TWI373806B - - Google Patents

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1373806 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明’係有關於蝕刻終點判定方法，特別是有關於 能夠將使用有電漿放電之蝕刻處理的終點以高精確度來判 定之蝕刻終點判定方法。 【先前技術】 在半導體晶圓之乾蝕刻處理中，電漿發光中之特定波 長的光之發光強度，係伴隨著特定之膜的蝕刻之進行而變 化。因此，在半導體晶圓之蝕刻處理中，係可檢測出電漿 發光中之特定波長的發光強度之變化，並根據此檢測結果 而檢測出特定之膜的蝕刻終點。 例如，在專利文獻1中，係揭示有：在對被蝕刻材進 行鈾刻時，取得在蝕刻裝置內所發生之電漿發光訊號，並 對於所取得之訊號而求取出多項式所致之線性模式又或是 非線性模式。而後，求取出前述訊號與所求得之模式的計 算値間之差，並當此誤差之時間變化率超過了特定之臨限 値時，作爲蝕刻之終點而檢測出來。 [專利文獻1]日本特開2004-79727號公報 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 於近年，伴隨著半導體晶圓中之加工尺寸的細微化、 高積體化，開口率（相對於半導體晶圓之面積的被蝕刻面 -5- 1373806 積之比）係變小。因此，在鈾刻終點附近之從電漿而來的 發光強度變化，係變爲微小者。又，蝕刻所致之加工尺寸 的精確度，係變得越來越嚴格。 例如，在蝕刻之終點判定中，就算是終點判定時間僅 延遲了數秒，在欲施加蝕刻之膜的下層處，膜係被過剩的 蝕刻’而會產生加工尺寸之混亂或者是被施加有側向蝕刻 (對於橫方向之過度的蝕刻），使加工形狀惡化。 Φ 爲了避免此種尺寸之混亂或是形狀惡化，係有必要將 蝕刻終點附近之微小的發光強度變化確實地且在更早的階 • 段而檢測出來’並移行至接下來的被稱爲過蝕刻之將被蝕 _ 刻膜的殘渣等除去的工程。 若是發光強度之變化變爲微小，則在將發光強度的變 化使用例如多項式所致之線性模式來作檢測的情況等時， 由於作爲誤差會包含有訊號成分方向而被檢測出來，因此 ’在低開口率的情況等中，容易受到被包含於訊號中之雜 φ 訊的影響’而將蝕刻終點確實地且在更早的階段檢測出來 一事，係成爲困難。 本發明，係有鑑於此種問題點而進行者，其目的，係 在於提供一種：能夠將蝕刻終點確實地且在更早的階段而 檢測出來，並判定蝕刻終點之蝕刻終點判定技術。 [用以解決課題之手段] 本發明，係爲了解決上述課題，而採用下述一般之手 段。 -6 - 1373806 一種在將處理氣體經由氣體導入手段而導入至真空處 理室中’並對所導入之處理氣體供給高頻能量而產生電漿 ’再使用所產生之電漿，來對被收容在前述處理室內之被 處理體施加電漿處理的電漿蝕刻裝置中，判定蝕刻處理之 終點的蝕刻終點判定方法，其特徵爲，具備有：將在前述 真空處理室內所生成之電漿的發光中之預先所設定的波長 之光抽出’並將所抽出之前述特定波長之光的發光強度作 0 爲時間系列資料來取得，再以所取得之前述時間系列資料 爲依據來演算出回歸直線的步驟；和演算出藉由該步驟所 • 求取出之回歸直線與前述時間系列資料間之時間軸方向之 . 距離的步驟，並以藉由該步驟所求取出之時間軸方向之距 離爲依據，而判定蝕刻處理之終點。 [發明之效果] 本發明，由於係具備有以上之構成，因此，係能夠提 φ 供一種：能夠將蝕刻終點確實地且在更早的階段而檢測出 來，並判定鈾刻終點之蝕刻終點判定技術。 【實施方式】 以下，針對本發明之最佳實施形態，一面參考圖面並 作說明。圖1，係爲對本實施形態之蝕刻終點判定裝置作 說明之圖。