(57)【要約】【課題】デュアルダマシンで用いられる低誘電率膜の安定加工方法を提供する。【解決の手段】ウエハ表面での反射干渉光を信号処理してプロセスレシピを制御し、エッチング途中でのウエハ表面の荒れの増加を抑制しながらエッチングを進めていく。すなわち、真空処理室内においてプラズマを生成して試料を処理する手段と、処理される前記試料の反射干渉光をモニタするモニタ手段とを備えたドライエッチング装置におけるドライエッチング方法であって、処理される前記試料の表面での反射干渉光スペクトルを検出するステップと、該反射干渉光スペクトルの、ウエハ表面の膜の反射モデルで予測される理論値に対するカーブフィッティング残差を求めるステップと、該カーブフィッティング残差が所定の範囲にあるか否かを判定するステップ、とを含む。【選択図】  図２
2004253516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内においてプラズマを生成して試料を処理する手段と、処理される前記試料の反射干渉光をモニタするモニタ手段とを備えたドライエッチング装置におけるドライエッチング方法であって、
処理される前記試料の表面での反射干渉光スペクトルを検出するステップと、該反射干渉光スペクトルの、試料表面の膜の反射モデルで予測される理論値に対するカーブフィッティング残差を求めるステップと、
該カーブフィッティング残差が所定の範囲にあるか否かを判定するステップ、とを含む、試料のドライエッチング方法。
【請求項２】
請求項１において、前記残差が所定の範囲から外れた場合に、前記試料の処理方法を変更する、ドライエッチング方法。
【請求項３】
請求項２において、前記試料の処理方法の変更に、前記プラズマを生成する電力の変更が含まれる、ドライエッチング方法。
【請求項４】
請求項２において、前記試料の処理方法の変更に、前記プラズマを生成させるための処理ガスの流量の変更が含まれる、ドライエッチング方法。
【請求項５】
請求項１において、前記残差が所定の範囲から外れた場合に、前記試料の処理を停止する、ドライエッチング方法。
【請求項６】
試料表面での干渉反射光強度スペクトルを、試料表面の膜構造から予想される干渉反射光強度スペクトルと比較したときのフィッティング残差をモニタし、
該モニタ値、あるいは該モニタ値の経時的な変動によって反射干渉光を信号処理し、該信号処理の結果に基いてエッチング途中で前記試料の処理方法を変更し、前記試料表面の荒れの増加を抑制する、ドライエッチング方法。
【請求項７】
請求項１または６において、中性で方向性を持たないデポラジカルとエッチラジカルとをバランスさせて、前記試料の表面の荒れが所定の範囲になるように制御する、ドライエッチング方法。
【請求項８】
請求項１または６において、前記試料の表面の荒れが所定の範囲にあるか否か及び前記試料の処理方法の変更を、表示部に表示するステップを含むドライエッチング方法。
【請求項９】
請求項１または６において、前記残差が所定の範囲内にある場合に、前記残渣に関する情報を用いて、次のドライエッチング装置の工程で該残渣分を補正する処理を含むドライエッチング方法。
【請求項１０】
請求項１または６において、前記試料の処理が、材料内に空孔を有した絶縁膜のエッチングであるドライエッチング方法。
【請求項１１】
真空処理室内においてプラズマを生成して試料を処理する手段と、処理される前記試料の反射干渉光をモニタするモニタ手段とを備えたドライエッチング装置であって、
処理される前記試料の表面での反射干渉光スペクトルを検出する手段と、
該反射干渉光スペクトルの、試料表面の膜の反射モデルで予測される理論値に対するカーブフィッティング残差を求める手段と、
