(57)【要約】【課題】所望のエッチング深さをエッチング処理の終点として検出することができるようにする。【解決手段】内部が真空状態に保持されるチャンバ１と、このチャンバ１内にガスを導入するガス導入手段と、高周波電力を発生させる高周波電源２とを有し、下部電極１２上に載置された被エッチング物１３をエッチングする際にエッチング終点を数学的に検出してからエッチング動作を終了するエッチング方法であって、下部電極１２に流入する高周波の電流値の傾きとエッチングレートに関する相関付けを予め行い、エッチング処理時に検出される電流値の傾きを逐次算出し、この算出された電流値の傾きとエッチング時間により被エッチング物１３のエッチング深さを逐次演算し、この算出したエッチング深さが予め決められている所定の値に到達したと判断するとエッチングを終了する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が真空状態に保持されるチャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するガス導入手段と、高周波電力を発生させる高周波電力発生手段とを有し、電極上に載置された被エッチング物をエッチングする際にエッチング終点を数学的に検出してからエッチング動作を終了するエッチング方法であって、電極に流入する高周波の電流値の傾きとエッチングレートに関する相関付けを予め行い、
エッチング処理時に検出される電流値の傾きを逐次算出し、
前記算出された電流値の傾きとエッチング時間により前記被エッチング物のエッチング深さを逐次演算し、
前記算出したエッチング深さが予め決められている所定の値に到達したと判断すると前記被エッチング物のエッチング動作を終了することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
所定の時間内にエッチング深さが予め決められている所定の値に達しないときに、異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
内部が真空状態に保持されるチャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するガス導入手段と、高周波電力を発生させる高周波電力発生手段とを有し、電極上に載置された被エッチング物をエッチングする際にエッチング終点を数学的に検出してからエッチング動作を終了するエッチング装置であって、
前記高周波電力発生手段の電流及び電圧を検出する電流・電圧検出器と、
前記電流・電圧検出器からの出力信号により電流値の傾きを逐次算出する傾き演算手段と、
前記傾き演算手段の算出する電流の傾きとエッチング時間により前記被エッチング物のエッチング深さを逐次算出するエッチング深さ演算手段と、
前記被エッチング物のエッチング深さが予め決定されている所定の値に達すると、エッチング終了と判定するエッチング終点判定手段と
を備えたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項４】
前記エッチング深さ演算手段の算出するエッチング深さが予め決められている所定の範囲内にあるかを逐次比較し、所定の範囲から外れた時に異常であると判定する請求項３に記載の異常検出手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のエッチング装置。
【請求項５】
前記エッチング深さ演算手段の算出するエッチング深さが、所定の時間内に予め決められている所定の値に達しないときに、異常であると判定する第２異常検出手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマを利用してエッチング処理を行うエッチング方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを利用してエッチング処理を行う場合、所望の部分までエッチングが行われてエッチング作業が終了すべき段階であることを確認するためのエッチング終点検出方法が知られている。
【０００３】
このエッチング終点検出方法としては、例えば、エッチング装置のチャンバ内で発生したプラズマ中の特定成分がエッチング処理の進行に伴い減少或いは増大し、これによってその成分の発光波長の光強度が変化する現象を利用したものなどが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、近年、微細化プロセスの進展に伴い、ＳＴＩ（シャロー・トレンチ・アイソレーション）やダマシンプロセスにおけるトレンチエッチングなどのように、下地との境界である界面（境界面）部分まで完全にエッチングさせずに、被エッチング膜の途中までしかエッチングを行わない処理方法の開発が検討されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−２１４１２４号公報（第２頁  右上欄及び左下欄）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような処理方法では、エッチング処理が直下（次位）の薄膜との境界面まで被エッチング膜の全体にわたるのではなく、エッチング処理の終点部分が、被エッチング膜の厚さ方向の途中位置（一部）までであるから、プラズマ中の特定成分が急激に増減したり、ピーク（臨界）を示すといった現象・変化を伴わない。そのため、従来、一般的に用いられていたプラズマ発光の光強度変化を利用した方法では、このエッチング終点を検出できない。