蝕刻裝置101，係具備有真空容器102，在真 空容器102之內部，係經由未圖示之氣體導入手段而導人 蝕刻氣體，並進而對所導入之蝕刻氣體供給微波電力g， -7- 1373806 而分解蝕刻氣體並產生電漿，再使用此電 前述真空容器內之晶圓等的試料施加蝕刻 在蝕刻處理中，藉由分光器而將在前 所發生之電漿的特定波長之發光作分光， 到之特定波長的訊號成分，係被取入至演 此，演算部1 〇 5，例如係藉由個人電腦（ 〇 被取入之訊號，首先係藉由回歸直線 導出回歸直線式。此時所取入之訊號，由 之變化係爲明顯，因此，係以施加有增益 強度放大或縮小）處理爲理想。 接下來，藉由距離演算器107，而演 到之訊號起直到過去之某一時間點爲止所 藉由演算所求取出之回歸直線（藉由前述 示），其兩者間的距離。 此時，在演算中所使用之訊號數，係 又’係具備有將所計算出之回歸直線的斜 直線斜率保持器1〇8、以及演算器109, 對藉由距離演算器107所求取出之値（距 直線斜率保持器中之値（斜率）作演算， 時間方向成分。終點判定器1 1 〇，係對前: 演算結果作監視，並當演算結果超過了預 準位時’輸出終點判定訊號。此終點判定 顯示器111處。 漿而對被收容在 處理。 述真空處理室內 而藉由分光所得 算部105中。於 pc )等而被構成 演算器106而被 於在時間軸方向 (gain，將訊號 算出從最新所得 得到的訊號、和 回歸直線式而表 可任意作設定。 率之値作保持的 演算器109，係 離）與被保持於 而求取出距離之 ®演算器109之 先所設定之判定 訊號，係顯示於 -8 - 1373806 圖2，係爲對演算蝕刻之終點的演算部ι〇5之處理作 說明的圖。首先’將伴隨著蝕刻處理的電漿發光中之特定 波長的光，藉由分光器來作爲時間系列資料而取出，並將 所取出之資料輸入至演算部105處（步驟S200 )。 所輸入之時間系列資料，首先係藉由增益演算器而被 進行增益處理。在增益處理中’例如係藉由將訊號波形縮 小爲0.001倍’來使時間軸方向成分之變化成爲能夠顯著 I 地顯現。另外’此資料，係有必要較用以求取下一個回歸 直線的訊號點數以及用以求取與回歸直線間之距離所必要 . 之距離演算訊號數爲更多（步驟S201 )。 當所得到之訊號數成爲了該些之必要的訊號數以上， 又或是經過了特定之判定開始時間時，係進行求取出回歸 直線之演算處理。求取回歸直線之演算，例如係可藉由最 小平方法等來作求取。又，在求取回歸直線之演算中所使 用的訊號，係設爲從最新之訊號起直到任意的過去之點爲 φ 止。另外，此時所得到之回歸直線的斜率之資料，係藉由 回歸直線斜率保持器108而作保持（步驟S202、S203、 S204、S205 )。 接下來，使用所求取出之回歸直線，而求取出其與過 去所得到的訊號間之距離。在用以求取距離時所使用的訊 號，係可使用從最新之訊號起直到任意的過去之點爲止。 所使用之訊號點數Μ，例如係爲較演算回歸直線時所使用 的點數爲更多之點數。 又，從回歸直線起直到過去之某一點爲止的距離，若 -9-

1373806 是回歸直線係藉由式1而被表示，則係可由式 來。另外，在式2中，xl、yl係代表過去之 座標以及y座標。 [式1] y=a*t+b [式2] |y1-a*t1-b| d=-

Vi+a2 藉由式2，所求取之距離，若是將橫軸設焉 將縱軸設爲訊號強度，則係包含有時間以及訊敦 者的成分（步驟S206 )。 在從伴隨著蝕刻處理之電漿而來的訊號中， 雜訊成分，此雜訊成分，係作爲縱軸之訊號強g 現。因此，藉由僅將經由距離演算所得到的訊雖 # 軸方向成分dx抽出，能夠減輕前述雜訊成分戶/ 。另外，與前述回歸直線間之距離的時間軸成: 可藉由式3而計算出來。 [式3] |a*(y1-a*t1-b)| dt=- 1+a2 與回歸直線間之距離的時間軸方向成分dx 理，係在任意所設定之距離算出訊號點數Μ的 行（步驟S 2 0 7 )。 