JPH1050672A - プラズマエッチング装置 - Google Patents
プラズマエッチング装置Info
- Publication number
- JPH1050672A JPH1050672A JP8203407A JP20340796A JPH1050672A JP H1050672 A JPH1050672 A JP H1050672A JP 8203407 A JP8203407 A JP 8203407A JP 20340796 A JP20340796 A JP 20340796A JP H1050672 A JPH1050672 A JP H1050672A
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- JP
- Japan
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- gas
- processing chamber
- plasma
- mass spectrometer
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】エッチング特性変動の検出結果によって装置を
制御し、不良の発生を防止する。 【解決手段】プラズマエッチング装置において、エッチ
ング処理前の残留ガス分圧を測定する手段と、そのデー
タを保存する手段を備え、残留ガス分圧の変動からエッ
チング特性の変動を予測し、不良の発生を防止する。
制御し、不良の発生を防止する。 【解決手段】プラズマエッチング装置において、エッチ
ング処理前の残留ガス分圧を測定する手段と、そのデー
タを保存する手段を備え、残留ガス分圧の変動からエッ
チング特性の変動を予測し、不良の発生を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
装置に係わり、特に半導体デバイス等を製造するのに好
適なプラズマエッチング装置に関する。
装置に係わり、特に半導体デバイス等を製造するのに好
適なプラズマエッチング装置に関する。
【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。
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。
【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系化合物、その他反応生成物
が処理室内壁に膜となって付着したりする。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、エッチングの形状，寸法精度，エッ
チ速度，均一性等のエッチング特性も変化してくる。
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系化合物、その他反応生成物
が処理室内壁に膜となって付着したりする。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、エッチングの形状，寸法精度，エッ
チ速度，均一性等のエッチング特性も変化してくる。
【０００４】さらにエッチングガスにより真空封じのた
めのＯリングが劣化して微少なリークが発生したり、加
工前のウェハの保管状態によってプラズマ状態が変化す
る場合もある。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徐々
に変化する経時変化現象や、突発的な異物発生が起こ
り、不良の発生につながる。これは他のプラズマ処理装
置（ＣＶＤ装置やスパッタ装置等）でも同様である。
めのＯリングが劣化して微少なリークが発生したり、加
工前のウェハの保管状態によってプラズマ状態が変化す
る場合もある。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徐々
に変化する経時変化現象や、突発的な異物発生が起こ
り、不良の発生につながる。これは他のプラズマ処理装
置（ＣＶＤ装置やスパッタ装置等）でも同様である。
【０００５】これまでは、例えば特開平4−212414 号に
示されているプラズマ処理装置のように、エッチング処
理中のプラズマの発光スペクトルや電極電位、あるいは
基板透過の赤外スペクトルにより装置状態を検出してデ
ータベースを構築し、装置状態の変化に応じて処理条件
を変える装置制御が行われてきた。また、特開平7−224
01 号に開示されているように、プラズマの発光スペク
トルからリークに起因する装置異常を検出することも行
われてきた。
示されているプラズマ処理装置のように、エッチング処
理中のプラズマの発光スペクトルや電極電位、あるいは
基板透過の赤外スペクトルにより装置状態を検出してデ
ータベースを構築し、装置状態の変化に応じて処理条件
を変える装置制御が行われてきた。また、特開平7−224
01 号に開示されているように、プラズマの発光スペク
トルからリークに起因する装置異常を検出することも行
われてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではエッ
チングのプロセス状態監視の手段がプラズマ発光スペク
トル検出である。実際発光スペクトルの分析すなわち発
