JPH10116817A - ドライエッチング装置およびその管理方法 - Google Patents

ドライエッチング装置およびその管理方法

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JPH10116817A
JPH10116817A JP26743096A JP26743096A JPH10116817A JP H10116817 A JPH10116817 A JP H10116817A JP 26743096 A JP26743096 A JP 26743096A JP 26743096 A JP26743096 A JP 26743096A JP H10116817 A JPH10116817 A JP H10116817A
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etching
film
condition
emission intensity
etching rate
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Yasutsugu Suzuki
木 康 嗣 鈴
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ドライエッチング装置間およびドライエッチン
グ装置内の性能変動を長期的変動であっても、短期的変
動であっても常に所定許容範囲内に抑えるように手動で
もしくは自動的に合わせ込みや補正をすることができ、
ドライエッチングプロセスの安定化を図ることがでるド
ライエッチング装置の管理方法その補正を自動的に行う
ことのできる自動補正ドライエッチング装置を提供す
る。 【解決手段】少なくとも1つのエッチング条件に対し、
同一エッチング条件下において得られる2種類以上の異
種膜間のエッチングレート比、および前記2種類以上の
異種膜の少なくとも1種類の膜のエッチングレートが、
いずれも前記同一エッチング条件に固有のそれぞれの管
理値範囲内に保たれるよう、少なくとも1種のエッチン
グパラメーターを手動もしくは自動的に補正することに
より、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を製造
するためのドライエッチング装置間およびドライエッチ
ング装置内の性能変動の(合わせ込み)補正を行うドラ
イエッチング装置の管理方法および自動補正ドライエッ
チング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、高エッチ
ングレート、高均一性、高選択性、高精度かつ高再現性
を有する微細加工が求められている。このうち高エッチ
ングレート、高均一性には高密度プラズマを均一に発生
させる工夫が行われ、高選択性にはエッチングガスの適
正な選択が、高精度加工には放電圧力の低圧化や基板側
へのバイアスの印加が行われている。
【0003】高密度プラズマを得る装置としては、マイ
クロ波による電場と、外部磁場による電子の共鳴現象を
用いた電子サイクロトロン共鳴(ECR;ElectronCycl
otron Resonance)プラズマエッチングや、電極間に誘
導交番磁界を発生させ、誘導電場は電極間で回転させ
る、誘導型プラズマエッチング(RFI;RFInductive
Coupled Plasma Etching )、高周波電力をアンテナを
用いてチャンバー内に導入するヘリコン波プラズマエッ
チング等がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体装置の製造方法におけるエッチング方法
では、以下のような問題点がある。一般にエッチングチ
ャンバーには、被エッチング物質とエッチングガスの反
応生成物が付着する。反応生成物の付着は、それ自体が
プラズマ中の活性種と壁面の反応を変動させたり、エッ
チャントを再放出したり、エッチングガスの均一な流れ
を乱すなどプロセスを変動させたり、剥離によりパーテ
ィクルを発生させたりするため、装置は大気開放による
クリーニングを行う必要がある。チャンバークリーニン
グ直後にはチャンバー内には大気中の水分が吸着し、従
来のダミー放電では完全に除去することは困難である。
さらに、生産ラインでは無制限に装置を停止させるわけ
にはいかないため、水分除去が不完全なまま処理を行わ
ざるを得ないのが実状である。
【0005】その結果、プラズマ中には壁面から脱離し
た水分の分解種であるHが発生し、主エッチャントであ
るF,Cl,Br等のハロゲン原子やその含有種と結合
し、系外に排出される。したがって、エッチングレート
は低下し、一時的に下地選択性が上昇する。もし、この
時点でエッチング特性を標準的なものに合わせ込んだな
らば、その後の経時変化によりチャンバー内の水分が減
少した際に、今度は逆に実質的エッチャント濃度は上昇
するため、エッチングレートは上昇し下地選択性は低下
する。それに加えて、処理時間の増加と共にチャンバー
壁にはエッチング生成物が付着する。エッチング生成物
中には当然エッチャントを含んでおり、付着量の増加や
プラズマによる加熱のタイミングでエッチャントを再放
出する。これによっても実質的エッチャント濃度は上昇
するため、エッチングレートは上昇し下地選択性は低下
する。
【0006】このように、エッチング装置の変動要因に
はチャンバークリーニングサイクルのような長周期的な
ものと、チャンバー内温度の変動のような1カセット
(例えば25ウェハ)単位、場合によっては1ウェハ単