而求取出 一點的X (1) (2) 時間軸， 強度之兩 係包含有 成分而出 中之時間 致之影響 、dx，係 ⑶ 的算出處 全部中進 -10- 1373806 接下來，進行在所有的訊號中所計算出之在與回歸直 線間之距離中的時間軸方向成分之最大値（距離最大値） 的累乘演算。作爲演算方法，例如係將被輸入之訊號作平 方，並當該演算値超過了可任意作設定之臨限値的情況時 ，將其判定爲終點（步驟S209、S210)。藉由進行前述 累乘演算，能夠將訊號成分更進而放大，並將被包含在訊 號中之雜訊減少。 圖3,係爲展示在蝕刻處理中所得到之電漿的發光中 之特定波長的光訊號之例的圖。在此光訊號波形中，由於 開口率之影響等，可判定係爲雜訊成分之訊號的抖動係爲 多，而難以捕捉由於蝕刻之進行所致的波形之變化。 圖4，係爲對回歸直線作說明之圖。回歸直線，係爲 在所得到的光訊號波形之中，例如使用最新之訊號點與過 去之數十個的訊號點而求取出回歸直線。用以計算出回歸 直線而使用的訊號點之數量，係可任意作設定，例如，係 可設定爲20點等。接下來，對所求取出之回歸直線與各 訊號點間之距離作演算。回歸直線與各訊號點間之距離d ，係爲從回歸直線朝向各訊號點或是從各訊號點而朝向回 歸直線所垂下之垂線的長度，而其之時間軸方向成分dt， 係爲在終點判定中所必要之訊號。 圖5，係爲展示回歸直線與各訊號點間之距離dt的演 算結果之圖。於此，係展示當用以求取回歸直線所使用的 訊號點爲20點，用以求取距離所使用之訊號點爲1 00點 的情況時之波形例。以所得到之波形爲依據，而進行蝕刻 -11 - 1373806 之終點的判定。在判定中所使用之臨限値，雖係可任意作 設定，但是，臨限値係有必要設爲能夠將蝕刻終點附近之 變化正確地且在更早的階段而進行判定之値。 圖6，係爲對相對於在圖5中所得到之波形的臨限値 之設定方法作說明的圖。在將臨限値設定爲臨限値2的情 況和將臨限値設定爲臨限値1的情況中，在蝕刻之終點判 定處係會產生約3秒的時間差。亦即是，當將臨限値設定 I 爲臨限値1的情況時，在終點的判定時期處係產生有3秒 的延遲。於此情況，係會有：在晶圓面內的某一點處，經 過了前述蝕刻終點，而於前述3秒的期間中對於不欲進行 蝕刻之面而賦予有損傷的情況。 在圖5中所得到之波形，係爲回歸直線與各訊號點間 之距離的時間軸方向成分之波形。如前述一般，回歸直線 與各訊號點間之距離的時間軸方向成分，由於相對於訊號 之雜訊的影響係爲少，因此，能夠將臨限値設爲如同臨限 φ 値2中所示一般之低的値，藉由此，能夠於早期而對終點 作判定。 另外，作爲在判定中所使用之訊號，若是設定爲回歸 直線與各訊號點間之距離、亦即是從各訊號點而朝向回歸 直線所垂下之垂線的長度d，則前述代表距離之訊號，係 成爲包含有強度成分，而變得難以將在判定中所使用之臨 限値降低》 圖7，係爲回歸直線與各訊號點間之距離的訊號強度 方向成分dy之波形。於圖7中所示之波形，相較於將予 -12- 1373806 回歸直線間之距離的時間軸方向成分dt抽出後之圖5之 波形，可以得知，被包含在訊號波形中之雜訊量係爲多。 又，在波形之降下後，係被觀測到有另外一個的波形之山 峰》此係爲由於光訊號波形降下而被觀測到者，當使用發 光強度訊號成分的情況時，將此成分去除一事係爲不可能 〇 在檢測終點時，例如係有使用有波形之降下部份的進 行較延遲之判定的情況》例如，當在蝕刻中而檢測出終點 的工程中，就算是在殘留有殘渣的狀態下亦想要繼續地進 行蝕刻的情況等之中，較延遲之終點判定係爲有效。在此 種情況中，會有由於前述之波形降下後的訊號成分而導致 誤判定之虞。相對於此，在僅使用時間軸方向成分的情況 時，在波形降下後，係幾乎不包含有雜訊成分，而能夠抑 制誤判定。 圖8，係爲對第2實施形態作說明之圖。