JPH11354509A - プラズマエッチングの終点検出方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents

プラズマエッチングの終点検出方法及びプラズマエッチング装置

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JPH11354509A
JPH11354509A JP10211833A JP21183398A JPH11354509A JP H11354509 A JPH11354509 A JP H11354509A JP 10211833 A JP10211833 A JP 10211833A JP 21183398 A JP21183398 A JP 21183398A JP H11354509 A JPH11354509 A JP H11354509A
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JP
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radio frequency
plasma etching
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voltage
current
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JP10211833A
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Atsushi Denda
敦 傳田
Yoshinao Ito
芳直 伊藤
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Seiko Epson Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917Plasma diagnostics
    • H01J37/32935Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より確実にプラズマエッチングの終点を検出
することができるプラズマエッチング装置及びプラズマ
エッチングの終点検出方法を提供すること。 【解決手段】 無線周波発電装置5から発生した無線周
波ヘルツ波は、配線30を伝搬し、プラズマ室1内の陰
極9に無線周波ヘルツ波を印加する。これにより、プラ
ズマ室1内においてプラズマ11が発生し、このプラズ
マにより半導体ウエハ12が選択的にエッチングされ
る。RFプローブ8によって、配線30を流れる無線周
波ヘルツ波の電圧及び電流を測定する。判断装置15に
よって、電圧及び電流のうち、先に変化した方を基にし
てプラズマエッチングの終点を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体装
置の製造に適用することができるプラズマエッチングの
終点検出方法及びプラズマエッチング装置に関するもの
である。
【0002】
【背景技術】半導体装置の製造に、プラズマエッチング
が用いられている。このプラズマエッチングにおいて、
終点検出方法は現在、プラズマからの発光を分光し検出
する方法が主流である。このエッチングの終点検出方法
は、エッチング中のプラズマ状態をその発光分析により
観測し、エッチング終点の検出に応用したものである。
プラズマの発光は、プラズマ中に存在する活性なガス種
により起きる現象であり、プラズマ発光の研究はスペク
トル分析によるプラズマ診断技術として発達してきた。
プラズマ発光スペクトルは、プラズマ中の反応ガス、反
応生成物に依存しており、ある特定波長の発光強度、す
なわちプラズマ中に存在する特定物質の発光強度の時間
変化を観察することにより、エッチング反応生成物若し
くは反応活性種の量的な変化を知ることができる。
【0003】実際の終点検出方法としては、プラズマの
発光強度の変化をある特定波長に関し、干渉フィルタ若
しくはモノクロメータを介して取り込み、この変化をモ
ニターし、データ処理してプラズマエッチングの終点を
検出する方法が一般的である。しかし、この方法では、
下記のような問題を有している。(1)プラズマ光取り
込み用窓の劣化により、プラズマ光の透過性が悪化して
しまい、終点検出に影響を及ぼす。(2)プラズマの不
安定性による発光のちらつきが終点検出に大きな影響を
及ぼす。(3)プラズマエッチングを行う被エッチング
膜のパターン面積が非常に小さい場合、詳述すれば半導
体装置のコンタクトホールやビアホールなどのプラズマ
