JP2000208479A - プラズマ処理評価方法及びその装置並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、手間が掛からず容易にプラズマ処理
の均一性を評価する。 【解決手段】真空チャンバ１に供給する高周波電力の電
圧、電流をプローブ１２によりモニタし、このモニタさ
れた高周波電力の電圧、電流によりインピーダンス測定
手段１５によってプラズマ８のインピーダンスを測定
し、そして、評価手段１６によってインピーダンスの変
化が開始する時刻とこのインピーダンスの変化が終了す
る時刻とに基づいて半導体ウエハ３のエッチングレート
の均一性ａの評価を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
のエッチング処理などのプラズマ処理工程においてプラ
ズマ処理の均一性を評価するプラズマ処理評価方法及び
その装置並びにこのプラズマ処理の均一性評価を用いて
の半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、エッチング装置としては、例え
ばマグネトロンを用いたマグネトロンリアクティブオン
エッチング（ＲＩＥ）装置がある。このマグネトロンＲ
ＩＥ装置は、真空チャンバの近傍でマグネトロンを回転
させると共に真空チャンバ内に高周波電力を供給し、真
空チャンバ内にプラズマを発生させて半導体ウエハ等の
被処理体に対するエッチングを行うものとなっている。

【０００３】このようなマグネトロンＲＩＥ装置では、
被処理体の全面に対してエッチングが均一に行われたか
を評価するためにエッチングレートの均一性評価が行わ
れている。このエッチングレート均一性の評価方法は、
半導体ウエハ等の被処理体をエツチングした後、走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）等により半導体ウエハ面上の各点
で形状を評価し、その均一性を算出することによって行
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなエッチングレート均一性の評価方法では、エッチ
ングレート均一性測定用のために半導体ウエハを準備
し、かつこの半導体ウエハをエッチングし、さらにこの
半導体ウエハのエッチング形状を測定するなど、コスト
がかかる上にその手間がかかる。

【０００５】そこで本発明は、手間が掛からず容易にプ
ラズマ処理の均一性を評価できるプラズマ処理評価方法
及びその装置を提供することを目的とする。

【０００６】又、本発明は、手間が掛からず容易にプラ
ズマ処理の均一性を評価して半導体を製造できる半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、チャ
ンバ内にプラズマを発生させて被処理体に対するプラズ
マ処理を行う際に、プラズマ発生用のアンテナ或いは電
極に供給する高周波電力の電圧及び電流の少なくとも一
方からプラズマのインピーダンスを測定し、このインピ
ーダンスの時間的変化に基づいてプラズマ処理の均一性
を評価するプラズマ処理評価方法である。

【０００８】請求項２によれば、請求項１記載のプラズ
マ処理評価方法において、インピーダンスの変化が開始
した時刻とこのインピーダンスの変化が終了した時刻と
に基づいてプラズマ処理の均一性を求める。

【０００９】請求項３によれば、チャンバ内にプラズマ
を発生させて被処理体に対するプラズマ処理を行うプラ
ズマ処理装置において、プラズマ発生用のアンテナ或い
は電極に供給する高周波電力の電圧及び電流の少なくと
も一方を検出する検出手段と、この検出手段により検出
された電圧及び電流の少なくとも一方からプラズマのイ
ンピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、こ
のインピーダンス測定手段により測定されたプラズマの
インピーダンスの時間的変化に基づいてプラズマ処理の
均一性を評価する評価手段と、を備えたプラズマ処理評
価装置である。

【００１０】請求項４によれば、請求項３記載のプラズ
マ処理評価装置において、評価手段は、インピーダンス
の変化が開始した時刻とこのインピーダンスの変化が終
了した時刻とに基づいてプラズマ処理の均一性を求める
機能を有する。

【００１１】請求項５によれば、基板に対して成膜を行
う工程と、この成膜により形成された膜上にレジスト塗
布を行い、このレジストに対して露光、現像を行う工程
と、チャンバ内にプラズマを発生させて基板上に形成さ
れた膜をエッチングするもので、プラズマ発生用のアン
テナ或いは電極に供給する高周波電力の電圧及び電流の
少なくとも一方からプラズマのインピーダンスを測定
し、このインピーダンスの時間的変化に基づいてプラズ
マ処理の均一性を評価する工程と、このエツチングの後
に、レジストをアッシングにより除去する工程と、を有
する半導体装置の製造方法である。

