JPH09219390A - Monitoring method for etching - Google Patents

Monitoring method for etching

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JPH09219390A
JPH09219390A JP2231496A JP2231496A JPH09219390A JP H09219390 A JPH09219390 A JP H09219390A JP 2231496 A JP2231496 A JP 2231496A JP 2231496 A JP2231496 A JP 2231496A JP H09219390 A JPH09219390 A JP H09219390A
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JP
Japan
Prior art keywords
etching
plasma
variation
processing chamber
time
Prior art date
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Pending
Application number
JP2231496A
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Japanese (ja)
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Takashi Kamimura
隆 上村
Ichiro Sasaki
一郎 佐々木
Hide Kobayashi
秀 小林
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent production of defects by detecting the effective power of a plasma etching system during the etching operation and the time that will elapse before the end of the etching, detecting variation in the etching rate according to the result of the detection of effective power and time, and stopping the operation of the system based on the result of the detection of variation in etch rate. SOLUTION: The monitoring method for etching involves a means 2 for detecting effective power during etching operation and a means for detecting the etching time for an etching film. Arithmetic operation is performed to calculate a time integration value of effective power and a deviation of etching time from that of normal etching to obtain variation in etch rate. Thus variation in the etching rate is detected and compared in each etching operation to simply inspect the condition of the etching equipment 1. Etching operation is continued or discontinued depending on the result of the inspection.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
等において、エッチング速度の変動による不良発生を未
然に防止するのに好適なエッチングモニタ方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching monitor method suitable for preventing occurrence of defects due to fluctuations in etching rate in plasma etching and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの高集積化に伴い、その加工には
高い精度が要求される。高精度の加工を行うためには各
処理装置の性能を向上させることはもちろんであるが、
生産性向上のためには各処理装置の性能を長時間安定に
維持し不良を出さないことが重要である。
2. Description of the Related Art With the increase in integration of LSIs, high precision is required for processing. In order to perform high-precision processing, it is of course to improve the performance of each processing device,
In order to improve productivity, it is important to maintain the performance of each processing device stably for a long time and to prevent defects.

【0003】処理装置の中で、真空容器内で処理ガスを
プラズマ化しウェハ表面にパターンを形成するエッチン
グ装置についてみると、エッチング処理中にパターンの
マスクであるレジストが分解して有機物が発生しこれが
処理室の内壁に付着したり、また被エッチング材である
金属(アルミニウム,モリブデンやタングステン)ある
いは基板材質のシリコン、及びその反応生成物などが処
理室内壁に膜となって付着したりする。
Looking at an etching apparatus which forms a pattern on a wafer surface by plasmaizing a processing gas in a vacuum container in a processing apparatus, a resist which is a mask of the pattern is decomposed during the etching processing to generate an organic substance. Metals (aluminum, molybdenum, or tungsten) that are materials to be etched, silicon as a substrate material, and reaction products thereof adhere to the inner wall of the processing chamber as a film.

【0004】これらの付着物はプラズマに接するとプラ
ズマ中のイオンの作用や処理室壁面の温度上昇によりガ
スを発生したり、またプラズマ発生電力の処理室への供
給状態(整合状態)が変化したりして、処理室内のプラ
ズマの状態が変化する。エッチング処理はプラズマによ
り行われるためプラズマの状態変化により、エッチング
速度に代表されるエッチング特性も変化してくる。さら
にエッチングガスにより真空封止のためのOリングが劣
化して微少なリークが発生しプラズマ状態が変化したり
もする。
When these deposits come into contact with plasma, gas is generated due to the action of ions in the plasma and the temperature rise on the wall surface of the processing chamber, and the supply state (matching state) of the plasma-generated power to the processing chamber changes. As a result, the state of plasma in the processing chamber changes. Since the etching process is performed by plasma, the etching characteristics represented by the etching rate also change due to the change of the plasma state. Further, the O-ring for vacuum sealing may be deteriorated by the etching gas to cause a minute leak and change the plasma state.

