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JP2006083433A - Plasma etching system and plasma etching method - Google Patents

Plasma etching system and plasma etching method Download PDF

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JP2006083433A
JP2006083433A JP2004270070A JP2004270070A JP2006083433A JP 2006083433 A JP2006083433 A JP 2006083433A JP 2004270070 A JP2004270070 A JP 2004270070A JP 2004270070 A JP2004270070 A JP 2004270070A JP 2006083433 A JP2006083433 A JP 2006083433A
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plasma
etching
plasma etching
linear function
time
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Application number
JP2004270070A
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Inventor
Hitoshi Iida
仁 飯田
Satoshi Yamauchi
敏 山内
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a plasma etching system capable of suitably controlling plasma etching time for a metal thin film. <P>SOLUTION: The plasma etching system is provided with: a sensor 22 provided between a discharge electrode and a high frequency power source and measuring the higher harmonic component of the reactance in plasma; and a means 24 of calculating the end point time of etching corresponding to the average value of the high frequency component utilizing a prescribed linear function. The prescribed linear function is selected from a plurality of linear functions in accordance with the opening ratio of the pattern in a thin film to be plasma-etched. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置を製造するためのドライエッチングの技術分野に関し、特にプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法に関する。   The present invention relates to a technical field of dry etching for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a plasma etching apparatus and a plasma etching method.

半導体装置の微細化には、レイアウトパターンの原版となるフォトマスクの微細化及び高精度化が必要になる。フォトマスクは、通常的には、石英のような透明基板上に成膜されたクロム等より成る遮光膜(金属薄膜)を有し、半導体装置に転写するマスクパターンを形成する。フォトマスクに形成されるパターンは、例えば電子線描画により、金属薄膜上にレジストを設け、一部のレジストを除去し、露出した金属薄膜をプラズマエッチングで除去することによって形成される。このエッチングは、主に金属薄膜の膜厚方向(プラズマ放電電極に垂直な方向)に進むエッチングの時間に加えて、それ以後、面方向に沿って進行するエッチングの時間との合計時間にわたって続けられる。説明の便宜上、前者の時間はエッチング終点時間と呼ばれ、前者と後者を含めた時間は、オーバーエッチング終了時間と呼ばれる。オーバーエッチング終了時間は、エッチング終点時間に基づいて定められるので、プラズマエッチングを行なう時間を適切に制御するには、エッチング終点時間を正確に制御又は把握する必要がある。   For miniaturization of a semiconductor device, it is necessary to miniaturize and increase the accuracy of a photomask, which is an original layout pattern. A photomask usually has a light shielding film (metal thin film) made of chromium or the like formed on a transparent substrate such as quartz, and forms a mask pattern to be transferred to a semiconductor device. The pattern formed on the photomask is formed, for example, by providing a resist on the metal thin film by electron beam drawing, removing a part of the resist, and removing the exposed metal thin film by plasma etching. This etching is continued for a total time of the etching time progressing along the surface direction thereafter, in addition to the etching time proceeding mainly in the film thickness direction of the metal thin film (direction perpendicular to the plasma discharge electrode). . For convenience of explanation, the former time is called an etching end time, and the time including the former and the latter is called an overetching end time. Since the overetching end time is determined based on the etching end point time, it is necessary to accurately control or grasp the etching end point time in order to appropriately control the plasma etching time.

従来のエッチング終点時間検出する第1の方法は、発光分析法(OES:Optical Emiission Spectroscopy)である。これは、被処理膜又はエッチングガスに起因する、プラズマ発光スペクトルに含まれる光を分析し、その発光強度変化に基づいてエッチング終点時間を検出しようとする。この方法によれば、エッチング中に、プラズマの状態に影響を及ぼさずに、しかも、特定のモニタパターンを利用せずに終点時間を検出することができる。モニタパターンとは、エッチング終点検出用に基板に特別に設けられた測定用のレイアウトパターンである。   A first method for detecting a conventional etching end point time is an optical emission spectrometry (OES). This analyzes light contained in the plasma emission spectrum caused by the film to be processed or the etching gas, and attempts to detect the etching end point time based on the change in emission intensity. According to this method, the end point time can be detected during the etching without affecting the plasma state and without using a specific monitor pattern. The monitor pattern is a layout pattern for measurement specially provided on the substrate for detecting the etching end point.