該カーブフィッティング残差が所定の範囲にあるか判定する手段とを含む試料のドライエッチング装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記残差が所定の範囲から外れた場合に、前記試料の処理方法を変更する手段を含む、ドライエッチング装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記試料の処理方法を変更する手段は、エッチング処理条件の異なる複数の運転レシピに関する情報と、いずれかの前記運転レシピを出力する手段を含む、ドライエッチング装置。
【請求項１４】
請求項１１において、該反射干渉光スペクトルの、試料表面の膜の反射モデルで予測される理論値に対するカーブフィッティング残差を求める手段は、
反射光強度モニタの信号をプラズマ光強度モニタの信号で正規化し、複数の波長に対して実際に測定された反射率スペクトルを算出する手段と、
該実測された反射率スペクトルを、モデル予測スペクトルに対して一致する様に、フィッティング処理を行う手段、を含む、ドライエッチング装置。
【請求項１５】
請求項１１おいて、前記カーブフィッティング残差が所定の範囲にあるか否かの判定結果及び前記試料の処理方法の変更を表示する表示部を有するドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等の試料のプラズマ処理方法及びドライエッチング装置、特に、低誘電率の絶縁膜材料の加工に好適なドライエッチング方法及びドライエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積デバイスは、微細化とともに配線部では隣接する配線間の静電容量が相対的に大きくなり、配線間の絶縁材料として従来のシリコン酸化膜を用いると、微細化によって得られたトランジスタの高速化の恩恵を享受することが出来なくなる。このため配線間絶縁材料として誘電率（ｋ値）の低い材料が採用されている。
【０００３】
これら材料は主に配線材の銅と組み合わせて使用され、デュアルダマシンという方法で形成されるため、絶縁膜をエッチング加工する工程が必要となる。デュアルダマシン形成過程には、たとえば、前工程で穴形状が加工されたサンプルに、ハードマスクを用いてポーラス絶縁膜に溝形状を加工転写して所定の形状を得る工程が含まれる。このような技術は、たとえば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
従来、微細化に伴う裕度（マージン）の小さいプロセスを適用する場合、ＱＣ手法を用いて周期的にチャンバの洗浄、クリーニング処理を行って、処理の再現安定性を得る方法が採用されている。また、プロセス状態をモニタし、プロセスを制御する方法も採用されている。
【０００５】
プロセス状態をモニタしプロセスを制御する方法としては、処理ウエハからの反射干渉光をモニターし、エッチング処理を停止する特許文献２に開示された方法が知られている。
【０００６】
しかし、正常な加工に要求されるプロセス条件は微細化にともなってますます厳しくなるだけではなく、次に示すポーラス化にともなう特有な現象でさらに厳しくなってきている。微細化にともなって誘電率（ｋ値）の低い材料の導入が進展しており、さらに誘電率を下げるため、ポーラス絶縁膜と呼ばれる材料内に空孔を導入した材料も用いられている。
【０００７】
さらに、従来の技術ではエッチング終了後に同一装置内の別の真空容器や他装置を用いてマスク材の除去を行っている。たとえば、特許文献３には、ウエット処理によりエッチング残渣やレジスト表面硬化層などを除去する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１１５８７８号公報
【特許文献２】
ＵＳＰ５、６５８、４１８号公報
【特許文献３】
特開２０００−３５２８２７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
裕度の小さいプロセスは、チャンバの表面状態の影響や、処理ウエハの被エッチング面積などの影響を受けやすく、処理再現性の管理に細心の注意が必要である。
【００１０】
