JP2001068457A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JP2001068457A JP2001068457A JP24460199A JP24460199A JP2001068457A JP 2001068457 A JP2001068457 A JP 2001068457A JP 24460199 A JP24460199 A JP 24460199A JP 24460199 A JP24460199 A JP 24460199A JP 2001068457 A JP2001068457 A JP 2001068457A
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- plasma
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- etching
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- processed
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プラズマエッチング処理装置において、スルー
プット向上、条件出しの高速化、多層膜をエッチング行
うときの膜種によって積み重なるエッチング速度の不均
一性の緩和、加工形状の均一化をはかり、歩留まりを向
上する。 【解決手段】プラズマエッチング処理中にプラズマから
の発光強度を測定し、試料処理の程度を判定する工程を
備えたプラズマ処理方法において、上記プラズマの処理
圧力と全ガス流量と被処理試料と垂直方向のプラズマが
生成される領域の長さで決定される分子、原子の滞在時
間が１００ms以内となるような条件で試料処理の進行程
度を判定しながら試料処理を行う。
プット向上、条件出しの高速化、多層膜をエッチング行
うときの膜種によって積み重なるエッチング速度の不均
一性の緩和、加工形状の均一化をはかり、歩留まりを向
上する。 【解決手段】プラズマエッチング処理中にプラズマから
の発光強度を測定し、試料処理の程度を判定する工程を
備えたプラズマ処理方法において、上記プラズマの処理
圧力と全ガス流量と被処理試料と垂直方向のプラズマが
生成される領域の長さで決定される分子、原子の滞在時
間が１００ms以内となるような条件で試料処理の進行程
度を判定しながら試料処理を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や電子
回路等の製作に利用されるドライエッチング方法にかか
わり、特にエッチング処理中にエッチング速度の面内均
一性を評価する方法および装置に関する。
回路等の製作に利用されるドライエッチング方法にかか
わり、特にエッチング処理中にエッチング速度の面内均
一性を評価する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体装置等の製造に用いるエッ
チング方法においては、微細性と異方性加工の実現のた
めに、プラズマを使用する方法が主流となっている。プ
ラズマを生成する手段としては、真空容器内に導入した
ガスに電磁波を照射し、そのエネルギでガスを解離させ
る方法が一般的である。また、上記プラズマを生成する
プラズマ源として、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capa
citive Coupled Plasma)、誘導結合型プラズマ(ＩＣ
Ｐ：Inductive Coupled Plasma)、ＥＣＲ(Electron C
yclotron Resonance)プラズマがある。そして、近年Ｅ
ＣＲプラズマにおいては、従来のマイクロ波ではなくＵ
ＨＦ波を使用した方式が開発されている。上記エッチン
グ装置には、プラズマ中の１つもしくはそれ以上の発光
強度を測定する機構が設置されており、エッチングの終
点を判定するために用いられている。例えば、Ｃ−ＭＯ
Ｓのゲート部分をエッチングする場合、プラズマからの
３９１nm（ＳｉＣｌ）の発光強度をモニタし、その強度
が小さくなりきったところでゲート加工が終了したと判
定する。すなわち、プラズマの発光を測定する機構によ
って、自動的に次のステップに切り替えたり、エッチン
グ処理を終了させたりするための情報を得ている。
チング方法においては、微細性と異方性加工の実現のた
めに、プラズマを使用する方法が主流となっている。プ
ラズマを生成する手段としては、真空容器内に導入した
ガスに電磁波を照射し、そのエネルギでガスを解離させ
る方法が一般的である。また、上記プラズマを生成する
