equation 4 can be obtained from the definition.

【数4】 [Equation 4]

【0077】“H”が、均一度Un をもってエッチング
されるべき薄膜の初期厚みであるとし、“E”が、均一
度“u”をもってエッチングされる際のウェハを横切っ
ての平均エッチング速度であると定義すれば、 t1 =H(1−Un )/(E(1+u)) t2 =H(1+Un )/(E(1−u)) は、それぞれ最も速いエッチング速度で最も薄い個所を
除去するに要する時間と、最も遅いエッチング速度をも
って最も厚い箇所を除去するに要する時間を表わすと定
義することができる。
Let "H" be the initial thickness of the film to be etched with uniformity U n , and "E" be the average etch rate across the wafer when it is etched with uniformity "u". If defined as: t 1 = H (1-U n ) / (E (1 + u)) t 2 = H (1 + U n ) / (E (1-u)), the fastest etching rate and the thinnest It can be defined as representing the time required to remove a portion and the time required to remove the thickest portion with the slowest etching rate.

【0078】仮定#8:分析は、da/dt=定数であ
ると仮定できる場合に制限される。すなわち、終点トレ
ースがS0 からSまで直線的に変化する場合(図9参
照)に限られる。これは、一般的には、S0 からS
での全体の推移領域では必ずしも真実とは言えないが、
その領域のほぼ全体の推移が直線に近似させることがで
きるのであれば、実際上の目的を充分に満足させること
ができる。
Assumption # 8: The analysis is limited if it can be assumed that da / dt = constant. That is, it is limited to the case where the end point trace changes linearly from S 0 to S (see FIG. 9). This is generally not always true in the entire transition region from S 0 to S ,
If the transition of almost the entire region can be approximated to a straight line, the practical purpose can be sufficiently satisfied.

【0079】図10は、放射対称なエッチング速度でウ
ェハの薄膜除去を行なう場合について、終点曲線をシミ
ュレートした四つのグラフである。図10には、中心か
ら端部までの除去に伴なう終点トレースの(中心におけ
るエッチング速度が速いか遅いかに応じた)シミュレー
ションパターンが示されている。エッチング速度Eは、
放射対称依存性を有すると仮定され、E=EO ±r(E
O −ER )/Rとあらわされる。ここで、“r”は放射
方向(半径方向)の位置、“R”はウェハの半径、“E
O ”および“ER ”はそれぞれ中心(O)および端部
(R)におけるエッチング速度を示す。ここでは、完全
に均一な薄膜(すなわちu=0)が想定されている。こ
のような関係を前記の式2に取入れ、かつS0 =1、S
=0と標準化する。終点曲線は、t1 から2 までを
同様に0から1と標準化して表わすことができる。
FIG. 10 is four graphs simulating the end point curve in the case of performing thin film removal of a wafer at a radially symmetrical etching rate. FIG. 10 shows a simulation pattern of the end point trace (depending on whether the etching rate at the center is fast or slow) accompanying the removal from the center to the end. The etching rate E is
E = E o ± r (E
It represented the O -E R) / R. Here, “r” is the position in the radial direction (radial direction), “R” is the radius of the wafer, and “E” is
O ″ and “E R ” represent the etching rates at the center (O) and the edge (R), respectively, where a perfectly uniform thin film (ie u = 0) is assumed. Incorporating into Equation 2 above, and S 0 = 1 and S
= 0 is standardized. The end point curve can be expressed by standardizing t 1 to t 2 as 0 to 1 in the same manner.

【0080】これによって、図10から、次式を導くこ
とができる。すなわち、図10の左側の場合は、
From this, the following equation can be derived from FIG. That is, in the case of the left side of FIG.