エッチング終点時間を検出する第2の方法は、特定の波長のレーザ光に対する薄膜の反射率の相違を利用するものである。基板にレーザ光を照射し、反射光強度を測定する。エッチングが進行し、膜の界面に到達すると反射率が変化し、その変化を検出することでエッチング終点時間を求める。この方法によれば、処理圧力や、エッチングガスの種類等のプロセス条件によらない測定結果(終点時間)が得られる。   The second method for detecting the etching end point time utilizes the difference in reflectivity of the thin film with respect to laser light having a specific wavelength. The substrate is irradiated with laser light, and the reflected light intensity is measured. When the etching progresses and reaches the interface of the film, the reflectance changes, and the etching end point time is obtained by detecting the change. According to this method, a measurement result (end point time) that does not depend on process conditions such as processing pressure and the type of etching gas can be obtained.

エッチング終点時間を検出する第3の方法は、RFセンサを用いてプラズマの電流、電圧及び位相差等を測定し、プラズマの状態変化を検出することで、エッチング終点時間を検出しようとするものである。この方法によれば、第1の方法と同様に、特別なモニタパターンを設けずにエッチング終点時間を検出することができる(この方法については、例えば、特許文献1参照。)。
特開平10−125660号公報
The third method for detecting the etching end time is to detect the etching end time by measuring the plasma current, voltage, phase difference, etc. using an RF sensor and detecting the change in the plasma state. is there. According to this method, as in the first method, the etching end point time can be detected without providing a special monitor pattern (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-10-125660

しかしながら、第1の方法におけるプラズマの発光スペクトルは、パターン開口率やプロセス条件(処理圧力、エッチングガスの種類、流量、流量比その他の条件)等に複雑に依存するので、発光スペクトルの解析及びプラズマの制御は容易ではなく、量産に好都合ではない。ここで、「パターン開口率」とは、被処理面全体のうちエッチングされる部分の占める割合又は面積比で定められる量である。例えば、金属薄膜をエッチングする場合に、金属薄膜の全表面積の内80%がレジストで被覆され、20%が露出していたとすると、パターン開口率は20%である。一般に、パターン開口率が大きいと(開口が広いと)エッチレートが遅くなり、それが小さいと(開口が小さいと)エッチレートが速くなる傾向がある。従って、パターン開口率の広狭に依存してエッチレートに遅速が生じ、エッチング精度にばらつきが生じるおそれがある。また、パターン開口率が様々に変化すると、発光スペクトルも様々に変化するので、高精度な終点時間検出はますます困難になることが懸念される。   However, since the plasma emission spectrum in the first method depends complicatedly on the pattern aperture ratio and process conditions (processing pressure, etching gas type, flow rate, flow rate ratio, and other conditions), the emission spectrum analysis and plasma Control is not easy and is not convenient for mass production. Here, the “pattern aperture ratio” is an amount determined by the ratio or area ratio of the etched portion of the entire surface to be processed. For example, when etching a metal thin film, if 80% of the total surface area of the metal thin film is covered with a resist and 20% is exposed, the pattern aperture ratio is 20%. In general, when the pattern aperture ratio is large (when the aperture is wide), the etch rate tends to be slow, and when it is small (when the aperture is small), the etch rate tends to be fast. Therefore, the etching rate is delayed depending on the pattern aperture ratio, and there is a possibility that the etching accuracy may vary. Further, when the pattern aperture ratio changes variously, since the emission spectrum also changes variously, there is a concern that highly accurate end point time detection becomes increasingly difficult.

また、第2の方法でエッチング終点時間を検出するには、充分に大きな反射光強度の変化を得る必要があり、例えば数100μm以上の大きな開口を要する。従って、この方法は、ビアやコンタクトホールのような小さなパターン開口率しか有しない部分のエッチングの終点検出に好都合ではない。一方、レーザ光はスポット状に比較的小さな領域に照射されるので、場所によってパターン開口率が異なる場合には、エッチング終点時間の検出精度が場所によって異なってしまうことも懸念される。   Further, in order to detect the etching end point time by the second method, it is necessary to obtain a sufficiently large change in reflected light intensity, for example, a large opening of several hundred μm or more is required. Therefore, this method is not convenient for detecting the end point of etching of a portion having only a small pattern aperture ratio such as a via or a contact hole. On the other hand, since the laser beam is irradiated to a relatively small area in a spot shape, there is a concern that the detection accuracy of the etching end point time varies depending on the location when the pattern aperture ratio varies depending on the location.