プラズマ源として、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capa
citive Coupled Plasma)、誘導結合型プラズマ(ＩＣ
Ｐ：Inductive Coupled Plasma)、ＥＣＲ(Electron C
yclotron Resonance)プラズマがある。そして、近年Ｅ
ＣＲプラズマにおいては、従来のマイクロ波ではなくＵ
ＨＦ波を使用した方式が開発されている。上記エッチン
グ装置には、プラズマ中の１つもしくはそれ以上の発光
強度を測定する機構が設置されており、エッチングの終
点を判定するために用いられている。例えば、Ｃ−ＭＯ
Ｓのゲート部分をエッチングする場合、プラズマからの
３９１nm（ＳｉＣｌ）の発光強度をモニタし、その強度
が小さくなりきったところでゲート加工が終了したと判
定する。すなわち、プラズマの発光を測定する機構によ
って、自動的に次のステップに切り替えたり、エッチン
グ処理を終了させたりするための情報を得ている。
【０００３】一方、エッチング速度の均一性は、半導体
製造の歩留まり向上のための重要な要素の一つである。
上記均一性の評価方法には、ウェハを抜き出してエッチ
ングの段差を測定したり、ウェハを割って断面形状を観
測するといった方法があり、主にオフラインで行なわれ
てきた。
製造の歩留まり向上のための重要な要素の一つである。
上記均一性の評価方法には、ウェハを抜き出してエッチ
ングの段差を測定したり、ウェハを割って断面形状を観
測するといった方法があり、主にオフラインで行なわれ
てきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
エッチングの面内均一性の評価方法では、被加工物を一
度ラインの外に出して、別の測定器で測定する必要があ
り、スループットの低下を招いていた。
エッチングの面内均一性の評価方法では、被加工物を一
度ラインの外に出して、別の測定器で測定する必要があ
り、スループットの低下を招いていた。
【０００５】本発明の目的は、プラズマを使用するエッ
チング処理装置において、エッチング速度もしくはエッ
チング形状の処理ウェハ面内均一性を、エッチング処理
中に評価できるようにすることで、スループットの向
上、条件出しの高速化をはかることにある。また、本発
明の他の目的は多層膜のエッチングを行うとき、積み重
なる膜種によって変化するエッチング速度の不均一性を
緩和し、最終的に均一形状でのエッチングを実現し、製
造歩留まりを向上させることにある。
チング処理装置において、エッチング速度もしくはエッ
チング形状の処理ウェハ面内均一性を、エッチング処理
中に評価できるようにすることで、スループットの向
上、条件出しの高速化をはかることにある。また、本発
明の他の目的は多層膜のエッチングを行うとき、積み重
なる膜種によって変化するエッチング速度の不均一性を
緩和し、最終的に均一形状でのエッチングを実現し、製
造歩留まりを向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の方法は、被処理試料を真空容器内に導入し
固定する工程と、ガスを上記真空容器内に導入する工程
と、上記真空容器内にプラズマを発生させる工程と、上
記プラズマの被処理試料に対するイオン電流密度分布を
制御する工程と、上記被処理試料をエッチング処理する
工程と、プラズマ処理中にプラズマからの発光強度を測
定し、試料処理の程度を判定する工程を備えたプラズマ
処理方法において、上記プラズマの処理圧力と全ガス流
量と被処理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域
の長さで決定される分子、原子の滞在時間が１００ms以
内となる条件で試料処理の進行程度を判定しながら試料
処理を行うことを特徴とする。
め、本発明の方法は、被処理試料を真空容器内に導入し
固定する工程と、ガスを上記真空容器内に導入する工程
と、上記真空容器内にプラズマを発生させる工程と、上
記プラズマの被処理試料に対するイオン電流密度分布を
制御する工程と、上記被処理試料をエッチング処理する
工程と、プラズマ処理中にプラズマからの発光強度を測
定し、試料処理の程度を判定する工程を備えたプラズマ
処理方法において、上記プラズマの処理圧力と全ガス流
量と被処理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域
の長さで決定される分子、原子の滞在時間が１００ms以
内となる条件で試料処理の進行程度を判定しながら試料
処理を行うことを特徴とする。
【０００７】また、上記プラズマの処理圧力と全ガス流