【数5】 図10の右側の場合は、[Equation 5] In the case of the right side of FIG. 10,

【数6】 となる。[Equation 6] Becomes

【0081】これらの挙動は、時間tとt+Δtとの間
(但しt1 <t<t+Δt<t2 )において、2πrΔ
rの領域のリング(r,r+Δr)がエッチング除去さ
れる場合について考慮すれば、直観的に認識することが
できる。ウェハの薄膜除去が中心からスタートして端部
へ向う場合には、リング状の領域の増大に伴なって、終
点へ向ってのドロップは速くなる(図10の左側参
照)。ウェハの薄膜除去パターンが、端部から中心へ向
う場合には、終点へ向ってのドロップについては逆の結
果となる(図10の右側参照)。
These behaviors are 2πrΔ between the time t and t + Δt (however, t 1 <t <t + Δt <t 2 ).
This can be intuitively recognized by considering the case where the ring (r, r + Δr) in the region r is removed by etching. When the thin film removal of the wafer starts from the center and goes to the end, the drop toward the end becomes faster with the increase of the ring-shaped region (see the left side of FIG. 10). If the thin film removal pattern on the wafer is from the edge to the center, the opposite is true for the drop towards the end point (see right side of FIG. 10).

【0082】図10と同様な終点曲線は、ローディング
効果やその他の除去パターンから得られ、これらはエッ
チング速度の均一性を決定するには有効ではない。
An endpoint curve similar to that of FIG. 10 results from loading effects and other removal patterns, which are not effective in determining etch rate uniformity.

【0083】仮定#8:da/dt=A(t2 −t1
と書くことができる。この関係を、前述のように定義さ
れるt1 ,t2 を用いて式3に取入れれば、次の式5が
得られる。
Assumption # 8: da / dt = A (t 2 −t 1 ).
Can be written. Incorporating this relationship into Equation 3 using t 1 and t 2 defined as described above gives Equation 5 below.

【数7】 [Equation 7]

【0084】uについて解き、かつδ=2HdS/dt
/[E(S−S0 )]を用いれば、次の式6を得るこ
とができる。
Solve for u and δ = 2HdS / dt
The following Expression 6 can be obtained by using / [E (S −S 0 )].

【数8】 [Equation 8]

【0085】もしHおよびUn をエッチング前に測定で
きないとすれば、終点までの時間TがE/Hと同一であ
るとして、δを決定することができる。さらに、T=
(t1+t2 )/2(図8、図9参照)であるから、結
局、 δ=2TdS/dt/(S−S0 ) となる。ここで、仮に初期の薄膜が極めて均一であっ
て、δUn <<1であるとすれば、δUn の項は式6か
ら消えることになり、この場合は薄膜の均一度は測定す
る必要がなくなる。
If H and U n cannot be measured before etching, δ can be determined assuming that the time T to the end point is equal to E / H. Furthermore, T =
Since (t 1 + t 2 ) / 2 (see FIGS. 8 and 9), δ = 2TdS / dt / (S −S 0 ) is eventually satisfied. Here, if the initial thin film is extremely uniform and δU n << 1, the term of δU n disappears from Equation 6, and in this case, the uniformity of the thin film needs to be measured. Disappear.

【0086】エッチングされる薄膜と、その下側の材料
との間のエッチング速度の選択比は、下側の材料の厚み
がエッチング前に判明しておりかつエッチング後に測定
できる場合に、見積ることができる。初期厚みがd
0 で、エッチング後の最小厚みがdm であるとすれば、
選択性が最も悪い場合には、その選択比Rm は、 Rm =E(1−u)(TE −t1 )/(d0 −dm ) となる。ここで、TE は過剰エッチングを含む全エッチ
ング時間である。このように定義したとき、最小選択比
m は、平均選択比R=E/E′>Rm に対して控え目
な値となる。この平均選択選択比も、 R=E(TE −T)/(d0 −da ) によって見積ることができる。ここでda は平均残留厚
みである。
The etch rate selectivity between the film to be etched and the underlying material can be estimated if the underlying material thickness is known prior to etching and can be measured after etching. it can. Initial thickness is d
0 and the minimum thickness after etching is d m ,
When the selectivity is the worst, the selection ratio R m is R m = E (1-u) (T E −t 1 ) / (d 0 −d m ). Here, T E is the total etching time including overetching. When defined in this way, the minimum selection ratio R m becomes a conservative value for the average selection ratio R = E / E ′> R m . The average selectivity selection ratio can also be estimated by R = E (T E -T) / (d 0 -d a). Where d a is the average residual thickness.