特に、材料内に空孔を有した絶縁膜のエッチングにおいては、微細ではあっても空孔の幾何学的な構造の影響が現れる。図１２を用いて空孔のある場合とない場合との違いを、空孔をミクロ的に見て概念的に比較する。材料内に空孔の無い場合は、図１２の（Ａ）に示すように、ある入射角度を持つイオンに対して材料１２０の被エッチ面１２２がなす角度αは、当然ながら、水平面上の異なる位置Ｓ１、Ｓ２においてすべてで同じ、たとえば９０度である。一方、材料１２０内に空孔１２４のある場合は、図１２の（Ｂ）に示すように、水平面上の異なる位置Ｓ１、Ｓ２において、前記イオンに対して被エッチ面１２２がなす角度αが異なるケースが発生する。一方、エッチング速度は異なる入射角のイオンに対して異なる値を示す。このことによって、空孔１２４のある材料に対しては、空孔の影響が強調されて表れる結果となる。
【００１１】
これを加工するパターンのスケールで見ると、図１３に示すように、ハードマスク１３０を用いて下地膜１３４上のポーラス絶縁膜１２０に溝形状をエッチングする場合、エッチング途中で溝形状の表面に荒れ１３２が生じ、それが成長する。そして、最終的には、図１４に示すような複数の残渣１４０として、エッチングされた溝の底面に残ってしまう。
【００１２】
この残渣１４０は、次工程のメタルデポジションでの埋めこみ不良の原因となり、また洗浄によっても除去することが不可能なため、エッチング工程内で完全に除去する必要がある。エッチング工程での対策として、オーバエッチング時間の増加によってある程度減らすことは可能である。しかし、オーバエッチング時間の増加により、ハードマスクの肩部が削れ易くなり、これが、配線間のショートなど歩留まり低下を引き起こす。オーバエッチング時間の増加はまた、下地膜１３４の突き抜け、加工寸法の誤差などの原因となり、エッチング処理での対策が必要となる。
【００１３】
残渣の無い処理と、高精度のパターン転写を両立させるために、中性のラジカルのデポ成分とエッチ成分をバランスさせることも行なわれている。しかし、中性のラジカルの外部制御性は必要レベルには十分でなく、ＱＣ的な手法を導入せざるを得ない。すなわち、影響する変動を統計的に把握し、安全率を見込んだ周期でテストウエハを実際に処理して確認する手法が必要である。
【００１４】
しかしながら微細化にともなう裕度の更なる減少で、管理頻度が増し、確認ウエハ枚数も増大して、コストの上昇が問題となっていた。
【００１５】
本発明の目的は、試料、特にデュアルダマシンで用いられる低誘電率膜をエッチング加工する際に安定した処理が得られ、コストの増大を招くことのない試料のドライエッチング方法及びドライエッチング装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、試料、特にポーラス絶縁膜をエッチング加工する際の安定した処理が得られ、コストの増大を招くことのない試料のドライエッチング方法及びドライエッチング装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ウエハ表面での反射干渉光を信号処理してプロセスレシピを制御し、エッチング途中でのウエハ表面の荒れの増加を抑制しながらエッチングを進めていくことを特徴とする。
【００１８】
本発明のより具体的な特徴は、真空処理室内においてプラズマを生成して試料を処理する手段と、処理される前記試料の反射干渉光をモニタするモニタ手段とを備えたドライエッチング装置におけるドライエッチング方法であって、処理される前記試料の表面での反射干渉光スペクトルを検出するステップと、該反射干渉光スペクトルの、ウエハ表面の膜の反射モデルで予測される理論値に対するカーブフィッティング残差を求めるステップと、該カーブフィッティング残差が所定の範囲にあるか否かを判定するステップ、とを含む試料のドライエッチング方法にある。
【００１９】
本発明のより具体的な他の特徴は、真空処理室内においてプラズマを生成して試料を処理する手段と、処理される前記試料の反射干渉光をモニタするモニタ手段とを備えたドライエッチング装置であって、処理される前記試料の表面での反射干渉光スペクトルを検出する手段と、該反射干渉光スペクトルの、試料表面の膜の反射モデルで予測される理論値に対するカーブフィッティング残差を求める手段と、該カーブフィッティング残差が所定の範囲にあるか判定する手段とを含む試料のドライエッチング装置にある。