量と被処理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域
の長さで決定される分子、原子の滞在時間τ（ms）に対
するプラズマ均一性Ａ（％）の比Ａ／τが０．１１より
大きくなる条件で試料処理の進行程度を判定しながら試
料処理を行うことを特徴とする。
量と被処理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域
の長さで決定される分子、原子の滞在時間τ（ms）に対
するプラズマ均一性Ａ（％）の比Ａ／τが０．１１より
大きくなる条件で試料処理の進行程度を判定しながら試
料処理を行うことを特徴とする。
【０００８】また、上記の方法において、試料処理の進
行程度の判定結果を基に、エッチング処理の面内均一性
を算出する工程とエッチング速度分布を制御する工程を
有することを特徴とする。
行程度の判定結果を基に、エッチング処理の面内均一性
を算出する工程とエッチング速度分布を制御する工程を
有することを特徴とする。
【０００９】また、上記の方法において、上記プラズマ
を発生させる手段が８０ＭＨｚから９００ＭＨｚの周波
数を持つＵＨＦないしＶＨＦ波発生装置と２つ以上の電
磁石を有して構成され、上記電磁石に流れるそれぞれの
電流を変化させることで、エッチング速度の面内分布を
制御しながらエッチング処理をおこなうことを特徴とす
る。
を発生させる手段が８０ＭＨｚから９００ＭＨｚの周波
数を持つＵＨＦないしＶＨＦ波発生装置と２つ以上の電
磁石を有して構成され、上記電磁石に流れるそれぞれの
電流を変化させることで、エッチング速度の面内分布を
制御しながらエッチング処理をおこなうことを特徴とす
る。
【００１０】図２は、半導体装置におけるメタル配線部
の構造（ａ）および上記配線部をプラズマエッチングし
た場合の、励起窒素の発光強度（Ｎ：４１４nm）の時間
変化を測定したグラフ（ｂ）、（ｃ）を示す。ここで、
同図（ａ）の２０１はレジスト、２０２はＣ−ＴｉＮ、
２０３はＡｌ−Ｃｕ、２０４はＢ−ＴｉＮ、２０５はＳ
ｉＯ2（層間絶縁膜）、２０６は下層配線である。ここ
で、このエッチング処理は後述する図１の構成を有する
処理装置によっておこなった。
の構造（ａ）および上記配線部をプラズマエッチングし
た場合の、励起窒素の発光強度（Ｎ：４１４nm）の時間
変化を測定したグラフ（ｂ）、（ｃ）を示す。ここで、
同図（ａ）の２０１はレジスト、２０２はＣ−ＴｉＮ、
２０３はＡｌ−Ｃｕ、２０４はＢ−ＴｉＮ、２０５はＳ
ｉＯ2（層間絶縁膜）、２０６は下層配線である。ここ
で、このエッチング処理は後述する図１の構成を有する
処理装置によっておこなった。
【００１１】エッチング条件は、ＲＦ電源の出力４０Ｗ
で、ＳｉＯ2のスパッタレート分布が共に１２％程度で
あるが、同図（ｂ）では圧力３Ｐａ、プラズマ厚さ１８
０mm、全ガス流量が４００sccmなのに対して同図（ｃ）
は圧力３Ｐａ、プラズマ厚さ（図１の距離１２０）１５
０mm、全ガス流量４００sccmである。ここで、ＳｉＯ2
のスパッタレート分布は物理スパッタが主反応のため、
プラズマの均一性評価の指標として一般的に使用される
ものである。
で、ＳｉＯ2のスパッタレート分布が共に１２％程度で
あるが、同図（ｂ）では圧力３Ｐａ、プラズマ厚さ１８
０mm、全ガス流量が４００sccmなのに対して同図（ｃ）
は圧力３Ｐａ、プラズマ厚さ（図１の距離１２０）１５
０mm、全ガス流量４００sccmである。ここで、ＳｉＯ2
のスパッタレート分布は物理スパッタが主反応のため、
プラズマの均一性評価の指標として一般的に使用される
ものである。
【００１２】上記図２（ｂ）、（ｃ）を比較すると、
（ｃ）では、Ｂ−ＴｉＮ２０４のエッチングの終点近傍
で、均一性の微細構造２１３が存在することが分かる。
この現象は、反応生成物の滞在時間に関係しているもの
と考えられる。すなわち、プラズマ厚さの減少で、プラ
ズマ中での原子または分子の滞在時間が短くなったこと
によって、プラズマ中で同じ分子もしくは原子が発光を
繰り返すという現象が少なくなるため、今まで観測でき
なかった均一性に関する情報の測定が可能となったもの
と考えられる。
（ｃ）では、Ｂ−ＴｉＮ２０４のエッチングの終点近傍
で、均一性の微細構造２１３が存在することが分かる。
この現象は、反応生成物の滞在時間に関係しているもの
と考えられる。すなわち、プラズマ厚さの減少で、プラ
ズマ中での原子または分子の滞在時間が短くなったこと
によって、プラズマ中で同じ分子もしくは原子が発光を
繰り返すという現象が少なくなるため、今まで観測でき
なかった均一性に関する情報の測定が可能となったもの
と考えられる。
【００１３】上記滞在時間τ（ｓ）は、一般に数１で表
すことができる。ここで、数１のＰは反応処理室の圧力