【００１２】請求項６によれば、請求項５記載の半導体
装置の製造方法において、インピーダンスの変化が開始
した時刻とこのインピーダンスの変化が終了した時刻と
に基づいてプラズマ処理の均一性を求める。

【００１３】

【発明の実施の形態】(1)以下、本発明の第１の実施の
形態について図面を参照して説明する。

【００１４】図１はマグネトロンＲＩＥ装置（容量型の
結合）に適用したプラズマ処理評価装置（エッチング均
一性評価装置）の構成図である。

【００１５】真空チャンバ１は、円筒状に形成され、そ
の下方には下部電極２が配置されている。この下部電極
２上には、被処理体としての半導体ウエハ３が載置され
ている。

【００１６】又、真空チャンバ１の上部には、凸状の対
向電極４が形成され、その内部に反応ガスが供給される
ガス溜り５が形成されている。この対向電極４には、複
数のガス噴出孔６が形成され、これらガス噴出孔６から
反応ガスが真空チャンバ１内に供給されるものとなって
いる。

【００１７】真空チャンバ１の外周側には、リング状の
マグネトロン７が例えば真空チャンバ１の外周方向の矢
印（イ）方向に回転自在に配置されている。このマグネ
トロン７は、真空チャンバ１内でプラズマ８を低圧力で
発生させるためのもので、回転機構９の駆動により所定
の回転周波数で回転するものとなっている。

【００１８】この真空チャンバ１内の下部電極２には、
マッチングボックス１０を介して高周波電源１１が接続
されている。このマッチングボックス１０は、高周波電
源１１側と真空チャンバ１側とのインピーダンスを整合
させる機能を有している。

【００１９】このマッチングボックス１０には、プロー
ブ１２及び整合回路（ＭＣ）１３が備えられている。こ
のうちプローブ１２は、真空チャンバ１に供給する高周
波電力の電圧、電流をモニタし、そのモニタ信号（検出
信号）を出力する検出手段としての機能を有している。

【００２０】なお、図２はかかる容量型結合であるマグ
ネトロンＲＩＥ装置の等価回路を示しており、高周波電
源１１と、下部電極２と真空チャンバ１の内壁との間に
形成されるコンデンサ成分Ｃとから構成されている。

【００２１】コンピュータ１４は、プローブ１２のモニ
タ出力をディジタル化して取り込み、このモニタ出力に
基づいてプラズマ処理の均一性を評価するもので、イン
ピーダンス測定手段１５及び評価手段１６の各機能を有
している。

【００２２】このうちインピーダンス測定手段１５は、
プローブ１２により検出されたモニタ出力すなわち下部
電極２に供給される高周波電力の電圧及び電流からプラ
ズマ８のインピーダンスを測定する機能を有している。

【００２３】評価手段１６は、インピーダンス測定手段
１５により測定されたプラズマ８のインピーダンスの時
間的変化、すなわちインピーダンスの変化が開始した時
刻とこのインピーダンスの変化が終了した時刻とに基づ
いてプラズマ処理の均一性、ここでは半導体ウエハ３の
エッチングレートの均一性の評価を行う機能を有してい
る。

【００２４】かかるエッチングレートの均一性ａは、次
式で表される。

【００２５】 ａ＝（Ｅmax−Ｅmin）／（Ｅmax＋Ｅmin） …(1) ここで、Ｅmaxはエッチングレートの最大（最大速度の
加工速度）であり、Ｅminはエッチングレートの最小
（最小速度の加工速度）である。

【００２６】上記式(1)は次の通り書き替えられる。

【００２７】 ａ＝｛（ｄ／ｔ１）−（ｄ／ｔ２）｝／｛（ｄ／ｔ１）＋（ｄ／ｔ２）｝ ＝（ｔ２−ｔ１）／（ｔ２＋ｔ１） …(2) ここで、ｄは膜厚、ｔ１はインピーダンス変化が変化し
始める時刻、ｔ２はインピーダンスの変化が終了する時
刻である。

【００２８】次に上記の如く構成された装置を用いての
半導体ウエハの製造方法について図３に示す半導体装置
の製造工程に従って説明する。

【００２９】先ず、工程１において、半導体ウエハ３に
対してＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やスパッ
タリング等により例えば導電層の成膜が行われる。