更に、第3の方法でも、エッチング終点時間近辺におけるスペクトル強度変化は、パターン開口率が小さい場合には小さくなるので、エッチング終点時間の検出精度が低下してしまうことが懸念される。   Further, even in the third method, the change in the spectral intensity in the vicinity of the etching end point time becomes small when the pattern aperture ratio is small, so there is a concern that the detection accuracy of the etching end point time may be lowered.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、金属薄膜のプラズマエッチング時間を適切に制御することの可能なプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a plasma etching apparatus and a plasma etching method capable of appropriately controlling the plasma etching time of a metal thin film.

本発明によるプラズマエッチング装置は、
放電電極及び高周波電源の間に設けられ、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定するセンサと、
所定の線形関数を利用して、前記高周波成分の平均値に対応するエッチングの終点時間を算出する手段と
を備える。
The plasma etching apparatus according to the present invention comprises:
A sensor that is provided between the discharge electrode and the high-frequency power source and measures a harmonic component of the reactance of the plasma;
Means for calculating an etching end point time corresponding to the average value of the high-frequency components using a predetermined linear function.

本発明によれば、金属薄膜等のプラズマエッチング時間を適切に制御することができる。   According to the present invention, the plasma etching time for a metal thin film or the like can be appropriately controlled.

本発明の一態様によれば、プラズマエッチングされる薄膜のパターン開口率に応じて、複数の線形関数の中から1つの線形関数が選択される。プラズマエッチング中に、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定し、測定値の時間平均値が算出される。前記1つの線形関数を利用して、前記時間平均値に対応するエッチングの終点時間が決定される。   According to one aspect of the present invention, one linear function is selected from a plurality of linear functions in accordance with the pattern aperture ratio of a thin film to be plasma etched. During plasma etching, the harmonic component of the reactance of the plasma is measured, and the time average value of the measured values is calculated. The etching end point time corresponding to the time average value is determined using the one linear function.

パターン開口率に応じて適切な線形関数が選択され、その線形関数によりエッチング終点時間が決定されるので、パターン開口率が低かったとしても適切なエッチング終点時間を求めることができる。エッチング終点時間が正確に判定されるので、オーバエッチングを含めたエッチング全体の時間も正確に判定され、ひいてはエッチングの高精度化を図ることができる。リアクタンスの高調波成分は、プラズマの状態変化に敏感に反応するので、それはエッチングの終点時間検出に好都合である。また、パターン開口率に応じて適切なエッチング終点時間が定まるので、パターン開口の広狭によるエッチレートの遅速に起因するエッチング精度のばらつきも少なくなり、このような性質は量産化に好都合である。   An appropriate linear function is selected according to the pattern aperture ratio, and the etching end point time is determined based on the linear function. Therefore, even if the pattern aperture ratio is low, an appropriate etching end time can be obtained. Since the etching end point time is accurately determined, the entire etching time including over-etching is also accurately determined, and consequently, the etching can be highly accurate. Since the harmonic component of the reactance is sensitive to changes in the plasma state, it is convenient for detecting the end point time of etching. In addition, since an appropriate etching end point time is determined according to the pattern opening ratio, variations in etching accuracy due to the slow etching rate due to the wide and narrow pattern openings are reduced, and this property is advantageous for mass production.

本発明の一態様によれば、前記複数の線形関数の中に、正の勾配を有するものと負の勾配を有するものとが含まれる。これにより、パターン開口率の大小に応じて線形関数を設定することができる。一例としては、パターン開口率の大きい場合に、負の勾配の関数が使用され、パターン開口率の小さい場合に、正の勾配の関数が使用される。   According to an aspect of the present invention, the linear functions include those having a positive gradient and those having a negative gradient. Thereby, a linear function can be set according to the size of the pattern aperture ratio. As an example, a negative gradient function is used when the pattern aperture ratio is large, and a positive gradient function is used when the pattern aperture ratio is small.

以下、フォトマスクに成膜される金属薄膜をプラズマエッチングする実施例が説明されるが、本発明はそのような用途に限定されず、薄膜をプラズマエッチングする任意の用途に適用可能である。   Hereinafter, although the Example which plasma-etches the metal thin film formed into a photomask is described, this invention is not limited to such a use, It is applicable to the arbitrary uses which plasma-etch a thin film.