【0005】このようにエッチング装置を長時間連続運
転しているとエッチング特性が次第に変わっていくとい
ういわゆる経時変化が起こり、やがて検査の合格条件を
満たさなくなって不良の発生につながる。また処理室内
壁の付着物はある厚みになると剥がれ落ちて異物とな
る。これは他のプラズマ処理装置(CVD装置やスパッ
タ装置等)でも同様であり、その性能を長時間安定に維
持するうえで障害となっている。
As described above, when the etching apparatus is continuously operated for a long period of time, the etching characteristics gradually change, that is, a so-called change with time occurs, and eventually the inspection pass condition is not satisfied, leading to the occurrence of defects. Further, the adhered matter on the inner wall of the processing chamber is peeled off and becomes a foreign matter when it reaches a certain thickness. This is also the case with other plasma processing apparatuses (CVD apparatus, sputtering apparatus, etc.), which is an obstacle to keeping the performance stable for a long time.

【0006】これまでは、例えば特開昭63−42124 号公
報に示されているプラズマエッチング装置のように、エ
ッチング処理中にプラズマの状態をその発光によりモニ
タしてはいるがこのモニタ結果はエッチングの終了を検
知するためのみ利用されている。すなわち、エッチング
中は被エッチング材(アルミニウム,ポリシリコン等)が
エッチング反応によりプラズマ中に現れるので、反応に
よる発光スペクトル(その物質特有の波長)の強度を監
視し、その光の強度変化によりエッチング終点を検出し
ている。また特開平5−251398 号公報に示されているド
ライエッチング装置のように、装置異常やノイズ等によ
るエッチング終点の誤検出を防止する出願もある。
Up to now, for example, as in the plasma etching apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-42124, the state of plasma is monitored by the light emission during the etching process. It is used only to detect the end of. In other words, during etching, the material to be etched (aluminum, polysilicon, etc.) appears in the plasma due to the etching reaction. Is being detected. There is also an application to prevent erroneous detection of the etching end point due to device abnormality or noise, such as the dry etching device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-251398.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではエッ
チング処理の終了検出が目的であり、エッチング処理特
性の変化の検出ではない。従って1枚のウェハにおける
エッチング時間は得られるが、エッチング特性が経時変
化を起こすことに対して(特にエッチング速度の変動を
抑制することに対して)なんら考慮されておらず、従っ
て不良発生を未然に防止するようなことは行われていな
かった。
In the above-mentioned prior art, the purpose is to detect the end of the etching process, not the change in the etching process characteristics. Therefore, although the etching time for one wafer can be obtained, no consideration is given to the change in the etching characteristics with time (particularly to the suppression of the fluctuation of the etching rate), and therefore the occurrence of defects can be prevented. No preventive measures were taken.

【0008】本発明の目的は、エッチング処理中のエッ
チング速度の変動を検知して不良発生を未然に防止する
ことにある。
It is an object of the present invention to detect fluctuations in the etching rate during the etching process and prevent defects from occurring.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】処理特性の変化(特にエ
ッチング速度の変動)はプラズマ状態と密接な関係があ
り、エッチング速度の変動原因は主に次の2点が考えら
れる。(1)処理室内壁に付着した反応生成物の膜から
新たにガスが放出されることにより放電ガスの組成が変
化し、処理中に圧力変化が生じる。(2)反応生成物の
膜が処理室内壁に付着することになり、電力の一部が反
射されてプラズマに吸収されず実効的な電力が変化す
る。
A change in processing characteristics (especially, a change in etching rate) is closely related to a plasma state, and there are mainly two causes of the change in the etching rate. (1) The gas is newly released from the film of the reaction product adhering to the inner wall of the processing chamber, whereby the composition of the discharge gas changes, and the pressure changes during the processing. (2) The film of the reaction product adheres to the inner wall of the processing chamber, and part of the electric power is reflected and is not absorbed by the plasma, so that the effective electric power changes.