【００３０】次に、工程２に移って、成膜の行われた半
導体ウエハ３に対し、その膜部分をカバーするためにレ
ジストが塗布される。

【００３１】次に、工程３から工程４において、半導体
ウエハ３に塗布されたレジストに対して露光、現像を行
って、エッチング処理を行う部分のレジストを除去す
る。

【００３２】次に、工程４に移って、半導体ウエハ３上
の導電層膜をエッチングする。

【００３３】すなわち、図１に示すように真空チャンバ
１内の下部電極２上に半導体ウエハ３が載置される。こ
の真空チャンバ１内には、反応ガスが供給され、これと
共に下部電極２には高周波電源１１から高周波電力が供
給される。さらにマグネトロン７は、回転機構９の駆動
により真空チャンバ１の外周側を所定の回転周波数で回
転する。

【００３４】これにより、真空チャンバ１内には、低圧
力でプラズマ８が発生する。そして、真空チャンバ１内
の下部電極２上に載置された半導体ウエハ３は、プラズ
マ８中のイオン及びラジカルにより化学反応し、エッチ
ングされる。

【００３５】このようにエッチング処理が行われ、プラ
ズマ８中へエッチング時に発生した反応生成物、若しく
は反応に要するイオンやラジカル等の量がエッチング中
とエッチング終了後で変化し、プラズマ８のインピーダ
ンスが変化する。

【００３６】プローブ１２は、真空チャンバ１に供給す
る高周波電力の電圧、電流をモニタし、そのモニタ信号
を出力する。このモニタ信号は、コンピュータ１４に送
られる。

【００３７】このコンピュータ１４は、プローブ１２の
モニタ出力をディジタル化して取り込み、そのインピー
ダンス測定手段１５は、プローブ１２により検出された
モニタ出力すなわち真空チャンバ１に供給される高周波
電力の電圧及び電流をローパスフィルタ等によりノイズ
除去してプラズマ８のインピーダンスを測定する。

【００３８】図４はかかるインピーダンス波形を示す図
である。同図に示すようにエッチングレートに不均一性
があると、半導体ウエハ３面内でエッチングの速い部分
と遅い部分とが生じるために、エッチングレートが速い
部分でエツチング終点に達すると、プラズマ８中のラジ
カル、イオン等の量が変化し始め、これに伴ってプラズ
マ８のインピーダンスも変化し始める。さらにこの変化
は、エツチングレートが遅い部分でエツチング終点に達
するまで続く。その後、ラジカル、イオン等の量が一定
となるので、インピーダンスの時間的な変化もなくな
る。

【００３９】従って、評価手段１６は、インピーダンス
測定手段１５により測定されたプラズマ８のインピーダ
ンスの時間的変化、すなわち図４に示すようにインピー
ダンスの変化が開始した時刻ｔ１とこのインピーダンス
の変化が終了した時刻ｔ２とに基づいて上記式(1)又は
(2)を用いてプラズマ処理の均一性、ここでは半導体ウ
エハ３のエッチングレートの均一性ａの評価を行う。

【００４０】この後、エツチングが終了すると、次の工
程６に移って半導体ウエハ３上に残っているレジストに
対してアッシングが行われ、このレジストが除去され
る。

【００４１】このように上記第１の実施の形態において
は、真空チャンバ１に供給する高周波電力の電圧、電流
をモニタしてプラズマ８のインピーダンスを測定し、こ
のインピーダンスの変化が開始した時刻ｔ１とこのイン
ピーダンスの変化が終了した時刻ｔ２とに基づいて半導
体ウエハ３のエッチングレートの均一性ａの評価を行う
ようにしたので、エッチングレート均一性測定用のため
に半導体ウエハをわざわざ準備し、かつこの半導体ウエ
ハをエッチングし、さらにこの半導体ウエハのエッチン
グ形状を測定するなどすることなく、手間が掛からず容
易にエッチングレートの均一性を評価でき、そのうえコ
ストもかからない。そして、このようなエッチングレー
トの均一性を評価しながら半導体ウエハ３の製造がで
き、均一性の評価の悪かった半導体ウエハ３を摘出でき
る。(2)次に本発明の第２の実施の形態について説明す
る。