エッチングでは、発光強度の変化量が極めて少ないため
終点検出をする事ができない。(4)新素材のエッチン
グの際には、終点検出が可能な程度の変化幅のある特定
波長を探さなくてはならない。また、特定波長が存在し
ない場合もある。
【0004】プラズマからの発光を分光し検出する方法
の問題点を解決する手段として、例えば、特公平5−2
8895号公報に開示された終点検出方法がある。この
技術は、プラズマエッチング装置の電極のRF電圧を測
定し、RF電圧の変化を検出することにより、エッチン
グの終点を検出している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、被エッチング
材によっては、エッチング終了時、無線周波ヘルツ波の
電圧が変化しない可能性、または、無線周波ヘルツ波の
電圧の変化がエッチングの終了より遅れる可能性があ
る。よって、このような被エッチング材をエッチングす
る場合、上記技術では、エッチングの終点を正確に検出
することができない。
【0006】また、エッチングの終点を、RF電流の変
化により測定する場合、従来のRFプローブでは、プロ
ーブ自体のインピーダンスが計測環境に直接影響を及ぼ
し、下記のような問題が生じる。(1)RFプローブが
発熱する。よって、発熱前と発熱後とでは、RF電流の
測定値が変動してしまう。(2)RFプローブを取り付
けたときと、取り外したときとでは、プラズマの放電状
態が変化する。よって、安定したプラズマエッチングを
行うことができない。(3)RFプローブが発熱するた
め、エッチング装置を長期放電使用した場合、RFプロ
ーブが発火する可能性がある。
【0007】この発明は、かかる従来の課題を解決する
ためになされたものである。この発明は、より確実にプ
ラズマエッチングの終点検出をすることができるプラズ
マエッチングの終点検出方法及びプラズマエッチング装
置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】(1)この発明に係るプ
ラズマエッチング装置は、無線周波ヘルツ波を用いるプ
ラズマエッチング装置であって、無線周波ヘルツ波を発
生する無線周波発生手段と、プラズマが発生する場所に
設置された電極と、無線周波発生手段で発生した無線周
波ヘルツ波を電極に伝搬する無線周波伝搬手段と、無線
周波伝搬手段に設けられ、無線周波伝搬手段を伝搬する
無線周波ヘルツ波の電圧を測定する無線周波電圧測定手
段と、無線周波伝搬手段に設けられ、無線周波伝搬手段
を伝搬する無線周波ヘルツ波の電流を測定する無線周波
電流測定手段と、電圧及び電流を基にして、プラズマエ
ッチングの終点を判断する判断手段と、を備えている。
【0009】この発明に係るプラズマエッチング装置
は、無線周波電圧測定手段で、無線周波伝搬手段を伝搬
する無線周波ヘルツ波の電圧を測定し、無線周波電流測
定手段で、無線周波伝搬手段を伝搬する無線周波ヘルツ
波の電流を測定する。そして、判断手段により、無線周
波ヘルツ波の電圧及び電流を基にして、プラズマエッチ
ングの終点を判断している。よって、無線周波ヘルツ波
の電圧の変化のみで、エッチングの終点を判断する従来
の装置に比べ、より確実にエッチングの終点を判断する
ことができる。ここで、無線周波ヘルツ波の電圧及び電
流の変化とは、例えば変化開始時、変化中または変化終
了時を意味する。この変化は、被エッチング材の特性を
考慮して決めることができる。
【0010】(2)判断手段としては、無線周波ヘルツ
波の電圧及び電流のうち、先に変化した方を基にして、
プラズマエッチングの終点を判断するのが好ましい。
【0011】(3)無線周波電圧測定手段及び無線周波
電流測定手段を含む測定手段と、電極との間の電気素子
は、無線周波伝搬手段のみであるのが好ましい。電極と
測定手段との間に、無線周波整合ネットワークやブロッ
キングコンデンサがあると、無線周波ヘルツ波の電圧及
び電流の変化を正確に測定する精度が低くなるからであ
る。よって、無線周波ヘルツ波の電圧及び電流を正確に
測定する精度が低くならない限り、電極と測定手段との
間に電気素子が存在してもよい。
【0012】(4)無線周波電流測定手段は、無線周波
伝搬手段に巻き付けられたコイルを流れる電流を測定す
るのが好ましい。無線周波伝搬手段を流れる電流が、無
線周波電流測定手段を直接流れないので、無線周波電流
測定手段が発熱したり、プラズマのインピーダンスが変
化したりすることはないからである。
【0013】従来のプラズマエッチングの終点を判断す
る手段である他の判断手段を備え、この発明の判断手段
及び他の判断手段のデータを基にして、プラズマエッチ
ングの終点を判断するのが好ましい。他の判断手段を備
えることにより、エッチングの終点を検出するデータが