光分析法はインプロセスの分析手段としては簡便且つ有
効な手段であるが、処理室内壁面，電極裏面等プラズマ
の広がらない領域に対しては十分な情報は得られない。
特に処理室内壁に付着した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り、多くの場合発光分析
法での検出限界を超えているにもかかわらず、検出分解
能に対する考慮が十分なされていなかった。
チングのプロセス状態監視の手段がプラズマ発光スペク
トル検出である。実際発光スペクトルの分析すなわち発
光分析法はインプロセスの分析手段としては簡便且つ有
効な手段であるが、処理室内壁面，電極裏面等プラズマ
の広がらない領域に対しては十分な情報は得られない。
特に処理室内壁に付着した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り、多くの場合発光分析
法での検出限界を超えているにもかかわらず、検出分解
能に対する考慮が十分なされていなかった。
【０００７】本発明の目的は、エッチング装置の変動を
発光分析法のみならず多項目の状態監視の手段を用いて
検知し、エッチングプロセスにおける不良発生を未然に
防止することにある。
発光分析法のみならず多項目の状態監視の手段を用いて
検知し、エッチングプロセスにおける不良発生を未然に
防止することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】同一のエッチング処理条
件を継続していてもエッチング特性の変動が起こる。変
動原因を調べたところ、処理室内壁に付着した反応生成
物の吸着・脱離と密接な関係があることがわかった。従
って上記課題は、微量分析として検出分解能が高い質量
分析法を用いることにより解決策される。すなわち、壁
面に吸着した反応生成物からの放出ガスを、エッチング
処理中以外の時間の高真空排気時に監視する。
件を継続していてもエッチング特性の変動が起こる。変
動原因を調べたところ、処理室内壁に付着した反応生成
物の吸着・脱離と密接な関係があることがわかった。従
って上記課題は、微量分析として検出分解能が高い質量
分析法を用いることにより解決策される。すなわち、壁
面に吸着した反応生成物からの放出ガスを、エッチング
処理中以外の時間の高真空排気時に監視する。
【０００９】またこの放出ガスの情報を、エッチング処
理の諸条件（ガス流量，圧力，電力，時間等の設定値及
び実測値）とつき合せすることができるデータロギング
装置によって解決する。
理の諸条件（ガス流量，圧力，電力，時間等の設定値及
び実測値）とつき合せすることができるデータロギング
装置によって解決する。
【００１０】なお、質量分析計を用いたエッチングのモ
ニタについては、例えば特公平7−75230 号公報に開示
されているが、この出願は、エッチング終点の検出が目
的で、エッチング処理間の高真空排気時に監視するもの
ではなかった。
ニタについては、例えば特公平7−75230 号公報に開示
されているが、この出願は、エッチング終点の検出が目
的で、エッチング処理間の高真空排気時に監視するもの
ではなかった。
【００１１】本発明では、質量分析計はエッチング処理
中以外の時間の高真空排気時に処理室内壁に付着した反
応生成物から脱離する微量ガスを検出する。データロギ
ング装置はエッチング処理の諸条件とともにこのエッチ
ング処理中以外の微量ガスの状況を同一処理のロット内
及びロット間で比較することにより、エッチング特性の
変動を予測する。
中以外の時間の高真空排気時に処理室内壁に付着した反
応生成物から脱離する微量ガスを検出する。データロギ
ング装置はエッチング処理の諸条件とともにこのエッチ
ング処理中以外の微量ガスの状況を同一処理のロット内
及びロット間で比較することにより、エッチング特性の
変動を予測する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を示す。図
１は本発明のプラズマエッチング装置の構成図を示し、
図２は同一ロット内でのエッチング処理におけるプロセ
スパラメータの時間経過を示した図である。また、図３
は複数のロットを処理したときのプロセスパラメータの
時間経過を示した図である。図４はエッチング特性の変
動の例で（ａ）はオーバエッチ不良、（ｂ）はエッチ残
り・サイドエッチ不良である。
１は本発明のプラズマエッチング装置の構成図を示し、
図２は同一ロット内でのエッチング処理におけるプロセ
スパラメータの時間経過を示した図である。また、図３
は複数のロットを処理したときのプロセスパラメータの
時間経過を示した図である。図４はエッチング特性の変
動の例で（ａ）はオーバエッチ不良、（ｂ）はエッチ残
り・サイドエッチ不良である。
【００１３】図１において、プラズマエッチング装置は
真空を保持する構造を有する処理室１と、その処理室に
エッチングガスを導入するガス供給系２と、上記処理室
を所定の圧力に制御する真空排気系３を備えている。４
は処理室１にてプラズマを発生・維持する電源であり、
電力検出手段５にてエッチング処理中の電力がモニタさ
れる。分光器６はプラズマの発光を検出し、その発光ス
ペクトルは終点検出装置７にて処理され、エッチングの
終点を検出する。さらに処理室１はバッファ室８と搬送
系９に接続されている。また、エッチング制御系１１は
