TWI584376B - Plasma processing device - Google Patents

Description

電漿處理裝置

本發明係有關在使用發光分光而檢測在半導體積體電路之製造等的被處理膜之蝕刻結束點的機能中，特別是經由使用電漿放電之蝕刻處理，而進行加以設置於基板上之被處理膜之處理量等狀態之檢測的電漿處理裝置。

在半導體晶圓之製造中，對於加以形成於晶圓表面上之各種材料的層及特別是介電材料的層之除去或圖案形成，廣泛加以使用乾蝕刻。在此乾蝕刻裝置中，使加以導入至真空處理室內之蝕刻氣體加以電漿化而作為離子或自由基，再經由使此離子或自由基與晶圓上的被處理膜反應之時，進行被處理膜之蝕刻加工。

在半導體晶圓之乾蝕刻處理中，在電漿光之特定波長的發光強度則伴隨著被處理膜之蝕刻進行而產生變化。因此，作為半導體晶圓之蝕刻終點檢測方法之1，自以往有著在乾蝕刻處理中，檢測來自電漿的特定波長之發光強度的變化，再依據此檢測結果，檢測被處理膜則經 由蝕刻而完全被除去之蝕刻終點之方法。

在被蝕刻材料之露出面積少之低開口率晶圓之乾蝕刻處理中，在蝕刻終點之發光強度的變化成為微弱。另外，在蝕刻終點中，加以蝕刻被蝕刻材料而產生的反應生成物的波長之發光強度則減少。

另一方面，蝕刻氣體(蝕刻劑)之波長的發光強度係增加。由除算反應生成物之波長的發光強度與蝕刻劑之波長的發光強度者，而增加在蝕刻終點之微弱的強度變化之方法係在專利文獻1等所了解到。

在以往技術1中，加以揭示有在低開口率晶圓等之蝕刻終點之發光強度的變化為微弱之蝕刻處理中，由在蝕刻終點除算發光強度增加之信號與發光強度減少之信號者，而增加微弱的強度變化者。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

[專利文獻1]日本特開2011-9546號公報

但在上述之以往技術中，對於接下來的點有著考慮不充分之故而產生有問題。即，當比較發光的強度位準小的信號與大的信號時，包含於顯示在任意波長或頻率數之光譜的信號之雜訊的成分，係前者部分則相對性變 大者。因此，在蝕刻的終點，發光強度增加的信號強度與發光強度減少之信號強度的差顯著變大之情況，例如，在蝕刻處理低開口率晶圓時之發光等中，顯示終點之微弱的發光強度的變化則對於雜訊帶來不良影響，而正確地檢測此等者則成為困難。

本發明之目的係提供：考慮上述以往技術之問題點，即使上述發光強度的差為大之情況，亦可正確地檢測在蝕刻終點的微弱之信號強度變化，而進行安定之終點檢測之半導體晶圓的處理方法及處理裝置。

本發明係在為了達成上述目的而使用一種電漿處理裝置，將包含預先形成在載置於配置在真空容器內部之處理室內的試料台上之晶圓之表面的複數之膜層的膜構造之處理對象之膜層，使用形成於該處理室內之電漿加以處理的電漿處理裝置，其特徵係具備：受光來自前述處理中之前述處理室內之複數之波長之光的受光器、和從此受光器之輸出檢出前述複數之波長之光之強度的檢出器中，於前述處理中，在各長度不同之複數之期間，採用使用前述受光器受光而得之結果中之一方，補足另一方而作成之資料，檢出前述複數之波長之光之強度的檢出器、和根據前述檢出器所檢出之前述光之強度變化，判定 前述膜層之處理終點的判定器。

