JP2001217227A - Method for detecting end point - Google Patents
Method for detecting end pointInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマによるエッチ
ングの終点検出方法に関する。The present invention relates to a method for detecting the end point of etching by plasma.
【０００２】[0002]
【従来の技術】プラズマを用いたエッチング方法は、従
来から半導体製造工程あるいはＬＣＤ基板製造工程に広
く適用されている。そのエッチング装置は、例えば、互
いに平行に配設された上部電極と下部電極を備え、下部
電極に半導体ウエハ等の被処理体を載置した状態で上部
電極と下部電極間の放電によりエッチング用ガスからプ
ラズマを発生させ、被処理体を所定のパターンに即して
エッチングする。2. Description of the Related Art An etching method using plasma has been widely applied to a semiconductor manufacturing process or an LCD substrate manufacturing process. The etching apparatus includes, for example, an upper electrode and a lower electrode arranged in parallel with each other, and an etching gas is generated by discharging between the upper electrode and the lower electrode in a state where a workpiece such as a semiconductor wafer is placed on the lower electrode. , A plasma is generated, and the object to be processed is etched according to a predetermined pattern.
【０００３】エッチングの終点を検出する方法としては
例えば発光分光分析を用いた終点検出方法が広く用いら
れている。この終点検出方法はエッチング用ガスとその
分解生成物や反応生成物などのラジカルやイオン等の活
性種から最も観察し易い特定の活性種を選択し、選択さ
れた特定波長の発光強度の変動に基づいて終点を検出す
る方法である。例えば、ＣＦ４等のＣＦ系のエッチング
用ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合に
はその反応生成物であるＣＯ＊の特定波長（４８３.５
ｎｍ等）を検出し、また、ＣＦ４等のＣＦ系のエッチン
グ用ガスを用いてシリコン窒化膜をエッチングする場合
にはその反応生成物であるＮ＊の特定波長（６７４ｎｍ
等）を検出し、それぞれの検出強度の変化点に基づいて
終点を検出している。このように従来の終点検出方法は
エッチングプロセスに即して終点検出に用いる波長を変
えている。As a method of detecting the end point of etching, for example, an end point detection method using emission spectral analysis is widely used. This end point detection method selects a specific active species that is most easily observable from active species such as radicals and ions such as etching gas and its decomposition products and reaction products, and adjusts the emission intensity at the selected specific wavelength. This is a method of detecting the end point based on the information. For example, when a silicon oxide film is etched using a CF-based etching gas such as CF 4 , a specific wavelength (483.5) of a reaction product CO * is used.
nm), and when the silicon nitride film is etched using a CF-based etching gas such as CF 4 , a specific wavelength of the reaction product N * (674 nm
, Etc.), and the end point is detected based on each change point of the detected intensity. As described above, in the conventional endpoint detection method, the wavelength used for the endpoint detection is changed in accordance with the etching process.
【０００４】また、上部電極に観測用の窓を設け、この
窓から被処理層（被エッチング層）へ光を照射し、被エ
ッチング層からの反射によって生じた干渉波形をデータ
処理することにより終点を検出する方法もある。例えば
特許第２６１２０８９号明細書では高速フーリエ変換法
等を用いた終点検出方法が提案されている。Further, a window for observation is provided in the upper electrode, light is irradiated to the layer to be processed (layer to be etched) from this window, and an interference waveform generated by reflection from the layer to be etched is subjected to data processing to thereby terminate the end point. There is also a method of detecting. For example, Japanese Patent No. 2612089 proposes an end point detection method using a fast Fourier transform method or the like.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光分
光分析を利用した従来の終点検出方法の場合には、被処
理層のエッチングが終了し、下地層が露出して特定波長
の発光強度が変化した時点をエッチングの終点として検
出するため、この時のオーバーエッチングにより下地層
が削られて損傷するという課題があった。However, in the case of the conventional end point detection method using emission spectroscopy, the etching of the layer to be processed is completed, the underlying layer is exposed, and the emission intensity at a specific wavelength changes. Since the time point is detected as the end point of the etching, there is a problem that the underlayer is shaved and damaged by the over-etching at this time.
【０００６】更に、最近では下地のゲート酸化膜が益々
薄膜化する傾向にあり、現在４０ｎｍのものがやがては
３ｎｍ程度に達することさえある。このような場合には
干渉波形のＳ／Ｎが極めて悪くなり、干渉波形による解
析が難しくなる。しかも、終点検出の精度が粗いとオー
バーエッチングによるゲート酸化膜の損傷が避けられな
い。Further, recently, the thickness of the underlying gate oxide film tends to be further reduced, and the thickness of the current 40 nm film may reach about 3 nm. In such a case, the S / N of the interference waveform becomes extremely poor, and analysis using the interference waveform becomes difficult. In addition, if the accuracy of end point detection is poor, damage to the gate oxide film due to over-etching cannot be avoided.