図1は、本発明の一実施例によるプラズマエッチング装置の概略構成図を示す。本装置は、ICP型のエッチング装置であるが、本発明は他のプラズマエッチング装置にも適用可能である。本装置は、処理室又はチャンバ10と、1対の放電電極12,14と、第1の電源部16と、第2の電源部18と、コイル20と、センサ22と、データ処理部24とを有する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. Although this apparatus is an ICP type etching apparatus, the present invention is applicable to other plasma etching apparatuses. The apparatus includes a processing chamber or chamber 10, a pair of discharge electrodes 12, 14, a first power supply unit 16, a second power supply unit 18, a coil 20, a sensor 22, and a data processing unit 24. Have

処理室10内には、1対の放電電極12,14が設けられ、その放電電極間でプラズマが発生する。第1の放電電極又は下部電極12には、第1の電源部16が接続される。第1の電極部16は第1の高周波電源部を形成し、例えば13.56MHzの交流電源より成る。第2の放電電極又は上部電極14には、第2の電源部18が接続される。第2の電源部18は第2の高周波電源部を形成し、例えば2MHzの交流電源より成る。第2の放電電極14にはコイル20が設けられており、それは極板間のプラズマを誘導するために使用される。本実施例による装置は、下部電極12と高周波電源部16との間にセンサ22を有し、そのセンサ22の出力は、データ処理部24に与えられる。本実施例では、第1及び第2の電源部16,18が独立に設けられているが、本発明は、他の電源回路構成を有するプラズマ装置にも使用可能である。   A pair of discharge electrodes 12 and 14 are provided in the processing chamber 10, and plasma is generated between the discharge electrodes. A first power supply unit 16 is connected to the first discharge electrode or lower electrode 12. The first electrode unit 16 forms a first high-frequency power source unit, and is composed of, for example, an AC power source of 13.56 MHz. A second power supply unit 18 is connected to the second discharge electrode or upper electrode 14. The second power supply unit 18 forms a second high-frequency power supply unit, and is composed of, for example, a 2 MHz AC power supply. The second discharge electrode 14 is provided with a coil 20, which is used to induce plasma between the electrode plates. The apparatus according to this embodiment includes a sensor 22 between the lower electrode 12 and the high frequency power supply unit 16, and an output of the sensor 22 is given to the data processing unit 24. In the present embodiment, the first and second power supply units 16 and 18 are provided independently, but the present invention can also be used for plasma devices having other power supply circuit configurations.

一方、処理室10内には、エッチングの対象物が設けられ、本実施例における対象物は、基板30上に適切にパターニングされた金属薄膜(例えば、クロム、アルミニウム、タングステン等より成る)32を有する。   On the other hand, an object to be etched is provided in the processing chamber 10, and the object in this embodiment includes a metal thin film (for example, made of chromium, aluminum, tungsten, etc.) 32 that is appropriately patterned on the substrate 30. Have.

センサ22は、処理室10内のプラズマの電圧V、電流I及びそれらの間の位相差θを測定し、データ処理部24に与える。このようなセンサは、例えば測定値を2次電流や2次電圧として出力するコイルで構成してもよい。データ処理部24は、センサ22からの測定値に基づいて、プラズマのリアクタンスX[Ω]を次式に従って算出する。   The sensor 22 measures the voltage V and current I of the plasma in the processing chamber 10 and the phase difference θ between them, and supplies it to the data processing unit 24. Such a sensor may be constituted by, for example, a coil that outputs a measured value as a secondary current or a secondary voltage. The data processing unit 24 calculates the plasma reactance X [Ω] according to the following equation based on the measurement value from the sensor 22.

X=(V/I)×sinθ
ここで、Vはプラズマの電圧の実効値であり、Iはプラズマの電流の実効値であり、θは電圧及び電流の間の位相差を表す。更に、データ処理部24で算出されるリアクタンスXは、高周波電源16の基本周波数fに対するものではなく、高調波成分に対するリアクタンスであることに留意を要する。本実施例では5次高調波成分fが使用されているが、一般には、2次以上の高調波を利用することができる。
X = (V / I) × sin θ
Here, V is an effective value of the plasma voltage, I is an effective value of the plasma current, and θ represents a phase difference between the voltage and the current. Furthermore, it should be noted that the reactance X calculated by the data processing unit 24 is not for the fundamental frequency f 1 of the high-frequency power supply 16 but is a reactance for a harmonic component. Although the fifth harmonic component f 5 in the present embodiment is used, in general, it can utilize second and higher harmonics.