位の短周期的なものがある。長周期的な変動は、クリー
ニング方法や立ち上げ方法の工夫、あるいは頻繁なエッ
チングレートチェックによるパラメータ修正等で変動幅
を縮小できるが、非効率的である。
【0007】一方、短周期的な変動に対しては壁面温度
の温度制御等による工夫は見られるが、実効的な対策が
ないのが実状である。一応、関連する先行技術として特
開平7−86254号公報に記載の発明のようにチャン
バー外から光を導入し、チャンバー内面からの反射光、
あるいは窓を用いる場合には窓内部の多重反射光により
付着した反応生成物の状態を検知できるとしているもの
がある。しかし、プラズマプロセスの短周期的変動とい
うものは、プラズマに接する壁温にも大きく左右される
ため、チャンバー内付着物の状態に有意差のない1枚目
と2枚目の間でも特性差は生じる。特に高密度プラズマ
に曝され、高温となる場合には、1ウェハのプロセス中
ですら放電開始時と放電終了直前とでは大きく異なる。
その上、実際のチャンバー内の構造はガス導入口や排気
口等が複雑に入り組んでおり、このような部分にまで光
を照射し、そこからの反射光を得ることは不可能であ
る。
【0008】しかし、このような部分にこそ大気解放ク
リーニング後の脱離しにくい吸着水分が存在している。
通常の検出可能な部分のチャンバー内面はプラズマと接
触し、早期に水分も脱離するため、この方法ではクリー
ニング後は“付着物がない正常な状態”と誤った判断を
してしまう。クリーニング方法や大気開放時間、それま
での生成物の付着の程度で吸着水分量も毎回異なり、プ
ロセスへの正確なフィードバックは困難である。以上の
ことから、付着物という間接的なものを測定するこの方
法では、付着物以外の光照射のできない部分の残留水分
量やプロセス中のチャンバー壁温度の変動に対応できな
いため、十分なプロセス安定化を図ることはできない。
いずれにしても、プロセスの変動は形状(加工寸法)お
よび下地選択性(デバイス特性へのダメージ)を変動さ
せるため、今後の微細加工上で常時インラインスペック
を満たすことは困難と予想され、逆にこれが高集積化へ
の課題にもなってきている。
【0009】最近実用化されてきた高密度プラズマで
は、エッチングレートの増加およびイオンシース電位の
低下、すなわちイオン衝撃の低減等による下地選択性の
向上等の効果が得られるが、同時にプラズマと接触する
チャンバー壁の温度上昇が著しく、活性種と壁面との反
応の変動や、壁面あるいは壁面付着物からのウェハへの
汚染、プラズマON/OFF時の大きな温度差による付
着物の剥離によるパーティクルの発生、高温による真空
シール部分の劣化等、種々の問題を引き起こす。特にプ
ロセスへの影響は大きく、連続処理時にエッチング特性
が大きく変化するため安定な微細加工を難しくし、かつ
同型装置にも係わらず同一設定で同一性能を得ることが
難しい。さらに、大気開放でのチャンバークリーニング
や、チャンバー内部品の交換等を行った場合の特性変動
も大きく、酸化膜エッチングプロセスの中でもプロセス
ごとに装置を専用化したりと、非効率的な運用方法を行
わざるを得なくなっている。
【0010】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、ドライエッチング装置間およびドライエッチン
グ装置内の性能変動を長期的変動であっても、短期的変
動であっても常に所定許容範囲内に抑えるように手動で
もしくは自動的に合わせ込みや補正をすることができ、
ドライエッチングプロセスの安定化を図ることができる
ドライエッチング装置の管理方法その補正を自動的に行
うことのできる自動補正ドライエッチング装置を提供す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくとも1つのエッチング条件に対
し、同一エッチング条件下において得られる2種類以上
の異種膜間のエッチングレート比、および前記2種類以
上の異種膜の少なくとも1種類の膜のエッチングレート
が、いずれも前記同一エッチング条件に固有のそれぞれ
の管理値範囲内に保たれるよう、少なくとも1種のエッ
チングパラメーターを補正することを特徴とするドライ
エッチング装置の管理方法を提供するものである。
【0012】ここで、前記2種類以上の異種膜が、イオ
ンアシスト主体でエッチングされる膜と、ラジカル主体
でエッチングされる膜とからそれぞれ少なくとも1種類
ずつ選択されるのが好ましい。前記イオンアシスト主体
でエッチングされる膜が、熱酸化膜であり、前記ラジカ
ル主体でエッチングされる膜が、ポリシリコン膜または
アルミニウム膜であるのが好ましい。また、前記膜のエ
ッチングレートを、予め事前に測定される各種類の膜の
膜厚と、プラズマの発光強度の変化から検知される各種
類の膜のエッチオフ時間とから算出するのが好ましい。
【0013】また、本発明は、基本となる1放電条件に
ついて得られる、少なくとも1種類の膜のエッチングレ
ートの基準値からの変動量、および前記少なくとも1種
類の膜を含む2種類以上の異種膜間のエッチングレート
比の基準値からの変動量に基づいて、複数の条件が、各
々の条件に固有のエッチングレートおよびエッチングレ
ート比のそれぞれの管理範囲内に保たれるよう、各々の
条件の少なくとも1種のエッチングパラメーターを手動
あるいは自動的に補正することを特徴とするドライエッ
チング装置の管理方法を提供するものである。
【0014】また、本発明は、少なくとも1つのエッチ
ング条件に対し、同一条件下の1つの膜のエッチング時
に得られる2種類以上の発光種間の発光強度比が、その