【００４２】図５は誘導磁場の結合型のエッチング装置
に適用したプラズマ処理評価装置（エッチング均一性評
価装置）の構成図である。

【００４３】真空チャンバ２０は、例えば円筒状に形成
され、その下方には下部電極２１が配置されている。こ
の下部電極２１上には、被処理体としての半導体ウエハ
３が載置されている。又、この真空チャンバ２０の上部
には、誘電体窓２２が形成されている。なお、真空チャ
ンバ２０の下部には、排気ポンプ２３が設けられてい
る。

【００４４】上記誘電体窓２２上には、高周波の誘導磁
場を発生するためのアンテナ２４が設けられている。こ
のアンテナ２４には、ＲＦ用マッチャ２５を介して高周
波電源２６が接続されている。このＲＦ用マッチャ２５
は、各コンデンサ２７、２８などから構成され、高周波
電源２６側と真空チャンバ２０側とのインピーダンスを
整合させる機能を有している。又、このＲＦ用マッチャ
２５には、プローブ２９が接続されている。

【００４５】なお、図６はかかる誘導磁場の結合型であ
るマグネトロンＲＩＥ装置の等価回路を示しており、高
周波電源２６と、アンテナ２４のコイル成分Ｌとから構
成されている。

【００４６】このプローブ２９は、真空チャンバ２０に
供給する高周波電力の電圧、電流をモニタし、そのモニ
タ信号をコンピュータ３０へ出力する機能を有してい
る。

【００４７】このコンピュータ３０は、プローブ２９の
モニタ出力をディジタル化して取り込み、このモニタ出
力に基づいてプラズマ処理の均一性を評価するもので、
上記第１の実施の形態と同様に、インピーダンス測定手
段１５及び評価手段１６の各機能を有している。

【００４８】次に上記の如く構成された装置を用いての
半導体装置の製造方法について上記図３に示す半導体製
造工程に従って説明する。

【００４９】先ず、工程１において、半導体ウエハ３に
対してＣＶＤやスパッタリング等により例えば導電層の
成膜が行われる。

【００５０】次に、工程２に移って、成膜の行われた半
導体ウエハ３に対し、その膜部分をカバーするためにレ
ジストが塗布される。

【００５１】次に、工程３から工程４において、半導体
ウエハ３に塗布されたレジストに対して露光、現像を行
って、エッチング処理する部分のレジストを除去する。

【００５２】次に、工程４に移って、半導体ウエハ３上
の導電層膜をエッチングする。

【００５３】すなわち、図５に示すように真空チャンバ
２０内の下部電極２１上に半導体ウエハ３が載置され
る。この真空チャンバ２０内には、反応ガスが供給さ
れ、これと共にアンテナ２４には高周波電源２６から高
周波電力が供給される。この高周波電力の供給によりア
ンテナ２４は、高周波の誘導磁場を真空チャンバ２０内
に与える。

【００５４】これにより、真空チャンバ２０内には、プ
ラズマ８が発生する。そして、真空チャンバ２０内の下
部電極２１上に載置された半導体ウエハ３は、プラズマ
８中のイオン及びラジカルにより化学反応し、エッチン
グされる。

【００５５】このようにエッチング処理が行われ、プラ
ズマ８中へエッチング時に発生した反応生成物、若しく
は反応に要するイオンやラジカル等の量がエッチング中
とエッチング終了後で変化し、プラズマ８のインピーダ
ンスが変化する。

【００５６】プローブ２９は、真空チャンバ２０に供給
する高周波電力の電圧、電流をモニタし、そのモニタ信
号を出力する。このモニタ信号は、コンピュータ３０に
送られる。

【００５７】このコンピュータ３０は、プローブ２９の
モニタ出力をディジタル化して取り込み、そのインピー
ダンス測定手段１５は、プローブ２９により検出された
モニタ出力すなわち真空チャンバ２０に供給される高周
波電力の電圧及び電流をローパスフィルタ等によりノイ
ズ除去してプラズマ８のインピーダンスを測定する。こ
のインピーダンスの測定結果は、例えば上記図４に示す
インピーダンス波形と同様となる。