ガス供給系２，真空排気系３，エッチング電源４にエッ
チング処理条件を設定し、搬送系９を制御してバッファ
室８の所定のウェハ１０に対してエッチング処理を行
う。
真空を保持する構造を有する処理室１と、その処理室に
エッチングガスを導入するガス供給系２と、上記処理室
を所定の圧力に制御する真空排気系３を備えている。４
は処理室１にてプラズマを発生・維持する電源であり、
電力検出手段５にてエッチング処理中の電力がモニタさ
れる。分光器６はプラズマの発光を検出し、その発光ス
ペクトルは終点検出装置７にて処理され、エッチングの
終点を検出する。さらに処理室１はバッファ室８と搬送
系９に接続されている。また、エッチング制御系１１は
ガス供給系２，真空排気系３，エッチング電源４にエッ
チング処理条件を設定し、搬送系９を制御してバッファ
室８の所定のウェハ１０に対してエッチング処理を行
う。
【００１４】以上がエッチング装置の基本部分であり、
従来装置と同じ構成要件から成るが、本発明ではそれに
データロギング装置１２，質量分析計１３及びその保護
バルブ１４を備えている。
従来装置と同じ構成要件から成るが、本発明ではそれに
データロギング装置１２，質量分析計１３及びその保護
バルブ１４を備えている。
【００１５】ここで保護バルブの機能を説明する。通常
エッチング工程では、塩素系，フッ素系等の腐食性ガス
が多用されている。そこで本発明では、質量分析計１３
と処理室１との間に保護バルブ１４を備え、その開閉の
タイミングをエッチング処理と同期させ、処理室がエッ
チング処理をしていない状態（すなわち高真空排気状
態）のみ開としてガス分析をする構成としている。
エッチング工程では、塩素系，フッ素系等の腐食性ガス
が多用されている。そこで本発明では、質量分析計１３
と処理室１との間に保護バルブ１４を備え、その開閉の
タイミングをエッチング処理と同期させ、処理室がエッ
チング処理をしていない状態（すなわち高真空排気状
態）のみ開としてガス分析をする構成としている。
【００１６】またデータロギング装置１２はエッチング
制御系１１の認識するウェハ番号と前記エッチング処理
条件を取り込む一方、前記電力検出手段５，分光器６，
終点検出装置７，質量分析計１３の出力をプロセスパラ
メータの実測値として取り込む機能を有する。
制御系１１の認識するウェハ番号と前記エッチング処理
条件を取り込む一方、前記電力検出手段５，分光器６，
終点検出装置７，質量分析計１３の出力をプロセスパラ
メータの実測値として取り込む機能を有する。
【００１７】次に本発明におけるエッチング特性の変動
検出を図２，図３，図４で説明する。図２は同一ロット
内でのポリシリコン（Poly−Ｓｉ）エッチング処理で、
データロギング装置１２に取り込まれた設定条件２１及
び電力２２，発光強度２３とともに、エッチング処理実
行前の質量分析計でのフッ素分圧値２４を示す。またそ
のロット処理後各ウェハで膜厚検査装置等で調べたオー
バエッチ量２５を示す。設定条件２１，電力２２，発光
強度２３では安定しているように見えても、下地酸化膜
のオーバエッチ量はロットの先頭３枚がばらついてお
り、図４（ａ）の不良発生を引き起こす。しかし、オー
バエッチ量２５は処理前のフッ素分圧２４と対応がとれ
ているので、フッ素分圧と対応をとることで、対酸化膜
に対するエッチング速度比（選択比）のロット内変動が
予測できる。
検出を図２，図３，図４で説明する。図２は同一ロット
内でのポリシリコン（Poly−Ｓｉ）エッチング処理で、
データロギング装置１２に取り込まれた設定条件２１及
び電力２２，発光強度２３とともに、エッチング処理実
行前の質量分析計でのフッ素分圧値２４を示す。またそ
のロット処理後各ウェハで膜厚検査装置等で調べたオー
バエッチ量２５を示す。設定条件２１，電力２２，発光
強度２３では安定しているように見えても、下地酸化膜
のオーバエッチ量はロットの先頭３枚がばらついてお
り、図４（ａ）の不良発生を引き起こす。しかし、オー
バエッチ量２５は処理前のフッ素分圧２４と対応がとれ
ているので、フッ素分圧と対応をとることで、対酸化膜
に対するエッチング速度比（選択比）のロット内変動が
予測できる。
【００１８】同様のことが、図３でも示される。図３は
複数のロットを処理したときのプロセスパラメータ諸値
を示しており、設定条件３１，電力３２，エッチ時間３
３が安定しているように見えても、図３（ｄ）に示すよ
うな酸素の介在（リーク等）により同図（ｅ）のように
エッチ残り３５があるとき急増している。これも処理前
の酸素分圧３４と対応がとれる。よって酸素分圧３４と
対応をとることで、ロット間変動が予測でき対エッチ残
りの不良（条件によってはサイドエッチ不良（図４
(Ｂ))）を未然に防止できる。
複数のロットを処理したときのプロセスパラメータ諸値
を示しており、設定条件３１，電力３２，エッチ時間３
３が安定しているように見えても、図３（ｄ）に示すよ
うな酸素の介在（リーク等）により同図（ｅ）のように
エッチ残り３５があるとき急増している。これも処理前
の酸素分圧３４と対応がとれる。よって酸素分圧３４と
対応をとることで、ロット間変動が予測でき対エッチ残
りの不良（条件によってはサイドエッチ不良（図４
(Ｂ))）を未然に防止できる。
【００１９】以上の説明は、Poly−Ｓｉエッチング時の
フッ素によるオーバエッチ不良，微量リーク酸素による