条件に固有の管理値範囲内に保たれるよう、少なくとも
1種のエッチングパラメーターを手動あるいは自動的に
補正することを特徴とするドライエッチング装置の管理
方法を提供するものである。
【0015】また、本発明は、基本となる1放電条件下
で得られる1つの膜のエッチング時における2種類以上
の発光種間の発光強度比の基準値からの変動量に基づい
て、複数のエッチング条件が、個々のエッチング条件に
固有の発光強度比の管理範囲内に保たれるよう、少なく
とも1種のエッチングパラメーターを手動あるいは自動
的に補正することを特徴とするドライエッチング装置の
管理方法を提供するものである。
【0016】また、本発明は、同一製品ウェハを連続エ
ッチングする際に、先頭ウェハ処理時の所定の時間帯に
おける2種類以上の発光種間の発光強度比を記憶し、後
続のウェハ処理時の前記所定の時間帯に相当する時間帯
における同発光種間の発光強度比を所定の許容範囲内で
同等レベルに補正するよう、少なくとも1種のエッチン
グパラメーターを手動あるいは自動的に補正することを
特徴とするドライエッチング装置の管理方法を提供する
ものである。
【0017】ここで、前記発光種が、ポリマー形成因子
と、ポリマー阻害因子またはエッチング生成物とから少
なくとも1種類ずつ選択されて用いられるのが好まし
い。また、エッチング時に2種類以上の発光種間の発光
強度比をとる前記1つの膜が、シリコン膜、ポリシリコ
ン膜、アルミニウム膜および熱酸化膜の内のいずれか1
つであるのが好ましい。なお、前記基本となる1放電条
件が同一製品ウェハを連続エッチングする際の放電条件
であり、前記基準値が、先頭ウェハ処理時の任意の時間
帯における2種類以上の発光種間の発光強度比であり、
前記変動量が後続のウェハ処理時の同時間帯における該
2種類以上の発光種間の発光強度比の基準値からの変動
量であるのが好ましい。
【0018】また、本発明は、自動補正に用いられる少
なくと1つのエッチング条件について得られる、少なく
とも1種類の膜のエッチングレートの基準値からの変動
量と、その条件に固有のエッチングレートの管理範囲内
に保たれるよう、その条件において前記エッチングレー
トの変動量に基づいて補正すべき少なくとも1種のエッ
チングパラメータおよびその補正量との関係および前記
少なくとも1種類の膜を含む2種類以上の異種膜間のエ
ッチングレート比の基準値からの変動量と、その条件に
固有のエッチングレート比の管理範囲内に保たれるよ
う、その条件において前記エッチングレート比の変動量
に基づいて補正すべき少なくとも1種のエッチングパラ
メータおよびその補正量との関係を記憶するメモリと、
前記エッチングパラメータの制御手段と、前記エッチン
グレートの変動量および/または前記エッチングレート
比の変動量が与えられた時にそれに応じて補正すべきエ
ッチングパラメータおよびその補正量を前記メモリから
読み出し、読み出されたエッチングパラメータの制御手
段にその補正量を与える自動補正手段と、を有すること
を特徴とする自動補正ドライエッチング装置を提供する
ものである。
【0019】また、本発明は、上記自動補正ドライエッ
チング装置であって、さらに、前記膜のエッチングレー
トおよびエッチングレート比を測定する手段を有し、こ
の算出手段は、予め事前に測定される各種類の膜の膜厚
を記憶するメモリと、前記自動補正に用いられるエッチ
ング条件下でのプラズマの発光強度を計測する手段と、
この計測手段によって計測された前記プラズマの発光強
度の変化から検知される前記膜のエッチオフ時間と前記
メモリから読み出された予め測定される前記膜の膜厚と
から前記膜のエッチングレートを算出し、算出された2
種類以上の膜のエッチングレートからそのエッチングレ
ート比を算出する手段を有することを特徴とする自動補
正ドライエッチング装置を提供するものである。ここ
で、前記2種類以上の異種膜が、イオンアシスト主体で
エッチングされる膜と、ラジカル主体でエッチングされ
る膜とからそれぞれ少なくとも1種類ずつ選択されるの
が好ましい。
【0020】また、本発明は、自動補正に用いられる少
なくとも1つの放電条件下で得られる1つの膜のエッチ
ング時における2種類以上の発光種間の発光強度比を計
測する手段と、これらの2種類以上の発光種間の発光強
度比の基準値からの変動量と、その条件に固有の発光強
度比の管理範囲内に保たれるよう、その条件において前
記発光強度比の変動量に基づいて補正すべき少なくとも
1種のエッチングパラメータおよびその補正量との関係
を記憶するメモリと、前記エッチングパラメータの制御
手段と、前記発光強度比の計測手段から計測された発光
強度比の変動量に応じて補正すべきエッチングパラメー
タおよびその補正量を前記メモリから読み出し、読み出
されたエッチングパラメータの制御手段にその補正量を
与える自動補正手段と、を有することを特徴とする自動
補正ドライエッチング装置を提供するものである。
【0021】ここで、前記2種類以上の発光種間の発光
強度比の基準値が、同一製品ウェハを連続エッチングす
る際における、先頭ウェハ処理時の所定の時間帯におけ
る2種類以上の発光種間の発光強度比であり、自動補正
に供される発光強度比が後続のウェハ処理時の前記所定
の時間帯に相当する時間帯における同発光種間の発光強
度比であり、前記条件に固有の発光強度比の管理範囲が
所定の許容範囲内で同等レベルであるのが好ましい。ま
た、前記発光種が、ポリマー形成因子と、ポリマー阻害
因子またはエッチング生成物とから少なくとも1種類ず
つ選択されて用いられるのが好ましい。
【0022】また、本発明は、上記自動補正ドライエッ