増える。従って、より高精度にエッチングの終点を検出
することができる。また、この発明の判断手段及び他の
判断手段のデータの比較判定による結果、予め設定して
ある基準とモニター値とを比較することによって、モニ
ター値が基準値のある範囲内から外れた場合を異常とす
ることで、エッチング中にリアルタイムに異常検出をす
ることができる。
【0014】従来のプラズマエッチングの終点を判断す
る手段である他の判断手段として、例えば、(1)試料
にHe−Neレーザ光等をあて、反射光の干渉を利用し
て膜厚を測定する(2)質量分析器を用いて、プラズマ
室内の分子を質量から判断し、何がエッチングされてい
るかを知る(3)プラズマからの発光を分光し検出す
る、がある。
【0015】(5)この発明に係るプラズマエッチング
の終点検出方法は、無線周波ヘルツ波を用いるプラズマ
エッチングにおけるエッチングの終点検出方法であっ
て、無線周波ヘルツ波の電圧及び電流を測定し、電圧及
び電流を基にして、プラズマエッチングの終点を判断す
る。従って、無線周波ヘルツ波の電圧の変化のみでエッ
チングの終点を判断する従来の方法に比べ、より確実に
エッチングの終点を判断することができる。
【0016】(6)無線周波ヘルツ波の電圧及び電流を
測定し、先に変化した方を基にして、プラズマエッチン
グの終点を判断するのが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)図1は、こ
の発明に係るプラズマエッチング装置の第1の実施の形
態の模式図である。このエッチング装置は、平行平板電
極型RIEプラズマエッチング装置である。プラズマ室
1には、反応ガス導入管2から、反応性ガスが導入され
る。真空排気装置3によって、プラズマ室1内の圧力は
所望の圧力に保たれる。プラズマ室1の上部には、陽極
10が取り付けられ、下部には陰極9が取り付けられて
いる。陰極9の上には、被エッチング材である半導体ウ
エハ12が載置される。グランド4に電気的に接続され
た無線周波発電装置5から発生した無線周波ヘルツ波
は、無線周波整合ネットワーク6、ブロッキングコンデ
ンサ7、RFプローブ8、陰極9の順番で伝搬し、プラ
ズマ室1の陰極9と陽極10との間にプラズマ11を発
生させる。これらの電気素子は、無線周波伝搬手段の一
例である配線30によって電気的に直列接続されてい
る。
【0018】RFプローブ8は、無線周波電圧測定手段
及び無線周波電流測定手段を含む測定手段の一例であ
る。そして、陰極9とRFプローブ8との間の電気素子
は、配線30のみである。RFプローブ8には、判断装
置15が電気的に接続されている。判断装置15は、判
断手段の一例であり、RFプローブ8が測定した無線周
波ヘルツ波の電圧及び電流のうち、先に変化した方を基
にして、プラズマエッチングの終点を判断する。
【0019】図2は、RFプローブ8の電気回路図であ
る。配線30には、コイル31が巻き付けられており、
コイル31は、電流計に接続されている。電流計とコイ
ル31とで、電流測定装置32が構成されている。電流
測定装置32は、無線周波電流測定手段の一例である。
また、配線30には、抵抗とキャパシタからなる回路が
接続されている。この回路と電圧計とで、電圧測定装置
33が構成されている。電圧測定装置33は、無線周波
電圧測定手段の一例である。
【0020】図3は、半導体ウエハ12の断面図であ
り、半導体ウエハ12の上には、シリコン酸化膜14が
形成され、シリコン酸化膜14の上には、選択露光され
たフォトレジスト膜13が形成されている。この半導体
ウエハ12を、図1に示す陰極9の上に載置し、フォト
レジスト膜13をマスクとして、シリコン酸化膜14を
プラズマエッチングした。エッチングの条件は、反応性
ガスとしてC26とHeを用い、流量はそれぞれ30s
ccm、50sccmとし、エッチング室1の圧力は2
torrとし、無線周波ヘルツ波の電力は600Wとし
た。
【0021】プラズマエッチング中における無線周波ヘ
ルツ波の電圧Vp及び無線周波ヘルツ波の電流Ipを、
RFプローブ8により計測した。これらの時間推移の様
子を示したのが図4である。電圧Vp、電流Ipは、無
線周波ヘルツ波の電力印加後、それぞれ上昇し約400
V、22Aに達した。その後、シリコン酸化膜14のプ
ラズマエッチングが終了するまで、電圧Vp及び電流I
pは、ほぼ一定であった。シリコン酸化膜14のプラズ
マエッチング終了後に、電圧Vpは約350Vまで下降
し、電流Ipは約40Aまで上昇した。
【0022】プラズマエッチング中、電圧Vp及び電流
Ipの信号は、随時図1に示す判断装置15に送られ
た。そして、判断装置15は、電圧Vp及び電流Ipの
