JP2008091388A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理技術に係り、特に、エッチングレートの面内均一性を向上させたプラズマ処理技術に関する。 The present invention relates to a plasma processing technique, and more particularly to a plasma processing technique that improves in-plane uniformity of an etching rate.
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ウエハに対してプラズマエッチング処理を施す場合、エッチング性能を評価する重要な指標の一つとして、エッチングレートのウエハ面内均一性が挙げられる。 In the semiconductor device manufacturing process, when plasma etching is performed on a wafer, one of important indexes for evaluating etching performance is the uniformity of the etching rate within the wafer surface.
通常、プラズマエッチング処理を施すにあたり、予めエッチングレートのウエハ面内均一性が最適となる処理条件を求めておき、該処理条件下で処理を行なう。 Usually, when performing the plasma etching process, a process condition that optimizes the uniformity of the etching rate within the wafer surface is obtained in advance, and the process is performed under the process condition.
しかし、処理を重ねていくうちに、処理チャンバ内の状態変化等の要因により、エッチングレートのウエハ面内均一性が悪化し、ウエハ外周部から取得した半導体デバイスと中央部から取得した半導体デバイスではその性能に違いを生じることがある。 However, as the processing is repeated, the uniformity of the etching rate within the wafer surface deteriorates due to factors such as the state change in the processing chamber, and the semiconductor device acquired from the outer peripheral portion of the wafer and the semiconductor device acquired from the central portion It may make a difference in performance.
このような問題を解決するため、特許文献1では、複数のエンドポイント・ディテクタの出力信号に応じて、ウエハ載置台の温度を調節することにより、エッチングレートの均一性を制御する方法が示されている。 In order to solve such problems, Patent Document 1 discloses a method for controlling the uniformity of the etching rate by adjusting the temperature of the wafer mounting table in accordance with the output signals of a plurality of endpoint detectors. ing.
また、特許文献2には、エッチングが終点に到達したときや変曲点に至ったときの発光分光データを用いてエッチングレートの均一性をモニタする方法が示されている。
特許文献1記載の方法では、エッチングレートの均一性を検出するために、処理チャンバ上部に複数のエンドポイントディテクタを設置しなければならない。しかしながら、多くのプラズマエッチング装置においては、処理チャンバ上部には、例えばプラズマ発生装置、ガス導入装置、温度調整装置などの機器が設置してあるため、複数のエンドポイントディテクタを設置することは困難である。 In the method described in Patent Document 1, in order to detect the uniformity of the etching rate, a plurality of endpoint detectors must be installed in the upper part of the processing chamber. However, in many plasma etching apparatuses, devices such as a plasma generation apparatus, a gas introduction apparatus, and a temperature adjustment apparatus are installed in the upper part of the processing chamber, so that it is difficult to install a plurality of endpoint detectors. is there.
また、特許文献2記載の方法では、単一の終点検出装置を使用するため設置は容易である。しかし、この方法ではエッチングレートの均一性が悪いと判断された場合、ウエハ外周部のエッチングレートが内周部に比して高いのか低いのかは不明である。このため、このモニタリング方法では、エッチングレートの均一性を改善する方法を見つけることは困難である。
Moreover, in the method of
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、エッチングレートの面内均一性を向上させることのできるプラズマ処理技術を提供するものである。 The present invention has been made in view of these problems, and provides a plasma processing technique capable of improving the in-plane uniformity of the etching rate.
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
処理チャンバ内に配置された試料台およびプラズマ生成手段を備え、生成されたプラズマを利用して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得する分光器と、取得した発光スペクトルを分析してエッチングの均一性を判定する均一性判定手段を備え、該判定手段は、取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より高くなったと判定する。 In a plasma processing apparatus comprising a sample stage and plasma generating means arranged in a processing chamber, and performing plasma processing on a sample placed on the sample stage using the generated plasma, plasma in an outer peripheral portion of the sample A spectroscope for deriving emission and spectrally deriving the derived plasma emission to obtain an emission spectrum, and a uniformity determining means for analyzing the acquired emission spectrum to determine the uniformity of etching, the determination means comprising: When the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component of the emission spectrum increases and the emission intensity of the emission spectrum representing the sample protective substance decreases, the etching rate at the outer periphery of the sample becomes higher than that at the inner periphery. It is determined that
本発明は、以上の構成を備えるため、エッチングレートの面内均一性を向上させ、均一な特性を有する半導体デバイスを製造することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to improve the in-plane uniformity of the etching rate and manufacture a semiconductor device having uniform characteristics.