【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、被処理体が多層構造化して被処理層の下地
層が薄膜化しても、下地層のオーバーエッチングによる
損傷を確実に防止することができる終点検出方法を提供
することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and even if the object to be processed has a multilayer structure and the underlying layer of the layer to be processed is thinned, it is possible to reliably prevent damage due to over-etching of the underlying layer. It is an object of the present invention to provide a method for detecting an end point.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者は、エッチング
の終点検出について種々検討した結果、干渉光のスペク
トルの時間変動を細かく追跡した結果、干渉スペクトル
の強度を統計的に観ると干渉強度はエッチングの終点ま
で単調に減少するのではなく終点近傍で一旦増加に転ず
る傾向のあることを見い出し、この増加傾向が終点の前
兆を示すものであるとの知見を得た。The inventor of the present invention has conducted various studies on the detection of the end point of etching. As a result of finely tracking the time variation of the spectrum of the interference light, the intensity of the interference spectrum is statistically observed. It was found that, instead of monotonically decreasing until the end point of the etching, it tended to once increase near the end point, and it was found that this increasing tendency was a precursor of the end point.
【０００９】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、請求項１に記載の終点検出方法は、プラズマを用い
て下地層上の被処理層をエッチングする際に、上記被処
理層に光を照射し、その反射光を用いてエッチングの終
点を検出する方法において、上記被処理層に光を照射
し、上記被処理層の表面及び上記下地層との界面からの
反射による干渉光のスペクトルを検出した後、このスペ
クトルの統計量を求め、統計量の時間変動に基づいて擬
似終点を検出することを特徴とするものである。The present invention has been made based on the above findings. According to the endpoint detection method of the present invention, when etching a layer to be processed on an underlayer using plasma, light is applied to the layer to be processed. In the method of detecting the end point of the etching using the reflected light, the light is irradiated to the layer to be processed, the spectrum of the interference light due to the reflection from the surface of the layer to be processed and the interface with the underlayer , A statistic of the spectrum is obtained, and a pseudo end point is detected based on the time variation of the statistic.
【００１０】また、本発明の請求項２に記載の終点検出
方法は、請求項１に記載の発明において、上記擬似終点
では上記下地層に所定厚さの被エッチング層を残すこと
を特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided an end point detecting method according to the first aspect, wherein a layer having a predetermined thickness is left on the underlayer at the pseudo end point. Things.
【００１１】また、本発明の請求項３に記載の終点検出
方法は、請求項１または請求項２に記載の発明におい
て、上記擬似終点は上記被処理層と同種の試料を用いて
求めた統計量と上記被処理層のエッチングの進行に応じ
て時間変化する統計量とを比較して検出されることを特
徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in the method for detecting an end point according to the first or second aspect, the pseudo end point is obtained by using a sample of the same kind as the layer to be processed. The amount is compared with a statistic that changes with time according to the progress of the etching of the layer to be processed, and is detected.
【００１２】また、本発明の請求項４に記載の終点検出
方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発
明において、上記統計量として上記スペクトルの複数箇
所の強度の平均値、二乗平均値または分散値の少なくと
も一つを用いることを特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an end point detecting method according to any one of the first to third aspects, wherein the statistic is an average of the intensities of a plurality of points in the spectrum. Value, a root mean square value or a variance value.
【００１３】また、本発明の請求項５に記載の終点検出
方法は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発
明において、上記下地層がゲート酸化膜からなり、上記
被処理層がゲート電極用のポリシリコン層からなること
を特徴とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an end point detecting method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the underlayer comprises a gate oxide film, and The layer is made of a polysilicon layer for a gate electrode.
【００１４】また、本発明の請求項６に記載の終点検出
方法は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発
明において、上記擬似終点を検出した後、上記エッチン
グプロセスを高選択比のプロセスに切り換えることを特
徴とするものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for detecting an end point according to any one of the first to fifth aspects, further comprising the step of: It is characterized by switching to a process of a selection ratio.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図１〜図７に示す実施形態
に基づいて本発明を説明する。まず、本発明の終点検出
方法が適用されたエッチング装置の一例について図１を
参照しながら説明する。図１に示すエッチング装置１０
は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなる処理室
１１と、この処理室１１内の底面に配設され且つ被処理
体としての半導体ウエハＷを載置する載置台を兼ねた下
部電極１２と、この下部電極１２の上方に所定の間隔を
隔てて配設された上部電極１３とを備えている。処理室
１１周面の上部にはガス供給源（図示せず）が接続され
たガス供給部１１Ａが形成され、処理室１１周面の下部
には真空排気装置（図示せず）が接続されたガス排出部
１１Ｂが形成されている。また、下部電極１２にはマッ
チングボックス１４を介して高周波電源１５が接続さ
れ、上部電極１３にはマッチングボックス１６を介して
より周波数の高い高周波電源１７が接続され、ウエハＷ
のエッチングを行う。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the embodiments shown in FIGS. First, an example of an etching apparatus to which the end point detection method of the present invention is applied will be described with reference to FIG. Etching apparatus 10 shown in FIG.