【００２０】
本発明によれば、ウエハ面からの干渉反射光強度スペクトルを、ウエハ面の膜構造から予想される干渉反射光強度スペクトルと比較したときのフィッティング残差をモニタし、その値、あるいは経時的な変動によって処理方法を変更する。
【００２１】
エッチング途中での表面荒れを低く抑えるためには、その原因であるエッチング速度のイオン入射角依存性を弱めれば良い。しかしながらこれは垂直に加工したい面に対し斜めに入射するイオンのエッチング速度を増加させることであり、サイドエッチングなどの加工不良につながりやすい。
【００２２】
本発明では、予め、中性で方向性を持たないデポラジカルと、エッチラジカルとをバランスさせた複数のプロセスレシピを構築し、ウエハ表面の状態を監査しながら適用レシピを変更することで、残渣なく良好な加工形状を得ることが出来た。これにより、生産品質管理コスト少なく、安定的に低誘電率絶縁膜のエッチング加工が出来る。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を、ＵＨＦ−ＥＣＲ型真空処理装置を用いた例で以下に開示する。図１に、本発明の実施例を適用する真空処理装置の概略断面図を示す。真空処理装置１００は複数の真空処理室（プラズマ処理室）１と真空搬送室と一対のロック室とから構成される。真空処理装置１００は、電磁波をアンテナより放射し磁場との相互作用によってプラズマを生成するＥＣＲ方式の真空処理装置である。各真空処理室１の上部には、真空処理室１内へＵＨＦ電磁界を通過させるために、ＡＬ製のアンテナ６及び石英窓２が設けられている。アンテナ６には、同軸導波管および整合器を介して、例えば周波数４５０ＭＨｚのＵＨＦ電磁波を発生させる、ＵＨＦ電源９が接続されている。真空処理室１の外周部には、真空処理室１内に磁場を形成するためのソレノイドコイル７が巻装されている。
【００２４】
真空処理室１内には、半導体集積回路を有する試料であるウエハ４を載置するための下部電極３が設けられている。石英窓２と下部電極３とは、およそ３０ｍｍ〜１００ｍｍの間隔になるように調整される。石英窓２と下部電極３との間のこの空間が、処理空間となり、この処理空間にプラズマが生成される。
【００２５】
下部電極３には、プラズマ中のイオンにウエハ４への入射エネルギを与えるための高周波バイアス電源５と、ウエハ４を下部電極３に静電吸着させるためのＥＳＣ電源（図示略）とが接続されている。高周波バイアス電源５の周波数に特に制限はないが、通常では２００ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲が用いられている。真空処理室１の下部には排気口が設けられ、図示を省略した排気装置が接続されている。
【００２６】
１０は反射光強度モニタ装置であり、ウエハ４の表面でのプラズマ光の反射光強度の時間変化を、３００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲でモニタする。１１はプラズマ光モニタ装置であり、ウエハ表面の反射光を避けてプラズマ光をモニタする。これらのモニタ装置１０、１１の出力は、演算処理部１２にて所定の方法で処理される。演算処理部１２は、真空処理装置におけるウエハ処理のための一連のプロセスを制御する。１４は真空処理室１内に処理ガスを供給するガス供給装置のコントローラである。エッチングレシピにしたがってマスフローコントローラ１４から供給されたガスは、ガス分散板８を経て均一に真空処理室１に導入される。レシピ選択制御部１３は、ＵＨＦ電源９の出力パワーやマスフローコントローラ１４の流量を、所定のレシピに従って制御している。演算処理部１２を含む制御装置では、レシピ選択判断に必要な演算処理を行い、その結果をレシピ選択制御部１３に対して出力する。