図2は、図1に示されるような装置で金属薄膜をプラズマエッチングを行なった場合の実験結果を示す。図中のグラフAは、エッチング時間及びリアクタンスXの5次高調波成分(のスペクトル強度)の関係を示すグラフである。図中のグラフBは、グラフAの微分曲線に相当するグラフである。実験では、約73nmの膜厚に成膜されたクロムの薄膜32上に400nmの膜厚でレジストが設けられた基板が使用された。そして、第1の電源部16には65WのRF電力が、第2の電源部18には750WのRF電力が供給された。処理室10内の圧力は、8mTorrに維持された。プラズマエッチングガスとしては、塩素、酸素及びヘリウムが、48:15:22の割合で使用された。   FIG. 2 shows an experimental result when the metal thin film is subjected to plasma etching with the apparatus shown in FIG. Graph A in the figure is a graph showing the relationship between the etching time and the fifth harmonic component (the spectral intensity) of reactance X. A graph B in the figure is a graph corresponding to the differential curve of the graph A. In the experiment, a substrate was used in which a resist having a thickness of 400 nm was provided on a chromium thin film 32 having a thickness of about 73 nm. The first power supply unit 16 was supplied with 65 W RF power, and the second power supply unit 18 was supplied with 750 W RF power. The pressure in the processing chamber 10 was maintained at 8 mTorr. As the plasma etching gas, chlorine, oxygen and helium were used in a ratio of 48:15:22.

グラフAに示されているように、エッチングが進行するにつれて、リアクタンスのスペクトル強度は低下し、エッチング終点時間に達した時点で変曲点が形成される。グラフAの変曲点は微分曲線のグラフBのピークαを与える。従って、これらのグラフから、エッチング終点時間は、約145秒であることが分かる。   As shown in graph A, as the etching progresses, the spectral intensity of the reactance decreases, and an inflection point is formed when the etching end point time is reached. The inflection point of graph A gives the peak α of graph B of the differential curve. Therefore, it can be seen from these graphs that the etching end time is about 145 seconds.

図3は、図2で説明されたようにして算出されたエッチング終点時間yと、リアクタンスXの5次高調波成分の平均値xとの関係を示す。グラフPは、パターン開口率27%のレイアウトパターンをエッチングする場合の様子を示す。グラフQは、パターン開口率1%のレイアウトパターンをエッチングする場合の様子を示す。図示されているように、大きなパターン開口率を有する基板をエッチングする際の5次リアクタンスの平均値x及びエッチング終点時間yの間の関係は、負の傾きを有する線形関数で近似できることが分かる。より具体的には、グラフPは、次式で表される:
y=−25.0×x+257.0 ・・・(P)
また、小さなパターン開口率を有する基板をエッチングする際の5次リアクタンスの平均値x及びエッチング終点時間yの間の関係は、正の傾きを有する線形関数で近似できることが分かる。より具体的には、グラフQは、次式で表される:
y=+15.9×x+321.3 ・・・(Q)
本発明の発明者等による研究結果によれば、線形関数の傾きの符号は、約6%のパターン開口率を境に反転することが見出された。線形関数の勾配や切片の値、更には勾配の符号反転に関するパターン開口率の臨界値等の具体的な数値は、エッチングの対象物の材料やプロセス条件等によって、ある程度変動することが予想される。しかし、リアクタンスの高次高調波成分xとエッチング終点時間yとが線形関数で近似できること、あるパターン開口率を境に勾配の符号が変わること等は、何れの場合にも当てはまるであろう。従って、図3に示されるような実験を事前に行なって、リアクタンス平均値xとエッチング終点時間yとの近似的な線形関数を、様々なパターン開口率に合わせて複数個用意し、エッチング時に適宜選択するようにすれば、どのようなパターン開口率でもエッチング終点時間を適切に推定することができる。本実施例では、線形関数は(P)式及び(Q)式の2者択一であるが、更に多くのパターン開口率について平均値及び終点時間の関係を調べることで、より多くの線形関数を用意してもよい。
FIG. 3 shows the relationship between the etching end point time y calculated as described in FIG. 2 and the average value x of the fifth harmonic component of the reactance X. Graph P shows a state where a layout pattern having a pattern aperture ratio of 27% is etched. Graph Q shows a state where a layout pattern having a pattern aperture ratio of 1% is etched. As shown in the figure, it can be seen that the relationship between the average value x of the fifth-order reactance and the etching end time y when etching a substrate having a large pattern aperture ratio can be approximated by a linear function having a negative slope. More specifically, the graph P is represented by the following formula:
y = -25.0 × x + 257.0 (P)
It can also be seen that the relationship between the average value x of the fifth-order reactance and the etching end time y when etching a substrate having a small pattern aperture ratio can be approximated by a linear function having a positive slope. More specifically, the graph Q is represented by the following formula:
y = + 15.9 × x + 321.3 (Q)
According to research results by the inventors of the present invention, it has been found that the sign of the slope of the linear function is reversed at a pattern aperture ratio of about 6%. Specific numerical values such as the linear function gradient and intercept values, and the critical value of the pattern aperture ratio regarding the sign inversion of the gradient are expected to vary to some extent depending on the material of the etching target and the process conditions. . However, the fact that the high-order harmonic component x of the reactance and the etching end time y can be approximated by a linear function, the sign of the gradient changes at a certain pattern aperture ratio, and the like will be applicable in any case. Therefore, an experiment as shown in FIG. 3 is performed in advance, and a plurality of approximate linear functions of the reactance average value x and the etching end point time y are prepared in accordance with various pattern aperture ratios. If selected, the etching end point time can be appropriately estimated for any pattern aperture ratio. In this embodiment, the linear function is one of the two formulas (P) and (Q), but more linear functions can be obtained by examining the relationship between the average value and the end point time for more pattern aperture ratios. May be prepared.