於圖8中， 步驟S200乃至208之處理，由於係與圖2中所示之步驟 S200乃至208之處理爲相同，故而係附加相同之號碼並 省略詳細之說明。 如圖8中所示一般，在所有的訊號點中計算出與回歸 直線間之距離d，接下來，計算出在所算出之與回歸直線 間的距離d中之時間軸方向成分dt之最大値（步驟S206 、207、20 8 )，而後，將所算出之距離的時間軸方向成分 dt與回歸直線之斜率作乘算（步驟S212)。將乘算後之 結果與預先所設定之臨限値作比較，當超過了臨限値的情 -13- 1373806 況時Μ則輸出終點判定檢測訊號（步驟S2 1 0、2 1 1 )。 圖9，係爲展示距離之時間軸方向成分的最大値與回 歸直線之斜率的乘算結果之圖。在此情況中，由於亦係僅 將時間軸方向成分抽出，因此，可以得知，被包含於訊號 中之雜訊成分係爲少。亦即是，在此波形中，在進行判定 上，藉由不僅是設定臨限値1，而如同臨限値2 —般地將 臨限値降低，而成爲能夠在更早的階段來進行判定。又， 當並不降低臨限値的情況時，於判定中係成爲能夠對於判 定訊號而減低雜訊之影響，而成爲能夠進行更爲安定之判 定。 圖1 〇，係爲對第3實施形態作說明之圖。於圖1 0中 ，從步驟S201起直到204爲止，係與第1實施形態相同 。從電漿發光訊號來計算出回歸直線，並分別計算出：在 被所得到之回歸直線與所取得之訊號所致的波形而包圍之 面積中，出現在回歸直線之上側的面積；和出現在回歸直 線之下側的面積（步驟S2 1 2 )。又，將此時所得到之面 積値的最大値作記憶（步驟S2 1 3 )。而後，針對所得到 的面積，求取出在回歸直線之上側所作出的面積與在下側 所作出的面積之比。於此，由於係將於上側所作出之面積 與於下側所作出的面積之値係大爲相異一事作爲特徵而檢 測出來，因此，不僅可以爲比，而亦可以爲差。例如，係 可藉由將面積作減算，而計算出演算値（步驟S2 14)。 又，使用此時藉由回歸直線所包圍之面積的最大値，來與 所得到之演算値作乘算，藉由此，來得到最終之判定訊號 -14-

1373806 ，並進行終點判定（步驟S2 1 5 )。將於此所 的演算値作爲終點判定訊號，而判定蝕刻之終點 圖11’係爲展示在回歸直線之上下所作出 差與藉由回歸直線所包圍之面積的最大値的兩； 演算結果之圖。若是使用此演算結果而進行判5 演算値係例如從負而變化爲正，因此，波形係:j 得到一個的山峰1101，在正的方向得到一個的 。故而，例如在進行較延遲判定時，由於波形 作爲由負而朝向正之訊號的變化而被得到，因 値之設定中，例如當將超過了臨限値之後而超 的情況作爲判定條件的情況等時，由於符號係 ，係難以受到雜訊之影響，而成爲能夠進行安 又，此時，與第1實施形態、第2實施形態相 相對於訊號雜訊之影響係爲少，因此在較早的 能夠進行高精確度的判定。 如同以上所說明一般，若藉由本發明之實 係利用回歸直線與各訊號點間之距離的時間軸方 判定終點。因此，在從伴隨著蝕刻處理之電漿而 中，就算包含有雜訊成分，亦由於此雜訊成分係 之訊號強度成分而出現，因此，能夠減低前述雜 致之影響。故而，就算從電漿而來之發光強度變 小，亦能夠將蝕刻終點附近之微小的發光強度變 且在更早的階段時檢測出來，而迅速且確實地判 終點。又，在訊號波形中，當波形係急遽地變化 到之最終 〇 的面積之 之乘積的 ，則由於 負的方向 LJ 峰 1 1 02 反曲點係 ，在臨限 臨限値2 轉，因此 之判定。 的，由於 定中，亦 形態，則 向成分來 來的訊號 作爲縱軸 訊成分所 化係爲微 化確實地 定蝕刻之 的情況時 -15- 1373806 ’由於斜率係變大，因此，藉由進行實施形態2之判定， 能夠得到雜訊成分少之判定波形。又，若是爲欲進行較延 遲之判定的情況，則藉由使用實施形態3，係易於捕捉到 反曲點’而能夠進行安定之判定。如此這般，能夠對各別 之判定方法適切地作選擇。