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

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。