JPS60124823A - エツチング・モニタ方法 - Google Patents

エツチング・モニタ方法

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JPS60124823A
JPS60124823A JP58231366A JP23136683A JPS60124823A JP S60124823 A JPS60124823 A JP S60124823A JP 58231366 A JP58231366 A JP 58231366A JP 23136683 A JP23136683 A JP 23136683A JP S60124823 A JPS60124823 A JP S60124823A
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JP
Japan
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etching
data
point
image data
etching process
Prior art date
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Pending
Application number
JP58231366A
Other languages
English (en)
Inventor
Teru Fujii
藤井 輝
Takashi Kamimura
隆 上村
Toru Otsubo
徹 大坪
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60124823A publication Critical patent/JPS60124823A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、被エツチング物の表面に形成されたパターン
を直接モニタすることにより、エツチングをインプロセ
スで自動制御するエツチング装置におけるエツチング・
モニタ方法に関するものである。
〔発明の背景〕
VLSI(超大規模集積回路)化の傾向は、高精度なエ
ツチング技術を要求し、ウェットエツチング法からドラ
イエツチング法に移行してきた。
また、エツチングの高速化に伴い、エツチングの終点を
正確に精度よく検出し、エツチングの未終了やオーバー
エツチングを防止することが重要である。
プラズマを用いたドライエツチングの終点検出は、エツ
チング過程で放出される生成物を発光分光分析法で判定
する方法が最も広く使用されている。
これらに共通する欠点は、間接的に検出しているだめ、
エツチング処理室の圧力変動、高周波型i t7) 出
力変動、エツチング・ガスの流れ等に起因するプラズマ
発光の強度変化の影響を受け、高精度なエツチング終点
検出は困難である。
そこで、rpNrカメラを用いてエツチング中の進行状
況をモニタするようにしたエツチング装置が、本発明の
出願者によって、既に提案されている(特願昭58−2
1423)。
これは、ウエノ・表面のコントラスト変化を直接観測す
るもので、エツチング処理室の環境変動の影響を受けに
くいことと、エツチングの経時変化を定量的に追跡しう
るという点では全期的なものであるが、画像処理および
終点判定アルゴリズムが一部複雑で処理時間が長いので
、なお改良の余地がある。
例えば、エツチング処理前と処理後のウエノ・表面のコ
ントラスト変化量を検出する場合、エツチング処理室の
構造上、ウエノ・表面とTVカメラとの距離が大きく、
顕微鏡なみの高倍率はとれないため、照明の均一性、再
現性が大きな問題となる。
つまり、ワーク(ウニ・・)ごとに照明むらの影響を受
けるため、パターン認識に」:る2次元処理で画像処理
の高精度化を図ったが、その処理時間が長く、また終点
判定アルゴリズムが複雑なため、エツチングの高速化に
対処することが困難であった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記した事情に鑑み、ドライエツチン
グにおける途中過程を監視し、そのエツチング完了を精
度よく検出することができるエツチング・モニタ方法を
提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明に係るエツチング・モニタ方法は、パターンを形
成すべき被エツチング物の表面のエツチングの進行過程
をTVカメラによってモニタするエツチング・モニタ方
法において、モニタをすべき被エツチング物表面と同一
の観測エリアについて、そのモニタ用のTVカメラで当
該バックグラウンドの照度分布画像データを計測・記憶
しておき、これと」二d己′「゛Vカメラによる」−記
憶エッチング物表面の観測画像データとの比をめ、とれ
に基づいて修正画像データを得るように制御・処理する
ものである。
なお、これを補足すると、TVカメラを用いてウェハ表
面を観測し、コントラスト エツチングの終点を検出する場合、その観測画像データ
の照明むらによる影響を除去するため、観測エリア内の
照度分布を測定し、そのデータに基づいて、観測画像デ
ータを修正する。鮮明々画像データが得られたことによ
り、−画面当り複数個の水平走査信号を追跡することで
、画像処理および終点検出アルゴリズムの簡略化を図る
ものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
第1図は、本発明に係るエツチング・モニタ方法を適用
したエツチング装量の実施例の構成図、第2図は、エツ
チング前・後のウエノ・表面のコントラスト状態を示す
平面図、第3図は、TVカメラで測定した場合のウェハ
表面の照度分布の一例の説明図、第4図は、第3図で示