うち、先に変化した方を基にして、プラズマエッチング
の終点を判断した。このプラズマエッチングにおいて
は、電圧Vpと電流Ipとは、ほぼ同時に変化した。
【0023】このように、第1の実施の形態において
は、無線周波ヘルツ波の電圧の変化及び無線周波ヘルツ
波の電流の変化を基にして、プラズマエッチングの終点
を判断しているので、無線周波ヘルツ波の電圧の変化の
みでプラズマエッチングの終点を判断する装置に比べ、
より確実にエッチングの終点を判断するができる。
【0024】(第2の実施の形態)図5は、この発明に
係るプラズマエッチング装置の第2の実施の形態の模式
図である。この実施の形態は、ECR型プラズマエッチ
ング装置である。プラズマ室1には、反応ガス導入管
(図示省略)より反応性ガスが導入される。プラズマ室
1内の圧力は、真空排気装置(図示省略)により所望の
圧力に保たれる。
【0025】マグネトロン16により発生した無線周波
ヘルツ波17は、導波管18を伝搬し、電磁コイル19
が形成する磁場領域でECR共鳴を起こし、これにより
プラズマ室1内にプラズマ11が生成される。
【0026】一方、グランド4に電気的に接続された無
線周波発電装置5から発生した無線周波ヘルツ波は、無
線周波整合ネットワーク6、RFプローブ8、陰極9の
順番で伝搬し、陰極9の上に載置された被エッチング材
である半導体ウエハ12の近傍のプラズマ11の状態を
制御する。これらの電気素子は、無線周波伝搬手段の一
例である配線30によって電気的に直列接続されてい
る。
【0027】RFプローブ8は、無線周波電圧測定手段
及び無線周波電流測定手段とを含む測定手段の一例であ
り、その構造は第1の実施の形態に示すRFプローブ8
と同じである。RFプローブ8は、判断手段の一例であ
る判断装置15に電気的に接続されている。
【0028】第2の実施の形態は、従来のエッチング終
点検出方法の一例であるプラズマ発光分光法によるエッ
チング終点検出機構が設けられている。すなわち、プラ
ズマ室1内で発生したプラズマ光21を、プラズマ光取
り込み用窓22から光ファイバ23を介して、モノクロ
メータ24に取り込み、モノクロメータ24から所望波
長の発光強度信号が、判断装置15に送られる。よっ
て、判断装置15は、従来のプラズマエッチングの終点
を判断する手段である第2の判断手段の一例でもある。
【0029】図6は、半導体ウエハ12の断面図であ
る。半導体ウエハ12の上には、順にシリコン酸化膜1
4、ポリシリコン膜20、レジスト13が形成されてい
る。レジスト13は、選択露光されている。この半導体
ウエハ12を、図5に示す陰極9の上に載置し、ポリシ
リコン膜20を選択的にエッチング除去し、下地のシリ
コン酸化膜14を露出させた。エッチングの条件は、反
応性ガスとしてSF6とC2HCl23を用い、流量はそ
れぞれ30sccm、60sccmとし、プラズマ室1
の圧力は10mmtorrとし、無線周波ヘルツ波の電
力は10Wとした。
【0030】プラズマエッチング中における無線周波ヘ
ルツ波の電圧Vp及び無線周波ヘルツ波の電流Ipを、
RFプローブ8により計測した。これらの時間推移の様
子を示したのが図7である。電圧Vp、電流Ipは、無
線周波ヘルツ波の電力印加後、それぞれ上昇し約80
V、1Aに達した。その後、ポリシリコン膜20のプラ
ズマエッチングが終了するまで、電圧Vp及び電流Ip
がほぼ一定であった。ポリシリコン膜20のプラズマエ
ッチング終了後に、電圧Vpは約90Vまで上昇し、電
流Ipは約0.5Aまで下降した。プラズマエッチング
中、電圧Vp及び電流Ipの信号は、随時、図5に示す
判断装置15に転送され、判断装置15はどちらが先に
変化したかを判断した。このプラズマエッチングにおい
ては、電圧Vpと電流Ipとは、ほぼ同時に変化した。
そして、このデータと従来の発光分光法による所望波長
の発光強度信号の変化量のデータとの比較判定を行い、
先に変化した方を基にしてプラズマエッチングの終点を
判断した。
【0031】この第2の実施の形態においては、プラズ
マエッチングの終点を判断するデータとして、無線周波
ヘルツ波の電圧及び電流の他に、従来の発光分光法によ
る所望波長の発光強度信号の変化量のデータがあるの
で、第1の実施の形態に比べ、さらにエッチングの終点
を正確に判断することができる。なお、発光分光法の代
わりに、従来の他のエッチングの終点を判断する方法を
使用し、この方法により得られたデータを、発光分光法
より得られたデータの代わりにしてもよい。
【0032】なお、第1及び第2の実施の形態において
は、無線周波ヘルツ波の電圧と電流とはほぼ同時に変化
していたが、被エッチング材によっては、エッチング終