また、本発明の発明者等による研究結果によれば、図4に示されるように、5次リアクタンスの平均値は、ウエハの処理枚数が増えるにつれて経時的に変化することが見出された。従って、このような経時的な平均値の変化を考慮して、(P)式や(Q)式に示されるような線形関数を校正してもよいし、使用される線形関数をウエハの処理枚数に合わせて変更してもよい。   Further, according to the research results by the inventors of the present invention, it has been found that the average value of the fifth-order reactance changes with time as the number of processed wafers increases, as shown in FIG. Therefore, in consideration of such a change in the average value over time, the linear function as shown in the formulas (P) and (Q) may be calibrated, and the linear function used is processed into the wafer processing. You may change according to the number of sheets.

図5は、本発明の一実施例によるプラズマエッチング方法を示すフローチャートである。フローはステップ502から始まり、ステップ504に進む。   FIG. 5 is a flowchart illustrating a plasma etching method according to an embodiment of the present invention. The flow begins at step 502 and proceeds to step 504.

ステップ504では、プラズマエッチングが行なわれる基板のパターン開口率、リアクタンスXの平均値を求めるための平均化時間T、オーバーエッチング量等のパラメータが設定される。本実施例では、T=40秒であるが、他の値が採用されてもよい。   In step 504, parameters such as the pattern opening ratio of the substrate on which plasma etching is performed, the averaging time T for obtaining the average value of the reactance X, and the amount of overetching are set. In this embodiment, T = 40 seconds, but other values may be adopted.

ステップ506では、パターン開口率が所定値より大きいか又は小さいかが判別される。本実施例では、パターン開口率が6%の値と比較され、6%より大きい場合はフローはステップ508に進み、小さい場合はステップ509に進む。   In step 506, it is determined whether the pattern aperture ratio is larger or smaller than a predetermined value. In this embodiment, the pattern aperture ratio is compared with a value of 6%, and if it is larger than 6%, the flow proceeds to step 508, and if smaller, the process proceeds to step 509.

ステップ508では、例えば上記の(P)式で表現されるような負の傾きを有する線形関数が選択される。   In step 508, for example, a linear function having a negative slope as expressed by the above equation (P) is selected.

ステップ509では、例えば上記の(Q)式で表現されるような正の傾きを有する線形関数が選択される。   In step 509, for example, a linear function having a positive slope expressed by the above equation (Q) is selected.

ステップ510では、プラズマエッチングが開始される。   In step 510, plasma etching is started.

ステップ512では、エッチングが、所定の平均化時間T(本実施例では、40秒)以上行なわれたか否かが判定され、未だ平均化時間の範疇にあればフローはステップ514に進み、そうでなければステップ516に進む。   In step 512, it is determined whether the etching has been performed for a predetermined averaging time T (40 seconds in this embodiment) or more. If the etching is still within the averaging time, the flow proceeds to step 514, and so on. If not, go to step 516.