【0010】これらのうち反応生成物からの放出ガスは
供給材料ガスに比べて微量であるので、圧力変化より電
力変化の方が影響が大きい。特にアルミニウム等の金属
配線膜のエッチングでは、反応生成物の膜として金属の
薄膜が処理室内壁に付着することになり、電力の一部が
反射されてプラズマに吸収されず、実効電力の変動が直
接的にエッチング速度変動に対応する。また実効電力の
時間積分値がエッチング量に対応する。
Of these, the amount of gas released from the reaction product is smaller than that of the feed material gas, and therefore the change in power has a greater effect than the change in pressure. In particular, when etching a metal wiring film of aluminum or the like, a thin metal film as a reaction product film adheres to the inner wall of the processing chamber, and part of the electric power is reflected and is not absorbed by the plasma, resulting in fluctuations in effective power. It directly corresponds to the fluctuation of the etching rate. Further, the time integral value of the effective power corresponds to the etching amount.

【0011】そこで毎回のエッチング処理で、実効的な
電力を検出する手段と当該エッチング膜のエッチング時
間を検出する手段を備え、かつ実効電力の時間積分値と
エッチング時間からエッチング速度を検出する変動検出
装置を備える。そして、その変動を毎回のエッチング処
理で検知・比較することによってエッチング速度変動の
簡易検査を行い、結果によっては以後のエッチング処理
を中止する方法により、上記課題の解決、すなわち不良
発生の未然防止を達成する。なお、エッチング時間の検
出する手段としては従来技術での終点検出手段を用いれ
ば良い。また、詳細は後述するが、実効的な電力が変わ
らなくとも当該エッチング膜の膜厚に変動要素があるの
で、当該エッチング膜のエッチング時間を検出する手段
が必要である。
Therefore, in each etching process, there is provided a means for detecting the effective power and a means for detecting the etching time of the etching film, and a fluctuation detection for detecting the etching rate from the time integral value of the effective power and the etching time. Equipped with a device. Then, a simple inspection of the etching rate fluctuation is performed by detecting and comparing the fluctuation in each etching process, and depending on the result, the subsequent etching process is stopped by the method of solving the above problem, that is, preventing the occurrence of defects in advance. To achieve. As the means for detecting the etching time, the end point detecting means in the prior art may be used. Further, as will be described later in detail, since there is a variable factor in the film thickness of the etching film even if the effective power does not change, a means for detecting the etching time of the etching film is required.

【0012】上記構成で、実効電力検出手段はエッチン
グ処理中にプラズマに供給される電力を逐次モニタし、
そのエッチング時間に対して時間積分するよう作用す
る。これがエッチング量に比例した量になる。一方、エ
ッチング時間検出手段(終点検出手段)はエッチング処
理の時間を出力する。そして実効電力の積分値とエッチ
ング時間は変動検出装置でエッチングの正常処理時の平
均実効電力の積分値及び平均エッチング時間との差(変
動)を算出し、エッチング速度の変動を算出する。
With the above structure, the effective power detecting means sequentially monitors the power supplied to the plasma during the etching process,
It acts to integrate with respect to the etching time. This is an amount proportional to the etching amount. On the other hand, the etching time detection means (end point detection means) outputs the etching processing time. Then, with respect to the integrated value of the effective power and the etching time, the fluctuation detecting device calculates the difference (fluctuation) between the integrated value of the average effective power and the average etching time during normal etching processing, and calculates the fluctuation of the etching rate.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を示す。図
1は本発明のエッチングモニタのブロック図を示し、図
2にエッチング断面図を示す。また、図3はエッチング
中の発光スペクトルと実効電力のモニタ波形を示し、図
4はエッチング結果の特性比較図である。図1におい
て、エッチング装置1は図示はしていないが、真空を保
持する構造を有する処理室と、その処理室にエッチング
ガスを導入し、該処理室を所定の圧力に制御するガス供
給系ならびに真空排気系を備えている。3はエッチング
装置1にプラズマを発生・維持するエッチング電源であ
り、実効電力検出手段2を介してエッチング装置1と接
続されている。また終点検出手段4はエッチング時間
を、また実効電力検出手段2との組合せでエッチング量
を検出する。また5は変動検出装置である。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a block diagram of an etching monitor of the present invention, and FIG. 2 shows an etching sectional view. Further, FIG. 3 shows a light emission spectrum during etching and a monitor waveform of effective power, and FIG. 4 is a characteristic comparison diagram of etching results. Although not shown in FIG. 1, the etching apparatus 1 includes a processing chamber having a structure for holding a vacuum, a gas supply system for introducing an etching gas into the processing chamber, and controlling the processing chamber to a predetermined pressure. Equipped with a vacuum exhaust system. An etching power source 3 generates and maintains plasma in the etching apparatus 1, and is connected to the etching apparatus 1 via the effective power detecting means 2. Further, the end point detecting means 4 detects the etching time and the etching amount in combination with the effective power detecting means 2. Reference numeral 5 is a fluctuation detecting device.

