(57)【要約】【課題】被エッチング材料に加えてエッチングマスクのエッチングダメージを考慮した最適なプラズマ状態でエッチング処理ができるドライエッチング装置、ドライエッチング方法およびプラズマ制御装置を提供する。【解決手段】被エッチング材料をドライエッチングするドライエッチング装置において、エッチング処理中に被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータとエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを検出し、検出したエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶し、演算、記憶したデータに基づきエッチング装置にフィードバック制御（被エッチング材料の処理前にダミー基板をエッチングして、演算、記憶したデータを満たすように高周波電力またはガス流量比を調整）を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング材料をドライエッチングするドライエッチング装置において、
前記エッチング処理中に被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータとエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを検出する検出手段と、
この検出手段により検出されたエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶する演算記憶手段と、
この演算記憶手段により演算、記憶したデータに基づき、前記被エッチング材料の処理前にダミー基板をエッチングして演算、記憶したデータを満たすように当該エッチング装置に対しフィードバック制御を行う制御装置と、
を具備したことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記被エッチング材料は、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、シリコンのいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記演算、記憶データは、被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータをエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータで除算することを含む数式で求めることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
前記演算、記憶データは、塩素またはフッ素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータと、酸素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング装置。
【請求項５】
被エッチング材料をエッチング装置によりドライエッチングするドライエッチング方法において、
前記エッチング処理中に被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータとエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを検出する第１の工程と、
この第１の工程により検出されたエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶する第２の工程と、
この第２の工程により演算、記憶したデータに基づき、前記被エッチング材料の処理前にダミー基板をエッチングして演算、記憶したデータを満たすように前記エッチング装置に対しフィードバック制御を行う第３の工程と、
を具備したことを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項６】
前記被エッチング材料は、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、シリコンのいずれかを含むことを特徴とする請求項５記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
前記演算、記憶データは、被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータをエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータで除算することを含む数式で求めることを特徴とする請求項５記載のドライエッチング方法。
【請求項８】
前記演算、記憶データは、塩素またはフッ素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータと、酸素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを用いることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項９】
被エッチング材料をエッチング装置によりドライエッチングする際のプラズマ制御装置において、
前記エッチング処理中に被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータとエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを検出する検出手段と、
この検出手段により検出されたエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶する演算記憶手段と、
この演算記憶手段により演算、記憶したデータに基づき、前記被エッチング材料の処理前にダミー基板をエッチングして演算、記憶したデータを満たすように前記エッチング装置に対しフィードバック制御を行う制御手段と、
を具備したことを特徴とするプラズマ制御装置。
【請求項１０】
前記演算、記憶データは、被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータをエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータで除算することを含む数式で求めることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ制御装置。
【請求項１１】