ステップ514では、図1に示されるようなセンサ22により得られたプラズマの電圧V、電流I及びそれらの間の位相差θの測定値に基づいて、リアクタンスX(=V/I×sinθ)が算出される。このリアクタンスXは瞬時値に相当し、T=40秒の期間にわたってサンプリングされる。   In step 514, the reactance X (= V / I × sin θ) is calculated based on the measured values of the plasma voltage V and current I obtained by the sensor 22 as shown in FIG. Calculated. This reactance X corresponds to an instantaneous value and is sampled over a period of T = 40 seconds.

ステップ516では、T=40秒の期間にわたって取得された瞬時値Xの平均値Xaveが算出される。リアクタンスの瞬時値X及び平均値Xaveの算出は、本実施例ではデータ処理部24で行なわれるが、それらの計算の全部又は一部がセンサ22で行なわれてもよい。 In step 516, an average value X ave of instantaneous values X acquired over a period of T = 40 seconds is calculated. The instantaneous value X and the average value X ave of the reactance are calculated by the data processing unit 24 in this embodiment, but all or part of the calculation may be performed by the sensor 22.

ステップ518では、平均値Xaveを、ステップ508又は509で選択された線形関数のxに代入することで、エッチング終点時間y(x=Xave)=Tend が算出される。 In step 518, the average value X ave is substituted for x of the linear function selected in step 508 or 509, whereby the etching end point time y (x = X ave ) = T end is calculated.

ステップ520では、オーバーエッチング終了時間Ttotal が算出される。上記のオーバーエッチング量が、例えば、膜厚方向のエッチングに要する時間(Tend)のA%として定義されるならば、オーバーエッチング終了時間は、
total=(1+A/100)×Tend
として算出することができる。或いは、上記のオーバーエッチング量が、固定値B(秒)として定義されるならば、オーバーエッチング終了時間は、
total=Tend+B
として算出することができる。これら以外にも様々な関係式を用いて、エッチング終了時間(Tend)からオーバーエッチング終了時間を求めることができる。
In step 520, the overetching end time Ttotal is calculated. If the amount of overetching is defined as, for example, A% of the time required for etching in the film thickness direction ( Tend ), the overetching end time is
T total = (1 + A / 100) × T end
Can be calculated as Alternatively, if the overetch amount is defined as a fixed value B (seconds), the overetch end time is
Ttotal = Tend + B
Can be calculated as In addition to these, the overetching end time can be obtained from the etching end time ( Tend ) using various relational expressions.

ステップ522では、エッチングが、オーバーエッチング終了時間以上行なわれたか否かが判定される。それが未だ行なわれていなければ、フローはステップ524に進み、エッチングが継続される。エッチングが、オーバーエッチング終了時間以上行なわれた場合には、フローはステップ526に進み、終了する。   In step 522, it is determined whether etching has been performed for an overetching end time or longer. If it has not yet been done, flow proceeds to step 524 where the etching continues. If the etching has been performed for the overetching end time or longer, the flow proceeds to step 526 and ends.

以下、本発明により教示される手段を例示的に列挙する。   Hereinafter, the means taught by the present invention will be listed as an example.

(付記1)
放電電極及び高周波電源の間に設けられ、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定するセンサと、
所定の線形関数を利用して、前記高周波成分に対応するエッチングの終点時間を算出する手段と
を備えることを特徴とするプラズマエッチング装置。
(Appendix 1)
A sensor that is provided between the discharge electrode and the high-frequency power source and measures a harmonic component of the reactance of the plasma;
Means for calculating an etching end point time corresponding to the high-frequency component using a predetermined linear function.

(付記2)
前記所定の線形関数は、エッチングされる金属薄膜のパターン開口率に合わせて用意された複数の線形関数の中から選択されたものである
ことを特徴とする付記1記載のプラズマエッチング装置。
(Appendix 2)
The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the predetermined linear function is selected from a plurality of linear functions prepared in accordance with a pattern aperture ratio of a metal thin film to be etched.

(付記3)
前記複数の線形関数の中に、一のパターン開口率を基準に前記線形関数の勾配が実質0となる関数が含まれる
ことを特徴とする付記2記載のプラズマエッチング装置。
(Appendix 3)
The plasma etching apparatus according to appendix 2, wherein the plurality of linear functions include a function in which a gradient of the linear function is substantially 0 with reference to one pattern aperture ratio.

(付記4)
前記高調波成分が、5次の高調波成分である
ことを特徴とする付記1記載のプラズマエッチング装置。
(Appendix 4)
The plasma etching apparatus according to appendix 1, wherein the harmonic component is a fifth-order harmonic component.