A processing chamber 11 made of a conductive material such as aluminum, and a lower electrode 12 disposed on the bottom surface of the processing chamber 11 and serving as a mounting table for mounting a semiconductor wafer W as an object to be processed; An upper electrode 13 is provided above the lower electrode 12 at a predetermined interval. A gas supply unit 11A to which a gas supply source (not shown) is connected is formed at an upper portion of the peripheral surface of the processing chamber 11, and a vacuum exhaust device (not shown) is connected to a lower portion of the peripheral surface of the processing chamber 11. A gas discharge part 11B is formed. The lower electrode 12 is connected to a high-frequency power supply 15 via a matching box 14, and the upper electrode 13 is connected to a higher-frequency power supply 17 having a higher frequency via a matching box 16.
Is etched.
【００１６】従って、ガス排出部１１Ｂから真空排気装
置を介して排気して処理室１１内を所定の真空度まで減
圧した後、上下両電極１２、１３にそれぞれ高周波電力
を印加した状態で、ガス供給部１１Ａから処理室１１内
へエッチング用ガスを供給すると、両電極１２、１３間
でエッチング用ガスのプラズマを発生し、例えば図２に
示すように下部電極１２上のウエハＷ表面のレジスト層
（膜厚：１．２μｍ）Ｒの開口部からシリコン酸化膜か
らなるゲート酸化膜（膜厚：例えば０．００３〜０．１
μｍ）Ｇに達するまでポリシリコン層（膜厚：例えば
０．３μｍ）Ｐをエッチングを行って所定のパターンの
ゲート電極を形成する。Therefore, after evacuating the processing chamber 11 to a predetermined degree of vacuum by evacuating the processing chamber 11 from the gas exhausting section 11B through a vacuum evacuation device, the high-frequency power is applied to the upper and lower electrodes 12 and 13 respectively. When an etching gas is supplied from the supply unit 11A into the processing chamber 11, a plasma of the etching gas is generated between the electrodes 12 and 13, and for example, a resist layer on the surface of the wafer W on the lower electrode 12 as shown in FIG. (Thickness: 1.2 μm) A gate oxide film made of a silicon oxide film through an R opening (thickness: for example, 0.003 to 0.1)
(μm) The polysilicon layer (thickness: for example, 0.3 μm) P is etched until it reaches G to form a gate electrode of a predetermined pattern.
【００１７】ポリシリコン層Ｐをエッチングする初期の
段階ではエッチング速度の高い高速エッチングモードで
ポリシリコン層Ｐの異方性エッチングを行う。そして、
エッチングの終盤では後述の終点検出装置を介してエッ
チング終点の前兆として現れる統計量の特徴を利用した
擬似終点を検出した後、高速エッチングモードを、ゲー
ト酸化膜Ｇに対してポリシリコン層Ｐの選択比の高い高
選択比のモードに切り換えてエッチングを行う。高選択
比のモードでエッチングを行えば、ゲート酸化膜Ｇは殆
どエッチングされることなく、ゲート酸化膜Ｇの削り取
りを防止することができる。仮に場所によるエッチング
終了時点にばらつきがあってもエッチングを早く終了す
る部分のゲート酸化膜Ｇの削り取りを防止することがで
きる。高速エッチングモードから高選択比のモードへの
切り換えは、エッチング用ガスの種類を切り換えたり、
下部電極１２に印加する高周波電力を小さくすることに
より行うことができる。In the initial stage of etching the polysilicon layer P, anisotropic etching of the polysilicon layer P is performed in a high-speed etching mode having a high etching rate. And
At the end of the etching, after detecting a pseudo end point using a feature of a statistic appearing as a precursor of the etching end point via an end point detection device described later, the high-speed etching mode is selected and the polysilicon layer P is selected with respect to the gate oxide film G. The etching is performed by switching to a mode with a high selection ratio and a high ratio. If the etching is performed in a mode with a high selectivity, the gate oxide film G is hardly etched and the gate oxide film G can be prevented from being cut off. Even if the etching end time varies depending on the location, it is possible to prevent the gate oxide film G from being cut off at the portion where the etching is ended early. Switching from the high-speed etching mode to the high selection ratio mode involves changing the type of etching gas,
This can be performed by reducing the high-frequency power applied to the lower electrode 12.
【００１８】次いで、終点検出装置について詳述する。
上記処理室１１には筒状のモニター用の窓部材１８が装
着され、この窓部材１８の上端には石英ガラス等の透明
体からなるモニター用の透明板１８Ａが取り付けられて
いる。窓部材１８の下端部は上部電極１３の貫通孔を貫
通し、半導体ウエハＷの表面と対向している。そして、
この窓部材１８に連結された終点検出装置２０を介して
処理室１１内の半導体ウエハＷのエッチングの疑似終点
を検出するようにしてある。この終点検出装置２０は、
図１に示すように、光源２１、光ファイバー２２、レン
ズ２３、ポリクロメータ２４、光検出器２５、擬似終点
検出手段２６及びメモリ２７を備え、例えば光源２１か
らの約２００〜９５０ｎｍの波長域の放射光Ｌを処理室
１１内の半導体ウエハＷの表面に照射し、半導体ウエハ
Ｗ表面から反射する干渉光Ｌ０の干渉強度を例えば上記
波長域の１０２４ポイントでポリクロメータ２４及び光
検出器２５を介して検出し、干渉光Ｌ０のスペクトルを
得た後、所定時間毎のスペクトルの統計量の変化に基づ
いてエッチングの擬似終点を検出する。Next, the end point detecting device will be described in detail.