（Ｐａ）、Ｖは反応処理室の体積（ｌ）、Ｑはガスの流
量（Ｐａ・ｌ／ｓ）である。
すことができる。ここで、数１のＰは反応処理室の圧力
（Ｐａ）、Ｖは反応処理室の体積（ｌ）、Ｑはガスの流
量（Ｐａ・ｌ／ｓ）である。
【００１４】
【数１】 τ＝ＰＶ／Ｑ ………（１） よって、滞在時間を小さくするためには、圧力はより低
圧、プラズマ体積はより小さく、ガス流量は、より大き
くするような条件でエッチングを行う必要がある。そし
て、この均一性の微細構造が観測されるためには、Ｓｉ
Ｏ2のスパッタレート分布が小さい程、滞在時間をより
小さくしなければならない。
圧、プラズマ体積はより小さく、ガス流量は、より大き
くするような条件でエッチングを行う必要がある。そし
て、この均一性の微細構造が観測されるためには、Ｓｉ
Ｏ2のスパッタレート分布が小さい程、滞在時間をより
小さくしなければならない。
【００１５】したがって、ウェハ処理に必要とされる均
一性を満足できる範囲において、圧力、体積およびガス
流量で決定される観測粒子の滞在時間を短くしてもエッ
チング性能が保証される装置を用い、エッチング時の特
定発光強度の時間変化を計測することで、前記第１の目
的を達成することができる。
一性を満足できる範囲において、圧力、体積およびガス
流量で決定される観測粒子の滞在時間を短くしてもエッ
チング性能が保証される装置を用い、エッチング時の特
定発光強度の時間変化を計測することで、前記第１の目
的を達成することができる。
【００１６】また、発光強度の時間変化を測定して、そ
の情報をイオン電流分布もしくは、ＲＦバイアス分布を
制御する回路にフィードバックさせることで、プラズマ
処理中に分布の補正をすることが可能となり、前記第２
の目的を達成することができる。
の情報をイオン電流分布もしくは、ＲＦバイアス分布を
制御する回路にフィードバックさせることで、プラズマ
処理中に分布の補正をすることが可能となり、前記第２
の目的を達成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明を適
用できる４５０ＭＨｚのＵＨＦ波を放射する電極（アン
テナ）と電磁石を備えたＵＨＦ波ＥＣＲプラズマエッチ
ング装置の断面図である。図において１０１はＵＨＦ電
源、１０２はＵＨＦ波整合器、１０３は誘電板、１０４
は電磁波放射電極、１０５はアンテナアース部、１０６
は電磁石、１０７は放電部容器、１０８は真空排気装
置、１０９はＲＦ電源、１１０はＲＦ整合器、１１１は
ブロッキングコンデンサ、１１２は試料設置電極、１１
３は処理試料、１１４はガス導入管、１１５はシャワー
プレート、１１６は石英板、１１７はプラズマ、１１８
は発光分光器、１１９はイオン電流密度分布制御機構で
あり、１２０はプラズマの厚さを示す。
用できる４５０ＭＨｚのＵＨＦ波を放射する電極（アン
テナ）と電磁石を備えたＵＨＦ波ＥＣＲプラズマエッチ
ング装置の断面図である。図において１０１はＵＨＦ電
源、１０２はＵＨＦ波整合器、１０３は誘電板、１０４
は電磁波放射電極、１０５はアンテナアース部、１０６
は電磁石、１０７は放電部容器、１０８は真空排気装
置、１０９はＲＦ電源、１１０はＲＦ整合器、１１１は
ブロッキングコンデンサ、１１２は試料設置電極、１１
３は処理試料、１１４はガス導入管、１１５はシャワー
プレート、１１６は石英板、１１７はプラズマ、１１８
は発光分光器、１１９はイオン電流密度分布制御機構で
あり、１２０はプラズマの厚さを示す。
【００１８】従来のマイクロ波ＥＣＲプラズマやＩＣＰ
プラズマ源では、一般にプラズマ厚さ１２０を小さくす
ると、プラズマ密度の面内分布が悪化したり、ガス流れ
の均一性が悪化したりするため、本装置のように低ギャ
ップかつイオン電流密度が均一で、ガスがウェハ直上か
ら流せるような構造であることが望ましい。
プラズマ源では、一般にプラズマ厚さ１２０を小さくす
ると、プラズマ密度の面内分布が悪化したり、ガス流れ
の均一性が悪化したりするため、本装置のように低ギャ
ップかつイオン電流密度が均一で、ガスがウェハ直上か
ら流せるような構造であることが望ましい。
【００１９】本装置では電磁波放射電極１０４は大気側
に設置しているが、真空側にあっても効果は同じであ
る。また、今回はプラズマの厚さ１２０は、試料設置電
極１１２とシャワープレート１１５の距離と定義した。
本装置は、ガス導入管１１４から放電部容器１０７内に
ガスを導入したあと、真空排気装置１０８に付属してい
る開度可変のバルブ（図示略）により容器内圧力を制御
することができる。
に設置しているが、真空側にあっても効果は同じであ
る。また、今回はプラズマの厚さ１２０は、試料設置電
極１１２とシャワープレート１１５の距離と定義した。