した照度分布を模擬的に表現した水平走査信号の波形図
、第5図は、ウェハ表面の低培率画像の一例の説明図、
第6図は、第5図で示したウェハ表面の水平走査信号の
波形図、第7図は、黒度分布データに基づいて修正した
水平走査信号の波形図、第8図は、ウェハ表面のコント
ラストの経時変化を表わす爵性図、第9図は、終点判定
アルゴリズムの概要説明図である。
第1図において、エツチング処理室1の中には、対向す
る上部電極2と下部電極3とがあり、上部電極2にはア
ース電位、下部電極3には高周波電源5が接続されてい
る。被エツチング物であるウェハ10は、下部電極3」
二の中央に装着され、エツチング処理室1の上方から透
明ガラスの観測窓6を通し、TVカメラ8で観測しうる
構造と々っている。
なお、モニタ用の照明は、照明系7(光源P。
レンズL、フィルタFIハーフミラ−Mからなるもの)
からの照明光を、対物レンズ(光学系)6を刈してウェ
ハ10に与えるようにして行われる。
壕だ、エツチング終点判定制御装置9は、i’Vカメラ
8からの画1埃1言号に基づいてエツチング過程および
終点を判定し、高周波電源50投入、切断の制御ヶする
エツチングのプロセスは、エツチング処理室1に対して
ガス供給装置(図示省略)からエツチング・ガスを供給
し、排気装置(図示省略)でエツチング処理室1内を排
気しながら、一定の圧力(0,5〜50 P a )に
保ち、高周波1d源5から高周波成力をF部幅・陰3に
印加し、これと上部電極2との間にグロー放電を発生さ
せ、プラズマ中のイオン・ラジカルによってウェハ10
の表面をエツチングする。
第2図は、Atエツチングの揚台を例にとり、TV右カ
メラでウェハ10の表面を観察した場合のコントラスト
の差を模擬的に表現したもので、同図(a)はエツチン
グ前、同図(1〕)はエツチング後を示す。
ここで、11は集積回路部、12はストライプ・ライン
を示すが、エツチング前後でのコントラストの変化は、
エツチング面積が最大のストライプブ・ライン12で顕
著に現われる。このときの照明方法は、種々実験の結果
、垂直落射照明が最も適していることが判明している。
なお、実施例はウェハ10の中央の一部分を観測するも
ので、第2図は多少拡大して表現しである。・ エツチング・モニタについての大きな問題は、一般に(
])TVカメラ8とウェハ10との距離が大きくて高倍
率観測ができないこと、(2)エツチング処理室1内で
はウェハ10の精密な位置決めが困難であること、(3
)均一性、再現性の高い照明が困難であることなどで、
定量的かつ再現性のよい観測を困難にしている要因が多
い。
そこで、上記問題点(])、 (21は、低倍率でスト
ライプ・ライン12を設測することで対処し、同(3)
の照明に関しては、第3図および第4図に示すごとく、
TV右カメラの観測エリア21内の照度分布を測定し、
そのデータに基づいて観測1面像の修正を行なうことで
解決する。
通常、照明はd測エリア21の中央で点対称な照度分イ
Fとなるが、厳密に見ると必ずしも規則性はない。
第3図、第4図は照度分亜を示す一列で、ウェハ10の
位置にオパールガラスを置き、オパールガラス面の照度
分布をTV右カメラで測定したものである。これは垂直
落射照明時の反射光(すなわちバックグラウンドの照度
)を読み取ることになるが、観測エリア21内のLl 
−■+5の位置を測定した水平走査信号がV L + 
〜V L 5で、それには照明むらが見られる。これは
光源を含めて光学系に起因するもので、この均一化は一
般に非常に困難である。しかし、多少の照明むらがあっ
ても、再現性がよければ観測画像データの定量化は図シ
うる。
これらのデータは、エツチング終点判定制御装置9に記
憶しておく。
(9) そこで、第3図、第4図で使用した光学系でウェハ10
の表面を観測すると、第5図および第6図となる。これ
を分析すると、観測画像P1〜P5の位置で測定した水
平走査信号VP!−VP6から、集積回路部11とスト
ライプ・ライン12との判別ができるが、照明むらの影
響を受けていることが分る。しかし、集積回路部11の
信号の平均値は第4図で示した水平走査信号V L r
 〜VLsに類似しているので、これから照度分布デー
タを引き出して観測画像を修正すれば、鮮明な画像を得
ることができる。
つまり、第4図、第6図のデータから、修正画像データ
V Cl−V Csを係数kを用いて、でめて画像デー
タの定量化を図る。
インプロセスで自動化の吻合、(1)式の水平走査信号
VI、+ 〜V L 5は、第6図の水平走査信号V 
P r〜V 1〕5のバックグランドを平均化して(1
0) めることになり、結果は水平走査信号V L r〜VL
s に類1以する。
(1)式でめた・16正画像を示したものが第7図であ
る。同図(a)がエツチング処理前、同図(b)がエツ
チング処理後で、エツチングによるコントラストの変化
は、vm→v、で現わされる。その経時変化を表したも
のが第8図である。
実施例はAtのエツチングであるが、第8図において、
エツチング開始時から11点までは、klエツチング中
のAl材の反射光を検出している時間帯で、コントラス
トは、はとんど変わっていない。
次に、11点から22点まではA7エツチングが運行し
て下地材の5iChが露出してくる過程で、22点がエ
ツチング終点である。この間にコントラストはV、から
V、に変化し、■。が5iOzを表わす。
以上がエツチング・モニタの説明であるが、続いてエツ
チングの終点判定アルゴリズムについて説明する。
(11) 本発明の主眼は、高精度の終点検出にあり、高速エツチ
ングの経時変化に対応しうるサンプリング・サイクル、
つまり画像処理および終点判定アルゴリズムの簡略化を
図ることにある。
第9図において、エツチング処理室にウエノ・が供給さ