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング装置を説明する図である。プラズマエッチング装置1は、処理室(処理チャンバ)2、処理室2内に処理ガスを供給するガス供給手段8、処理ガスを排気するガス排気手段10、処理室内の圧力を設定値に制御する排気バルブ9を備える。さらに処理室2内には処理対象である試料(ウエハ)5を載置する試料台6および処理室2内にプラズマ4を生成するためのプラズマ生成手段3を備える。
Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. The plasma etching apparatus 1 includes a processing chamber (processing chamber) 2, a
また、プラズマエッチング装置1は、プラズマ光を受光し、受光したプラズマ光を分光して発光スペクトルデータを生成する分光器14、発光スペクトルデータを収集する発光データ収集手段15、収集した発光スペクトルデータよりエッチングレート均一性を算出するエッチングレート均一性算出手段16、算出したエッチングレート均一性より試料台温度を算出する試料台温度算出手段18を備える。
In addition, the plasma etching apparatus 1 receives plasma light,
また、発光データ収集手段15で収集した発光スペクトルデータを用いてエッチング終点検出を行なうエッチング終点検出手段17を備える。なお、処理室2内のプラズマ光は、プラズマ測定用窓11を介して取り出し、集光レンズ12、光ファイバー13を介して分光器14に伝送する。また、集光レンズ12を用いることにより、特定の範囲内のプラズマ光のみを取り出す構成となっている。
In addition, an etching end
前記試料台6は半径方向に複数に区分され、区分された各領域毎に温度制御手段7a,7bを備え、該温度制御手段7a,7bによる設定温度は試料台温度算出手段18により決定される。
The
これにより、半径方向に複数に区分された前記試料台は、区分された各領域毎その温度を温度調整手段により独立して調整することができる。 Thereby, the sample stage divided into a plurality in the radial direction can independently adjust the temperature of each divided area by the temperature adjusting means.
また、試料台6には、図示しない高周波電源から高周波電圧を印加し、これによりプラズマ4中のイオン等を試料5側に誘引することができる。
Further, a high frequency voltage is applied to the
図2は、図1に示すプラズマエッチング装置1を上面から見た図であり、プラズマ測定用窓11、集光レンズ12、光ファイバー13、分光器14の取り付け位置を説明する図である。
FIG. 2 is a view of the plasma etching apparatus 1 shown in FIG. 1 as viewed from above, and is a view for explaining the mounting positions of the
通常、プラズマ光を測定する際には、図に破線で示すように、試料5の中心部を測定するようにプラズマ測定用窓11b、集光レンズ12b、光ファイバー13b、分光器14bを設置する場合が多い。このような設置方法を採用した場合には、試料5の中心部から外周部にわたる全てのプラズマ光の総和を測定することになり、プラズマ光全体を測定するには向いているが、局所的なプラズマ光を測定するには不向きである。
Normally, when measuring plasma light, as shown by a broken line in the figure, a
本実施形態では、図に実線で示すようにプラズマ測定用窓11a、集光レンズ12a、光ファイバー13a、分光器14aを設置することにより、すなわち、集光レンズの光軸を試料の外周部に合わせることにより、試料5の外周部のみのプラズマ光を測定する。
In the present embodiment, as shown by the solid line in the figure, the
ところで、エッチングレートの均一性が経時的に変動する要因として、(1)処理室2の内壁の状態変化、(2)試料台6の外周部の状態変化が挙げられる。これらの要因はいずれの場合も、試料5の外周部に近い部品の経時的変化に基づくものであることから、エッチングレートの経時変化は、試料5の外周部において大きく変動する。
Incidentally, factors that cause the uniformity of the etching rate to vary with time include (1) a change in the state of the inner wall of the
このように、多くの場合において、エッチングレート均一性の経時的変動は、試料5の外周部におけるエッチングレートの経時的変動として現れる。このため、エッチングレート均一性を測定するにあたり、試料5外周部の状態を測定することは非常に重要である。このため、本実施形態では、試料5の外周部のプラズマ光を測定する構成としている。
As described above, in many cases, the temporal variation of the etching rate uniformity appears as the temporal variation of the etching rate in the outer peripheral portion of the
図3は、ウエハ(試料5)面内におけるエッチングレートの分布を説明する図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the etching rate distribution in the wafer (sample 5) plane.
プラズマエッチング装置では、図1に示すように、ガス排気手段10を試料台6の直下に配置する等の改良に伴い、プラズマ分布が改善され、エッチングレートの面内均一性の分布は、多くの場合、同心円状の分布を示す。例えば、ウエハ(試料5)の中心部ではエッチングレートが低く、周辺部ではエッチングレートが高い。そこで、本実施形態においてはエッチングレートの均一性を図3に示すように3パターンに分類することとする。
In the plasma etching apparatus, as shown in FIG. 1, the plasma distribution is improved along with the improvement such as disposing the gas exhaust means 10 directly under the
(1)均一性が良好なパターン31
(2)ウエハ外周部のエッチングレートが高いパターン32
(3)ウエハ外周部のエッチングレートが低いパターン33
図4は、プラズマエッチングのメカニズムの概要を説明する図である。プラズマエッチングを支配する物質には、大きく分けて反応種21、反応生成物22、試料保護物質23の3種類が存在する。プラズマ中に存在する反応種21と試料5が反応し、反応生成物22を生成してエッチングが進行していく。また、サイドエッチングの防止あるいはエッチングしたくない部位を保護するため試料保護物質23を用いる。
(1)
(2)
(3)
FIG. 4 is a diagram for explaining the outline of the plasma etching mechanism. Substances that govern plasma etching are roughly classified into three types:
このように、プラズマエッチングの性能は大きく分けて前記3種類の物質のバランスによって決定される。本実施形態では、前記3種類の物質からのプラズマ光の強度変化を測定することにより、エッチングレートの均一性を測定することができる。 Thus, the performance of plasma etching is largely determined by the balance of the three types of substances. In this embodiment, the uniformity of the etching rate can be measured by measuring the intensity change of the plasma light from the three types of substances.