本装置は、ガス導入管１１４から放電部容器１０７内に
ガスを導入したあと、真空排気装置１０８に付属してい
る開度可変のバルブ（図示略）により容器内圧力を制御
することができる。
【００２０】ＵＨＦ電源１０１から発振されたＵＨＦ波
は同軸管または、導波管によって伝送され、ＵＨＦ波整
合器１０２で負荷インピーダンスとの整合をとり、電磁
波放射電極１０４により放電部容器１０７内に放出され
る。放出された電磁波のエネルギにより、放電部容器１
０７内のガスが解離する。その時電磁石１０６により形
成された磁場で、電子に電子サイクロトロン運動を起こ
させ、０．３〜３Ｐａ程度の圧力領域でプラズマ１１７
を生成することができる。
は同軸管または、導波管によって伝送され、ＵＨＦ波整
合器１０２で負荷インピーダンスとの整合をとり、電磁
波放射電極１０４により放電部容器１０７内に放出され
る。放出された電磁波のエネルギにより、放電部容器１
０７内のガスが解離する。その時電磁石１０６により形
成された磁場で、電子に電子サイクロトロン運動を起こ
させ、０．３〜３Ｐａ程度の圧力領域でプラズマ１１７
を生成することができる。
【００２１】処理試料１１３は試料設置電極１１２上に
設置されており、プラズマ１１７に接する構造となって
いる。この時、ＲＦ電源１０９より発振されたＲＦ波を
ＲＦ整合器１１０とブロッキングコンデンサ１１１を用
いて試料設置電極１１２に印加することで、高速に試料
処理を行うことができる。
設置されており、プラズマ１１７に接する構造となって
いる。この時、ＲＦ電源１０９より発振されたＲＦ波を
ＲＦ整合器１１０とブロッキングコンデンサ１１１を用
いて試料設置電極１１２に印加することで、高速に試料
処理を行うことができる。
【００２２】プラズマ中の粒子の個数の変化を測定する
手段として発光分光器１１９を設置した。上記分光器１
１９の検出波長を特定波長に合わせておき、エッチング
処理中にその時間変化を測定することでエッチングの終
点を検出することができる。イオン電流密度分布制御機
構１１８は、上記発光強度変化の測定結果をもとに、イ
オン電流密度分布を制御（この場合は、電磁石の電流を
変化させる）する。
手段として発光分光器１１９を設置した。上記分光器１
１９の検出波長を特定波長に合わせておき、エッチング
処理中にその時間変化を測定することでエッチングの終
点を検出することができる。イオン電流密度分布制御機
構１１８は、上記発光強度変化の測定結果をもとに、イ
オン電流密度分布を制御（この場合は、電磁石の電流を
変化させる）する。
【００２３】このような装置（チェンバーの内径φ４４
０）において、プラズマの厚さ１２０を１５０mm、圧力
３Ｐａ、全ガス流量を４００sccmとし、ＵＨＦパワー８
００Ｗでエッチングを行った時の発光強度の時間変化は
図２（ｃ）のように測定された。この時の分子の滞在時
間は、前記数１より１００ms程度である。滞在時間が１
２０msとなる図２（ｂ）ではこのような構造が見えなか
ったことから、数１で計算される滞在時間を１００ms以
下にするにしたがって、図２（ｃ）のような発光強度変
化の均一性の微細構造２１３を観測可能となる。
０）において、プラズマの厚さ１２０を１５０mm、圧力
３Ｐａ、全ガス流量を４００sccmとし、ＵＨＦパワー８
００Ｗでエッチングを行った時の発光強度の時間変化は
図２（ｃ）のように測定された。この時の分子の滞在時
間は、前記数１より１００ms程度である。滞在時間が１
２０msとなる図２（ｂ）ではこのような構造が見えなか
ったことから、数１で計算される滞在時間を１００ms以
下にするにしたがって、図２（ｃ）のような発光強度変
化の均一性の微細構造２１３を観測可能となる。
【００２４】これに従うと、例えば０．３ＰａのＣ−Ｍ
ＯＳのゲートエッチングで、プラズマ厚さ１０４mmの場
合は、全ガス流量は３０sccm以上で１２％程度の不均一
性の構造が観測できることになる。
ＯＳのゲートエッチングで、プラズマ厚さ１０４mmの場
合は、全ガス流量は３０sccm以上で１２％程度の不均一
性の構造が観測できることになる。
【００２５】また、ＳｉＯ2スパッタレート分布Ａ
（％）と滞在時間τ（ms）を変化させて均一性の微細構
造２１３の観測有無をまとめたところ、表１のような結
果が得られ、Ａ／τが０．１１より大きいと上記不均一
性を観測できることがわかった。また、これによると５
％の均一性を観測するためには４６ms以下の滞在時間に
なるような条件でエッチングすればよい。
（％）と滞在時間τ（ms）を変化させて均一性の微細構
造２１３の観測有無をまとめたところ、表１のような結
果が得られ、Ａ／τが０．１１より大きいと上記不均一
性を観測できることがわかった。また、これによると５