れてエツチングが開始されると、最初に観測画像のバッ
クグランドから照度分布を測定し、このデータに基づい
て観測画像の修正を行なう。
次に、データ処理はコントラストの変化量が最も顕著な
ストライプ・ラインの波高値を記録するが、ここで−画
面当りで複数個の水平走査信号を取り込む(例えば第6
図の水平走査信号V P r〜VPs)ことによシ、ウ
ェハの位置ずれ、照明むらの影響をさらに低減する。
サンプリング・データは、逐次前データ値を比較され、
その変化量から第8図で示した11点と22点を算出す
る。
再度、第9図に戻って、エツチング終点である22点の
検出は、11点と22点の傾斜角、つまりサンプリング
・サイクルΔtの変化量Δy/Δt(12) を算出するもので、αは実験的にめられたデータに基づ
いてエツチング条件に対応した定数をテーブル化してお
く。Δt+b1Mでダイナミックに取り込まれる画像デ
ータは、第9図の処理の■〜■を繰返し、22点の・炭
山で高周波成源を遮断してエツチングを終了させる。
なお、以上の制御、処理は、第1図におけるエツチング
終点判定?fftJ 御−装置9が第9図のアルゴリズ
ムに従って行うものである。
また、図中のタイマは、この間のエツチング時間を計測
することにより、その後のオーバー・エツチング時間を
、エツチング条件に対応させて設定するのに有効なデー
タとなるようにするものである。
以上述べたごとく、ウェハ表面のコントラスト測定は、
照明の影響を強く受けるが、本実施例では、エツチング
条件や照明むらの影響を大きく低減し、定量的な画像処
理を可能にしている。
このため、鮮明な画像が得られなかったことや、定量的
な解析が困難であったことから、パターン(13) 認識まだは、これに替わる2次元処理で、モニタおよび
終点判定を複雑にしていた問題と、まだ例えば16にバ
イトものビデオメモリ・データをダイナミックに処理し
、これに要した処理時間が、データのサンプリング・サ
イクルを長くしていた問題とを解決し、約1/10のサ
イクル・タイムでエツチングの終点判定を可能にしてい
る。
特に、許容オーバー・エツチング量が110%以下の仕
様のLSIの歩留向上に対し、その効果は著しい。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ドライ
エツチングにおける途中過程を監視し、そのエツチング
完了を精度よく検出することができるので、LSI用の
ウェハの製造の精度向上2歩留向上、効率向上に顕著な
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るエツチング・モニタ方法を適用
したエツチング装置の実施例の構成図、第2図は、エツ
チング前・後のウェハ表面のコン(14) トラスト状態を示す平面図、第3図は、TVカメラで測
定した場合のウェハ表面の照度分布の一例の説明図、第
4図は、第3図で示した照度分布を模擬的に表現した水
平走査信号の波形図、第5図は、ウェハ表面の低倍率画
像の一例の説明図、第6図は、第5図で示したウェハ表
面の水平走査信号の波形図、第7図は、照度分布データ
に基づいて修正した水平走査信号の波形図、第8図は、
ウェハ表面のコントラストの経時変化を表わす特性図、
第9図は、終点判定アルゴリズムの概要説明図である。 ■・・・エツチング処理室、2・・・上部成極、3・・
・下部電極、4・・・観測窓、5・・・高周波電源、6
・・・対物レンズ、7・・・照明系、8・・・TVカメ
ラ、9・・・エッチ基 1 囚 磐Z図 (久) (b) $3 月 $4目 (e)vtf−ゝ) 茅5 区 茅乙 固 芋7 図 茅 δ 目 t

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、パターンを形成すべき被エツチング物の表面のエツ
    チングの進行過程をTVカメラによってモニタするエツ
    チング・モニタ方法において、モニタをすべき被エツチ
    ング物表面と同一の観測エリアについて、そのモニタ用
    のTVカメラで当該バックグラウンドの照度分布画像デ
    ータを計測・記憶しておき、これと上記TVカメラによ
    る上記被エツチング物表面の観測画像データとの比をめ
    、これに基づいて修正画像データを得るように制御・処
    理することを特徴とするエツチング・モニタ方法。 2、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、修正画
    像データから1画面当り複数個の水平走査信号を一定の
    サンプリング・サイクルで抽出し、その処理データを逐
    次に前置データと比較することにより、経時変化をする
    観測画像データを解析し、エツチングの変化点を検出す
    るようにしたエツチング・モニタ方法。
JP58231366A 1983-12-09 1983-12-09 エツチング・モニタ方法 Pending JPS60124823A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62174212U (ja) * 1986-04-25 1987-11-05
JPS63164218U (ja) * 1986-10-15 1988-10-26
JP2018014538A (ja) * 2011-11-14 2018-01-25 エスピーティーエス テクノロジーズ リミティド エッチング装置及び方法
CN110071059A (zh) * 2019-03-29 2019-07-30 福建省福联集成电路有限公司 一种监控蚀刻的工艺方法及系统

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