図5は、図3に示す3パターン(均一性良好なパターン31、ウエハ外周部のエッチングレートが高いパターン32、ウエハ外周部のエッチングレートが低いパターン33)のそれぞれにおけるプラズマ分布を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the plasma distribution in each of the three patterns shown in FIG. 3 (a
プラズマを構成している物質として、反応種21、反応生成物22、試料保護物質23を模式的に図示している。なお図において、aはそれぞれの発光強度を示している。ここで、均一性良好なパターン31における反応種21、反応生成物22、試料保護物質23のバランスを最適値とする。
As substances constituting the plasma, a
まず、ウエハ(試料5)外周部のエッチングレートが高いパターン32においては、処理室2内壁や試料台6外周部に試料保護物質23が付着しやすい状態となっている。この状態では、試料外周部あるいは処理チャンバ内周部に試料保護物質23が付着することにより、ウエハ外周部におけるプラズマ中の試料保護物質23の絶対量が減少する。このため、ウエハ外周部に付着する試料保護物質23も減少する。
First, in the
したがって、反応種21がウエハと反応する際には、試料保護物質23の付着量が少ないウエハ外周部と多く反応することとなり、ウエハ外周部のエッチングレートが高くなる。
Therefore, when the
次に、ウエハ(試料5)外周部のエッチングレートが低いパターン33においては、処理室2内壁あるいは試料台6外周部において、処理室2内壁あるいは試料台6外周部と反応種21が反応している。この状態においては、反応種21が処理室2内壁あるいは試料台6外周部で消費される。このため、ウエハ外周部におけるプラズマ中の反応種21の絶対量が減少する。
Next, in the
したがって、ウエハ外周部と反応する反応種21が減少し、ウエハ外周部のエッチングレートが低くなる。
Therefore, the
図6は、図5に示す各パターンにおける発光スペクトルおよびラジカル分布を示す図である。均一性良好なパターンにおけるラジカルのバランスを正常(基準)とすると、ウエハ外周部のエッチングレートが高いパターンでは、反応生成物の発光強度が強くモニタされ、試料保護物質の発光強度が弱くモニタされる。また、ウエハ外周部のエッチングレートが低いパターンでは、反応生成物および反応種の発光強度が弱くモニタされる。 FIG. 6 is a diagram showing an emission spectrum and a radical distribution in each pattern shown in FIG. When the balance of radicals in the pattern with good uniformity is normal (reference), the emission intensity of the reaction product is monitored strongly and the emission intensity of the sample protective substance is monitored weakly in the pattern with a high etching rate on the outer periphery of the wafer. . Further, in a pattern having a low etching rate on the outer peripheral portion of the wafer, the emission intensity of the reaction product and reaction species is monitored weakly.
すなわち、反応生成物、反応種および試料保護物質の発光強度をそれぞれモニタすることにより、エッチングレートの均一性あるいはその変動を推定することができる。 That is, the uniformity of the etching rate or its variation can be estimated by monitoring the emission intensity of the reaction product, reaction species, and sample protective substance.
エッチングレートの変動を推定することが可能であると、この推定結果ををもとに試料台6に備えられた温度制御手段7a、7bを用いて試料の温度分布を変更することにより、エッチングレートの均一性を良好な状態とすることができる。
If the fluctuation of the etching rate can be estimated, the etching rate is changed by changing the temperature distribution of the sample using the temperature control means 7a and 7b provided in the
一般に、試料台の温度が低い場合、試料保護物質が付着しやすくなるため、エッチングレートは低くなる。逆に試料台温度が高い場合、エッチングレートは高くなる。 In general, when the temperature of the sample stage is low, the sample protection substance is likely to adhere, so the etching rate is low. Conversely, when the sample stage temperature is high, the etching rate is high.
このため、例えばウエハ外周部のエッチングレートが高いパターンであるとモニタされた場合には、温度制御手段7bの温度を低く設定して試料台6の外周部温度を低くすればよい。
For this reason, for example, when it is monitored that the pattern is a high etching rate on the outer peripheral portion of the wafer, the temperature of the temperature control means 7b may be set low to lower the outer peripheral temperature of the
なお、エッチングレートがウエハの全面で均一に変化する場合には、図1に示したエッチング終点検出手段17により終点を検出してエッチングを停止することにより、エッチング時間を変更して試料5の被エッチング量を一定に保つことができる。 When the etching rate changes uniformly over the entire surface of the wafer, the etching end point is detected by the etching end point detecting means 17 shown in FIG. The etching amount can be kept constant.