％の均一性を観測するためには４６ms以下の滞在時間に
なるような条件でエッチングすればよい。
【００２６】
【表１】
【００２７】このように、本発明を適用した結果、８イ
ンチで５％程度のエッチング速度の不均一性をリアルタ
イムに検出することが可能となるため、従来のようにウ
ェハをオフラインで測定する必要がなくなり、エッチン
グ条件出し時のスループットを向上することができる。
ンチで５％程度のエッチング速度の不均一性をリアルタ
イムに検出することが可能となるため、従来のようにウ
ェハをオフラインで測定する必要がなくなり、エッチン
グ条件出し時のスループットを向上することができる。
【００２８】本発明を適用可能なエッチング装置として
は、本実施例で使用したＵＨＦ波ＥＣＲプラズマエッチ
ング装置のように、０．３Ｐａから３Ｐａ程度の圧力領
域でプラズマ厚さが１００mm以下でも安定かつ分布制御
可能なプラズマが生成できてかつエッチング処理が可能
でなければならないとことは言うまでもない。また、プ
ラズマ中の粒子の個数変化を測定する手段として、ＱＭ
Ｓ（四重極質量分析器）等を用い、観測する質量数を固
定してその信号強度の時間変化を測定しても同様な効果
を得ることができる。
は、本実施例で使用したＵＨＦ波ＥＣＲプラズマエッチ
ング装置のように、０．３Ｐａから３Ｐａ程度の圧力領
域でプラズマ厚さが１００mm以下でも安定かつ分布制御
可能なプラズマが生成できてかつエッチング処理が可能
でなければならないとことは言うまでもない。また、プ
ラズマ中の粒子の個数変化を測定する手段として、ＱＭ
Ｓ（四重極質量分析器）等を用い、観測する質量数を固
定してその信号強度の時間変化を測定しても同様な効果
を得ることができる。
【００２９】（実施例２）本発明を使用してリアルタイ
ムで多層膜のエッチング速度分布制御を行った実施例を
以下に示す。前記実施例１に示した圧力領域、ガス流量
領域、プラズマ厚さおよび図３（ｃ）のようなイオン電
流分布で、図２（ａ）のような多層膜のエッチングを行
い、励起窒素（Ｎ：４１４nm）の発光強度を測定した。
ムで多層膜のエッチング速度分布制御を行った実施例を
以下に示す。前記実施例１に示した圧力領域、ガス流量
領域、プラズマ厚さおよび図３（ｃ）のようなイオン電
流分布で、図２（ａ）のような多層膜のエッチングを行
い、励起窒素（Ｎ：４１４nm）の発光強度を測定した。
【００３０】このときＣ−ＴｉＮ層２０２の終点近傍３
０３に微細構造があることが判った。この判定は、図３
に示す終点時間３０３が、設定値より大きいことを判断
基準としてなされる。この時のＣ−ＴｉＮエッチング終
了近傍の時間３０６のウェハの中心と端のエッチング状
態は、それぞれ図３（ａ）、（ｂ）のようになってお
り、中心部の底面３０１と端部の底面３０２のエッチン
グ到達面が異なることが判る。
０３に微細構造があることが判った。この判定は、図３
に示す終点時間３０３が、設定値より大きいことを判断
基準としてなされる。この時のＣ−ＴｉＮエッチング終
了近傍の時間３０６のウェハの中心と端のエッチング状
態は、それぞれ図３（ａ）、（ｂ）のようになってお
り、中心部の底面３０１と端部の底面３０２のエッチン
グ到達面が異なることが判る。
【００３１】そこで本発明を適用して、Ａｌ層のエッチ
ング時間３０７中のイオン電流分布を、図３（ｆ）のよ
うに端部を上げた分布とし、端部のエッチング速度が上
がるようにした。その結果、Ａｌエッチング終了近傍の
時間３０８でのウェハの中心と端のエッチング状態は図
３（ｄ）、（ｅ）のようになり、中心部の底面３０１と
端部の底面３０２のエッチング到達面を揃えることがで
きた。
ング時間３０７中のイオン電流分布を、図３（ｆ）のよ
うに端部を上げた分布とし、端部のエッチング速度が上
がるようにした。その結果、Ａｌエッチング終了近傍の
時間３０８でのウェハの中心と端のエッチング状態は図
３（ｄ）、（ｅ）のようになり、中心部の底面３０１と
端部の底面３０２のエッチング到達面を揃えることがで
きた。
【００３２】そして、Ｂ−ＴｉＮエッチング＋オーバエ
ッチング時間３０９は再び図３（ｉ）のようにフラット
なイオン電流分布にしてエッチングを行うと、励起窒素
の発光強度の時間変化は３０５のように観測され、図３
（ｇ）（ｈ）のように最終的に中心部と端部で均一形状
のエッチングを終了することができた。
ッチング時間３０９は再び図３（ｉ）のようにフラット
なイオン電流分布にしてエッチングを行うと、励起窒素
の発光強度の時間変化は３０５のように観測され、図３
（ｇ）（ｈ）のように最終的に中心部と端部で均一形状
のエッチングを終了することができた。
【００３３】本発明を使用しない場合には、励起窒素の
発光強度の時間変化は、破線３０４のように微細構造を