A cylindrical monitor window member 18 is mounted in the processing chamber 11, and a monitor transparent plate 18A made of a transparent material such as quartz glass is attached to the upper end of the window member 18. The lower end of the window member 18 penetrates the through hole of the upper electrode 13 and faces the surface of the semiconductor wafer W. And
A pseudo end point of the etching of the semiconductor wafer W in the processing chamber 11 is detected through an end point detecting device 20 connected to the window member 18. This end point detection device 20
As shown in FIG. 1, a light source 21, an optical fiber 22, a lens 23, a polychromator 24, a photodetector 25, a pseudo end point detecting means 26 and a memory 27 are provided, for example, radiation in a wavelength range of about 200 to 950 nm from the light source 21. The light L is applied to the surface of the semiconductor wafer W in the processing chamber 11, and the interference intensity of the interference light L 0 reflected from the surface of the semiconductor wafer W is transmitted through the polychromator 24 and the photodetector 25 at, for example, 1024 points in the above wavelength range. detecting Te, after obtaining the spectrum of the interference light L 0, to detect a pseudo end point of etching based on a change in the statistics of the spectrum of every predetermined time.
【００１９】図３は０．４μｍのゲート酸化膜を下地層
とするポリシリコン層をエッチングした場合の干渉光の
スペクトルの時間変化を示すグラフで、エッチング開始
時点から１０秒後のスペクトル及びその後の２０秒毎に
採取した５つのスペクトルを示してある。横軸は干渉光
の波数、縦軸はスペクトル強度を示す。また、同図にお
いて、実線は１０秒後、一点鎖線は３０秒後、破線は５
０秒後、太い実線は７０秒後、二点鎖線は９０秒後のス
ペクトルを示している。同図によれば、スペクトルが時
間の経過、即ちポリシリコン層Ｐの残膜が薄くなるに連
れて干渉強度が弱くなることが見て取れる。また、４つ
目のスペクトル（７０秒後のスペクトル）はその前のス
ペクトルの強度よりも強くなり、強度の減少傾向が一旦
増加傾向に転じ、９０秒時点で再度強度が減少している
ことが判る。FIG. 3 is a graph showing the time change of the spectrum of the interference light when the polysilicon layer having the gate oxide film of 0.4 μm as the base layer is etched. Five spectra taken every 20 seconds are shown. The horizontal axis indicates the wave number of the interference light, and the vertical axis indicates the spectrum intensity. In the same figure, the solid line is 10 seconds later, the dashed line is 30 seconds later, and the broken line is 5 seconds.
After 0 seconds, the thick solid line shows the spectrum after 70 seconds, and the two-dot chain line shows the spectrum after 90 seconds. According to the figure, it can be seen that the interference intensity becomes weaker as the spectrum elapses, that is, as the remaining film of the polysilicon layer P becomes thinner. Also, the fourth spectrum (spectrum after 70 seconds) becomes stronger than the intensity of the spectrum before it, the decreasing tendency of the intensity temporarily changes to the increasing tendency, and the intensity decreases again at 90 seconds. I understand.
【００２０】そこで、本実施形態ではサンプルウエハを
用いて例えばスペクトルの１０２４ポイントの波数にお
ける干渉強度を時間毎に測定し、各波数の干渉強度のデ
ータをそれぞれ統計量と看做して時間毎に保存し、この
強度データをエッチングの終点に至るまで追跡する。そ
して、時間毎の強度データの平均値（スペクトルの直流
成分に相当する）、強度を二乗した値の平均値（二乗平
均値）及び分散値（あるいは標準偏差値）（スペクトル
の交流成分に相当する）を統計量として所定の経過時間
毎に逐次算出する。これらの統計量の時間変化をプロッ
トしたグラフが図４〜図６である。図４〜図６から明ら
かなように、これらの統計量をエッチング開始時から終
了時点までプロットすると、各統計量はそれぞれエッチ
ング終了までにその前兆として特有の増減を繰り返す曲
線を描いていることが判る。この現象はエッチングの深
さが変わってもエッチング終了前にはその前兆として特
有の増減波形として必ず現れることが確認されている。
尚、図４、図５、図６に示す曲線はそれぞれ同一種のポ
リシリコン層Ｐを４０ｎｍ深さまでエッチングした時の
平均値曲線、二乗平均値曲線、分散値曲線を示す。Therefore, in the present embodiment, the interference intensity at, for example, a 1024-point wave number of the spectrum is measured at each time using a sample wafer, and the data of the interference intensity at each wave number is regarded as a statistic. Save and track this intensity data until the end of the etch. Then, the average value of the intensity data for each time (corresponding to the DC component of the spectrum), the average value of the squared intensity (square average value) and the variance value (or standard deviation value) (corresponding to the AC component of the spectrum) ) Is sequentially calculated for each predetermined elapsed time as a statistic. Graphs plotting the time change of these statistics are shown in FIGS. As is clear from FIGS. 4 to 6, when these statistics are plotted from the start to the end of the etching, each statistic draws a curve that repeats a specific increase and decrease as a precursor to the end of the etching. I understand. It has been confirmed that this phenomenon always appears as a characteristic increase / decrease waveform as a precursor before the end of etching even if the etching depth changes.