図7は、エッチング処理の前に行うデータベース作成処理を説明する図である。まず、ステップS51において、波長抽出用データベースを作成する。図8は波長抽出用データベースの例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining the database creation process performed before the etching process. First, in step S51, a wavelength extraction database is created. FIG. 8 is a diagram showing an example of a wavelength extraction database.
図8では、塩素系のガスとフッ素系のガスを用いて、試料上のポリシリコン材料をエッチングする例を示す。図8において「原子・分子名称」欄は、反応種(F,Cl)、反応生成物(SiF,SiCl)、試料保護物質(C2)を示している。これらはプラズマ光の中でモニタリングすべき原子あるいは分子である。「波長」欄は、前記原子・分子名に対応した波長を示している。「発光1」ないし「発光3」欄には、0から1の数値が記載されており、例えば、「発光1 反応生成物」欄に記載された「1」は、該当する原子・分子(SiF,SiCl)が反応生成物であることを示している。 FIG. 8 shows an example in which a polysilicon material on a sample is etched using a chlorine-based gas and a fluorine-based gas. In FIG. 8, the “Atom / Molecular Name” column indicates the reactive species (F, Cl), the reaction products (SiF, SiCl), and the sample protective substance (C 2 ). These are atoms or molecules to be monitored in the plasma light. The “wavelength” column indicates the wavelength corresponding to the atom / molecule name. In the "Luminescence 1" to "Luminescence 3" columns, values from 0 to 1 are described. For example, "1" described in the "Luminescence 1 reaction product" column indicates the corresponding atom / molecule (SiF , SiCl) is a reaction product.
すなわち、図8の例では、反応生成物としてSiF(440.1nm), SiCl(281.0nm)、反応種としてF(685.6nm),Cl(754.7nm)、試料保護物質としてC2(512.9nm)が選択されており、例えばF(685.6nm)の強度とCl(754.7nm)の強度の和を反応種の値として算出することができる。 That is, in the example of FIG. 8, SiF (440.1 nm) and SiCl (281.0 nm) as reaction products, F (685.6 nm) and Cl (754.7 nm) as reactive species, and C2 (512 as a sample protective substance) .9 nm) is selected. For example, the sum of the intensity of F (685.6 nm) and the intensity of Cl (754.7 nm) can be calculated as the value of the reactive species.
なお、プラズマ光の測定は、エッチングレート均一性が良好な状態、ウエハ外周部のエッチングレートが高い状態、およびウエハ外周部のエッチングレートが低い状態において、実施する。その際、反応生成物、反応種、および試料保護物質として、それぞれどの波長を選択を選択して発光強度を測定すればよいかを決定し、図8に示す波長抽出用データベースを作成する。 The measurement of plasma light is performed in a state where the etching rate uniformity is good, the etching rate at the outer periphery of the wafer is high, and the etching rate at the outer periphery of the wafer is low. At that time, as the reaction product, the reaction species, and the sample protecting substance, it is determined which wavelength should be selected and the emission intensity should be measured, and the wavelength extraction database shown in FIG. 8 is created.
次に、ステップS52において、エッチングレート均一性算出データベースを作成する。データベースの作成に際しては、まず、エッチング中のプラズマ光を測定し、測定した際のエッチングレート均一性(均一性の分布)を膜厚測定器等で測定する。次いで、測定したエッチングレート均一性と、プラズマ光における反応生成物・反応種・試料保護物質の発光強度の関係を、エッチングレート均一性算出データベースに格納する。 Next, in step S52, an etching rate uniformity calculation database is created. In creating the database, first, plasma light during etching is measured, and the etching rate uniformity (uniformity distribution) at the time of measurement is measured with a film thickness measuring instrument or the like. Next, the relationship between the measured etching rate uniformity and the emission intensity of the reaction product / reaction species / sample protective substance in the plasma light is stored in the etching rate uniformity calculation database.
図9は、エッチングレート均一性算出データベースの例を示す図である。図9において、「エッチングレート均一性」欄は、その値が負の値を示すほど、ウエハ外周部のエッチングレートが低いことを表わし、逆に正の値を示すほど、ウエハ外周部のエッチングレートが高いことを表わしている。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an etching rate uniformity calculation database. In FIG. 9, the “etching rate uniformity” column indicates that the lower the value is, the lower the etching rate at the outer peripheral portion of the wafer is. On the contrary, the higher the positive value is, the lower the etching rate is at the outer peripheral portion of the wafer. Is high.
また、「発光1」ないし「発光3」欄は、それぞれのエッチングレート均一性を示す際の反応生成物・反応種・試料保護物質の発光強度の関係を示す。この例ではそれぞれの発光強度を標準化しており、エッチングレート均一性が0%、つまり良好な状態におけるそれぞれの発光強度を100としている。これにより、例えば反応生成物の発光強度が60、反応種の発光強度が50、試料保護物質の発光強度が100を示したときには、ウエハ外周部のエッチングレートは中央部よりも低く、そのエッチングレート均一性は−20%であると算出される。 Further, the columns “Luminescence 1” to “Luminescence 3” indicate the relationship between the luminescence intensity of the reaction product, the reaction species, and the sample protecting material when the etching rate uniformity is shown. In this example, the emission intensity is standardized, and the etching rate uniformity is 0%, that is, the emission intensity in a good state is 100. Thus, for example, when the emission intensity of the reaction product is 60, the emission intensity of the reactive species is 50, and the emission intensity of the sample protective substance is 100, the etching rate at the outer peripheral part of the wafer is lower than that at the central part. The uniformity is calculated to be -20%.