【0087】均一度“u”を導き出すにあたっては、薄
膜の最も厚い箇所については最も遅いエッチング速度で
エッチングする実験を行ない、薄膜の最も薄い箇所につ
いては最も速いエッチング速度で実験することとされ
る。これは、常に正しいとは限らないが、一般には、 H(1−Un )/(E(1+u))<t1 <H(1+U
n )/(E(1+u)) および H(1−Un )/(E(1−u))<t2 <H(1+U
n )/(E(1−u)) となる。ここで、“Un ”の項の前の符号(+または
−)は、推移が適用される領域を決定する。“u”の項
の前の符号は、定義によって正または負となる。
In order to derive the uniformity "u", it is supposed that the thickest portion of the thin film is etched at the slowest etching rate, and the thinnest portion of the thin film is tested at the highest etching rate. This is not always true, but generally H (1-U n ) / (E (1 + u)) <t 1 <H (1 + U
n) / (E (1 + u)) and H (1-U n) / (E (1-u)) <t 2 <H (1 + U
n ) / (E (1-u)). Here, the sign (+ or −) before the “U n ” term determines the region to which the transition applies. The sign before the "u" term can be positive or negative depending on the definition.

【0088】式6から、均一度uの上限が与えられる。
この均一度uは、完全にエッチング速度が均一であるこ
とが望まれる場合の目標値はu=0である。しかしなが
らこの式は、薄膜の均一性が悪い場合すなわちδUn
1である場合には、有意なデータを与えることはできな
いであろう。その場合には、“u”の項は、Un と見積
られる(すなわちu→Un )。
From Equation 6, the upper limit of the uniformity u is given.
The target value of the uniformity u is u = 0 when it is desired that the etching rate is completely uniform. However, this equation shows that when the uniformity of the thin film is poor, that is, δU n
If 1, it would not be possible to give significant data. In that case, the "u" term is estimated to be U n (ie u → U n ).

【0089】図11には、この発明にしたがった典型的
な終点トレースを示す。最小二乗適合法がS0 およびd
S/dtを決定するために用いられる。時刻t1 は、終
点期間中のS(t)=ie +Se tの直線と終点前のS
(t)=i0 +S0 tの直線との交点から求められ、t
1 =(i0 −ie )/(Se −S0 )となる。またSが
終点期間中の勾配から離れる時刻から、t2 =(S∞−
e )/Se が求められる。またS0 =i0 +So tも
求められる。
FIG. 11 shows a typical endpoint trace according to the present invention. The least-squares fit method is S 0 and d
Used to determine S / dt. Time t 1 is a straight line of S (t) = i e + S e t during the end point period and S before the end point.
(T) = i 0 + S 0 Obtained from the intersection with the straight line t, t
1 = (i 0 −i e ) / (S e −S 0 ). Also, from the time when S departs from the gradient during the end point period, t 2 = (S ∞ −
i e ) / S e is obtained. Further, S 0 = i 0 + S o t can also be obtained.

【0090】図11において、放射光強度は0.1秒の
時間分解により任意の単位で表わされており、終点(T
はほぼ62秒)において信号の降下が生じ、さらに若干
過剰エッチングされていることを示している。
In FIG. 11, the radiant light intensity is expressed in arbitrary units by time resolution of 0.1 second, and the end point (T
Indicates that there is a signal drop at approximately 62 seconds), and there is a slight overetching.

【0091】仮定#9:監視装置は、有意な適合を行な
い得るように、充分な時間分解能を有することが必要で
ある。
Assumption # 9: The monitor needs to have sufficient temporal resolution so that it can make a significant fit.

【0092】仮定#10:エッチングされる薄膜が除去
されたときに、終点トレースの尾の部分があらわれるよ
うに、充分な過剰エッチングが許容されることが必要で
ある。
Assumption # 10: It is necessary to allow enough overetching so that the tail portion of the endpoint trace appears when the film to be etched is removed.