【０００７】
そこで、このエッチング終点検出方法として、例えば、エッチングレートをＸ、被エッチング膜のエッチング処理すべき膜厚をＹとすると、この２つのパラメータから、所望の膜厚の間でのエッチング処理時間ｔが、あらかじめｔ＝Ｙ／Ｘで算出できる。
【０００８】
従って、例えば図３に示すように、エッチング処理の開始し（第１ステップＴ１）、このエッチング処理の開始時刻からエッチング処理時間のカウントにより前述のエッチング処理時間ｔに達したか否かの判断をする（第２ステップＴ２）。そして、このエッチング処理時間ｔに達していない場合には再度第１ステップＴ１へ戻るとともにエッチング処理時間ｔに達している場合には、エッチング処理を終わらせる（第３ステップＴ３）、といった方法が考えられる。
【０００９】
しかしながら、この方法では、時間の経過とともにエッチングレートが刻々と変化する場合、前述の算出式が正確なエッチング深さに対応しておらず、被エッチング膜の途中まででのエッチング処理を正確に行うことができない。
このような事情から、被エッチング膜の全厚ではなく途中までしかエッチングしない場合でも、その被エッチング膜におけるエッチング終点位置がどこであるかを正確に検出できる終点検出方法及び装置の開発が切望されている。
【００１０】
そこで、この発明は、上記した事情に鑑み、所望のエッチング深さをエッチング処理の終点として検出することができ、延いては被エッチング膜の途中までしかエッチングしない場合でも、このエッチング処理を正確に実現できるエッチング方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、第１に、内部が真空状態に保持されるチャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するガス導入手段と、高周波電力を発生させる高周波電力発生手段とを有し、電極上に載置された被エッチング物をエッチングする際にエッチング終点を検出してからエッチングを終了するエッチング方法であって、
電極に流入する高周波の電流値の傾きとエッチングレートに関する相関付けを予め行い、
エッチング処理時に検出される電流値の傾きを逐次算出し、
前記算出された電流値の傾きとエッチング時間によりエッチング深さを逐次演算し、
前記算出したエッチング深さが予め決められている所定の値に到達したと判断するとエッチングを終了することを特徴としている。
【００１２】
これにより、ＳＴＩやダマシンプロセスにおけるトレンチエッチングなどのように、下地までエッチングせず途中までしかエッチングしないプロセスにおいて、エッチング処理毎にエッチング深さにばらつきの少ない高精度なエッチング処理を行うことができる。
【００１３】
また、第２に、所定の時間内にエッチング深さが予め決められている所定の値に達しないときに、異常であると判定するのが好ましい。
【００１４】
これにより、装置状態やプラズマ状態の変動により、正常なエッチング処理が行われていない場合には、確実に異常として検知することができる。
【００１５】
また、第３に、内部が真空状態に保持されるチャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するガス導入手段と、高周波電力を発生させる高周波電力発生手段とを有し、電極上に載置された被エッチング物をエッチングする際にエッチング終点を検出してからエッチングを終了するエッチング装置であって、
前記高周波電力発生手段の電流及び電圧を検出する電流・電圧検出器と、
前記電流・電圧検出器からの出力信号により電流値の傾きを逐次算出する傾き演算装置と、
前記傾き演算装置の算出する電流の傾きとエッチング時間によりエッチング深さを逐次算出するエッチング深さ演算装置と、
前記エッチング深さ演算装置の算出するエッチング深さを予め決められている所定の範囲内にあるかを逐次比較し、所定の範囲から外れた時に異常であると判定する異常検出装置と、
エッチング深さが予め決定されている所定の値に達すると、エッチング終了と判定するエッチング終点判定装置と
を備えたことを特徴としている。
【００１６】
また、第４に、前記エッチング深さ演算手段の算出するエッチング深さが予め決められている所定の範囲内にあるかを逐次比較し、所定の範囲から外れた時に異常であると判定する請求項３に記載の異常検出手段を備えるのが好ましい。
【００１７】
これにより、装置状態やプラズマ状態の変動により、正常なエッチング処理が行われていない場合には、確実に異常として検知することができる。
【００１８】
また、第５に、所定の時間内にエッチング深さが予め決められている所定の値に達しないときに、異常であると判定する異常検出手段を備えるのが好ましい。
【００１９】