在對於終點檢測使用2個以上之波長的發光之蝕刻中，即使此等發光強度的差為大的情況，亦可以高S/N安定進行終點檢測者。

1‧‧‧電漿處理裝置

2‧‧‧真空處理室

3‧‧‧電漿

4‧‧‧被處理材

5‧‧‧試料台

7‧‧‧控制器

11‧‧‧光纖

12‧‧‧分光器

13‧‧‧蓄積時間設定器

14‧‧‧光譜補充器

15‧‧‧波長決定器

16‧‧‧數位濾波器

17‧‧‧微分器

18‧‧‧終點判定器

19‧‧‧顯示器

601‧‧‧由以往手法之2次微分值的S/N結果

701‧‧‧由本發明之2次微分值的S/N結果

圖1係模式性地顯示有關本發明之實施例之電漿處理裝置之構成的概略的圖。

圖2係顯示圖1所示之實施例及以往技術之分光器則將來自處理室內部的光進行受光的時間之設定的圖。

圖3係顯示在圖1所示之實施例中，使用來自處理室內部的光而檢測之光譜的圖表。

圖4係顯示補充在圖1所示之實施例中所檢測之光譜的處理流程概要之流程圖。

圖5係顯示得到圖4所示之處理結果的光譜的例之圖表。

圖6係模式性地顯示在以往技術中所得到之處理的終點前後之複數之波長的光波形的圖表。

圖7係模式性地顯示使用有關圖1所示之實施例的補充處理所得到之處理的終點前後之複數的波長之光波形的圖表。

將本發明的實施形態，使用圖面而在以下加以說明。

[實施例1]

以下，依據圖1至圖7所示之實施形態而說明本發明。

有關本實施例之電漿處理裝置，示於圖1。圖1係模式性地顯示有關本發明之實施例之電漿處理裝置之構成的概略圖。

本實施例之電漿處理裝置1係具備：加以配置於真空容器內部之真空處理室2，和加以配置於其內側的下方，而加以載置保持處理因應之半導體晶圓等之基板狀的被處理材4的試料台5。

從省略圖示之氣體導入手段加以導入至真空處理室2內的蝕刻氣體係根據經由未圖示之導波管或平板狀或環狀之天線等的電場形成手段所生成而加以供給至處理室內之微波等之電場，或經由螺管線圈等之磁場形成手段所生成，而處理室內之所供給之磁場而加以激發，分離或分解，加以形成電漿3。經由加以形成於真空處理室2內之電漿3中的帶電粒子，和加以激發而具有高的活性之粒子，具有包含預先形成於試料台5上之半導體晶圓等之被處理材4上面之光罩的複數膜層之膜構造之處理對象的 膜則加以蝕刻處理。

自電漿4內之所激發之粒子加以放射的發光係通過自加以配置於構成真空處理室2側壁之真空容器的透過性構件所構成的窗，在加以配置於外部之受光器加以受光，而通過加以光學性連接於此之光纖11而加以導入至分光器12。在分光器12中，所入射之電漿的發光係例如，在200nm~800nm的範圍，加以分光為特定間隔之各波長之後，經由接受所分配之各波長的光之未圖示的光感測器，加以變換成顯示其波長的光強度之數位信號。

顯示複數之各波長的光強度之此等信號係加以傳訊至光譜補充器14，而使用複數之波長的光譜之強度，補充特定之波長的光譜的光強度而進行演算。顯示包含所算出之該波長的光強度之複數波長之光譜強度的信號係加以傳訊至波長決定器15，從此等加以抽出預先使用於由配方等所決定之終點檢測的複數之波長者。在該波長決定器15中，作為取樣信號而加以輸出之信號係作為時間序列資料yi，而加以收納於未圖示之RAM等之記憶裝置。

此時間序列資料yi係經由數位濾波器16而加以平滑化處理，作為平滑化時間序列資料Yi而加以收納至RAM等之記憶裝置。將此平滑化時間序列資料Yi，經由微分器17而加以算出微係數值(1次微分值或2次微分值)之時間序列資料di，加以收納至RAM等之記憶裝置。

在此，對於微係數時間序列資料di的算出加以說明。作為數位濾波器電路16，係例如使用2次巴特沃斯型的低通濾波器。經由2次巴特沃斯型之低通濾光器而平滑化時間序列資料Yi係經由式(1)而加以求得。

Yi=b1．yi+b2．yi-1+b3．yi-2-[a2．Yi-1+a3．Yi-2]…(1)

在此，係數an，bn(n=1~3)係經由取樣頻率數及截止頻率數，數值為不同之乘數。例如，作為本例，取樣頻率數10Hz、截止頻率數1Hz之情況，係a2=-1.143，a3=0.4128，b1=0.067455，b2=-0.013491，b3=0.067455。

2次微係數值之時間序列資料di係在微分器17中，例如使用5點之時間序列資料Yi的多項式適合平滑化微分法而從式(2)，如以下地加以算出。

在此，在上述的例中，重疊係數wj(j=-2~2)係為w-2=2，w-1=-1，w0=-2，w1=-1，w2=2。另外，在上述的例中，微分器17的演算係使用多項式平滑化微分法者，但亦可使用差分法者。