【００２７】
なお、真空処理装置１００のロック室側には、搬送ロボットを有する大気搬送装置が配置され、さらにカセットを複数個配置可能なカセット台が配置される。また、大気搬送装置及び真空処理装置１には検査装置が併設してある。この検査装置による測定結果は制御装置に取り込まれ、測定結果を基に制御装置のエッチング条件調整部において真空処理室でのウエハの処理条件を調整する。
【００２８】
なお、制御装置は、たとえば、ＣＰＵやメモリ、プログラム、外部記憶装置および入出力手段などを備えたコンピュータにより構成され、真空処理装置１００を制御する。検査装置では測長ＳＥＭによって加工線幅の設計値からの太り量（ＣＤゲイン）が測定される。この測定は、必要に応じてウエハ１枚毎または所定の枚数毎に行われ、そのデータが制御装置内の記憶装置に蓄積される。また、ＣＤゲインには所定の許容値があり、初期エッチング条件、すなわち、ロット処理開始時のエッチング処理条件はＣＤゲインがこの許容値内に収まるように設定されている。ここで、何枚ものウエハを連続処理し、もしＣＤゲインが許容値を超えた場合は、このデータ信号を制御装置内のエッチング条件調整部に送り、このエッチング条件調整部よってＣＤゲインが許容値内に収まるように条件を自動調整して、制御装置によって真空処理装置の処理室でのエッチング処理条件を変更・調整する。検査装置により、処理後のウエハについて、１枚毎に残渣の状況も検査され、ウエハの良否が判定される。検査の結果、残渣が大きくて不合格になったウエハは排除され、次の処理工程には送られない。他方、この検査結果で合格になったウエハについても、検査情報が次の処理工程に反映される。例えば、検査で合格にはなったものの残渣が比較的大きいウエハに関しては、次の工程でこの残渣を配慮した補正処理がなされる。
【００２９】
制御装置の入出力手段は表示部を備えており、ウエハ１枚毎の残渣の状況や、検査の合否、現在の運転レシピ等が表示される。
【００３０】
次に、演算処理部１２とレシピ選択制御部１３の処理内容を、図２ないし図５で説明する。
【００３１】
図２は、演算処理部１２とレシピ選択制御部１３の機能ブロック図である。図２において、先ず、演算処理部１２は、レシピ選択制御部１３から真空処理室運転のための標準レシピのデータを得て真空処理室１内でのウエハ処理のための一連のプロセスを制御する。ウエハ４は真空処理室１内でプラズマを用いて標準レシピでエッチング処理される。ウエハ４の処理に伴うプラズマ光や反射光がモニタされ、プラズマ光演算処理部１２に送られる。プラズマ光演算処理部１２では、反射率スペクトル算出部２１において、反射光強度モニタ１０の信号をプラズマ光強度モニタ１１の信号で正規化し、複数の波長に対して実際に測定された反射率スペクトルを算出する。一方、モデル予測スペクトル算出部２２では、既知であるウエハの膜構造のモデルから、予測されるモデル予測スペクトルを算出する。
【００３２】
図３に、実測された反射率スペクトルの正規化反射率と、ウエハ上の膜構造モデルから予測されるモデル予測スペクトルの正規化反射率との関係の一例を示す。
【００３３】
次に、フィッティング処理部２３において、この実測された反射率スペクトルを、モデル予測スペクトルに対して尤も一致する様に、フィッティング処理を行う。
【００３４】
尤も一致する様にフィッティグした所でのスペクトル間の誤差（フィッティグ残差Ｄ）は、レシピ選択制御部１３に出力され、その絶対値あるいは時間的な変動値が比較判定部２４で設定値と比較される。この結果に基づき、レシピ選択を変更すべきか否かの判定がなされる。すなわち、上記絶対値あるいは時間的な変動値から真空処理室１の壁面等のチャンバ状態を推測し、変動が許容範囲にあるか比較判定する。
【００３５】
図４に、フィッティグ残差と適用レシピのタイムチャートの一例を示す。    まず、図４の（Ａ）に示すように、前記フィッティグ残差Ｄと、加工された試料の表面粗さとは、略逆比例の関係にある。
【００３６】