前記演算、記憶データは、塩素またはフッ素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータと、酸素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを用いることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング処理時に最適なプラズマ状態でエッチング処理するのに適したドライエッチング装置、ドライエッチング方法およびそれに用いられるプラズマ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチングにおけるエッチング処理の制御は、エッチングガスの発光強度を観察して終点を求めることでフィードバックを行い制御している。  
エッチングガスの発光強度を観察して終点を求めることでフィードバックする場合、必ず終点が観察できるわけではないためエッチング時間を固定して運用する場合もあり、プラズマの状態が変化すると安定したエッチングができない。
【０００３】
そこで、ドライエッチング装置の制御方法について開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１の技術は、ドライエッチング装置の制御方法について、エッチング処理時に処理室内に存在する量が相対的に大きく変動する第１のガス成分と、処理室内に存在する量が相対的に変動しない第２のガス成分との発光強度比を観測し、この発光強度比の変動に応じて、高周波アンテナに印加する高周波電力をフィードバック制御することにより、リアルタイムで処理室内プラズマ状態を最適に維持するものである。
【０００４】
また、あらかじめ最適なエッチング速度を得られる圧力範囲をダミーウェハに基づいて求めることにより、処理容器内の圧力を観測するのみで、最適なエッチング制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２２５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記した特許文献１に記載のドライエッチング装置の制御方法では、エッチングマスクへのエッチングダメージは考慮できない。エッチングマスクへのダメージが大きくなった場合、著しく寸法品質が劣化する可能性がある。そのため、被エッチング材料に加えてエッチングマスクも最適なプラズマ状態で安定したエッチングができる方法が求められている。
【０００７】
そこで、本発明は、被エッチング材料に加えてエッチングマスクのエッチングダメージを考慮した最適なプラズマ状態でエッチング処理ができるドライエッチング装置、ドライエッチング方法およびプラズマ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係わるドライエッチング装置は、被エッチング材料をドライエッチングするドライエッチング装置において、前記エッチング処理中に被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータとエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを検出する検出手段と、この検出手段により検出されたエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶する演算記憶手段と、この演算記憶手段により演算、記憶したデータに基づき、前記被エッチング材料の処理前にダミー基板をエッチングして演算、記憶したデータを満たすように当該エッチング装置に対しフィードバック制御を行う制御装置とを具備している。
【０００９】
本発明の請求項２に係わるドライエッチング装置は、請求項１において、前記被エッチング材料は、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、シリコンのいずれかを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係わるドライエッチング装置は、請求項１において、前記演算、記憶データは、被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータをエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータで除算することを含む数式で求めることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に係わるドライエッチング装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記演算、記憶データは、塩素またはフッ素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータと、酸素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを用いることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５に係わるドライエッチング方法は、被エッチング材料をエッチング装置によりドライエッチングするドライエッチング方法において、前記エッチング処理中に被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータとエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを検出する第１の工程と、この第１の工程により検出されたエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶する第２の工程と、この第２の工程により演算、記憶したデータに基づき、前記被エッチング材料の処理前にダミー基板をエッチングして演算、記憶したデータを満たすように前記エッチング装置に対しフィードバック制御を行う第３の工程とを具備している。
【００１３】