【0014】エッチング速度はエッチング量とエッチン
グ時間から求まるが、その変動分の検出について図2,
図3を用いて説明する。
The etching rate is obtained from the etching amount and the etching time.
This will be described with reference to FIG.

【0015】図2で、マスクパターン12のない被エッ
チング膜11の部分がエッチングされる。このときのエ
ッチング量wは、エッチング速度をr,エッチング時間
をtとしたとき数1で表され、その変動分は数2で表さ
れる。また実効電力をp,エッチング終点までの時間を
tendとしたとき、実験的に実効電力の時間積分値Pはエ
ッチング量に比例する量であることがわかった。すなわ
ちkを比例定数として数3で表される。よってエッチン
グ速度の変動分は数4となる。エッチング終点は終点検
出手段4において例えばプラズマ中の発光スペクトル
(図3における21)から検出可能であり、終点が検出
できれば実効電力(図3における22)の積算(図3に
おける23)もできる。
In FIG. 2, the portion of the etching target film 11 without the mask pattern 12 is etched. The etching amount w at this time is expressed by Expression 1 where the etching rate is r and the etching time is t, and the variation thereof is expressed by Expression 2. Also, the effective power is p and the time to the etching end point is
It was found experimentally that the time integration value P of the effective power was an amount proportional to the etching amount when the tend was used. That is, it is expressed by Equation 3 using k as a proportional constant. Therefore, the variation of the etching rate is given by equation 4. The etching end point can be detected by the end point detecting means 4 from the emission spectrum in plasma (21 in FIG. 3), and if the end point can be detected, the effective power (22 in FIG. 3) can be integrated (23 in FIG. 3).

【0016】従って図1における変動検出装置5で処理
ウェハに対してエッチング時間及びエッチング量の変動
分のデータを得、エッチング速度の変動を数4で求める
ことができる。更にこのエッチング速度の変動が異常値
である場合にエッチング電源に対して停止指令を出力
し、エッチングを停止して不良発生を抑えることも可能
である。
Therefore, the fluctuation detecting device 5 in FIG. 1 can obtain the data of the fluctuations in the etching time and the etching amount for the processed wafer, and the fluctuations in the etching rate can be obtained by the equation 4. Further, when the fluctuation of the etching rate is an abnormal value, it is possible to output a stop command to the etching power source to stop the etching and suppress the occurrence of defects.

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】[0018]

【数2】 [Equation 2]

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】[0020]

【数4】 (Equation 4)

【0021】ここで上記数1〜数4において、wはエッ
チング量、rはエッチング速度、tはエッチング時間、
tendはエッチング終点までの時間、pは実効電力、Pは
実効電力の時間積分値である。
In the above equations 1 to 4, w is the etching amount, r is the etching rate, t is the etching time,
tend is the time to the etching end point, p is the effective power, and P is the time integrated value of the effective power.

【0022】図4はこの処理を行った結果を示しており
A,B,C,D,Eはウェハの区別を示す。終点検出機
能によりオーバエッチ量を一定範囲に抑えこみ且つエッ
チング速度の変動を検出し、ウェハEのような速度の低
下を異常として検出している。
FIG. 4 shows the results of this processing, where A, B, C, D and E indicate the wafers. The end point detection function suppresses the amount of overetching within a certain range and detects the fluctuation of the etching rate, and detects the decrease in the speed as in the wafer E as an abnormality.