チング装置であって、さらに、前記メモリに前記エッチ
ングパラメータの自動補正範囲の上下限値が設定され、
前記エッチングパラメータが前記上下限値に達したもし
くは前記上下限値を超えた場合にアラームを発生する手
段を有することを特徴とする自動補正ドライエッチング
装置を提供するものである。
【0023】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。まず、本発明に係るドライエッチング装置の管理方
法について説明する。本発明のドライエッチング装置の
管理方法は、装置状態の確認および特性の変動補正に、
熱酸化膜等のイオンアシストでエッチングされる材料
と、ポリシリコンやAl等のラジカル主体でエッチング
される材料の、エッチングレートおよびエッチングレー
ト比を用いることを特徴としている。前者では主として
ウェハに入射するイオンエネルギーすなわちバイアス系
やプラズマを発生させるソースパワー系の変動を、後者
ではエッチャントの供給系や、チャンバー壁表面でのエ
ッチャントの反応系、エッチングチャンバー内での温度
上昇や反応生成物の付着等によるプロセス系の変動等を
検知することを主目的としている。もちろん、実際上の
変動は複合的な要因であるため、補正も複合的なものと
なる。
【0024】酸化膜エッチングプロセスの例では、個々
のエッチング条件は、各条件に固有の熱酸化膜とノンド
ープドポリシリコン(non-doped poly Si )のエッチン
グレート比を有する。熱酸化膜のエッチングレートはガ
ス流量比の変動より、バイアス電圧やソースパワーに敏
感であるため、エッチングレートの変動が見られた場合
にはこれらを補正する。また、ポリシリコン(poly Si
)のエッチングレートおよび熱酸化膜/ポリシリコン
のレート比はエッチャントの流量比に敏感であるため、
マスフローコントローラ交換時やエッチングチャンバー
クリーニング時にエッチングレート比の変動が見られた
場合には、主としてガス流量比調整を行う。この補正方
法は、異機種間の酸化膜エッチャー(エッチング装
置)、すなわちエッチング装置間でも、微小なサイドウ
ォールスペースやホール形状を合わせ込めるほど高感度
かつ有効である。
【0025】さらに、エッチング中のウエハー表面は常
にフルオロカーボン系の保護膜の堆積とエッチングの競
争であるため、前述のエッチャントの供給系や実効濃度
の変動の検知を、ウェハ測定からプラズマ中の分子種の
発光強度比の測定に置き換えることができる。すなわ
ち、CFx ,CClx ,C2 等のポリマー形成因子から
の発光強度と、F,Cl等のポリマー阻害因子またはS
iFx ,CO,AlCl x 等のエッチング生成物からの
発光強度の比を検出し、それが許容スペック、すなわち
当該エッチング条件に固有の管理範囲内に入るよう管理
することにより、装置変動を抑えることができる。この
方法を用いれば、チャンバークリーニングサイクル等の
長周期的変動のみならず、1カセット(例えば25ウェ
ハ)の連続処理時の短周期的変動に対しても、先頭ウェ
ハ処理時のある時間帯における発光強度比を記憶し、後
続のウェハ処理時の同時間帯における同発光強度比を許
容範囲内で同等レベルに保つよう、各種エッチングパラ
メーターを補正することにより、プロセスを安定化する
ことができる。
【0026】また従来は装置変動が発覚する度に、個々
のエッチング条件に対しエッチングレートチェックとパ
ラメータ調整を行う必要があったが、装置内に個々の条
件周辺のエッチング特性のパラメータ依存性を、例えば
メモリなどに記憶させておくことにより、基本となる1
放電条件について得られた発光強度比の変動量から、1
条件のみでなく任意の複数の条件が各条件固有の発光強
度比管理範囲内に保たれるよう、各種エッチングパラメ
ーターを自動的に補正することができる。
【0027】次に、本発明に係る自動補正ドライエッチ
ング装置を添付の図面に示す好適実施例に基づいて以下
に詳細に説明する。図1は、本発明の自動補正ドライエ
ッチング装置の一実施例の概略模式図であり、本発明を
電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチング装置(EC
Rエッチング装置)に適用した実施例を示すが、本発明
の適用可能なドライエッチング装置はこれに限定され
ず、従来公知のドライエッチング装置は全て適用可能で
ある。例えば、平行平板型プラズマエッチング装置、反
応性イオンエッチング(RIE)装置、磁場励起型反応
性イオンエッチング(MERIE)装置、誘導結合型プ
ラズマ(ICP)エッチング装置、ヘリコン波プラズマ
エッチング装置などを挙げることができる。
【0028】同図に示すように、本発明の自動補正EC
Rエッチング装置10は、マイクロ波と磁場による電子
の共鳴を用いて高密度のプラズマ(有磁場マイクロ波プ
ラズマ)を発生させてウエハーにエッチングを行う装置
本体11と、同図中点線で示す本発明の特徴部分である
装置変動の自動補正装置50とを有する。
【0029】ここで、装置本体11は、上面が半球状を
なす石英放電管12によって囲撓され、プラズマが発生
するエッチングチャンバー(放電室)14と、このエッ
チングチャンバー14の下部に配置されるウエハー16
を図示しない静電チャック機構等で固定支持するととも
に下部電極を構成するウエハーステージ18と、石英放
電管12を上側から覆い、マイクロ波をエッチングチャ
ンバー14に誘導する、下部が円形をなす導波管20
と、導波管20の閉塞端に設けられ、マイクロ波を発生