次に、図４の（Ｂ）は、フィッティグ残差Ｄが第一の許容値ＤＬ１以下の範囲では、「標準レシピ」で運転し、フィッティグ残差Ｄが第一の許容値ＤＬ１を超え第二の許容値ＤＬ２以下の範囲では「リカバリーレシピ１」で運転することを示している。そして、フィッティグ残差Ｄが第二の許容値ＤＬ２を超えた場合には、真空処理室の「クリーニング」を行ない、その後、「標準レシピ」で運転を再開する。
【００３７】
図４の（Ｃ）は、フィッティグ残差Ｄが第一の許容値ＤＬ１以下の範囲では、「標準レシピ」で運転し、フィッティグ残差Ｄが第一の許容値ＤＬ１を超え第二の許容値ＤＬ２以下の範囲では「リカバリーレシピ２」で運転することを示している。「リカバリーレシピ２」は真空処理室の「クリーニング」の機能もある運転レシピである。
【００３８】
このように、フィッティグ残差Ｄの絶対値や変動値が許容範ＤＬを超えている場合には、レシピ選択部２５に保持されている適切なレシピを選択し、真空処理室１内でのウエハ処理のためのプロセス条件を、標準レシピからリカバリレシピ１または２に変更する。
【００３９】
次に、レシピ選択部２５に保持されている複数のレシピの例を説明する。
（ａ）標準レシピ１：  Ｈ２／Ｎ２＝１００／３００
プラズマを生成する電力（ＵＨＦ）＝８００Ｗ
（ｂ）リカバリレシピ１：Ｈ２の流量を２０％増加
（ｃ）リカバリレシピ２：電力（ＵＨＦ）を２５％増加
リカバリレシピ１、２は、等方向的なエッチング速度を増加させるものであり、標準レシピ１に対してサイドエッチングの傾向がある。このように、中性で方向性を持たないデポラジカルとエッチラジカルとをわずかにバランスさせたプロセスを構築する。
【００４０】
ウエハ４の処理プロセスは、真空処理室１の表面状態の影響や、処理ウエハの被エッチング面積などの影響でもシフトし易く、処理再現性の管理に細心の注意が必要である。
【００４１】
図５に、真空処理室１の２つの状態に対して、３つの異なるレシピを適用した場合の、試料の加工形状との相関関係の一例を示す。
【００４２】
一般に、真空処理室１の清掃後の比較的きれいな状態であるチャンバ状態１に対しては、標準レシピ１の適用で残渣無く正常な形状で加工が出来る。すなわち、真空処理室１か゛「状態１」、例えばクリーニング直後のように内壁面に異物の付着等が無く正規の条件で運転可能な状態に、「標準レシピ」で処理すると、試料表面の溝形状は、正規の形状になる。
【００４３】
また、複数の試料を処理して真空処理室１の内壁に異物が付着したような「状態２」の時に、「標準レシピ」で処理すると、試料表面の溝形状は、残渣が残る。しかし、真空処理室１か゛「状態２」の時に、「リカバリーレシピ１」または「リカバリーレシピ２」で運転すると、残渣が除去され、試料表面の溝形状は正規の形状になる。
【００４４】
しかし、チャンバ状態１に対して、リカバリレシピ１、あるいはリカバリレシピ２を適用すると、共に残渣は無いが、加工形状にサイドエッチングが見られ、これも、次工程の埋めこみで不良を生じやすい。
【００４５】
一方、クリーニングからしばらく処理を重ねたチャンバ状態２では、標準レシピのままだと残渣を生じてしまうが、リカバリレシピ１ないしは２の適用で正常な加工を行うことが出来る。
なお、前記残差が所定の範囲から外れた場合であって、リカバリレシピ１、あるいはリカバリレシピ２を継続的に適用しても残渣低減の効果が認められない場合には、安全のためにウエハ４の処理を停止し、クリーニングを行なうようにするのが良い。
【００４６】
図６に、本発明の実施例における処理のフローチャートを示す。先ず、ウエハ４の処理プロセスに応じた内容の運転レシピを適宜設定する（６０２）。そして、処理ウエハを処理室に搬入した後（６０４）、標準レシピにてエッチングを開始する（６０６〜６０８）。エッチング中、演算処理部１２によってフィッティグ残差が随時モニタ出力され、残差Ｄの判定を行う（６１０〜６１４）。
【００４７】