又，在回歸直線中所使用之資 料點數、或是用以算出距離之資料點數的最適化，亦會使 判定精確度大不相同，在所有的判定中，藉由使用適切之 値’判定精確度係大幅提昇》 【圖式簡單說明】 [圖1 ]對實施形態之蝕刻終點判定裝置作說明之圖 〇 [圖2]對演算蝕刻之終點的演算部1〇5之處理作說 明的圖。 [圖3]展示在蝕刻處理中所得到之電漿的發光中之 特定波長的光訊號的圖。 [圖4]對回歸直線作說明之圖。 [圖5]展示回歸直線與各訊號點間之距離的演算結 果之圖。 [圖6]對相對於在圖5中所得到之波形的臨限値之 設定方法作說明的圖。 [圖7]回歸直線與各訊號點間之距離的訊號強度方 向成分之波形。 [圖8]對第2實施形態作說明之圖。 -16- 1373806 [圖9]展示距離之時間軸方向成分的最大値與回歸 直線之斜率的乘算結果之圖。 [圖1 〇]對第3實施形態作說明之圖。 [@ 11]展示在回歸直線之上下所作出的面積之差與 藉由@歸直線所包圍之面積的最大値的兩者之乘積的演算 結果之圖。

【主要元件符號說明】 1 〇 1 :蝕刻裝置 102 :真空容器 103 :光纖 104 :分光器 105 :演算部 1 0 6 :回歸直線演算器 1 〇 7 :距離演算器 108:直線斜率保持器 1 0 9 :距離演算器 1 1 0 :終點判定器 1 1 1 :顯示器 -17-

Claims (1)

1373806 十、申請專利範圍 1. 一種蝕刻終點判定方法 氣體導入手段而導入至真空處理 氣體供給高頻能量而產生電漿， 對被收容在前述處理室內之被處 蝕刻裝置中，判定蝕刻處理之終 其特徵爲，具備有： 將在前述真空處理室內所生 所設定的波長之光抽出，並將所 的發光強度作爲時間系列資料來 時間系列資料爲依據來演算出回 演算出藉由該步驟所求取出 列資料間之時間軸方向之距離的 並以藉由該步驟所求取出之 ，而判定蝕刻處理之終點。 2 . —種蝕刻終點判定方法 氣體導入手段而導入至真空處理 氣體供給高頻能量而產生電漿， 對被收容在前述處理室內之被處 蝕刻裝置中，判定蝕刻處理之終 其特徵爲，具備有： 將在前述真空處理室內所生 所設定的波長之光抽出，並將所 的發光強度作爲時間系列資料來 ，係爲在將處理氣體經由 室中，並對所導入之處理 再使用所產生之電漿，來 理體施加電漿處理的電漿 點的蝕刻終點判定方法， 成之電漿的發光中之預先 抽出之前述特定波長之光 取得，再以所取得之前述 歸直線的步驟；和 之回歸直線與前述時間系 步驟， 時間軸方向之距離爲依據 ，係爲在將處理氣體經由 室中，並對所導入之處理 再使用所產生之電漿，來 理體施加電漿處理的電漿 點的蝕刻終點判定方法， 成之電漿的發光中之預先 抽出之前述特定波長之光 取得，再以所取得之前述 -18- 1373806 時間系列資料爲依據來演算出回歸直線的步驟；和 演算出藉由該步驟所求取出之回歸直線與前述時間系 列資料間之時間軸方向之距離的步驟， 並以藉由該步驟所求取出之時間軸方向之距離、以及 前述回歸直線之斜率爲依據，而判定蝕刻處理之終點。 3. 一種蝕刻終點判定方法，係爲在將處理氣體經由 氣體導入手段而導入至真空處理室中，並對所導入之處理 氣體供給高頻能量而產生電漿，再使用所產生之電漿，來 對被收容在前述處理室內之被處理體施加電漿處理的電漿 蝕刻裝置中，判定蝕刻處理之終點的蝕刻終點判定方法， 其特徵爲，具備有： 將在前述真空處理室內所生成之電漿的發光中之預先 所設定的波長之光抽出，並將所抽出之前述特定波長之光 的發光強度作爲時間系列資料來取得，再以所取得之前述 時間系列資料爲依據來演算出回歸直線的步驟， 並在藉由該步驟所求取出之回歸直線與前述時間系列 資料所包圍之面積中，以其之最大値、以及在前述回歸直 線之上方所形成的面積與在下方所形成的面積之差，其兩 者之乘積爲依據，而判定蝕刻處理之終點。 -19-