もち、最終形状も中心部の底面３０１と端部の底面３０
２が一致せず、不均一形状となってしまう。
発光強度の時間変化は、破線３０４のように微細構造を
もち、最終形状も中心部の底面３０１と端部の底面３０
２が一致せず、不均一形状となってしまう。
【００３４】このように均一性の自己制御可能なエッチ
ング方法を使用することで、歩留まり向上、条件出しの
高速化を達成することができる。
ング方法を使用することで、歩留まり向上、条件出しの
高速化を達成することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマを使用するド
ライエッチングにおいて、オンラインで処理ウェハの面
内均一性を評価することが可能となる。さらに、多層膜
エッチングにおいて最終的にエッチング形状を面内で均
一に加工することができるため、歩留まり向上とエッチ
ングの条件出しの高速化を図ることができる。
ライエッチングにおいて、オンラインで処理ウェハの面
内均一性を評価することが可能となる。さらに、多層膜
エッチングにおいて最終的にエッチング形状を面内で均
一に加工することができるため、歩留まり向上とエッチ
ングの条件出しの高速化を図ることができる。
【図１】本発明を実施するためのプラズマエッチング装
置の断面図。
置の断面図。
【図２】本発明の実施例で加工したメタル配線部の断面
図およびエッチング時の発光強度の時間変化の測定図。
図およびエッチング時の発光強度の時間変化の測定図。
【図３】本発明を適用して多層膜エッチングを行った実
施例の説明図。
施例の説明図。
１０１…ＵＨＦ電源、１０２…ＵＨＦ波整合器、１０３
…誘電板、１０４…電磁波放射電極、１０５…アンテナ
アース部、１０６…電磁石、１０７…放電部容器、１０
８…真空排気装置、１０９…ＲＦ電源、１１０…ＲＦ整
合器、１１１…ブロッキングコンデンサ、１１２…試料
設置電極、１１３…処理試料、１１４…ガス導入管、１
１５…シャワープレート、１１６…石英板、１１７…プ
ラズマ、１１８…発光分光器、１１９…イオン電流密度
分布制御機構、１２０…プラズマの厚さ、２０１…レジ
スト、２０２…Ｃ−ＴｉＮ、２０３…Ａｌ−Ｃｕ、２０
４…Ｂ−ＴｉＮ、２０５…ＳｉＯ2（層間絶縁膜）、２
０６…下層配線、２０８…Ｃ−ＴｉＮエッチング時間、
２０９…Ａｌ−Ｃｕエッチング時間、２１０…Ｂ−Ｔｉ
Ｎエッチング時間、２１１…オーバエッチング時間、２
１３…均一性の微細構造、３０１…中心部のエッチング
底面、３０２…端部のエッチング底面、３０３…Ｃ−Ｔ
ｉＮ２０２の終点時間、３０４…本発明を適用しない場
合の励起窒素の発光強度の時間変化、３０５…本発明を
適用した場合のＮ２発光強度の時間変化、３０６…Ｃ−
ＴｉＮエッチング終了近傍時間、３０７…Ａｌエッチン
グ時間、３０８…Ａｌエッチング終了近傍時間、３０９
…Ｂ−ＴｉＮエッチング＋オーバエッチング時間。
…誘電板、１０４…電磁波放射電極、１０５…アンテナ
アース部、１０６…電磁石、１０７…放電部容器、１０
８…真空排気装置、１０９…ＲＦ電源、１１０…ＲＦ整
合器、１１１…ブロッキングコンデンサ、１１２…試料
設置電極、１１３…処理試料、１１４…ガス導入管、１
１５…シャワープレート、１１６…石英板、１１７…プ
ラズマ、１１８…発光分光器、１１９…イオン電流密度
分布制御機構、１２０…プラズマの厚さ、２０１…レジ
スト、２０２…Ｃ−ＴｉＮ、２０３…Ａｌ−Ｃｕ、２０
４…Ｂ−ＴｉＮ、２０５…ＳｉＯ2（層間絶縁膜）、２
０６…下層配線、２０８…Ｃ−ＴｉＮエッチング時間、
２０９…Ａｌ−Ｃｕエッチング時間、２１０…Ｂ−Ｔｉ
Ｎエッチング時間、２１１…オーバエッチング時間、２
１３…均一性の微細構造、３０１…中心部のエッチング
底面、３０２…端部のエッチング底面、３０３…Ｃ−Ｔ
ｉＮ２０２の終点時間、３０４…本発明を適用しない場
合の励起窒素の発光強度の時間変化、３０５…本発明を
適用した場合のＮ２発光強度の時間変化、３０６…Ｃ−
ＴｉＮエッチング終了近傍時間、３０７…Ａｌエッチン
グ時間、３０８…Ａｌエッチング終了近傍時間、３０９
…Ｂ−ＴｉＮエッチング＋オーバエッチング時間。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K057 DA11 DA14 DA16 DB06 DD03 DD08 DG07 DG16 DG20 DJ02 DM18 DM28 DN01 5F004 AA01 BA14 BB07 BB13 BB14 BB28 CA02 CA03 CA06 CA08 CB02 CB04 CB15
Claims (4)
- 【請求項１】被処理試料を真空容器内に導入し固定する
工程と、ガスを上記真空容器内に導入する工程と、上記