【0023】以上説明した様に、本発明に示す方法によ
り、エッチング速度の変動を検出することでエッチング
工程における装置変動(異常)の発見が可能となる。
As described above, by detecting the fluctuation of the etching rate by the method shown in the present invention, the fluctuation (abnormality) of the apparatus in the etching process can be found.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、毎回のエッチング処理
において、エッチング速度の変動を検出することができ
るので、その結果によっては以後のエッチング処理を中
止することにより、不良発生を未然に防止することがで
きる。
According to the present invention, since it is possible to detect the fluctuation of the etching rate in each etching process, depending on the result, the subsequent etching process is stopped to prevent the occurrence of defects. be able to.

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

【図1】本発明の一実施例のエッチングモニタのブロッ
ク図。
FIG. 1 is a block diagram of an etching monitor according to an embodiment of the present invention.

【図2】エッチング加工の説明図。FIG. 2 is an explanatory view of etching processing.

【図3】エッチング中の発光スペクトルと実効電力のモ
ニタ波形の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a monitor waveform of an emission spectrum and an effective power during etching.

【図4】エッチング結果の特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram of etching results.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…エッチング装置、2…実効電力検出手段、3…エッ
チング電源、4…終点検出手段、5…変動検出装置。
1 ... Etching device, 2 ... Effective power detecting means, 3 ... Etching power supply, 4 ... End point detecting means, 5 ... Fluctuation detecting device.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空を保持する構造を有する処理室と、前
記処理室にエッチングガスを導入し、前記処理室を所定
の圧力に制御するガス供給系ならびに真空排気系と、前
記処理室にプラズマを発生・維持する手段を有するプラ
ズマエッチング装置において、対象とする被エッチング
膜の膜厚情報と前記被エッチング膜のエッチング終了ま
での時間から、対象とする前記被エッチング膜のエッチ
ング速度を監視することを特徴とするエッチングモニタ
方法。
1. A processing chamber having a structure for holding a vacuum, a gas supply system for introducing an etching gas into the processing chamber and controlling the processing chamber to a predetermined pressure and a vacuum exhaust system, and a plasma for the processing chamber. In a plasma etching apparatus having a means for generating and maintaining, the etching rate of the target etching target film is monitored from the film thickness information of the target etching target film and the time until the etching of the etching target film is completed. Etching monitoring method characterized by the above.
【請求項2】真空を保持する構造を有する処理室と、該
処理室にエッチングガスを導入し、該処理室を所定の圧
力に制御するガス供給系ならびに真空排気系と、該処理
室にプラズマを発生・維持する手段を有するプラズマエ
ッチング装置において、対象とする被エッチング膜の膜
厚変動分と被エッチング膜のエッチング終了までの時間
の変動分から、対象とする被エッチング膜のエッチング
速度の変動分を監視することを特徴とするエッチングモ
ニタ方法。
2. A processing chamber having a structure for holding a vacuum, a gas supply system for introducing an etching gas into the processing chamber and controlling the processing chamber to a predetermined pressure, a vacuum exhaust system, and a plasma in the processing chamber. In a plasma etching apparatus having a means for generating and maintaining the etching rate, the variation in the etching rate of the target etching film is calculated from the variation in the film thickness of the target etching film and the variation in the time until the etching of the etching target film is completed. An etching monitoring method comprising:
【請求項3】請求項2において、対象とする前記被エッ
チング膜の膜厚の変動分をエッチングにおけるプラズマ
への供給実効電力の変動分から検出するエッチングモニ
タ方法。
3. The etching monitoring method according to claim 2, wherein the variation in the film thickness of the target film to be etched is detected from the variation in the effective power supplied to the plasma during etching.
【請求項4】請求項1または2において、被エッチング
物のエッチング終了までの時間の検出方法がエッチング
中のプラズマ発光のスペクトル変化で検出されるエッチ
ングモニタ方法。
4. The etching monitoring method according to claim 1, wherein the method for detecting the time until the etching of the object to be etched is detected by the spectrum change of plasma emission during etching.
【請求項5】請求項1または2において、エッチング速
度もしくはその変動をもとに、プラズマエッチング装置
の異常を検出するエッチングモニタ方法。
5. The etching monitoring method according to claim 1, wherein an abnormality of the plasma etching apparatus is detected based on the etching rate or its variation.
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