これにより、同様に、装置状態やプラズマ状態の変動により、正常なエッチング処理が行われていない場合には、確実に異常として検知することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明に係るエッチング方法が適用されたエッチング装置を示すものであり、このエッチング装置は、チャンバ１と、ガス導入手段（図略）と、高周波電力発生手段を構成する高周波電源２と、電流・電圧検出器４と、電流電圧変換器５と、終点検出装置６とを備えている。
【００２１】
チャンバ１は、内部に上部電極１１及び下部電極１２を設けているとともに、下部電極１２上にエッチングすべき被エッチング物１３を載置させており、図示外の真空ポンプで真空排気されて内部が真空状態に保持されている。下部電極１２は、インピーダンス整合器３及び電流電圧検出器４を介して高周波電源２と接続されている。
【００２２】
また、このチャンバ１には、図示外のガス導入手段が備えてある。このガス導入手段は、処理作業に応じてチャンバ１内に所望のガスを導入するものであり、図示外のガス供給源から供給させている。
【００２３】
高周波電源２は、上部電極１１及び下部電極１２の間にＲＦ高周波（１３．５６ＭＨｚ）を印加するものであり、これによってチャンバ１内部にプラズマを励起し、被エッチング物１３に対してエッチング或いは成膜等の表面処理を行うようになっている。
【００２４】
インピーダンス整合器３は、被エッチング物１３に加わる高周波電力の整合をとるためのものであり、例えば、直列に配列された図示外の可変コイルと、可変コンデンサとを備えた構成となっている。
【００２５】
電流電圧検出器４は、エッチング処理の際に電流値の傾きを検出するために、下部電極１２に流入する高周波の電流値及び電圧値を検出するものであり、インピーダンス整合器３と下部電極１２との間に設けており、出力が電流電圧変換器５の入力に接続されている。
【００２６】
電流電圧変換器５は、入力が電流電圧検出器４の出力に接続されているとともに、出力が終点検出装置６のプロセス演算部６１の入力に接続されている。
【００２７】
終点検出装置６は、電極上に載置された被エッチング物１３をエッチングする際に所望の膜厚に達した状態（エッチング終点）を検出してエッチング動作を終了できるようにするものであり、傾き演算機能を備えたプロセス演算部６１と、エッチング深さ（Ｄ）を演算するエッチング深さ演算部６２と、エッチング終点判定機能を備えたプロセス制御部６３と、異常検出部６４とを備えている。
【００２８】
プロセス演算部６１は、図示外の関数演算装置と傾き演算装置とを備えており、このうち関数演算装置は、予め、下部電極１２に流入する高周波の電流値の傾きＡと単位時間当たりのエッチング量、即ちエッチングレートＢとの間における相関関係を与えるために、次式
Ｂ＝Ｆ（Ａ）                                ・・・（１）
で表すことができる固有関数Ｆ（但し、このＦはＡの関数であるので、Ｆ（Ａ）と表記する）を算出して相関付けを行うとともに、この固有関数Ｆ（Ａ）を記憶・格納しておくように構成されている。
【００２９】
一方、傾き演算装置は、前述した傾き演算機能を有しており、例えば図３に示すように、電流・電圧変換器５のデータに基づいて、実際のエッチング処理時に検出される電流値の傾きＡをエッチング時間（ｔ）の推移とともに逐次（例えば、この実施形態では１００ｍｓｅｃ毎に）算出するものである。
このため、この実施形態のプロセス演算部６１は、入力が電流・電圧検出器５の出力に接続されており、電流・電圧検出器５からの出力信号に基づき電流値の傾きＡを算出するようになっている。
【００３０】
エッチング深さ演算部６２では、プロセス演算部６１の傾き演算装置で予め算出され、記憶格納されている相関式（１）を用い、エッチングレートＢを予測し、予測されたエッチングレートＢとエッチング時間より、エッチング深さ（Ｄ）を演算することができるように構成されている。
【００３１】
プロセス制御部６３には、前述したエッチング終点判定機能を有するエッチング終点判定装置を備えている。このエッチング終点判定装置は、被エッチング物１３でのエッチング深さ（Ｄ）が予め決定されている所定の値に達すると、エッチング終了と判定するものであり、この判定結果に基づき、所望の深さだけエッチングしたところでエッチング動作を終了させるようになっている。このため、このエッチング終点判定部６３は、入力がエッチング深さ演算部６２の出力に接続されている。
【００３２】
さらに、このプロセス制御部６３には、高周波電源１の作動を制御する制御手段・回路も備えている。このプロセス制御部６３は、出力が高周波電源１に接続されており、高周波電源１の作動を制御し、所望の深さ（Ｄ）だけエッチングしたところでエッチング動作を終了させるように構成されている。
【００３３】
また、前述したように、プロセス演算部６１には、これに備えた傾き演算装置による傾き演算機能によって電流値の傾きＡを逐次算出するとともに、この電流値の傾きＡに関するデータを用いて（１）式から、エッチングレートを逐次算出することができるが、この算出するエッチングレートをエッチング処理時間で積算していくことで、エッチング量、つまり、エッチング深さ（Ｄ）が求められる。そのため、このこのプロセス制御部６３では、このエッチング深さ（Ｄ）を算出するための重要なパラメータであるエッチング処理時間のカウントも行うように構成されている。