するマグネトロン22と、プラズマが発生するエッチン
グチャンバー14に磁場を印加するために導波管20の
下部にエッチングチャンバー14に外周を覆うように配
置されるソレノイドコイル24と、エッチングチャンバ
ー14内のエッチングプロセスをモニターし、ウエハー
16の1つの膜のエッチング時に得られる2種以上の発
光種間の発光強度を計測するエッチングモニター26
と、エッチングチャンバー14内を所定の真空度(例え
ば10-2〜100Pa)に保持するために排気を行う排
気口28と、複数のエッチングガスをエッチングチャン
バー14内に導入するエッチングガスの導入管30と、
エッチングチャンバー14内外へのウエハー16の搬入
搬出を行うウエハー搬送口32と、複数のエッチングガ
スを導入管30に供給するエッチングガス源34と、導
入管30供給される複数のエッチングガスの量をそれぞ
れ制御するマスフローコントローラ36と、ウエハース
テージ18を加温もしくは冷却するチラー38と、イオ
ンの入射を制御するために下部電極であるウエハーステ
ージ18に高周波(RF)バイアスを印加するための高
周波電源40と、マグネトロン22の電源42と、排気
口28に接続され、図示しないターボ分子ポンプとドラ
イポンプからなる真空源44と、マスフローコントロー
ラ(ガス切換制御器)36、チラー38、高周波電源4
0、マグネトロン電源42および真空源44を一括制御
する一括制御器46とを有する。
【0030】次に、自動補正装置50は、本発明装置の
最も特徴とする部分であって、自動補正に用いられる少
なくとも1つのエッチング条件について得られる、少な
くとも1種類の膜のエッチングレートの基準値からの変
動量と、その条件に固有のエッチングレートの管理範囲
内に保つために、その条件において前記エッチングレー
トの変動量に基づいて補正すべき少なくとも1種のエッ
チングパラメータおよびその補正量との関係および前記
少なくとも1種類の膜を含む2種類以上の異種膜間のエ
ッチングレート比の基準値からの変動量と、その条件に
固有のエッチングレート比の管理範囲内に保つために、
その条件において前記エッチングレート比の変動量に基
づいて補正すべき少なくとも1種のエッチングパラメー
タおよびその補正量との関係、ならびに自動補正に用い
られる少なくと1つの放電条件下で得られる1つの膜の
エッチング時における2種類以上の発光種間の発光強度
比の基準値からの変動量と、その条件に固有の発光強度
比の管理範囲内に保つために、その条件において前記発
光強度比の変動量に基づいて補正すべき少なくとも1種
のエッチングパラメータおよびその補正量との関係を記
憶するメモリ52と、所定のエッチング条件下の少なく
とも1種類の膜のエッチングレートおよび少なくとも2
種類のエッチングレート比、ならびに1つの膜のエッチ
ング時における2種類以上の発光種間の発光強度比など
の変動量を入力するキーボードなどの入力機器54と、
入力機器54による入力によって、もしくは装置本体1
1のエッチングモニタ26によって計測された発光強度
などから自動的に演算されて、エッチングレートの変動
量および/またはエッチングレート比の変動量が与えら
れた時にそれに応じて、あるいは発光強度比の変動量に
応じて、補正すべきエッチングパラメータおよびその補
正量をメモリ52から読み出し、読み出されたエッチン
グパラメータの制御手段である一括制御器46にそのエ
ッチングパラメータの補正量を与える自動補正部56
と、を有する。
【0031】ここで、一括制御器46は、本発明におい
てエッチングパラメータとなる各種類のエッチングガス
の流量、チャンバー14内の温度、真空度、バイアス電
力、マイクロ波電力等をそれぞれ制御するマスフローコ
ントローラ36、チラー38、真空源44、高周波電源
40、マグネトロン電源42等を一括制御する本発明の
エッチングパラメータ制御手段として機能する。本発明
においては、補正が必要となるエッチングパラメータ
は、エッチングの対象となる膜種や条件に応じて予め適
宜、上述した複数のパラメータから設定され、その補正
量もそのエッチングレートの変動量および/またはエッ
チングレート比の変動量などから設定されている。もち
ろん、この他のエッチングパラメータを本発明の対象と
してもよい。また、上記エッチングレートの変動量およ
び/またはエッチングレート比の変動量あるいは発光強
度比の変動量は、エッチングレートや発光強度を測定し
て、その変動量として、あるいはその比を算出し、その
比の変動量として求めればよいが、エッチングレートや
発光強度の測定方法は、特に制限的ではなく、従来公知
の測定方法であってよい。これらのエッチングレートの
変動量および/またはエッチングレート比の変動量ある
いは発光強度比の変動量は、別途測定して、入力機器5
4によって入力してもよいし、専用の測定手段を連結し
て自動的に入力されるように構成してもよい。
【0032】なお、本発明においては、エッチングレー
トおよびエッチングレート比の測定手段は、下記のよう
に構成するのが好ましい。この測定手段は、自動補正装
置50のメモリ52に予め事前に測定される各種類の膜
の膜厚を記憶させ、この装置の自動補正に用いられるエ
ッチング条件下でのプラズマの発光強度をエッチングモ
ニタ26で計測し、このエッチングモニタ26によって
計測されたプラズマの発光強度を自動補正部56に入力
し、自動補正部56において、入力された発光強度の変
化から検知される膜のエッチオフ時間とメモリ52から
読み出された予め測定された膜の膜厚とから膜のエッチ
ングレートを算出し、算出された2種類以上の異種膜の