次に、ステップS53において、試料台温度算出データベースを作成する。このステップにおいては、まず、エッチングレート均一性が良好な状態において、故意に、例えば試料台外周部の温度を変更し、この際に測定されるエッチングレート均一性と試料台温度(内周部および外周部温度)の関係を試料台温度算出データベースとして記録する。 Next, in step S53, a sample stage temperature calculation database is created. In this step, first, in a state where the etching rate uniformity is good, the temperature of the outer periphery of the sample table is intentionally changed, for example, and the etching rate uniformity and the sample table temperature (inner periphery and The relationship of the outer peripheral temperature is recorded as a sample table temperature calculation database.
図10は、試料台温度算出データベースの例を示す図である。一般に、試料台温度が低いと試料保護物質が付着しやすくなるため、エッチングレートは低くなり、逆に試料台温度が高いと、エッチングレートは高くなる。本実施形態においては、前述のように、同心円状のエッチングレート分布を想定しているため、試料台温度の変更方法としては、試料に対して同心円状となるよう、試料台温度を変更させるのが良い。この例では、試料台温度1(内周部の温度)を固定し、試料台温度2(外周部温度)のみを変更させた際のデータベースを示している。例えば、試料台温度2をレシピ値より−5℃変化させた場合には、ウエハ外周部のエッチングレートが内周部よりも低くなり、そのエッチングレートの均一性は−10%となることが示されている。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a sample stage temperature calculation database. In general, when the sample stage temperature is low, the sample protecting substance is likely to adhere, so the etching rate is low. Conversely, when the sample stage temperature is high, the etching rate is high. In the present embodiment, as described above, a concentric etching rate distribution is assumed. Therefore, as a method for changing the sample stage temperature, the sample stage temperature is changed to be concentric with respect to the sample. Is good. In this example, a database is shown when the sample stage temperature 1 (temperature of the inner peripheral part) is fixed and only the sample stage temperature 2 (outer peripheral part temperature) is changed. For example, when the
次に、ステップS54において、エッチング処理を開始する。 Next, in step S54, an etching process is started.
図11は、エッチング処理(ロット処理)の例を示す図である。まず、エッチング処理を開始し、エッチング処理中に分光器14によってウエハ外周部のプラズマ光データを測定する(ステップS61,S62)。次に発光データ収集手段15によって、前記測定されたプラズマ光データを収集し(ステップS63)、図8に示す波長抽出用データベースを参照して必要な波長の発光データを抽出する。続いて、エッチレート均一性算出手段16によって、前記抽出されたデータと、図9に示すエッチングレート均一性算出データベースを用いて、エッチングレート均一性を算出する(ステップS64)。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an etching process (lot process). First, an etching process is started, and plasma light data on the outer periphery of the wafer is measured by the
次に、エッチング終点検出手段17によってエッチングの終点が検出されるとエッチングが終了する(ステップS65,S66)。なお、全てのロット処理が終了した場合には処理を終了する(ステップS67)。 Next, when the etching end point is detected by the etching end point detecting means 17, the etching is finished (steps S65 and S66). If all lot processing is completed, the processing is terminated (step S67).
次に、試料台温度算出手段18によって、前記算出されたエッチングレート均一性と、図10に示す試料台温度算出データベースを用いて試料台温度を算出し、試料台の温度をこの算出温度に設定する(ステップS68)。 Next, the sample stage temperature calculation means 18 calculates the sample stage temperature using the calculated etching rate uniformity and the sample stage temperature calculation database shown in FIG. 10, and sets the temperature of the sample stage to this calculated temperature. (Step S68).
試料台の温度が所望の温度に設定されたのを確認した後(ステップS69)、次に処理をするウエハを試料台に配置し、エッチング処理を実施する(ステップS70)。 After confirming that the temperature of the sample stage is set to a desired temperature (step S69), a wafer to be processed next is placed on the sample stage and an etching process is performed (step S70).
なお、図11の例では、試料を一枚処理する毎に試料台温度を設定するようになっているが、複数枚処理する毎に設定し、あるいはロット処理毎に設定するようにしてもよい。 In the example of FIG. 11, the sample stage temperature is set every time one sample is processed. However, it may be set every time a plurality of samples are processed, or set every lot processing. .