由微分器17所得到之2次微分值(或1次微分值)則是否滿足由配方所預先決定之條件者，在終點判定器18加以判斷。對於判定為滿足條件之情況，由在顯 示器19顯示終點的檢測同時，可與具備於電漿處理裝置1之檢測器及可動部分各自通信地加以連接，通知於調節可動部分之動作的控制器7。接受到該通信之控制器7係算出為了使被處理體4之接下來的處理之步驟或被處理體4之處理結束之必要的指令信號，將此等傳訊至省略圖示之氣體導入手段或微波電源，螺管線圈等之電漿形成手段。

在作為被處理體4而蝕刻低開口率之晶圓上的膜構造之處理中，來自在蝕刻終點之電漿的發光強度之變化則相對變小。更且，根據情況，與雜訊之強度的比率(SN比)則成為對於成為檢測發光強度的變化困難的程度為小者。

另外，在蝕刻的終點中，加以蝕刻被處理體4上之蝕刻處理對稱的膜材料而產生的反應生成物之波長的發光強度亦減少。另一方面，蝕刻氣體(蝕刻劑)之波長的發光強度係增加。一般了解到經由除算反應生成物之波長的發光強度與蝕刻劑之波長的發光強度之時，可加大在蝕刻終點的波形變化者。

在此，對於檢測在以往技術之終點的構成，使用圖2，圖3，圖6而加以說明。圖2係顯示圖1所示之實施例及以往技術之分光器則將來自處理室內部的光進行受光的時間之設定的圖。圖3係顯示圖1所示之實施例及以往技術之分光器則使用來自處理室內部的光而檢測之光譜的一例的圖表。圖6係模式性地顯示在以往技術中所 得到之處理的終點前後之複數之波長的光波形的圖表。

圖2(b)係顯示以往技術之分光器則將來自處理室內部的光進行受光的時間之設定圖。也就是，在以往技術中，將期間區分，在分光器12中，檢測有關將發光的光譜資料進行連續受光之結果所得到的發光之資料，圖2(b)係模式性地顯示在被處理體4之處理中，伴隨處理時間的經過而產生變動，分光器之受光感測器則將發光受光之作為1個單位之期間(圖上係稱作「蓄積時間」)的關連。

如圖2(b)所示，在以往技術中，由在相同的蓄積時間B連續進行受光，而於各蓄積時間B連續取得發光光譜者，檢測電漿的發光光譜之變化。在此，對於利用CCD感測器等之多通道分光器之蓄積時間加以說明。

在多通道分光器12中，光感測器則由接受在蓄積時間之間加以分光之電漿的發光之特定波長的光者，而加以蓄積電荷於該感測器或電路的內部，該加以充電之電荷量係在蓄積時間的結束後加以輸出。如此所欲先訂定之各波長的電荷量係例如，作為圖3(a)，圖3(b)所示之發光光譜，可將波長作為參數而顯示者。蓄積時間與所輸出之電荷量的關係大致為比例的關係，蓄積時間作為1倍時，輸出電荷量亦成為1倍。

於圖3(b)，顯示從在以往技術之蝕刻處理中的發光所得到之光譜的一例。圖3(b)中之波長1則 在蝕刻終點，發光強度則增加，而波長2則在蝕刻終點，發光強度則減少。

波長1的光譜強度係如圖6(a)所示，包含有雜訊，在蝕刻終點僅稍微增加。另一方面，波長2的光譜強度係如圖6(b)所示，包含有雜訊，在蝕刻終點僅稍微減少。

於圖6(c)左圖，顯示於各時刻除算此等波長的光強度情況之時間性變化。方便上，除算資料係如圖6(c)，規格化為30000計數。於圖6(c)右圖，顯示此除算之資料的2次微分值。

在此等圖中，如加以平滑化之箭頭的線所示，蝕刻終點的變化係可看作在10秒產生者。當將在如此之蝕刻終點之2次微分的最大值，定義為訊號時，訊號係273.9。另外，10秒以前的值係可作為雜訊量而定義，其雜訊量係170.6。隨之，在此蝕刻處理之2次微分值之S/N係1.6。將此等參數作為圖6(d)而彙整而示於表中。通常，如根據發明者們之檢討，可安定地實施終點檢測的S/N的基準係4.0以上，如根據此基準，在以往的技術中，如此安定之終點檢測係不可能。