【0093】以上まとめれば、全体的な適性評価および
図11の終点トレースの分析は、次のようなステップ
(ステップ1〜15)によって順次行なわれる:
In summary, the overall suitability assessment and analysis of the end point trace of FIG. 11 is performed sequentially by the following steps (steps 1-15):

【0094】A)エッチング前の測定: ステップ1 薄膜の厚み: H=1913オングストローム,±U0 =0.01
(1.0%) 下側の層の厚み:d0 =400オングストローム
A) Measurement before etching: Step 1 Thin film thickness: H = 1913 Å, ± U 0 = 0.01
(1.0%) Thickness of lower layer: d 0 = 400 angstrom

【0095】B)終点トレースからの観察: ステップ2 終点前:S(t)=i0 +s0 t、 ここでi0 =4861カウント、s0 =0.24カウン
ト/秒 ステップ3 終点期間中:S(t)ie +se t、 ここでie =54562カウント、se =−832カウ
ント/秒 ステップ4 終点後:S=2000±100カウントが見積られる ステップ5 過剰エッチングを含む全エッチング時間:TE =72.
9±0.05秒
B) Observation from end point trace: Step 2 Before end point: S (t) = i 0 + s 0 t, where i 0 = 4861 counts, s 0 = 0.24 counts / sec Step 3 During end point period: S (t) i e + s e t, where i e = 54562 counts, s e = -832 counts / sec step 4 endpoint after: S = 2000 total etching time including the step 5 overetching of ± 100 count is estimated : T E = 72.
9 ± 0.05 seconds

【0096】C)計算: ステップ6 t1 =(i0 −ie )/(Se −S0 )=59.72秒 ステップ7 t2 =(S−ie )/Se =63.18秒 ステップ8 終点までの全エッチング時間:T=(t1 +t2 )/2
=61.45秒 ステップ9 S0 =i0 +s0 1 、S0 =4875カウント ステップ10 δ=2Tse /[(S−S0 )]=35.561 ステップ11 δUn <1をチェックする:δUn =0.36、合格 ステップ12 薄膜の平均エッチング速度:E=H/T=1868オン
グストローム/分 ステップ13 エッチング速度の均一度: u=[−δ+(δ2 +4(1+δUn )]1/2 ]/2=
0.0381、 ここでu<±3.8%と読める
C) Calculation: Step 6 t 1 = (i 0 −i e ) / (S e −S 0 ) = 59.72 seconds Step 7 t 2 = (S −i e ) / S e = 63. 18 seconds Step 8 Total etching time to end point: T = (t 1 + t 2 ) / 2
= 61.45 seconds Step 9 S 0 = i 0 + s 0 t 1 , S 0 = 4875 counts Step 10 δ = 2Ts e / [(S −S 0 )] = 35.561 Step 11 Check δU n <1. Yes, δU n = 0.36, pass Step 12 Average etching rate of thin film: E = H / T = 1868 Å / min Step 13 Uniformity of etching rate: u = [− δ + (δ 2 +4 (1 + δU n )] 1/2 ] / 2 =
0.0381, where u <± 3.8%

【0097】D)エッチング後の測定: ステップ14 ウェハを横切って最小18個所の測定で下側の層の残留
厚みを求める: dm =230オングストローム
D) Post-Etch Measurements: Step 14 Determine the residual thickness of the lower layer with a minimum of 18 measurements across the wafer: d m = 230 Å.

【0098】E)エッチング速度の計算: ステップ15 エッチング速度の比 Rm =E(1−u)(TE −t1 )/(d0 −dm )=
2.32、 ここで選択比RはR>2.32:1と読める。
E) Etching rate calculation: Step 15 Etching rate ratio R m = E (1-u) (T E −t 1 ) / (d 0 −d m ) =
2.32, where the selection ratio R can be read as R> 2.32: 1.