ウエハの表面に荒れがあってフィッティング残差が大きくなっていると判断される場合には、チャンバ状態が変化したとして、リカバリレシピ１または２を選択し（６１６）、エッチング終点まで処理を行い、処理後ウエハを搬出する。次のウエハに対しても、標準レシピにてエッチングを開始し、フィッティング残差が大きくなってきたらリカバリレシピ１または２を選択し、エッチング終点まで処理を行う（６１８）。以下、各ウエハに対する同様の処理を、同じ条件のプロセスで処理すべきウエハの処理が完了するまで繰り返す（６０４〜６２４）。
【００４８】
次に、図７に、本発明が対象とするデュアルダマシン形成過程の一部を説明する。前記したように、配線間絶縁材料として誘電率（ｋ値）の低い材料の導入が進展しており、さらに誘電率を下げるため、ポーラス絶縁膜と呼ばれる材料内に空孔を導入した材料も用いられている。これらの材料は主に配線材の銅と組み合わせて使用され、デュアルダマシンという方法で形成されるため絶縁膜をエッチング加工する工程が必要となる。すなわち、図７の（Ａ）に示すように、前工程で穴形状７０２が加工されたサンプル７００に、ハードマスク７０４を用いてポーラス絶縁膜７０６に溝形状７０８を加工転写する。７０１は下地絶縁膜である。
【００４９】
空孔を有した絶縁膜のエッチングにおいては、微細ではあっても空孔の幾何学的な構造の影響が現れ、図７の（Ｂ）に示すように、エッチング途中で表面に荒れ７３０が生じる。したがって、エッチング途中での表面の荒れの増加を抑制しながらエッチングを進めていく必要がある。エッチング途中での表面荒れ７３０を低く抑えるためには、その原因であるエッチング速度のイオン入射角依存性を弱めれば良い。リカバリレシピ１、２は、ラジカルによる等方的なエッチング速度を増加させるものであり、サイドエッチングの傾向がある。このように、中性で方向性を持たないデポラジカルとエッチラジカルとをバランスさせたプロセスを構築する。
【００５０】
したがって、ウエハの表面の荒れに対応してフィッティング残差が大きくなっていると判断される場合には、リカバリレシピ１または２を選択し、エッチング終点まで処理を行う。
【００５１】
このようにして、図７の（Ｃ）に示すような、残渣がなく良好な溝の加工形状７４０を得ることが出来た。
本発明によれば、プロセスマージンが少ないポーラス絶縁膜の加工であっても、残渣不良を防止するための残渣に至る面荒れのその場検出とそれによるレシピ変更制御が可能になり、ひいては真空処理室の状態変化の制御が可能になる。その結果、半導体集積回路を低コストで製造できるという効果がある。
【００５２】
図８〜図１１で、本発明の実施態様を説明する。
【００５３】
＜実施例１＞
まず、本発明の一実施例として、図１で説明したＵＨＦ−ＥＣＲ型真空処理装置を用いて、孔を有し比誘電率が２．２である有機絶縁膜で同一マスクパターンのウエハ５０枚の連続エッチング処理を行った。処理後のウエハを検査したところ、１枚目から２７枚目のウエハは残渣不良検査で合格であったが、２８枚目以降のウエハは不合格であった。
【００５４】
モニタ装置１０、１１により連続採取、記録したデータを１２の信号演算処理部で処理し、解析した。解析の結果、図８に示すように、２５枚目のウエハのエッチング処理後半で膜厚モデルの予測値に対するフィッティング係数が変化し始め、その後のウエハでは変動が徐々に大きくなり、さらに処理を重ねるにしたがって変動幅が飽和した状態で繰り返されていた。
【００５５】
＜実施例２＞
次に、本発明の他の実施例として、フィッティグ値のずれが検出された場合には標準レシピに対して、エッチングガス流量を所定量増加させたリカバリーレシピ１を用いる制御を行って、先述と同一サンプルを同様に５０枚連続処理した。その結果、図９に示すように、１枚目から２４枚目のウエハについては、リカバリー制御は働かなかった。しかし、２５枚目からリカバリー制御が働き、ガス流量を増加したレシピでエッチング処理が行われた。２５枚目以降のウエハでは、リカバリー制御が働いた後は、フィッティグ係数Ｄが徐々に復帰し、エッチング終点時にはエッチング開始前の許容範ＤＬ未満の値に復帰していた。
【００５６】