図12は、エッチング処理(ロット処理)の他の例を示す図である。通常プラズマエッチング処理は、ウエハ25枚を1ロットとしたロット単位で処理される。その際、前のロット処理から次のロット処理までに時間が空いたり、前のロットと次のロットにおける製品およびプロセスが異なる場合には、ロット処理前に、エージングと呼ばれるダミーウエハを用いた処理が処理チャンバの雰囲気作りのために実施される。 FIG. 12 is a diagram showing another example of the etching process (lot process). Usually, the plasma etching process is performed in units of lots with 25 wafers as one lot. At that time, if there is time between the previous lot processing and the next lot processing, or if the products and processes in the previous lot and the next lot are different, processing using a dummy wafer called aging is performed before the lot processing. Implemented to create a processing chamber atmosphere.
図12において、まず、エッチング処理を開始し、エッチング処理中に分光器14によってウエハ外周部のプラズマ光データを測定する(ステップS81,S82)。次に発光データ収集手段15によって、前記測定されたプラズマ光データを収集し(ステップS83)、図8に示す波長抽出用データベースを参照して必要な波長の発光データを抽出する。次に、エージング処理を終了し(ステップS84)、エッチレート均一性算出手段16によって、前記抽出されたデータと、図9に示すエッチングレート均一性算出データベースを用いて、エッチングレート均一性を算出する(ステップS85)。
In FIG. 12, first, an etching process is started, and plasma light data on the wafer outer periphery is measured by the
次に、試料台温度算出手段18によって、前記算出されたエッチングレート均一性と、図10に示す試料台温度算出データベースを用いて試料台温度を算出し、試料台の温度をこの算出温度に設定する(ステップS86)。試料台の温度が所望の温度に設定されたのを確認した後、ウエハを試料台に配置し、エッチング処理を実施する(ステップS87)、次にロット処理が終了したか否かを判定し(ステップS88)、終了していない場合は次のウエハを試料台に配置し、エッチング処理を実施する(ステップS89)
図12の例では、前記エージング処理時のプラズマ光をもとにエッチングレートの均一性を算出し、次のウエハを処理する際の試料台温度を設定しているが、エージング処理時のプラズマ光に代えてエッチング処理時のプラズマ光をもとにエッチングレートの均一性を算出し、次のウエハを処理する際の試料台温度を設定するようにしてもよい。
Next, the sample stage temperature calculation means 18 calculates the sample stage temperature using the calculated etching rate uniformity and the sample stage temperature calculation database shown in FIG. 10, and sets the temperature of the sample stage to this calculated temperature. (Step S86). After confirming that the temperature of the sample stage is set to a desired temperature, the wafer is placed on the sample stage and the etching process is performed (step S87), and then it is determined whether or not the lot process is completed ( Step S88), if not completed, the next wafer is placed on the sample stage and the etching process is performed (Step S89).
In the example of FIG. 12, the uniformity of the etching rate is calculated based on the plasma light during the aging process, and the sample stage temperature for processing the next wafer is set, but the plasma light during the aging process is set. Instead, the uniformity of the etching rate may be calculated based on the plasma light during the etching process, and the sample stage temperature when processing the next wafer may be set.
図13は、図8のステップS65(エッチング終点検出処理)の詳細を示す図である。通常、終点検出を伴うプラズマエッチング処理は、メインエッチング処理とオーバーエッチング処理から成る。まず、被エッチング材料に対するエッチングレートが高いメインエッチング処理を実施し、終点検出後は被エッチング材料に対するエッチングレートは低いが、被エッチング材料とその下地材料とのエッチング選択性の高いオーバーエッチング処理を実施することにより、下地材料のエッチングを防止する。 FIG. 13 is a diagram showing details of step S65 (etching end point detection process) in FIG. Usually, the plasma etching process with end point detection includes a main etching process and an over-etching process. First, the main etching process with a high etching rate for the material to be etched is performed. After the end point is detected, the etching rate for the material to be etched is low, but the over-etching process with a high etching selectivity between the material to be etched and the underlying material is performed. By doing so, etching of the base material is prevented.
本実施形態では、ウエハ外周部のプラズマ光のみを測定しているため、終点判定はウエハ外周部での条件をもとに判定していることになる。すなわち、ウエハ中心部の状態は終点判定の条件として反映されていない。このため、図13に示すように、エッチングレートの均一性の程度(ウエハ外周部のエッチングレートが高い、均一性良好、ウエハ外周部のエッチングレートが低い)にしたがってオーバーエッチング時間を変化させる。 In the present embodiment, since only the plasma light at the wafer outer peripheral portion is measured, the end point is determined based on the conditions at the wafer outer peripheral portion. That is, the state of the wafer center is not reflected as a condition for determining the end point. For this reason, as shown in FIG. 13, the over-etching time is changed according to the degree of uniformity of the etching rate (high etching rate at the wafer outer peripheral portion, good uniformity, and low etching rate at the wafer outer peripheral portion).