【0099】同様なエッチング条件で、ワイルドライツ
システムを用いて、部分的にエッチンされたパターンを
有するテスト用ウェハについて測定したところ、エッチ
ング速度は1840オングストローム/分、均一度は±
5.78%、最小選択比は1.98:1であった。ミク
ロローティング効果を見積るために、エッチングの前お
よび後の測定は、18箇所のダイ(15×15mm)のそ
れぞれ1つのダイについて3箇所、したがって合計54
箇所に分散して行なった。
When the test wafer having the partially etched pattern was measured using the Wild Lights system under the same etching conditions, the etching rate was 1840 angstrom / min, and the uniformity was ±.
The ratio was 5.78%, and the minimum selection ratio was 1.98: 1. In order to estimate the micro-rotating effect, the measurements before and after the etching were carried out at 3 points for each of the 18 dies (15 × 15 mm), thus a total of 54
Dispersed in different places.

【0100】異なるエッチング条件下において、部分的
にエッチングされたテスト用ウェハについて測定を行な
い、エッチング速度7260オングストローム/分、均
一度±11.7%、最小選択比1.85:1の値が得ら
れた。この場合の終点トレースの結果は、エッチング速
度6326オングストローム/分、均一度±7.0%、
選択比1.7:1であった。
Measurements were performed on the partially etched test wafer under different etching conditions to obtain values for an etch rate of 7260 Å / min, uniformity of ± 11.7% and minimum selectivity of 1.85: 1. Was given. The result of the end point trace in this case is that the etching rate is 6326 Å / min, the uniformity is ± 7.0%,
The selection ratio was 1.7: 1.

【0101】したがって、終点トレース分析によって得
られたデータは、オフラインでのテスト用ウェハを用い
ての従来の手法の場合と矛盾しないが、絶対値は若干異
なる。仮定#7によって確証されたように、ミクロロー
ティング効果は観測されなかった。
Therefore, the data obtained by the end point trace analysis is consistent with the case of the conventional method using the test wafer off-line, but the absolute value is slightly different. No microloading effect was observed, as confirmed by hypothesis # 7.

【0102】第1の実験においては、両者の方法の間に
おいてエッチング速度は極めて近かったが、第2の実験
の場合は全く異なっており、この場合はテスト用ウェハ
は、高いエッチング速度で10秒間だけエッチングしな
ければならなかった。この場合には、光学的手法が有用
な値をもたらすことが期待される。
In the first experiment, the etching rates were very close between the two methods, but in the second experiment they were quite different, in which case the test wafers had a high etching rate of 10 seconds. Only had to etch. In this case, optical techniques are expected to yield useful values.

【0103】均一度の値の差は、仮定#8から生じる。
これは、勾配(図11参照)を見積ることによる、終点
期間の開始と終了を考慮に入れなかったことによるが、
テスト用ウェハを用いて一つのウェハにつき54点の測
定を行なった方法では、これらの領域を含んでいると考
えられる。
The difference in the homogeneity values comes from hypothesis # 8.
This is because it did not take into account the start and end of the end point period by estimating the slope (see Figure 11),
It is considered that these areas are included in the method in which 54 points are measured on one wafer using the test wafer.

【0104】選択比の傾向は、類似している。これらの
2つのエッチング条件下では、最小選択比の値は異なっ
ているが、平均値ではともに2.1:1となったことを
述べておく。
The tendency of the selection ratio is similar. It should be noted that under these two etching conditions, the minimum selection ratio values are different, but the average values are both 2.1: 1.

【0105】誤差のマージンは、放射強度信号のノイズ
や公知の測定誤差に基いて、エッチング速度、均一度お
よび選択比の値について決定することができる。
The margin of error can be determined for the values of etching rate, uniformity and selectivity based on noise in the radiant intensity signal and known measurement errors.