この連続処理のウエハ５０枚について残渣不良検査を行った所、全て規定値ＤＬ以下の残渣量で合格した。
【００５７】
＜実施例３＞
次に、本発明の他の実施例として、上述のものとはマスクパターンの異なるサンプル５０枚について、本発明の制御方法及びリカバリーレシピ１を用いてエッチング処理を行った。この場合、図１０に示すように、リカバリーレシピの適用は３５枚目のウエハから始まり、最後の５０枚目まで適用が続いた。処理後のウエハ５０枚について残渣、寸法検査を行った所全てのウエハが基準を満たし、合格した。
【００５８】
次に、リカバリーレシピとして、プラズマ生成電力であるＵＨＦ電力を標準レシピから増加させるリカバリーレシピ２を適用した。これと本発明の制御を用い、１番目のサンプル５０枚について連続処理を行った。この時は、図１０に示すように、１２枚目、２４枚目、３６枚目、４８枚目と周期的に制御が働いていた。同様にこのサンプル５０枚を残渣、寸法検査したところ全て合格した。前の実施例と異なり制御が間欠的に発生したのは、ＵＨＦ電力を増加させたリカバリーレシピ２によって、ウエハ面だけではなくチャンバ状態まで、クリーニング後の初期状態に復帰したことによるものと思われる。
【００５９】
これらの実施例から明らかなように、本発明によれば、多くのコストを要するＱＣ作業の必要が無く、微細な半導体集積回路を歩留まり高く生産することが可能になった。
【００６０】
なお、本発明の実施例ではウエハでの反射光として、プラズマ光の反射光を利用しているが、別の光源を複数用いてその反射光を利用しても良く、本発明の応用の範囲内である。また、真空処理装置としては、ＵＨＦ−ＥＣＲ型に限らず、他の方式の真空処理装置であっても適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、生産品質管理コスト少なく、安定的に試料、特に低誘電率絶縁膜のプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いる真空処理装置の断面構造図である。
【図２】図１の実施例における、フィッティング残差を抽出するブロックダイアグラムと、レシピ選択制御ダイアグラムを示す図である。
【図３】図１の実施例における、反射率スペクトルの実測スペクトル予測スペクトルの関係を示す図である。
【図４】図１の実施例における、フィッティグ残差と表面粗さの関係、及びフィッティグ残差と適用レシピタイムチャートの関係の一例を示す図である。
【図５】図１の実施例における、チャンバ状態と適用レシピの処理結果を示す図である。
【図６】図１の実施例における、プロセス制御のフローチャートである。
【図７】図１の実施例における試料の処理工程を説明する図である。
【図８】残渣不良が発生した場合のフィッティング残差変化図である。
【図９】本発明の１番目の実施例の効果を、フィッティング残差変化で説明する図である。
【図１０】本発明の２番目の実施例の効果を、フィッティング残差変化で説明する図である。
【図１１】本発明の３番目の実施例の効果を、フィッティング残差変化で説明する図である。
【図１２】空孔の有無に対するエッチングの違いを説明する図である。
【図１３】エッチング途中での面荒れを説明する図である。
【図１４】エッチング後の残渣の発生を説明する図である。
【符号の説明】
１…真空処理室、２…石英窓、３…下部電極、４…ウエハ、５…高周波バイアス電源、６…アンテナ、７…ソレノイドコイル、８…ガス分散板、９…ＵＨＦ電源、１０…反射光強度モニタ装置、１１…プラズマ光モニタ装置、１２…演算処理部、１３…レシピ選択制御部、１４…マスフローコントローラ、２１…反射率スペクトル算出部、２２…モデル予測スペクトル算出部、２３…フィッティング処理部、２４…比較判定部、２５…レシピ選択部、１００…真空処理装置。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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