(付記5)
前記センサが、前記プラズマに関する電圧と、電流と、電圧及び電流間の位相差とを測定する
ことを特徴とする付記1記載のプラズマエッチング装置。
(Appendix 5)
The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the sensor measures a voltage related to the plasma, a current, and a phase difference between the voltage and the current.

(付記6)
前記位相差の平均値を算出する手段を含む
ことを特徴とする付記5記載のプラズマエッチング装置。
(Appendix 6)
The plasma etching apparatus according to claim 5, further comprising means for calculating an average value of the phase difference.

(付記7)
前記センサが、コイルより成る
ことを特徴とする付記1記載のプラズマエッチング装置。
(Appendix 7)
The plasma etching apparatus according to appendix 1, wherein the sensor is a coil.

(付記8)
プラズマエッチングガスに塩素が含まれる
ことを特徴とする付記1記載のプラズマエッチング装置。
(Appendix 8)
The plasma etching apparatus according to appendix 1, wherein the plasma etching gas contains chlorine.

(付記9)
プラズマエッチングされる薄膜のパターン開口率に応じて、複数の線形関数の中から1つの線形関数を選択し
プラズマエッチング中に、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定し、測定値の時間平均値を算出し、
前記1つの線形関数を利用して、前記時間平均値に対応するエッチングの終点時間を決定する
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
(Appendix 9)
Depending on the pattern aperture ratio of the thin film to be plasma-etched, one linear function is selected from a plurality of linear functions. During plasma etching, the harmonic component of the reactance of the plasma is measured, and the time average value of the measured values is calculated. Calculate
An etching end point time corresponding to the time average value is determined using the one linear function. A plasma etching method, wherein:

本発明の一実施例によるプラズマエッチング装置の概略構成図を示す。1 shows a schematic configuration diagram of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. エッチング終了時間と5次リアクタンスのスペクトル強度との実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result of the etching end time and the spectrum intensity of a 5th-order reactance. 5次リアクタンスのスペクトル強度の平均値とエッチング終了時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the average value of the spectrum intensity of a 5th-order reactance, and etching completion time. 5次リアクタンスの平均値の経時的変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the average value of a 5th-order reactance. 本発明の一実施例によるプラズマエッチング方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a plasma etching method according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 処理室
12 下部電極
14 上部電極
16 第1の高周波電源
18 第2の高周波電源
20 コイル
22 センサ
24 データ処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Processing chamber 12 Lower electrode 14 Upper electrode 16 1st high frequency power supply 18 2nd high frequency power supply 20 Coil 22 Sensor 24 Data processing part

Claims (5)

放電電極及び高周波電源の間に設けられ、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定するセンサと、
所定の線形関数を利用して、前記高周波成分に対応するエッチングの終点時間を算出する手段と
を備えることを特徴とするプラズマエッチング装置。
A sensor that is provided between the discharge electrode and the high-frequency power source and measures a harmonic component of the reactance of the plasma;
Means for calculating an etching end point time corresponding to the high-frequency component using a predetermined linear function.
前記所定の線形関数は、エッチングされる金属薄膜のパターン開口率に合わせて用意された複数の線形関数の中から選択されたものである
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング装置。
The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the predetermined linear function is selected from a plurality of linear functions prepared in accordance with a pattern aperture ratio of a metal thin film to be etched.
前記複数の線形関数の中に、一のパターン開口率を基準に前記線形関数の勾配が実質0となる関数が含まれる
ことを特徴とする請求項2記載のプラズマエッチング装置。
The plasma etching apparatus according to claim 2, wherein the plurality of linear functions include a function in which a gradient of the linear function is substantially 0 with respect to one pattern aperture ratio.
前記センサが、前記プラズマに関する電圧と、電流と、電圧及び電流間の位相差とを測定する
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング装置。
The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the sensor measures a voltage related to the plasma, a current, and a phase difference between the voltage and the current.
プラズマエッチングされる薄膜のパターン開口率に応じて、複数の線形関数の中から1つの線形関数を選択し
プラズマエッチング中に、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定し、測定値の時間平均値を算出し、
前記1つの線形関数を利用して、前記時間平均値に対応するエッチングの終点時間を決定する
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
Depending on the pattern aperture ratio of the thin film to be plasma-etched, one linear function is selected from a plurality of linear functions. During plasma etching, the harmonic component of the reactance of the plasma is measured, and the time average value of the measured values is calculated. Calculate
An etching end point time corresponding to the time average value is determined using the one linear function. A plasma etching method, wherein:
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