エッチ残り・サイドエッチ不良を例に示したが、エッチ
ング膜，材料ガス，検出する残留ガスはこれに限定され
ず、広くエッチングプロセスに適応可能であることは言
うまでもない。本発明によれば、エッチング特性変動を
検出することが可能となり、異常の早期発見が可能であ
る。
フッ素によるオーバエッチ不良，微量リーク酸素による
エッチ残り・サイドエッチ不良を例に示したが、エッチ
ング膜，材料ガス，検出する残留ガスはこれに限定され
ず、広くエッチングプロセスに適応可能であることは言
うまでもない。本発明によれば、エッチング特性変動を
検出することが可能となり、異常の早期発見が可能であ
る。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ッチング特性の変動を精度良く検出することができるの
で、そのモニタ結果によって処理前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
できる効果がある。
ッチング特性の変動を精度良く検出することができるの
で、そのモニタ結果によって処理前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
できる効果がある。
【図１】本発明の一実施例のプラズマエッチング装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図２】同一ロット内でのエッチング処理におけるプロ
セスパラメータの時間経過を示した図。
セスパラメータの時間経過を示した図。
【図３】複数のロットを処理したときのプロセスパラメ
ータの時間経過を示した図。
ータの時間経過を示した図。
【図４】エッチング特性の変動の例を示す加工形状の断
面図。
面図。
１…処理室、５…電力検出手段、６…分光器、７…終点
検出手段、１１…エッチング制御部、１２…データロギ
ング装置、１３…質量分析計、１４…保護バルブ。
検出手段、１１…エッチング制御部、１２…データロギ
ング装置、１３…質量分析計、１４…保護バルブ。
Claims (3)
- 【請求項１】真空を保持する構造を有する処理室と、上
記処理室にエッチングガスを導入し、上記処理室を所定
の圧力に制御するガス供給系ならびに真空排気系と、上
記処理室にプラズマを発生・維持する手段とプラズマエ
ッチング装置において、ガス分析手段を有することを特
徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項２】真空を保持する構造を有する処理室と、上
記処理室にエッチングガスを導入し、上記処理室を所定
の圧力に制御するガス供給系ならびに真空排気系と、上
記処理室にプラズマを発生・維持する手段とガス分析手
段を有するプラズマエッチング装置において、エッチン
グ処理前の残留ガス分析の測定結果からエッチング特性
の変動を監視することを特徴とするプラズマエッチング
装置。 - 【請求項３】請求項１または２記載のプラズマエッチン
グ装置において、ガス分析手段が質量分析計であること
を特徴とするプラズマエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8203407A JPH1050672A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | プラズマエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8203407A JPH1050672A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | プラズマエッチング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050672A true JPH1050672A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16473560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8203407A Pending JPH1050672A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | プラズマエッチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1050672A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100567627B1 (ko) * | 2000-04-06 | 2006-04-04 | 삼성전자주식회사 | 반도체 웨이퍼의 에치량 보상을 위한 제어시스템 |
-
1996
- 1996-08-01 JP JP8203407A patent/JPH1050672A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100567627B1 (ko) * | 2000-04-06 | 2006-04-04 | 삼성전자주식회사 | 반도체 웨이퍼의 에치량 보상을 위한 제어시스템 |
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