図13において、まず、エッチング処理中にエッチングレートの均一性を算出し(ステップS101)、その後、終点検出を実施する(ステップS102)。ウエハ外周部のエッチングレートが高い場合は(ステップS103)、ウエハ外周部のエッチングが終了していても、ウエハ中央部のエッチングは終了していない可能性が高いため、その後のオーバーエッチング時間を、均一性良好な場合(ステップS105,S106)よりも長くする(ステップS104)。逆にウエハ外周部のエッチングレートが低い場合は(ステップS107)、ウエハ外周部のエッチングが終了するときには、すでにウエハ中央部のエッチングは終了している可能性が高いため、その後のオーバーエッチング時間を、均一性良好な場合よりも短くする(ステップS108)。これにより、ウエハ全面で良好なエッチング性能を得ることができる。 In FIG. 13, first, the uniformity of the etching rate is calculated during the etching process (step S101), and then the end point is detected (step S102). When the etching rate of the wafer outer peripheral portion is high (step S103), even if the etching of the wafer outer peripheral portion is finished, it is highly likely that the etching of the wafer central portion is not finished. When the uniformity is good (steps S105 and S106), the length is set longer (step S104). Conversely, when the etching rate at the wafer outer peripheral portion is low (step S107), it is highly likely that the etching at the wafer central portion has already ended when the etching at the wafer outer peripheral portion is completed. It is shorter than when the uniformity is good (step S108). Thereby, good etching performance can be obtained on the entire wafer surface.
ここまでは、エッチングレートの均一性を制御する手段として、試料台6の温度分布を制御する例について説明した。しかしながら、エッチングレートの均一性は、試料台6に印加する高周波電圧の分布を制御することにより制御することができる。
So far, the example of controlling the temperature distribution of the
前述したように、試料台6は、高周波電源からの高周波電圧を印加することにより、プラズマ4中のイオンやラジカル等を試料5側に誘引することができる。そこで、試料台6に対して、同心円状に外側と内側それぞれに独立して高周波電圧を印加する構成とする。これにより、試料5の中央部、外周部それぞれに誘引するイオンやラジカルの量を変化させることが可能となり、エッチングレートの均一性を制御することができる。例えば、試料5外周部のエッチングレートが高い場合には、試料台6外側の高周波電圧を低くすることにより、試料5外周部に印加されるイオンやラジカルの量を減少させ、試料5外周部のエッチングレートを低下させる。これによりエッチングレートの均一性を改善することができる。
As described above, the
また、エッチングレートの均一性は、ガス供給手段8を、処理室2の外側、内側それぞれに設ける構成とし、それぞれのガス供給手段8から供給するガスの組成を変化させることにより制御することができる。例えば、試料5外周部のエッチングレートが高い場合には、処理室2外側に設置したガス供給手段8から供給するガスの組成を(1)エッチャントが少ない組成、あるいは(2)試料保護物質が多い組成とすることにより、処理室2内のプラズマ分布を変化させてエッチングレートの均一性を改善することができる。
The uniformity of the etching rate can be controlled by changing the composition of the gas supplied from each gas supply means 8 by providing the gas supply means 8 on the outside and inside of the
以上説明したように、本実施形態によれば、試料外周部から取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より高くなったと判定し、例えば前記複数の領域に区分された試料台のうち外周側の領域の温度を内周側領域より低温に設定し、また、外周部から取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルおよび反応種成分を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より低くなったと判定し、例えば前記複数の領域に区分された試料台のうち外周側領域の温度を内周側領域より高温に設定するので、試料の全面において均質で安定したエッチングレートでエッチング処理を施すことができる。 As described above, according to the present embodiment, the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component in the emission spectrum acquired from the outer periphery of the sample increases, and the emission intensity of the emission spectrum representing the sample protective substance. When the sample rate decreases, it is determined that the etching rate of the outer periphery of the sample is higher than that of the inner periphery, and for example, the temperature of the outer peripheral side of the sample stage divided into the plurality of regions is set to be lower than the inner peripheral region. When the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component and the emission spectrum representing the reactive species component in the emission spectrum acquired from the outer periphery decreases, the etching rate of the sample outer periphery is lower than that of the inner periphery. For example, the temperature of the outer peripheral side region of the sample stage divided into the plurality of regions is set to be higher than that of the inner peripheral region. It can subjected to the etching treatment at homogeneous and stable etching rate.
1 プラズマエッチング装置
2 処理室
3 プラズマ生成手段
4 プラズマ
5 試料
6 試料台
7a,7b 温度制御手段
8 ガス供給手段
9 排気バルブ
10 ガス排気手段
11 プラズマ測定用窓
12 集光レンズ
13 光ファイバ
14 分光器
15 発光データ収集手段
16 エッチングレート均一性算出手段
17 エッチング終点検出手段
18 試料台温度算出手段
21 反応種
22 反応生成物
23 試料保護物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得する分光器と、
取得した発光スペクトルを分析してエッチングの均一性を判定する均一性判定手段を備え、
該判定手段は、取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より高くなったと判定することを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus comprising a sample stage and plasma generating means arranged in a processing chamber, and performing plasma processing on a sample placed on the sample stage using the generated plasma,
A spectroscope for deriving plasma emission at the outer periphery of the sample and obtaining the emission spectrum by separating the derived plasma emission;
Uniformity determining means for analyzing the acquired emission spectrum to determine the uniformity of etching,
When the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component in the acquired emission spectrum is increased and the emission intensity of the emission spectrum representing the sample protective substance is reduced, the determination means determines the etching rate of the outer periphery of the sample. A plasma processing apparatus, characterized in that it is determined that the height is higher than the inner circumference.