The curves shown in FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 show an average value curve, a root-mean-square value curve, and a dispersion value curve when the same type of polysilicon layer P is etched to a depth of 40 nm, respectively.
【００２１】本発明ではエッチング終了の前兆として現
れる特徴ある増減を利用し、ポリシリコン層Ｐがある程
度残る時点を擬似終点として設定し、この擬似終点に達
した時点でエッチングモードを高速エッチングモードか
ら高選択比のモードに切り換えるようにしている。とこ
ろが、擬似終点を設定する時の残膜量は仕様で予め決め
られている。エッチングの均一性が良いときは残膜量が
少なくても良いが、均一性が悪いときには残膜量を大き
くする必要があるからである。In the present invention, a point of time when the polysilicon layer P remains to some extent is set as a pseudo end point by utilizing a characteristic increase / decrease appearing as a precursor of the end of etching, and when the pseudo end point is reached, the etching mode is changed from the high-speed etching mode to the high end. The mode is switched to the selection ratio mode. However, the remaining film amount when the pseudo end point is set is predetermined in the specification. This is because when the uniformity of the etching is good, the amount of the remaining film may be small, but when the uniformity is poor, the amount of the remaining film needs to be increased.
【００２２】擬似終点の設定は例えばサンプルウエハを
試料として用いて図４〜図６の各統計量曲線の特徴を以
下のように把握して行われる。図４に示す平均値曲線
は、高周波電源を印加した時点から減少し約５５秒では
明瞭に増加に転じ、約７０秒で再び減少し約８０秒で再
び増加し、約８５秒以降には一定になり、この間にエッ
チングの終点に達することを示唆している。図５の二乗
平均値曲線、図６の分散値曲線においても図４の場合と
同様に５５秒前後で明瞭に増加に転じる。そして、各統
計量曲線の位置、数値変化と残膜量の関係を特徴データ
として予め実験で把握しておく。これらの特徴データは
例えば予めメモリ２７に記憶させておく。特徴データと
しては、例えば、高周波電源を印加して約５５秒後に曲
線が増加すること、その増加率が所定値以上になるこ
と、その増加率が所定値以下になること、及びそれぞれ
の時点での残膜量、等を求めておく。例えば図６では高
周波電源を印加した時点から５５秒後に曲線が増加に転
じている。そこで、高周波電源を印加した時点から５５
秒前後で曲線が増加に転じていることをこの曲線の特徴
として検出した時点を擬似終点として設定すれば、この
特徴から擬似終点を確実に検出することができる。この
特徴を検出した時点でエッチングモードが高選択比のモ
ードに切り換えられ、ゲート酸化膜Ｇのオーバーエッチ
ングが確実に防止される。The setting of the pseudo end point is performed, for example, by using a sample wafer as a sample and grasping the characteristics of the respective statistic curves in FIGS. 4 to 6 as follows. The average value curve shown in FIG. 4 decreases from the time when the high frequency power is applied, starts to increase clearly at about 55 seconds, decreases again at about 70 seconds, increases again at about 80 seconds, and becomes constant after about 85 seconds. , Indicating that the end point of the etching is reached during this time. In the mean-square value curve of FIG. 5 and the variance value curve of FIG. 6, as in the case of FIG. Then, the relationship between the position of each statistic curve, the numerical value change, and the remaining film amount is grasped in advance by experiment as feature data. These feature data are stored in the memory 27 in advance, for example. As the characteristic data, for example, the curve increases about 55 seconds after the application of the high-frequency power, the increase rate becomes a predetermined value or more, the increase rate becomes a predetermined value or less, and at each time point. Is determined in advance. For example, in FIG. 6, the curve starts to increase 55 seconds after the high-frequency power supply is applied. Therefore, 55 hours from the time when the high frequency power is applied.
If the time point at which the curve is turned to increase in about seconds is detected as a characteristic of the curve, the pseudo end point can be reliably detected from this characteristic. When this feature is detected, the etching mode is switched to a mode with a high selectivity, and over-etching of the gate oxide film G is reliably prevented.