本発明の請求項６に係わるドライエッチング方法は、請求項５において、前記被エッチング材料は、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、シリコンのいずれかを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項７に係わるドライエッチング方法は、請求項５において、前記演算、記憶データは、被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータをエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータで除算することを含む数式で求めることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項８に係わるドライエッチング方法は、請求項５〜７のいずれかにおいて、前記演算、記憶データは、塩素またはフッ素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータと、酸素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項９に係わるプラズマ制御装置は、被エッチング材料をエッチング装置によりドライエッチングする際のプラズマ制御装置において、前記エッチング処理中に被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータとエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを検出する検出手段と、この検出手段により検出されたエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶する演算記憶手段と、この演算記憶手段により演算、記憶したデータに基づき、前記被エッチング材料の処理前にダミー基板をエッチングして演算、記憶したデータを満たすように前記エッチング装置に対しフィードバック制御を行う制御手段とを具備している。
【００１７】
本発明の請求項１０に係わるプラズマ制御装置は、請求項９において、前記演算、記憶データは、被エッチング材料と反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータをエッチングマスクと反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータで除算することを含む数式で求めることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１１に係わるプラズマ制御装置は、請求項９または１０において、前記演算、記憶データは、塩素またはフッ素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータと、酸素を含むエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、被エッチング材料に加えてエッチングマスクのエッチングダメージを考慮した最適なプラズマ状態でエッチング処理ができるドライエッチング装置、ドライエッチング方法およびプラズマ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るドライエッチング装置を概略的に示す模式図。
【図２】エッチングの状態を説明する模式図。
【図３】塩素と酸素のガス流量比と塩素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータの強度比の関係を示す図。
【図４】高周波電力と塩素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータの強度比の関係を示す図。
【図５】塩素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータの強度比とエッチング後のパターン寸法の関係を示す図。
【図６】塩素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータの強度比とエッチング後のレジスト残膜厚の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。  
図１は、本発明の実施の形態に係るドライエッチング装置の構成を概略的に示すものである。
【００２２】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るドライエッチング装置２０は、チャンバ２１を有し、このチャンバ２１を所定の真空度まで排気した後、ガス供給口２４から反応性ガスを供給する。また、チャンバ２１内は排気口２５を通して反応性ガスが排気されるようになっており、これによりチャンバ２１内は適当な圧力（約０．１ｍＴｏｒｒ〜数１００ｍＴｏｒｒ）に制御される。
【００２３】
チャンバ２１の上部と下部には、それぞれアノード（陽極）２３およびカソード（陰極）２２が設けられていて、カソード（陰極）２２上には被エッチング材料１０が載置されている。カソード（陰極）２２には、インピーダンス整合器（Ｍ．Ｂ）２７、ブロッキングコンデンサ２６を介して高周波（ＲＦ）電源（高周波発振器）２８が接続され、チャンバ２１内のガス中に高周波電力が供給される。
【００２４】
さらに、ドライエッチング装置２０は、エッチングの際に発生するプラズマ発光スペクトルデータを検出する検出器２９、この検出器２９で検出されたエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶し、ドライエッチング装置２０に対しフィードバック制御を行う制御装置３０を備えている。
【００２５】
被エッチング材料１０を最適なプラズマ状態でエッチングした際のエッチングマスクと被エッチング材料１０のプラズマ発光スペクトルデータを検出器２９で検出し、検出されたプラズマ発光スペクトルデータの演算、記憶を制御装置３０で行う。
【００２６】
被エッチング材料１０の処理前にダミー基板をエッチングしてプラズマ発光スペクトルデータを観察して、最適なプラズマ状態での演算、記憶したデータとずれが生じていれば、それを満たすように高周波電力またはガス流量比を調整してプラズマ状態を最適にすることを制御装置３０で行う。
【００２７】
上述したように、エッチングマスクと反応するエッチングガスと被エッチング材料に反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶し、制御装置３０を用いてフィードバック制御をドライエッチング装置２０に対し行うことで、被エッチング材料１０とエッチングマスクを最適なプラズマ状態でエッチング処理することが達成可能となる。
【００２８】
本実施の形態においては、一例として図２に示すように、合成石英１３、クロム１２およびパターニングされたレジスト１１で構成された被エッチング材料１０を使用して、塩素１４と酸素１５を含むガスでエッチングすることとした。
【００２９】
しかし、本実施の形態では、これらに限定されるわけではなく、被エッチング材料１０にモリブデン、タンタル、タングステン、シリコンのいずれかを用いた場合、最適なプラズマ状態での発光スペクトルデータを演算、記憶し、制御装置３０を用いてフィードバック制御をドライエッチング装置２０に対し行うことで、最適なプラズマ状態でエッチング処理することが達成可能となる。
【００３０】