【0106】総論的には、プラズマエッチング中におけ
るインラインでの光学的な放射光強度の分析の実現可能
性は、エッチング速度と均一性および選択比を特徴付け
るための技術の実現性による。その方法は、前述の10
項目の仮定条件が満たされた場合に適用されるが、重要
性の点で最も制約されるのは、 i)顕著なローディング
効果がないこと、ii)終点における推移期間のほとんど
で放射光信号が直線的に変化すること、および iii)エ
ッチングされるべき薄膜が除去されてから充分に過剰エ
ッチングされること、の3点である。その他の要求は、
ハードウェアや監視する波長を注意深く選ぶことによっ
て満たすことができる。この発明の方法は、窒化物島状
エッチング、ポリシリコンエッチング、酸化物スペーサ
エッチング、接点部エッチングに適用されるが、それに
限定されるものではない。
In general, the feasibility of in-line optical emission intensity analysis during plasma etching depends on the feasibility of the technique for characterizing etch rate and uniformity and selectivity. The method is the same as the above-mentioned 10
It applies when the assumptions of the items are met, but the most important restrictions in terms of importance are i) no significant loading effect, ii) the synchrotron radiation signal at most of the transition period at the end point. It changes linearly, and iii) the thin film to be etched is removed and then sufficiently overetched. Other requirements are
It can be met by careful choice of hardware and wavelengths to monitor. The method of the present invention is applicable to, but not limited to, nitride island etching, polysilicon etching, oxide spacer etching, contact etching.

【0107】この発明の方法は、いくつかのプロセスを
比較して線幅のデータを収集するような実験設計手法
(DOE)を遂行するにあたって有用である。その場
合、ウェハのエッチングがその完了に向けて実行されて
いる間に、エッチング特性を得ることができる。これに
対し従来法では、部分エッチング用の別の特殊なテスト
用ウェハが必要となる。
The method of the present invention is useful in performing an experimental design technique (DOE) in which line width data is collected by comparing several processes. In that case, etching characteristics can be obtained while the wafer is being etched towards its completion. On the other hand, the conventional method requires another special test wafer for partial etching.

【0108】インライン分析モジュールに結合すること
によって、この方法はエッチングされるべきウェハ製品
の特徴付けに有用であり、また必要であれば独立して行
なっても良い。このように装置が所定の仕様の範囲内で
作動する限りにおいては、オフラインでの適性評価が不
要となる。
By coupling to an in-line analysis module, this method is useful for characterizing the wafer product to be etched, and may be performed independently if desired. Thus, as long as the device operates within the specified specifications, the off-line aptitude evaluation is unnecessary.

【0109】[0109]

【発明の効果】この発明の技術は、シングルウェハエッ
チング装置における製造対象もしくはテスト用ウェハに
ついてのプラズマエッチングプロセス中において、エッ
チング速度の均一性を決定するための新規な方法を与え
ている。今日の進歩したプロセスの装置において得られ
るような適切な条件下では、エッチング速度およびエッ
チングの均一性、およびある場合には下側の材料に対す
るエッチングの選択比は、プラズマそれ自体からの光学
的放射光信号の分析によって導き出すことができる。こ
の方法では、テスト用のウェハあるいはオフラインでの
測定を必要とすることなく、エッチング装置のインライ
ンでの適性評価を行なうことができる。エッチングは完
了まで遂行されるから、最終結果にあらわれるようなデ
ータ、例えば線幅のデータも容易に得ることができる。
加うるに、試験中のウェハの製造を、その品質を損なう
ことなく再開することもできる。
The technique of the present invention provides a novel method for determining etch rate uniformity during a plasma etch process on a fabrication wafer or test wafer in a single wafer etch system. Under the proper conditions, such as those obtained in today's advanced process equipment, the etch rate and etch uniformity, and in some cases the etch selectivity to the underlying material, is dependent on the optical emission from the plasma itself. It can be derived by analysis of the optical signal. According to this method, in-line suitability evaluation of the etching apparatus can be performed without the need for a test wafer or off-line measurement. Since the etching is performed until completion, data that appears in the final result, such as line width data, can be easily obtained.
In addition, the production of the wafer under test can be resumed without compromising its quality.