【００３４】
異常検出部６４は、エッチング深さ演算部６２の算出する被エッチング物１３のエッチング深さ（Ｄ）が予め決められている所定の範囲内にあるかを比較し、所定の範囲から外れたことが検出された時に異常であると判定するものである。このため、この異常検出部６４は、入力がプロセス演算部６１の出力に接続されている。
【００３５】
なお、この実施形態では、エッチング深さ演算部６２の算出するエッチング深さが予め決められている所定の範囲内にあるかを逐次比較し、所定の範囲から外れた時に異常であると判定する異常検出部６４を備えたが、これ以外に、例えばつぎのような第２異常検出部をさらに設けてもよい。
即ち、この第２異常検出部は、エッチング深さ演算部６２の算出するエッチング深さが、所定の時間内に予め決められている所定の値に達しないときに、異常であると判定するように構成されている。
【００３６】
次に、この発明に係るエッチング方法について、図３を参照しながら特に終点検出方法を詳細に説明する。なお、ここでは、図１に示す先の実施形態のエッチング装置を用いて説明する。
【００３７】
（１）高周波電源１が作動して、所定の処理材料が成膜されている被エッチング物１３に対してエッチング処理が行われる（第１ステップＳ１）。
（２）次に、この被エッチング物１３に対してエッチング処理が行われている間、プロセス演算部６１の傾き演算装置が高周波電源１の電流の傾き変化を算出する（第２ステップＳ２）。
【００３８】
（３）また、このエッチング処理が行われている間のエッチング処理時間がプロセス制御部６３によって算出される（第３ステップＳ３）。
（４）次に、傾き演算装置が算出した電流の傾きＡとエッチング処理時間とのデータから、エッチング深さ演算部６２が、（１）式の積分により現在のエッチング深さ（Ｄ）を逐次計算していく（第４ステップＳ４）。なお、プロセス演算部６１の関数演算装置が、下部電極１２に流入する高周波電流の電流値の傾きとエッチングレートとの間の相関性を与える固有関数Ｆ（Ａ）を予め見出し、前述の（１）式により相関付けをしてこれを格納・記憶しておく。
【００３９】
（５）そして、プロセス制御部６３のエッチング終点判定装置は、傾き演算装置で算出された現在のエッチング深さ（Ｄ）が、所望の深さであるか否かを逐次判定する（第５ステップＳ５）。そして、所望の深さに達したと判定した場合には、第６ステップＳ６へ移行する。一方、所望の深さにまだ達していないと判定した場合には、第１ステップＳ１へもどる。
（６）第５ステップＳ５で、現在のエッチング深さ（Ｄ）が所望の深さに達したと判定した場合には、エッチング処理を終了する。つまり、プロセス制御部６３の制御装置により高周波電源１の作動を停止するとともに、ガス供給源からのガスの供給を停止する（第６ステップＳ６）。
【００４０】
なお、これらの第４ステップＳ４から第５ステップＳ５において、異常検出部６４は、エッチング深さ演算部６２の算出する被エッチング物１３におけるエッチング深さ（Ｄ）が予め決められている所定の範囲内にあるかを比較し、所定の範囲から外れたことが検出された時に異常であると判定する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明では、電極上に載置された被エッチング物をエッチングする際にエッチング終点を検出してエッチングを終了するエッチング方法であって、電極に流入する高周波の電流値の傾きとエッチングレートに関して相関付けをしておき、エッチング処理時に検出される電流値の傾きを逐次算出し、この算出された電流値の傾きとエッチング時間によりエッチング深さを逐次計算し、このエッチング深さが予め決められている所定の値に到達するとエッチングを終了するようにしている。
【００４２】
従って、この発明によれば、所望のエッチング深さをエッチング処理の終点として検出できるようになり、例えば、ＳＴＩやダマシンプロセスにおけるトレンチエッチングのように、従来の方法では不可能であった被エッチング膜の途中までしかエッチングしないエッチング処理でも、エッチング処理毎にエッチング深さにばらつきの少ない高精度なエッチング処理を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエッチング装置を示す構成ブロック図である。
【図２】本発明のエッチング方法を示すフローチャートである。
【図３】従来のエッチング方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１      チャンバ
１１    上部電極
１２    下部電極
１３    被エッチング物
２      高周波電源（高周波電力発生手段）
３      インピーダンス整合器
４      電流・電圧検出器
５      電流電圧変換器
６      終点検出装置
６１    プロセス演算部（傾き演算機能）
６２    エッチング深さ演算部
６３    プロセス制御部（エッチング終点判定機能）
６４    異常検出部
【図１】
2004153117.tif 000003
【図２】
2004153117.tif 000004
【図３】
2004153117.tif 000005