接著，對於在本實施例之蝕刻處理之終點的檢測構成，使用圖2(a)，圖3，圖4，圖5，圖7而加以說明。

雖為重複，但於圖3(b)，顯示從蝕刻處理中的電漿發光所檢測之光譜。圖3(b)中之波長1則在 蝕刻終點，發光強度則增加，而波長2則在蝕刻終點，發光強度則減少。另外，波長1之發光強度為高，而波長2係相對為低。在分光器12內的電路之雜訊係對於電漿的發光強度係未依存之故，對於光感測器所檢測，在分光器12所輸出之該發光強度為低之波長之光譜的信號，係了解到雜訊的比例變多，而S/N為低者。

因此，在本例中，為了提升波長2的發光強度，交互反覆不同之複數值之蓄積時間，而在分光器12中檢測發光的強度。即，如圖2(a)所示，在分光器12中，交互連續性地反覆相對長之蓄積時間A與短的蓄積時間B，以光感測器而使來自處理室內的光進行受光。

將使用圖2(a)所示之受光的圖案，檢測發光的結果，示於圖3(a)。如圖3(a)所示，了解到所檢測之發光的光譜係在波長2中，發光強度則變高，而S/N係變佳。但，蓄積時間A的期間則變為較特定值為長時，如同圖所示，波長1之光譜值係了解到在光感測器中，超出可蓄積之電荷的限度之輸出則飽和。

因此，在本實施例中，交互反覆蓄積時間A與蓄積時間B而連續性地將發光進行受光而檢測，取得對應於各蓄積時間之光譜強度的分布。即，檢測各圖3(a)，(b)所示之光譜的分布資料。

在本實施例中，在光譜補充器14中，從在如此相同處理中所得到之不同期間的發光強度之光譜資料，加以檢測在發光強度為強之波長1與發光強度為強之波長 2之不同波長之各同一處理中的發光之不同值強度的信號。更且，加以算出使用此等發光光譜而補充在蓄積時間A中，波長1之強度的信號飽和之發光光譜(光譜A)之飽和範圍的補充光譜。

使用圖4，而說明補充光譜之算出演算法。圖4係顯示補充在圖1所示之實施例中所檢測之光譜的處理流程概略之流程圖。

首先，在步驟401，開始補充處理之後，在蓄積時間A之期間，以受光器14將來自處理室內之電漿的發光進行受光，而檢測發光光譜A(步驟402)。接著，在接續於蓄積時間A之蓄積時間B的期間，檢測發光光譜B(步驟403)。

接著，在發光光譜A，B檢測飽和之範圍(步驟404)。之後，在步驟405中，從發光光譜A，B，求得兩者的光譜比。

光譜比之算出方法係使用在發光光譜A，B未飽和之發光強度的高峰值的比。或，亦可使用在發光光譜A，B未飽和之範圍的各發光強度之全部或一部分的平均值的比。

在步驟406中，比較發光光譜強度A，B之強度，經由將強度為強之光譜的飽和範圍，以對於強度低之光譜，乘算在405所求得之光譜比的值而補充之時，算出圖5所示之補充光譜(步驟407，408)。

於圖7，顯示在補充光譜之複數的波長之發光 各強度及此等的比。圖7係模式性地顯示使用有關圖1所示之實施例的補充處理所得到之處理的終點前後之複數的波長之光波形的圖表。圖7(a)係顯示波長1之；圖7(b)係顯示波長2之；圖7(c)係顯示波長1/波長2之發光的強度值之時間性變化(左圖)與其2次微分值之時間變化(右圖)。

於本圖，圖示波長1之2次微分值(圖7(a)右圖)，波長2之2次微分值(圖7(b)右圖)，波長1/波長2之2次微分值(圖7(c)右圖)。於圖7(c)左圖及右圖，蝕刻終點的變化係在10秒產生。當將在此之蝕刻終點之2次微分的最大值，定義為訊號時，訊號係236.2。另外，10秒以前的值係可作為雜訊量而定義，其雜訊量係45.3。隨之，此蝕刻時之2次微分值的S/N係5.2。