エッチングレートからそのエッチングレート比を演算す
るように構成される。ここで、エッチングレートおよび
エッチングレート比の算出は、自動補正部56で行うも
のに限定されず、他に演算部を設けて行ってもよいし、
また、予め事前に測定される各種類の膜の膜厚を記憶さ
せるメモリも、メモリ52とは別のメモリであってもよ
い。本発明装置においても、上述したように、エッチン
グレート比を測定する2種類以上の異種膜が、熱酸化膜
などのイオンアシスト主体でエッチングされる膜と、ポ
リシリコン膜やAl膜などのラジカル主体でエッチング
される膜とからそれぞれ少なくとも1種類ずつ選択され
るのがよい。
【0033】ところで、本発明においては、装置間の性
能変動の合わせ込みを行う場合には、1種類以上の膜の
エッチングレートと2種類以上の膜のエッチングレート
比に基づいて1種類以上のエッチングパラメータを補正
しているが、本発明はこれに限定されず、これらを算出
するために計測される発光強度の変化に基づいて直接補
正するように構成してもよい。また、装置内の性能変動
を合わせ込む場合も同様にしてもよいが、この場合に
は、特に以下のように構成するのが好ましい。すなわ
ち、同一製品ウェハを連続エッチングする際には、始め
に、2種類以上の発光種間の発光強度比の基準値とし
て、先頭ウェハ処理時の所定の時間帯における2種類以
上の発光種間の発光強度比をメモリ52に設定し、自動
補正部56において後続のウェハ処理時の所定の時間帯
に相当する時間帯における同発光種間の発光強度比をそ
の条件に固有の発光強度比の管理範囲が所定の許容範囲
内で同等レベルなるようにエッチングパラメータを補正
するように構成する。ここで、発光強度が計測される発
光種は、ポリマー形成因子と、ポリマー阻害因子または
エッチング生成物とから少なくとも1種類ずつ選択され
てるのがよい。
【0034】さらに、本発明装置においては、メモリ5
2またはほかのメモリに予め上記エッチングパラメータ
の自動補正範囲の上下限値を設定しておき、上記補正に
よって、このエッチングパラメータが予め設定された上
下限値に達したもしくはこの上下限値を超えた場合に警
告や警報(アラ−ム)を発生する警報器を設けてもよ
い。なお、この警報器は、音声による警報を発するもの
のほか、表示装置(ディスプレイ)に警告を表示するも
のであってもよい。本発明の自動補正ドライエッチング
装置は基本的に以上のように構成される。
【0035】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に
説明する。 (実施例)図1に示す電子サイクロトロン共鳴(Electr
on Cyclotron Resonance)プラズマエッチング装置10
を用いて、TiN/AlCu/TiN/Ti系積層配線
エッチングおよびコンタクトホールエッチングを以下の
ように行った。
【0036】チャンバー14上部から導波管20により
マイクロ波が導入され、チャンバー14周辺には磁場を
形成するためのコイル24が配置され、ウェハステージ
18である下部電極には、イオン入射を制御するため高
周波電源40により高周波電力が印加され、チャンバー
12はターボ分子ポンプとドライポンプからなる真空源
44により排気されており、各エッチングガスはマスフ
ローコントローラ36により所望の流量がエッチングチ
ャンバー14に導入され、プラズマ化された。ウェハ1
6の裏面とステージ18の間はHeガスで満たされるこ
とにより、チラー38で加温または冷却されたステージ
16とウェハ16との熱伝導が確保されていた。本実施
例ではメインガスとして、積層配線エッチングにはBC
3 ,Cl2 ,CHF3 を、コンタクトホールエッチン
グにはCF4 /C4 8 /Arを用い、積層配線構造は
TiN/AlCu/TiN/Ti=0.02/0.6/
0.1/0.05μm、第1層間膜構造はBPSG膜
1.0μmとした。
【0037】図2に積層配線エッチングを50枚連続処
理した際の、断面形状のテーパー角の推移を示す。補正
を全く行わない場合は、1枚目の87°から50枚目の
81°までテーパー化が見られたが、1枚目のAlCu
層エッチング時のAl/CF 2 の発光強度比を2枚目以
降で保つよう、BCl3 /Cl2 /CHF3 流量比を調
整しつつエッチングした場合には87°〜85°を安定
して推移した。図3には0.4μm以下のコンタクトホ
ールエッチングを50枚連続処理した際のコンタクトチ
ェイン抵抗の傾向を示す。補正を全く行わない場合はチ
ャンバー内での堆積物の蓄積でテーパー化が進み、50
枚目の抵抗値は1枚目の値の約35%増となったが、1
枚目のBPSGエッチング時のSiF/CF2 の発光強
度比を2枚目以降で保つよう、CF4 /C4 8 の流量
比を調整しつつエッチングした場合には抵抗値は±6%
以内を安定して推移した。
【0038】本発明に係るドライエッチング装置の管理
方法および自動補正ドライエッチング装置について、実
施例を含め種々の例を挙げて説明したが、本発明は上述
した例、特に、実施例の装置、放電形式、ガス種、発光
種、膜種等に限定されるものではなく、本発明のの要旨
を逸脱しない範囲で種々の改良や設計の変更が可能であ
ることは言うまでもない。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明法によれ
ば、装置状態の確認および特性の変動検知に、熱酸化膜
等のイオンアシストでエッチングされる材料と、ポリシ
リコンやAl等のラジカル主体でエッチングされる材料