真空容器内にプラズマを発生させる工程と、上記プラズ
マの被処理試料に対するイオン電流密度分布を制御する
工程と、上記被処理試料をエッチング処理する工程と、
プラズマ処理中にプラズマからの発光強度を測定し、試
料処理の程度を判定する工程を備えたプラズマ処理方法
において、上記プラズマの処理圧力と全ガス流量と被処
理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域の長さで
決定される分子、原子の滞在時間が１００ms以内となる
条件で試料処理の進行程度を判定しながら試料処理を行
うことを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】被処理試料を真空容器内に導入し固定する
工程と、上記ガスを真空容器内に導入する工程と、上記
真空容器内にプラズマを発生させる工程と、上記プラズ
マの被処理試料に対するイオン電流密度分布を制御する
工程と、上記被処理試料をエッチング処理する工程と、
プラズマ処理中にプラズマからの発光強度を測定し、試
料処理の程度を判定する工程を備えたプラズマ処理方法
において、上記プラズマの処理圧力と全ガス流量と被処
理試料と垂直方向のプラズマが生成される領域の長さで
決定される分子、原子の滞在時間τ（ms）に対するプラ
ズマ均一性Ａ（％）の比Ａ／τが０．１１より大きくな
る条件で試料処理の進行程度を判定しながら試料処理を
行うことを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載のドライエッチング
方法において、試料処理の進行程度の判定結果を基に、
エッチング処理の面内均一性を算出する工程とエッチン
グ速度分布を制御する工程を有することを特徴とするド
ライエッチング方法。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれか記載のドライエ
ッチング処理方法において、上記プラズマを発生させる
手段が８０ＭＨｚから９００ＭＨｚの周波数を持つＵＨ
ＦないしＶＨＦ波発生装置と２つ以上の電磁石を有して
構成され、上記電磁石に流れるそれぞれの電流を変化さ
せることで、エッチング速度の面内分布を制御しながら
エッチング処理をおこなうことを特徴とするドライエッ
チング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24460199A JP2001068457A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24460199A JP2001068457A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001068457A true JP2001068457A (ja) | 2001-03-16 |
Family
ID=17121163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24460199A Pending JP2001068457A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001068457A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106255303A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-12-21 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种等离子体在密闭圆筒结构中运动规律测试*** |
-
1999
- 1999-08-31 JP JP24460199A patent/JP2001068457A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106255303A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-12-21 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种等离子体在密闭圆筒结构中运动规律测试*** |
| CN106255303B (zh) * | 2016-07-07 | 2020-01-10 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种等离子体在密闭圆筒结构中运动规律测试*** |
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