了時、無線周波ヘルツ波の電圧の変化がしない可能性ま
たは無線周波ヘルツ波の電圧の変化が遅れる可能性があ
る。従って、無線周波ヘルツ波の電圧の変化に加え無線
周波ヘルツ波の電流の変化をもエッチング終点の判断の
データとするこの発明は、従来のエッチング終点検出に
比べ、より確実にエッチングの終点を判断することがで
きる。
【0033】また、第1及び第2の実施の形態において
は、無線周波ヘルツ波の電圧及び電流のうち、先に変化
した方を基にしてプラズマエッチングの終点を判断して
いたが、ノイズの影響による誤判断を防ぐため、後に変
化した方を基にしても良い。これは、先に変化した方が
ノイズの影響を受けて数値変化を生じている可能性があ
るからである。電圧が先に変化した場合には電流が変化
するのを待って、また電流が先に変化した場合には電圧
が変化するのを待ってプラズマエッチングの終点を判断
してもよい。
【0034】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明に係るプラズマエッチング装
置の第1の実施の形態の模式図である。
【図2】図2は、この発明に用いることができるRFプ
ローブの回路図である。
【図3】図3は、この発明の第1の実施の形態を用いて
プラズマエッチングをする半導体ウエハ12の断面図で
ある。
【図4】図4は、この発明の第1の実施の形態における
無線周波ヘルツ波の電圧及び電流の時間推移の様子を示
したグラフである。
【図5】図5は、この発明に係るプラズマエッチング装
置の第2の実施の形態の模式図である。
【図6】図6は、この発明の第2の実施の形態を用いて
プラズマエッチングをする半導体ウエハの断面図であ
る。
【図7】図7は、この発明の第2の実施の形態における
無線周波ヘルツ波の電圧及び電流の時間推移の様子を示
したグラフである。
【符号の説明】
1 プラズマ室 5 無線周波発電装置 8 RFプローブ 9 陰極 11 プラズマ 15 判断装置 17 無線周波ヘルツ波 30 配線 31 コイル 32 電流測定装置 33 電圧測定装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無線周波ヘルツ波を用いるプラズマエッ
    チング装置であって、 前記無線周波ヘルツ波を発生する無線周波発生手段と、 プラズマが発生する場所に設置された電極と、 前記無線周波発生手段で発生した前記無線周波ヘルツ波
    を前記電極に伝搬する無線周波伝搬手段と、 前記無線周波伝搬手段に設けられ、前記無線周波伝搬手
    段を伝搬する前記無線周波ヘルツ波の電圧を測定する無
    線周波電圧測定手段と、 前記無線周波伝搬手段に設けられ、前記無線周波伝搬手
    段を伝搬する前記無線周波ヘルツ波の電流を測定する無
    線周波電流測定手段と、 前記電圧及び前記電流を基にして、プラズマエッチング
    の終点を判断する判断手段と、 を備えたプラズマエッチング装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記判断手段は、前記電圧及び前記電流のうち、先に変
    化した方を基にして、プラズマエッチングの終点を判断
    する、プラズマエッチング装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、 前記無線周波電圧測定手段及び前記無線周波電流測定手
    段を含む測定手段と、前記電極との間の電気素子は、前
    記無線周波伝搬手段のみである、プラズマエッチング装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3において、 前記無線周波電流測定手段は、前記無線周波伝搬手段に
    巻き付けられたコイルを流れる電流を測定する、プラズ
    マエッチング装置。
  5. 【請求項5】 無線周波ヘルツ波を用いるプラズマエッ
    チングにおけるエッチングの終点検出方法であって、 前記無線周波ヘルツ波の電圧及び電流を測定し、前記電
    圧及び前記電流を基にして、プラズマエッチングの終点
    を判断するプラズマエッチングの終点検出方法。
  6. 【請求項6】 請求項5において、 前記電圧及び前記電流のうち、先に変化した方を基にし
    て、プラズマエッチングの終点を判断する、プラズマエ
    ッチングの終点検出方法。
JP10211833A 1998-04-07 1998-07-10 プラズマエッチングの終点検出方法及びプラズマエッチング装置 Withdrawn JPH11354509A (ja)

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