彙整此等參數而作為表，以圖7(d)而顯示。如上述，可安定地實施通常終點檢測的S/N之基準係4.0以上，而本蝕刻係了解到可安定進行終點檢測者。

在上述之實施例中，在分光器12中檢測發光的光譜，但本發明係不限於如此之構成，而分光器12之光感測器則具有將顯示在蓄積時間進行蓄積而輸出之電荷量之信號，進行受訊之光譜補充器14則依據此而檢測補充前之光譜的機能亦可。另外，蓄積時間係電漿處理裝置1之使用者則即使使用未圖示之附有顯示器之電腦終端等之指示裝置而可任意作設定，將處理條件(所謂配方)之 資訊進行受訊的裝置控制器7則對應此等而因應預先所訂定之演算法或表等之資料而做設定亦可。

如以上，在使用發光強度不同之2個以上的波長而進行終點檢測的情況中，經由各波長之發光強度則呈變大(大致為飽和容量的一半以上)地，各設定CCD感測器之積時間之時，在各波長的發光強度之時間性變化的S/N則提升，更且經由除算此等之時，可以高S/N而進行終點檢測者。另外，經由計算補充光譜之時，可將蝕刻處理中的發光光譜A，B，彙整於1個補充光譜者。經由此，雖無圖示，但可減少對於HD等之主記憶裝置的記憶範圍者。

1‧‧‧電漿處理裝置

2‧‧‧真空處理室

3‧‧‧電漿

4‧‧‧被處理材

5‧‧‧試料台

7‧‧‧控制器

11‧‧‧光纖

12‧‧‧分光器

13‧‧‧蓄積時間設定器

14‧‧‧光譜補充器

15‧‧‧波長決定器

16‧‧‧數位濾波器

17‧‧‧微分器

18‧‧‧終點判定器

19‧‧‧顯示器

Claims (6)

1. 一種電漿處理裝置，將包含預先形成在載置於配置在真空容器內部之處理室內的試料台上之晶圓之表面的複數之膜層的膜構造之處理對象之膜層，使用形成於該處理室內之電漿加以處理的電漿處理裝置，其特徵係具備：受光來自前述處理中之前述處理室內之複數之波長之光的受光器、和從此受光器之輸出檢出前述複數之波長之光之強度的檢出器中，於前述處理中，在各長度不同之複數之期間，採用使用前述受光器受光而得之結果中之一方，補足另一方而作成之資料，檢出前述複數之波長之光之強度的檢出器、和根據前述檢出器所檢出之前述光之強度變化，判定前述膜層之處理終點的判定器。
2. 如申請專利範圍第1項記載之電漿處理裝置，其中，前述檢出器係具備：在前述複數之期間中之短期間，從前述受光器所得之輸出，在前述複數之期間中之長期間，檢出從前述受光器所得之輸出所無法檢出之部分，使用此部分，在前述長期間，使用補足從前述受光器所得之輸出所檢出之結果，檢出前述複數之波長之光之強度的機能。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載之電漿處理裝置，其中， 前述受光器係具備於前述複數之期間之一方，使顯示各個前述複數之波長之光不飽和地加以受光，於另一方期間，僅不飽和前述複數之波長之光之一方而受光之機能。
4. 一種電漿處理方法，處理包含載置於配置在真空容器內部之處理室內的試料台上之晶圓，於前述處理室內形成電漿，預先形成於前述晶圓之表面之複數之膜層的膜構造之處理對象之膜層的電漿處理方康，其特徵係具備：受光來自前述處理中之前述處理室內之複數之波長之光的受光器，於該處理中，在各長度不同之複數之期間，採用使用受光之結果中之一方，補足另一方而作成之資料，檢出前述複數之波長之前述光之強度的工程、和根據前述檢出之光之強度變化，判定前述處理之終點的工程。
5. 如申請專利範圍第4項記載之電漿處理方法，其中，於檢出前述光之強度的工程中，在前述複數之期間中之短期間，從前述受光器所得之輸出，在前述複數之期間中之長期間，檢出從前述受光器所得之輸出所無法檢出之部分，使用合成此部分與在前述長期間，從前述受光器所得之輸出所檢出之結果的前述資料，檢出前述複數之波長之光之強度。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項記載之電漿處理方法，其中，前述受光器係於具備前述複數之期間之一方，使顯示各個前述複數之波長之光不飽和地加以受光，於另一方期 間，僅不飽和前述複數之波長之光之一方而受光之機能。