【００２３】一方、従来の発光分光分析法を用いた場合
には、図７に示すように発光強度がエッチングの開始時
点から７０秒前後までは発光強度が一定で、７０秒を経
過した時点で初めて減少し始め９０秒前後で再び一定に
なる。このことから発光強度が減少し始めた７０秒前後
でエッチングが部分的に終了していることが判る。ゲー
ト酸化膜Ｇのオーバーエッチングを防止するためには少
なくとも７０秒よりもいくらか前の時点でエッチングモ
ードを切り換えなければ部分的にポリシリコン層Ｐの下
地層であるゲート酸化膜Ｇを削り取ってしまうため、ゲ
ート酸化膜Ｇの薄膜化に対応することができない。そこ
で、この方法において、エッチングの部分的終了のいく
らか前に、本発明で云う擬似終点を設定しようとして
も、発光強度曲線はエッチングの部分的終了までは一定
し何等の変化も認められないため、この途中で擬似終点
を設定することができない。On the other hand, when the conventional emission spectroscopy is used, as shown in FIG. 7, the emission intensity is constant until about 70 seconds from the start of etching, and at the time when 70 seconds have elapsed. It begins to decrease for the first time and becomes constant again around 90 seconds. This indicates that the etching was partially completed at about 70 seconds when the emission intensity started to decrease. In order to prevent the gate oxide film G from being over-etched, the gate oxide film G, which is the underlying layer of the polysilicon layer P, is partially removed unless the etching mode is switched at least a little before 70 seconds. In addition, it is impossible to cope with the thinning of the gate oxide film G. Therefore, in this method, even if an attempt is made to set the pseudo end point according to the present invention some time before the partial end of the etching, the emission intensity curve is constant until the partial end of the etching, and no change is recognized. A pseudo end point cannot be set on the way.
【００２４】次いで、本実施形態の終点検出方法につい
て説明する。図１、図２に示すように例えばキセノンか
らなる光源２１の放射光Ｌを光ファイバー２２を介して
ウエハＷ表面に対して垂直に照射すると、放射光Ｌの一
部は図２に示すようにポリシリコン層Ｐの表面から反射
光Ｌ１として反射され、残余の放射光Ｌはポリシリコン
層Ｐを透過し、ポリシリコン層Ｐとゲート酸化膜Ｏの界
面から反射光Ｌ２として反射される。これらの反射光Ｌ
１、Ｌ２は互いに干渉する。その干渉光Ｌ０はモニター
用窓部材１８及び光ファイバー２２を経由してポリクロ
メータ２４において波長（波数）毎に分光される。ポリ
クロメータ２４において分光された干渉光Ｌ０は光検出
器２５において１０２４ポイントで波長毎に干渉強度が
検出され後、光電変換された干渉強度信号が擬似終点検
出手段２６に達する。Next, an end point detection method according to this embodiment will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, when the light L of a light source 21 made of, for example, xenon is radiated perpendicularly to the surface of the wafer W via an optical fiber 22, a part of the light L is poly as shown in FIG. is reflected as reflected light L 1 from the surface of the silicon layer P, the emitted light L of the residual is transmitted through the polysilicon layer P, it is reflected as reflected light L 2 from the interface of the polysilicon layer P and the gate oxide film O. These reflected light L
1, L 2 interfere with each other. The interference light L 0 is being separated into each wavelength (wave number) in the polychromator 24 via the monitor window member 18 and the optical fiber 22. The interference light L 0 spectrally separated by the polychromator 24 is detected by the photodetector 25 at 1024 points for each wavelength, and then the photoelectrically converted interference intensity signal reaches the pseudo end point detecting means 26.
【００２５】擬似終点検出手段２６では、メモリ２７の
記憶された擬似終点検出プログラムを用い、光検出器２
５から入力する干渉光Ｌ０の各波数の強度データ信号に
基づいて所定時間毎に干渉強度の平均値、二乗平均値あ
るいは分散値（または標準偏差値）を算出した後、更に
その変化率を算出し、この算出値をメモリ２７で記憶さ
れた特徴データと逐次比較し、算出値の変化が特徴デー
タと一致した時点で擬似終点に達したものと判定する。
この判定後、制御装置２８を介してエッチングモードを
高速エッチングのモードから高選択比のモードに切り換
え、ポリシリコン層Ｐを多少残した状態でエッチングを
終了する。これによりゲート酸化膜Ｇのオーバーエッチ
ングを確実に防止することができる。擬似終点からエッ
チング停止までの時間はサンプルウエハを用いて予め求
め、その時間を終点検出装置２０に対して予め設定して
おく。実際のエッチング時に、その設定時間がオーバー
することがあってもこの時点では既に高選択比モードに
なっているためゲート酸化膜膜Ｇのオーバーエッチング
による損傷を最小限に抑制することができる。The pseudo end point detecting means 26 uses the pseudo end point detection program stored in the memory 27 to
5 based on each wavenumber intensity data signals of the interference light L 0 to be input from the average value of the interference intensity at predetermined time intervals, after calculating the mean square value or variance (or standard deviation), and further the rate of change The calculated value is sequentially compared with the feature data stored in the memory 27, and it is determined that the pseudo end point has been reached when the change in the calculated value matches the feature data.
After this determination, the etching mode is switched from the high-speed etching mode to the high selectivity mode via the control device 28, and the etching is terminated with a certain amount of the polysilicon layer P left. Thus, over-etching of the gate oxide film G can be reliably prevented. The time from the pseudo end point to the stop of the etching is obtained in advance using a sample wafer, and the time is set in the end point detection device 20 in advance. Even if the set time is exceeded during actual etching, the high selectivity mode is already set at this point, so that damage due to over-etching of the gate oxide film G can be minimized.