前記試料台を半径方向に複数に区分し、区分された各領域毎に、該領域の温度を前記判定手段の判定結果にしたがって調整する温度調整手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
A plasma processing apparatus comprising: a temperature adjusting unit that divides the sample stage into a plurality of regions in a radial direction and adjusts the temperature of each of the divided regions according to a determination result of the determination unit.
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得する分光器と、
取得した発光スペクトルを分析してエッチングの均一性を判定する均一性判定手段を備え、
該判定手段は、取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルおよび反応種成分を表す発光スペクトルの発光強度が低下したとき、試料外周部のエッチングレートが内周部より低くなったと判定することを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus comprising a sample stage and plasma generating means arranged in a processing chamber, and performing plasma processing on a sample placed on the sample stage using the generated plasma,
A spectroscope for deriving plasma emission at the outer periphery of the sample and obtaining the emission spectrum by separating the derived plasma emission;
Uniformity determining means for analyzing the acquired emission spectrum to determine the uniformity of etching,
The determination means is that when the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component and the emission spectrum representing the reactive species component in the acquired emission spectrum is reduced, the etching rate of the outer periphery of the sample is lower than the inner periphery. The plasma processing apparatus characterized by determining.
前記試料台を半径方向に複数に区分し、区分された各領域毎に、該領域の温度を前記判定手段の判定結果にしたがって調整する温度調整手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein
A plasma processing apparatus comprising: a temperature adjusting unit that divides the sample stage into a plurality of regions in a radial direction and adjusts the temperature of each of the divided regions according to a determination result of the determination unit.
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得し、
取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、
前記複数の領域に区分された試料台のうち外周側の領域の温度を内周側領域より低温に設定することを特徴とするプラズマ処理方法。 A plasma stage that is arranged in a processing chamber and that is divided into a plurality of regions in the radial direction, and plasma generating means, and uses the generated plasma to perform plasma processing on the sample placed on the specimen stage In the method
Deriving plasma emission at the outer periphery of the sample, obtaining the emission spectrum by spectroscopically analyzing the derived plasma emission,
Among the acquired emission spectra, when the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component increases and the emission intensity of the emission spectrum representing the sample protective substance decreases,
A plasma processing method, wherein a temperature of an outer peripheral region of the sample stage divided into the plurality of regions is set to be lower than an inner peripheral region.
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得し、
取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルおよび反応種成分を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、
前記複数の領域に区分された試料台のうち外周側の領域の温度を内周側領域より高温に設定することを特徴とするプラズマ処理方法。 A plasma stage that is arranged in a processing chamber and that is divided into a plurality of regions in the radial direction, and plasma generating means, and uses the generated plasma to perform plasma processing on the sample placed on the specimen stage In the method
Deriving plasma emission at the outer periphery of the sample, obtaining the emission spectrum by spectroscopically analyzing the derived plasma emission,
Among the acquired emission spectra, when the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component and the emission spectrum representing the reactive species component decreases,
A plasma processing method characterized in that the temperature of the outer peripheral region of the sample stage divided into the plurality of regions is set to be higher than that of the inner peripheral region.
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得し、
取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルの発光強度が増加し、かつ試料保護物質を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、
エッチングの終点検出後に行うオーバエッチング時間を延長することを特徴とするプラズマ処理方法。 A plasma stage that is arranged in a processing chamber and that is divided into a plurality of regions in the radial direction, and plasma generating means, and uses the generated plasma to perform plasma processing on the sample placed on the specimen stage In the method
Deriving plasma emission at the outer periphery of the sample, obtaining the emission spectrum by spectroscopically analyzing the derived plasma emission,
Among the acquired emission spectra, when the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component increases and the emission intensity of the emission spectrum representing the sample protective substance decreases,
A plasma processing method characterized by extending an over-etching time performed after detecting an etching end point.
前記試料の外周部におけるプラズマ発光を導出し、導出したプラズマ発光を分光して発光スペクトルを取得し、
取得した発光スペクトルのうち、反応生成物成分を表す発光スペクトルおよび反応種成分を表す発光スペクトルの発光強度が減少したとき、
エッチングの終点検出後に行うオーバエッチング時間を短縮することを特徴とするプラズマ処理方法。 A plasma stage that is arranged in a processing chamber and that is divided into a plurality of regions in the radial direction, and plasma generating means, and uses the generated plasma to perform plasma processing on the sample placed on the specimen stage In the method
Deriving plasma emission at the outer periphery of the sample, obtaining the emission spectrum by spectroscopically analyzing the derived plasma emission,
Among the acquired emission spectra, when the emission intensity of the emission spectrum representing the reaction product component and the emission spectrum representing the reactive species component decreases,
A plasma processing method characterized by shortening an over-etching time performed after detection of an etching end point.
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