【0110】従来のレーザ照射による方法の場合には、
レーザ光源とエッチング装置における照射口を必要とす
る。その他の制約として、一般には、レーザは監視され
るウェハ上の小さな点の部分のみに照射されるため、局
部的な情報だけでウェハ全体の結果を特徴付けてしまう
ことである。これに対し、この発明によるプラズマ強度
自体を監視する技術によれば、余計な装置や開口部を必
要とせず、かつウェハ全体が監視される。さらに、この
発明の技術によれば、実際の生産(すなわち現実の製造
工程中での加工)の対象となるウェハについて、容易に
監視することができる。
In the case of the conventional laser irradiation method,
It requires a laser light source and an irradiation port in an etching device. Another constraint is that the laser is generally only applied to the small spots on the wafer being monitored, thus only local information characterizes the overall wafer result. On the other hand, according to the technique for monitoring the plasma intensity itself according to the present invention, an extra device and an opening are not required, and the entire wafer is monitored. Further, according to the technique of the present invention, it is possible to easily monitor the wafer that is the target of actual production (that is, processing in the actual manufacturing process).

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来技術として、反射性のサブストレート上の
透明な薄膜中での多重反射によって生じる光干渉をあら
わす模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing optical interference caused by multiple reflection in a transparent thin film on a reflective substrate as a conventional technique.

【図2】シリコン上の酸化物における反射量を相対的な
割合(%)にて、酸化物の厚みの関数としてプロットし
たグラフである。
FIG. 2 is a graph plotting the amount of reflection on an oxide on silicon as a function of oxide thickness, as a relative percentage.

【図3】プラズマ放射光強度(“計数値”として表わさ
れる)と、現実のエッチング時間(秒)との関係を(四
角印にて)プロットするとともに、プラズマ放射光強度
と理論上の反射率との関係を(黒点にて)プロットした
グラフである。
FIG. 3 is a plot (indicated by a square mark) of the relationship between the plasma radiant light intensity (expressed as a “count value”) and the actual etching time (seconds), and the plasma radiant light intensity and the theoretical reflectance. It is the graph which plotted the relationship with (black dot).

【図4】薄膜(例えば酸化物)の厚みとエッチング時間
との関係をプロットしたグラフである。
FIG. 4 is a graph plotting the relationship between the thickness of a thin film (eg oxide) and the etching time.

【図5】レインボーエッチング装置を用いてエッチング
した際における、均一なブランケット酸化物および不均
一なパターン付けされた酸化物からの、それぞれ436
nmでのプラズマ放射の監視の実験から得られた、プラズ
マ放射強度と時間との関係を、図3と同様にプロットし
たグラフである。
FIG. 5 shows a uniform blanket oxide and a non-uniform patterned oxide, 436, respectively, when etched using a rainbow etching apparatus.
FIG. 4 is a graph plotting the relationship between plasma radiation intensity and time obtained from an experiment of monitoring plasma radiation at nm, as in FIG. 3.

【図6】エッチングプロセスの適性評価をオフラインで
行なう場合の各ステップを示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing each step when the suitability evaluation of the etching process is performed off-line.

【図7】エッチングプロセスの適性評価を、リアルタイ
ムでかつインラインで行なう場合の各ステップを示すフ
ローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing each step in the case of performing the in-line evaluation of the suitability of the etching process in real time.

【図8】露出された領域“A”について非直線的に薄膜
を除去するパターンを表わす2つのグラフである。
FIG. 8 is two graphs showing a thin film removal pattern for an exposed area “A” in a non-linear manner.

【図9】露出された領域“A”について直線的に薄膜を
除去するパターンを表わす2つのグラフである。
FIG. 9 is two graphs showing a pattern for linear thin film removal for exposed area “A”.

【図10】放射対称なエッチング速度でウェハの薄膜除
去を行なった場合のシミュレートされた終点曲線を示す
四つのグラフである。
FIG. 10 is four graphs showing simulated end point curves for thin film removal of wafers with a radial symmetric etch rate.