【００２６】以上説明したように本実施形態によれば、
ウエハＷのポリシリコン層Ｐに所定の放射光Ｌを照射
し、ポリシリコン層Ｐの表面及びゲート酸化膜Ｇとの界
面から反射する干渉光Ｌ０のスペクトルを検出し、この
スペクトルの複数箇所の強度の平均値、二乗平均値及び
分散値（あるいは標準偏差値）の少なくとも一つを統計
量として求め、この統計量の時間変動に基づいて擬似終
点を検出するようにしたため、擬似終点の検出によりポ
リシリコン層Ｐの下地層であるゲート酸化膜Ｇのオーバ
ーエッチングによる損傷を確実に防止することができ
る。また、本実施形態によれば、擬似終点ではゲート酸
化膜Ｇに所定厚さのポリシリコン層Ｐを残すようにした
ため、今後ゲート酸化膜Ｇが更に薄膜化してもその損傷
を確実に防止することができる。As described above, according to the present embodiment,
The polysilicon layer P of the wafer W irradiated with the predetermined emitted light L, to detect the spectrum of the interference light L 0 reflected from the interface between the surface and the gate oxide film G of the polysilicon layer P, at a plurality of positions of the spectrum At least one of the average value, the root mean square value, and the variance value (or the standard deviation value) of the intensities is obtained as a statistic, and the pseudo end point is detected based on the time variation of the statistic. Damage due to over-etching of the gate oxide film G, which is the underlying layer of the polysilicon layer P, can be reliably prevented. Further, according to the present embodiment, since the polysilicon layer P having a predetermined thickness is left on the gate oxide film G at the pseudo end point, even if the gate oxide film G is further thinned in the future, the damage is surely prevented. Can be.
【００２７】また、本実施形態では、実際のウエハと同
種のサンプルウエハを用いて求めた平均値、二乗平均
値、分散値等の統計量と実稼動時のポリシリコン層Ｐの
エッチングの進行に応じて時間変化する統計量とを比較
して擬似終点を検出するようにしたため、統計量の特徴
を比較するだけで擬似終点を瞬時に判定することがで
き、ゲート酸化膜Ｇのオーバーエッチングをより確実に
防止することができる。また、統計量としてスペクトル
の複数箇所の強度の平均値、二乗平均値または分散値の
少なくとも一つを用いるようにしたため、いずれかの統
計量を用いることで擬似終点を確実に検出することがで
き、また、二種類以上の統計量を適宜組み合わせて用い
ることで擬似終点の検出精度を一層高めることができ
る。更に、本実施形態では擬似終点を検出した後、エッ
チングプロセスを高選択比のモードに切り換えるように
したため、擬似終点後のポリシリコン層Ｐの残膜がより
確実に減少し、ゲート酸化膜Ｇをオーバーエッチングす
ることがあってもゲート酸化膜Ｇに対するエッチングが
極めて遅くゲート酸化膜Ｇのオーバーエッチングによる
損傷を確実に防止することができる。In this embodiment, statistics such as an average value, a root mean square value, and a variance value obtained using a sample wafer of the same kind as an actual wafer and the progress of etching of the polysilicon layer P during actual operation are described. Since the pseudo end point is detected by comparing with the statistic which changes with time according to the time, the pseudo end point can be instantaneously determined only by comparing the characteristics of the statistic, and the over-etching of the gate oxide film G can be more easily performed. It can be reliably prevented. Also, since at least one of the average value, the root mean square value, or the variance value of the intensities of a plurality of locations of the spectrum is used as the statistic, the pseudo end point can be reliably detected by using any statistic. Also, the detection accuracy of the pseudo end point can be further improved by appropriately combining two or more types of statistics. Further, in the present embodiment, after the pseudo end point is detected, the etching process is switched to the mode of the high selectivity, so that the remaining film of the polysilicon layer P after the pseudo end point is more reliably reduced, and the gate oxide film G is reduced. Even if over-etching occurs, the etching of the gate oxide film G is extremely slow, so that damage due to over-etching of the gate oxide film G can be reliably prevented.
【００２８】尚、上記各実施形態では、ゲート酸化膜Ｇ
上のポリシリコン層Ｐをエッチングする場合について説
明したが、その他の被処理層に対しても本発明を適用す
ることができる。また、上記実施形態では２００〜９５
０ｎｍの波長域の光を用い、１０２４ポイントの干渉強
度を測定する場合について説明したが、この波長域及び
ポイント数に制限されるものではないことは云うまでも
ない。例えば、測定ポイントを一つ置きに半減させれ
ば、統計量の計算時間を短縮することができる。また、
測定波長領域を発光強度が顕著に変化する領域（例え
ば、４００〜７００ｎｍ）に制限すれば、やはり統計量
の計算時間を短縮することができる。要するに本発明の
要旨を逸脱しない限り、各構成要素を変更しても本願発
明の範囲に包含される。In each of the above embodiments, the gate oxide film G
Although the case where the upper polysilicon layer P is etched has been described, the present invention can be applied to other layers to be processed. Further, in the above embodiment, 200 to 95
The case where the interference intensity at 1024 points is measured using the light in the wavelength range of 0 nm has been described, but it is needless to say that the present invention is not limited to this wavelength range and the number of points. For example, if the measurement points are halved every other point, the calculation time of the statistic can be reduced. Also,
If the measurement wavelength region is limited to a region where the emission intensity changes remarkably (for example, 400 to 700 nm), the calculation time of the statistic can also be reduced. In short, unless the present invention departs from the spirit of the present invention, even if each component is changed, it is included in the scope of the present invention.