本実施の形態において、被エッチング材料１０をパターニングしてフォトマスクとすることができる。被エッチング材料１０をパターンニングしてフォトマスクとする場合のドライエッチング加工において、最適なプラズマ状態での発光スペクトルデータを演算、記憶し、制御装置３０を用いてフィードバック制御をドライエッチング装置２０に対し行うことで、被エッチング材料１０を最適なプラズマ状態でエッチング処理することが達成可能となる。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る制御方法について説明する。本実施の形態に係る制御方法は、上述したように、被エッチング材料１０の安定したエッチングに加えてエッチングマスクも安定してエッチングするために、エッチングガスの発光スペクトルデータの変化を利用して制御を行う。
【００３２】
本実施の形態に係る制御方法は、最適なプラズマ状態でのエッチングマスクと反応するエッチングガスと被エッチング材料１０に反応するエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶する。これにより、最適なプラズマ状態を把握できる。この演算、記憶したデータを利用して、演算、記憶したデータを満たすようにドライエッチング装置２０にフィードバック制御（被エッチング材料１０の処理前にダミー基板をエッチングして、演算、記憶したデータを満たすように高周波電力またはガス流量比を調整）を制御装置３０で行うことにより、最適なプラズマ状態が再現できて最適なプラズマ状態で被エッチング材料１０とエッチングマスクの安定したエッチングが可能となる。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明の実施例について説明する。本発明の実施例においては、合成石英１３、クロム１２およびパターニングされたレジスト１１で構成された被エッチング材料１０を用いて、エッチングを行った。以下に、具体的に最適なプラズマ状態でエッチング処理できるエッチングの制御方法について説明する。
【００３４】
本実施例に用いるエッチングガスのプラズマ発光スペクトルデータは、波長帯７７２ｎｍの塩素の波長帯と波長帯７７７ｎｍの酸素の波長帯を選択することが好ましい。通常、クロムは塩素と酸素でエッチングする。塩素はクロムのエッチングに大きく寄与し、酸素はレジストのエッチングに大きく寄与する。最適なプラズマ状態での塩素の発光スペクトルを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータの平均値は１．２５であった。
【００３５】
図３は、塩素と酸素のガス流量比と塩素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータの強度比の関係を示すもので、縦軸は塩素の発光スペクトルデータを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータの平均値を示し、横軸は塩素と全体のガス流量（塩素と酸素）の比を示す。塩素と酸素のガス流量比を変えることによって、塩素の発光スペクトルデータを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータが変動していることが確認できる。
【００３６】
図４は、高周波電力と塩素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータの強度比の関係を示すもので、縦軸は塩素の発光スペクトルデータを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータの平均値を示し、横軸は高周波電力を示す。高周波電力を変えることによって、塩素の発光スペクトルデータを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータが変動していることが確認できる。
【００３７】
図５は、塩素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータの強度比とエッチング後のパターン寸法の関係を示すもので、縦軸は設計値１００ｎｍのパターンのエッチング後のパターン寸法を示し、横軸は塩素の発光スペクトルデータを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータの平均値を示す。塩素の発光スペクトルデータを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータの平均値の変動によってエッチング後のパターン寸法が変動していることが確認できる。
【００３８】
図６は、塩素と酸素のプラズマ発光スペクトルデータの強度比とエッチング後のレジスト残膜厚の関係を示すもので、縦軸はエッチング後のレジスト残膜厚を示し、横軸は塩素の発光スペクトルデータを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータの平均値を示す。塩素の発光スペクトルデータを酸素の発光スペクトルデータで除算した発光スペクトルデータの平均値の変動によってエッチング後のレジスト残膜厚が変動していることが確認できる。
【００３９】
以上説明したように、制御装置３０によって最適なプラズマ状態でのプラズマ発光スペクトルデータを演算、記憶し、ダミー基板をエッチングした際のプラズマ発光スペクトルデータが、演算、記憶したデータよりずれていれば、演算、記憶したデータを満たすようにフィードバック制御（塩素と酸素のガス流量比か高周波電力を調整）することよって、最適なプラズマ状態のプラズマ発光スペクトルデータが得られるプラズマ状態にすることができる。
【００４０】
本発明の制御方法を使用してレジスト１１とクロム１２をエッチングした結果を下記表１に示す。最適なプラズマ状態でのプラズマ発光スペクトルデータの演算、記憶データを満たすように制御装置３０を用いてドライエッチング装置２０に対しフィードバック制御を行った。その結果、ガス流量比の調整と高周波電力の調整のどちらの制御方法に関しても最適なプラズマ状態での結果と同等で再現性の高い結果が得られた。
【表１】
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【符号の説明】
【００４１】
１０…被エッチング材料、１１…レジスト、１２…クロム、１３…合成石英（二酸化ケイ素）、１４…塩素、１５…酸素、２０…ドライエッチング装置、２１…チャンバ、２２…カソード（陰極）、２３…アノード（陽極）、２４…ガス供給口、２５…排気口、２６…ブロッキングコンデンサ、２７…インピーダンス整合器（Ｍ．Ｂ）、２８…高周波電源（高周波発振器）、２９…検出器、３０…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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