【図11】この発明に従った、典型的な終点トレースを
示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a typical end point trace in accordance with the present invention.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマエッチング中にウェハ製品上の
薄膜の除去を監視するための方法であって:選定された
ある波長におけるプラズマ放射光強度を監視すること
と;プラズマ放射光強度の変化を、残留薄膜厚みに関連
付けること;とからなることを特徴とする、プラズマエ
ッチングにおけるエッチング監視方法。
1. A method for monitoring the removal of a thin film on a wafer product during plasma etching: monitoring plasma emission light intensity at a selected wavelength; An etching monitoring method in plasma etching, comprising: relating to a residual thin film thickness;
【請求項2】 請求項1に記載の方法において、さらに
エッチング工程における選択比(薄膜:下側の材料の選
択比)を決定することを含む、プラズマエッチングにお
けるエッチング監視方法。
2. The etching monitoring method in plasma etching according to claim 1, further comprising determining a selectivity ratio (thin film: underlying material selectivity ratio) in the etching step.
【請求項3】 請求項1に記載の方法において、さら
に、エッチング中におけるプラズマ放射光強度の変化に
基いて、エッチングの速度および均一性を決定すること
を含む、プラズエッチングにおけるエッチング監視方
法。
3. A method according to claim 1, further comprising determining the rate and uniformity of etching based on changes in plasma radiation intensity during etching.
【請求項4】 請求項1に記載の方法において、窒化物
島状部分のエッチング中にプラズマ放射光強度が監視さ
れる、プラズマエッチングにおけるエッチング監視方
法。
4. The etching monitoring method in plasma etching according to claim 1, wherein the plasma emission light intensity is monitored during the etching of the nitride island portion.
【請求項5】 請求項1に記載の方法において、ポリシ
リコンのエッチング中にプラズマ放射光強度が監視され
る、プラズマエッチングにおけるエッチング監視方法。
5. The etching monitoring method in plasma etching according to claim 1, wherein the plasma emission light intensity is monitored during etching of polysilicon.
【請求項6】 請求項1に記載の方法において、酸化物
スペーサのエッチング中にプラズマ放射光強度が監視さ
れる、プラズマエッチングにおけるエッチング監視方
法。
6. A method according to claim 1, wherein the plasma emission light intensity is monitored during etching of the oxide spacer.
【請求項7】 接点部のエッチング中にプラズマ放射光
強度が監視される、プラズマエッチングにおけるエッチ
ング監視方法。
7. A method of etching monitoring in plasma etching, wherein the intensity of plasma radiation light is monitored during etching of the contact portion.
【請求項8】 請求項1に記載の方法において、さら
に:所定の残留薄膜厚みとなるまで、高エッチング速度
でかつ低選択比のエッチング手法によってエッチングす
ること;引続いて、少なくとも薄膜が除去されてしまう
まで低エッチング速度でかつ高選択比のエッチング手法
によってエッチングすること;とを有することを特徴と
する、プラズマエッチングにおけるエッチング監視方
法。
8. The method of claim 1, further comprising: etching by a high etching rate and low selectivity etching technique until a predetermined residual thin film thickness is obtained; subsequently at least the thin film is removed. Etching with a low etching rate and a high selection ratio etching method until the end of the etching;
【請求項9】 請求項8に記載の方法において、さら
に:薄膜の除去を確実にするために、薄膜除去後も、引
続き前記低エッチング速度・高選択比のエッチング手法
を用いてのエッチングを継続させることを特徴とする、
プラズマエッチングにおけるエッチング監視方法。
9. The method according to claim 8, further comprising: in order to ensure the removal of the thin film, after the thin film is removed, the etching using the low etching rate and high selectivity etching method is continued. Characterized by
Etching monitoring method in plasma etching.
JP5021999A 1992-01-14 1993-01-14 Method for etching monitoring in plasma etching Withdrawn JPH05259127A (en)

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US07/821,727 1992-01-14
US07/821,727 US5362356A (en) 1990-12-20 1992-01-14 Plasma etching process control

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020080405A (en) * 2018-10-25 2020-05-28 エスピーティーエス テクノロジーズ リミティド Method of manufacturing integrated circuit

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