の、エッチングレートおよびエッチングレート比を用
い、これらが固有の管理範囲(許容範囲)内に入るよう
に、あるいはCFx ,CClx ,C2 等のポリマー形成
因子からの発光強度と、F,Cl等のポリマー阻害因子
またはSiFx ,CO,AlClx 等のエッチング生成
物からの発光強度の比を検出し、これが固有の許容スペ
ック内に入るように、パラメータ調整することにより、
長周期的および短周期的装置変動を抑えることができ
る。
【0040】この結果、チャンバークリーニング後の残
留水分や経時的なエッチング生成物の付着により実効的
エッチャント濃度の変動(長周期的変動)や、連続放電
時のチャンバー内温度の上昇による下地選択性の変動等
(短周期的変動)を低減し、形状(加工寸法)および下
地選択性(デバイス特性へのダメージ)等を、常に許容
範囲内に保つことができる。
【0041】また、本発明法および本発明装置によれ
ば、装置内に個々の条件周辺のエッチング特性のパラメ
ータ依存性を記憶させておくことにより、基本となる1
放電条件について得られたエッチングレート比あるいは
発光強度比の変動量から、1条件のみでなく任意の複数
の条件が各条件固有の管理値範囲内に保たれるよう、各
種エッチングパラメーターを自動的に補正することがで
きる。
【0042】さらに、パラメータの自動調整範囲に上下
限値を設定し、これに接触した際にアラームを発生する
ようにすることにより、通常変動外への追従を制限し、
本質的なメンテナンスを要する装置故障を感知すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の自動補正ドライエッチング装置の一
実施例の概略模式図である。
【図2】 本実施例において得られた積層配線エッチン
グの連続処理におけるパラメータ補正の有無とテーパー
角との関係を処理ウエハ数に対して示すグラフである。
【図3】 本実施例において得られたコンタクトホール
エッチングの連続処理におけるパラメータ補正の有無と
コンタクト抵抗との関係を処理ウエハ数に対して示すグ
ラフである。
【符号の説明】
10 自動補正ドライエッチング装置 11 装置本体 12 石英放電管 14 エッチングチャンバー 16 ウエハ 18 ウエハステージ(下部電極) 20 導波管 22 マグネトロン 24 ソレノイドコイル 26 エッチングモニター 28 排出口 30 エッチングガスの導入管 32 ウエハの搬送口 34 エッチングガス源 36 マスフローコントローラ 38 チラー 40 高周波電源 42 マグネトロン電源 44 真空源 50 自動補正装置 52 メモリ 54 入力機器 56 警報器

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1つのエッチング条件に対し、
    同一エッチング条件下において得られる2種類以上の異
    種膜間のエッチングレート比、および前記2種類以上の
    異種膜の少なくとも1種類の膜のエッチングレートが、
    いずれも前記同一エッチング条件に固有のそれぞれの管
    理値範囲内に保たれるよう、少なくとも1種のエッチン
    グパラメーターを補正することを特徴とするドライエッ
    チング装置の管理方法。
  2. 【請求項2】前記2種類以上の異種膜が、イオンアシス
    ト主体でエッチングされる膜と、ラジカル主体でエッチ
    ングされる膜とからそれぞれ少なくとも1種類ずつ選択
    されることを特徴とする請求項1に記載のドライエッチ
    ング装置の管理方法。
  3. 【請求項3】前記膜のエッチングレートを、予め事前に
    測定される各種類の膜の膜厚と、プラズマの発光強度の
    変化から検知される各種類の膜のエッチオフ時間とから
    算出することを特徴とする請求項1または2に記載のド
    ライエッチング装置の管理方法。
  4. 【請求項4】基本となる1放電条件について得られる、
    少なくとも1種類の膜のエッチングレートの基準値から
    の変動量、および前記少なくとも1種類の膜を含む2種
    類以上の異種膜間のエッチングレート比の基準値からの
    変動量に基づいて、複数の条件が、各々の条件に固有の
    エッチングレートおよびエッチングレート比のそれぞれ
    の管理範囲内に保たれるよう、各々の条件の少なくとも
    1種のエッチングパラメーターを手動あるいは自動的に
    補正することを特徴とするドライエッチング装置の管理
    方法。
  5. 【請求項5】少なくとも1つのエッチング条件に対し、
    同一条件下の1つの膜のエッチング時に得られる2種類
    以上の発光種間の発光強度比が、その条件に固有の管理
    値範囲内に保たれるよう、少なくとも1種のエッチング
    パラメーターを手動あるいは自動的に補正することを特
    徴とするドライエッチング装置の管理方法。
  6. 【請求項6】基本となる1放電条件下で得られる1つの
    膜のエッチング時における2種類以上の発光種間の発光
    強度比の基準値からの変動量に基づいて、複数のエッチ
    ング条件が、個々のエッチング条件に固有の発光強度比
    の管理範囲内に保たれるよう、少なくとも1種のエッチ
    ングパラメーターを手動あるいは自動的に補正すること
    を特徴とするドライエッチング装置の管理方法。
  7. 【請求項7】同一製品ウェハを連続エッチングする際
    に、先頭ウェハ処理時の所定の時間帯における2種類以
    上の発光種間の発光強度比を記憶し、後続のウェハ処理