【００２９】[0029]
【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項６に記載の発
明によれば、被処理体が多層構造化して被処理層の下地
層が薄膜化しても、下地層のオーバーエッチングによる
損傷を確実に防止することができる終点検出方法を提供
することができる。According to the first to sixth aspects of the present invention, even if the object to be processed has a multilayer structure and the underlying layer of the layer to be processed is thinned, the underlying layer is damaged by over-etching. Can be surely prevented.
【図１】本発明の終点検出方法を適用するエッチング装
置の一例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an etching apparatus to which an end point detection method of the present invention is applied.
【図２】ポリシリコン層をエッチングする際に終点検出
に使用する干渉光を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining interference light used for detecting an end point when etching a polysilicon layer.
【図３】ポリシリコン層のエッチングの際に得られる干
渉光のスペクトルが時間変化する様子を示す波形図であ
る。FIG. 3 is a waveform diagram showing how the spectrum of interference light obtained when etching a polysilicon layer changes with time.
【図４】図３に示すスペクトルの干渉強度の平均値の時
間変化を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a time change of an average value of the interference intensity of the spectrum shown in FIG. 3;
【図５】図３に示すスペクトルの干渉強度の二乗平均値
の時間変化を示すグラフである。5 is a graph showing a time change of a root mean square value of the interference intensity of the spectrum shown in FIG. 3;
【図６】図３に示すスペクトルの干渉強度の分散値の時
間変化を示すグラフである。6 is a graph showing a time change of a variance value of the interference intensity of the spectrum shown in FIG. 3;
【図７】従来の発光分光分析による発光強度の時間変化
を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a temporal change in emission intensity by conventional emission spectroscopy.
１０ エッチング装置 １１ 処理室 １２ 下部電極 １３ 上部電極 ２０ 終点検出装置 ２１ 光源 ２４ ポリクロメータ ２６ 擬似終点検出手段 Ｗ 被処理体 Ｐ ポリシリコン層（被処理層） Ｇ ゲート酸化膜（下地層） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Etching apparatus 11 Processing chamber 12 Lower electrode 13 Upper electrode 20 Endpoint detection apparatus 21 Light source 24 Polychromator 26 Pseudo endpoint detection means W Workpiece P Polysilicon layer (workpiece layer) G Gate oxide film (underlying layer)
Claims (6)
エッチングする際に、上記被処理層に光を照射し、その
反射光を用いてエッチングの終点を検出する方法におい
て、上記被処理層に光を照射し、上記被処理層の表面及
び上記下地層との界面からの反射による干渉光のスペク
トルを検出した後、このスペクトルの統計量を求め、統
計量の時間変動に基づいて擬似終点を検出することを特
徴とする終点検出方法。1. A method for irradiating a layer to be processed on a base layer with plasma by using plasma and irradiating the layer to be processed with light and detecting an end point of the etching using the reflected light. After irradiating the layer with light and detecting the spectrum of the interference light due to the reflection from the surface of the layer to be processed and the interface with the underlayer, the statistic of the spectrum is obtained, and the simulated value is calculated based on the time variation of the statistic. An end point detection method, comprising detecting an end point.
の被エッチング層を残すことを特徴とする請求項１に記
載の終点検出方法。2. The end point detecting method according to claim 1, wherein a layer to be etched having a predetermined thickness is left on the underlayer at the pseudo end point.
料を用いて求めた統計量と上記被処理層のエッチングの
進行に応じて時間変化する統計量とを比較して検出され
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の終
点検出方法。3. The pseudo end point is detected by comparing a statistic obtained by using a sample of the same kind as the processing target layer with a statistic which changes with time according to the progress of etching of the processing target layer. The end point detection method according to claim 1 or 2, wherein:
箇所の強度の平均値、二乗平均値または分散値の少なく
とも一つを用いることを特徴とする請求項１〜請求項３
のいずれか１項に記載の終点検出方法。4. The method according to claim 1, wherein at least one of an average value, a root-mean-square value, and a variance value of intensities at a plurality of positions in the spectrum is used as the statistic.
The method for detecting an end point according to any one of the above items.
記被処理層がゲート電極用のポリシリコン層からなるこ
とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記
載の終点検出方法。5. The end point according to claim 1, wherein the underlayer is formed of a gate oxide film, and the processed layer is formed of a polysilicon layer for a gate electrode. Detection method.
ングプロセスを高選択比のプロセスに切り換えることを
特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の
終点検出方法。6. The end point detecting method according to claim 1, wherein after detecting the pseudo end point, the etching process is switched to a process having a high selectivity.
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