    時の前記所定の時間帯に相当する時間帯における同発光
    種間の発光強度比を所定の許容範囲内で同等レベルに補
    正するよう、少なくとも1種のエッチングパラメーター
    を手動あるいは自動的に補正することを特徴とするドラ
    イエッチング装置の管理方法。
  8. 【請求項8】前記発光種が、ポリマー形成因子と、ポリ
    マー阻害因子またはエッチング生成物とから少なくとも
    1種類ずつ選択されて用いられることを特徴とする請求
    項5〜7のいずれに記載のドライエッチング装置の管理
    方法。
  9. 【請求項9】自動補正に用いられる少なくと1つのエッ
    チング条件について得られる、少なくとも1種類の膜の
    エッチングレートの基準値からの変動量と、その条件に
    固有のエッチングレートの管理範囲内に保たれるよう、
    その条件において前記エッチングレートの変動量に基づ
    いて補正すべき少なくとも1種のエッチングパラメータ
    およびその補正量との関係および前記少なくとも1種類
    の膜を含む2種類以上の異種膜間のエッチングレート比
    の基準値からの変動量と、その条件に固有のエッチング
    レート比の管理範囲内に保たれるよう、その条件におい
    て前記エッチングレート比の変動量に基づいて補正すべ
    き少なくとも1種のエッチングパラメータおよびその補
    正量との関係を記憶するメモリと、前記エッチングパラ
    メータの制御手段と、前記エッチングレートの変動量お
    よび/または前記エッチングレート比の変動量が与えら
    れた時にそれに応じて補正すべきエッチングパラメータ
    およびその補正量を前記メモリから読み出し、読み出さ
    れたエッチングパラメータの制御手段にその補正量を与
    える自動補正手段と、を有することを特徴とする自動補
    正ドライエッチング装置。
  10. 【請求項10】請求項9に記載の自動補正ドライエッチ
    ング装置であって、 さらに、前記膜のエッチングレートおよびエッチングレ
    ート比を測定する手段を有し、この算出手段は、予め事
    前に測定される各種類の膜の膜厚を記憶するメモリと、
    前記自動補正に用いられるエッチング条件下でのプラズ
    マの発光強度を計測する手段と、この計測手段によって
    計測された前記プラズマの発光強度の変化から検知され
    る前記膜のエッチオフ時間と前記メモリから読み出され
    た予め測定される前記膜の膜厚とから前記膜のエッチン
    グレートを算出し、算出された2種類以上の膜のエッチ
    ングレートからそのエッチングレート比を算出する手段
    を有することを特徴とする自動補正ドライエッチング装
    置。
  11. 【請求項11】前記2種類以上の異種膜が、イオンアシ
    スト主体でエッチングされる膜と、ラジカル主体でエッ
    チングされる膜とからそれぞれ少なくとも1種類ずつ選
    択されることを特徴とする請求項9または10に記載の
    自動補正ドライエッチング装置。
  12. 【請求項12】自動補正に用いられる少なくとも1つの
    放電条件下で得られる1つの膜のエッチング時における
    2種類以上の発光種間の発光強度比を計測する手段と、
    これらの2種類以上の発光種間の発光強度比の基準値か
    らの変動量と、その条件に固有の発光強度比の管理範囲
    内に保たれるよう、その条件において前記発光強度比の
    変動量に基づいて補正すべき少なくとも1種のエッチン
    グパラメータおよびその補正量との関係を記憶するメモ
    リと、前記エッチングパラメータの制御手段と、前記発
    光強度比の計測手段から計測された発光強度比の変動量
    に応じて補正すべきエッチングパラメータおよびその補
    正量を前記メモリから読み出し、読み出されたエッチン
    グパラメータの制御手段にその補正量を与える自動補正
    手段と、を有することを特徴とする自動補正ドライエッ
    チング装置。
  13. 【請求項13】前記2種類以上の発光種間の発光強度比
    の基準値が、同一製品ウェハを連続エッチングする際に
    おける、先頭ウェハ処理時の所定の時間帯における2種
    類以上の発光種間の発光強度比であり、自動補正に供さ
    れる発光強度比が後続のウェハ処理時の前記所定の時間
    帯に相当する時間帯における同発光種間の発光強度比で
    あり、前記条件に固有の発光強度比の管理範囲が所定の
    許容範囲内で同等レベルであることを特徴とする請求項
    12に記載の自動補正ドライエッチング装置。
  14. 【請求項14】前記発光種が、ポリマー形成因子と、ポ
    リマー阻害因子またはエッチング生成物とから少なくと
    も1種類ずつ選択されて用いられることを特徴とする請
    求項12または13に記載の自動補正ドライエッチング
    装置。
  15. 【請求項15】請求項9〜14のいずれかに記載の自動
    補正ドライエッチング装置であって、 さらに、前記メモリに前記エッチングパラメータの自動
    補正範囲の上下限値が設定され、前記エッチングパラメ
    ータが前記上下限値に達したもしくは前記上下限値を超
    えた場合にアラームを発生する手段を有することを特徴
    とする自動補正ドライエッチング装置。
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