【００５８】しかるに、評価手段１６は、インピーダン
ス測定手段１５により測定されたプラズマ８のインピー
ダンスの時間的変化、すなわち図４に示すようにインピ
ーダンスの変化が開始した時刻ｔ１とこのインピーダン
スの変化が終了した時刻ｔ２とに基づいて上記式(1)又
は(2)を用いてプラズマ処理の均一性、ここでは半導体
ウエハ３のエッチングレートの均一性ａの評価を行う。

【００５９】この後、エツチングが終了すると、次の工
程６に移って半導体ウエハ３上に残ったレジストに対し
てアッシングが行われ、このレジストが除去される。

【００６０】このように上記第２の実施の形態によれ
ば、上記第１の実施の形態と同様に、エッチングレート
均一性測定用のために半導体ウエハをわざわざ準備し、
かつこの半導体ウエハをエッチングし、さらにこの半導
体ウエハのエッチング形状を測定するなどすることな
く、手間が掛からず容易にエッチングレートの均一性を
評価でき、そのうえコストもかからない。そして、この
ようなエッチングレートの均一性を評価しながら半導体
ウエハ３の製造ができ、均一性の評価の悪かった半導体
ウエハ３を摘出できる。

【００６１】なお、本発明は、上記第１及び第２の実施
の形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよ
い。

【００６２】例えば、エッチングレートの均一性評価
は、インピーダンス変化から求めるに限らず、真空チャ
ンバ２０に供給する高周波電力の電圧又は電流の変化か
らも求めることが可能である。

【００６３】又、上記第１及び第２の実施の形態では、
どちらもプラズマを発生させるためのアンテナ或いは電
極に印加される高周波電力の電圧或いは電流を検出して
いるが、例えば第２の実施の形態における下部電極に、
プラズマを半導体ウエハ側に吸引するために印加するバ
イアス用高周波電力の電圧或いは電流を検出しても同様
の判断をすることは可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、手
間が掛からず容易にプラズマ処理の均一性を評価できる
プラズマ処理評価方法及びその装置を提供できる。

【００６５】又、本発明によれば、手間が掛からず容易
にプラズマ処理の均一性を評価して半導体装置を製造で
きる半導体装置の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるプラズマ処理評価装置をマグネ
トロンＲＩＥ装置に適用した第１の実施の形態を示す構
成図。

【図２】同マグネトロンＲＩＥ装置の等価回路図。

【図３】半導体製造工程の手順を示す図。

【図４】プラズマのインピーダンスの測定結果を示す
図。

【図５】本発明に係わるプラズマ処理評価装置を誘導磁
場の結合型のエッチング装置に適用した第２の実施の形
態を示す構成図。

【図６】同エッチング装置の等価回路図。

【符号の説明】

１…真空チャンバ、 ２…下部電極、 ３…半導体ウエハ、 ７…マグネトロン、 １０…マッチングボックス、 １１…高周波電源、 １２…プローブ、 １４…コンピュータ、 １５…インピーダンス測定手段、 １６…評価手段、 ２０：真空チャンバ、 ２１：下部電極、 ２２：誘電体窓、 ２４：アンテナ、 ２５：ＲＦ用マッチャ、 ２６：高周波電源、 ２９：プローブ、 ３０：コンピュータ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内にプラズマを発生させて被処
   理体に対するプラズマ処理を行う際に、プラズマ発生用
   のアンテナ或いは電極に供給する高周波電力の電圧及び
   電流の少なくとも一方から前記プラズマのインピーダン
   スを測定し、このインピーダンスの時間的変化に基づい
   てプラズマ処理の均一性を評価することを特徴とするプ
   ラズマ処理評価方法。
2. 【請求項２】 前記インピーダンスの変化が開始した時
   刻とこのインピーダンスの変化が終了した時刻とに基づ
   いてプラズマ処理の均一性を求めることを特徴とする請
   求項１記載のプラズマ処理評価方法。
3. 【請求項３】 チャンバ内にプラズマを発生させて被処
   理体に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理装置にお
   いて、 プラズマ発生用のアンテナ或いは電極に供給する高周波
   電力の電圧及び電流の少なくとも一方を検出する検出手
   段と、 この検出手段により検出された電圧及び電流の少なくと
   も一方から前記プラズマのインピーダンスを測定するイ
   ンピーダンス測定手段と、 このインピーダンス測定手段により測定された前記プラ
   ズマのインピーダンスの時間的変化に基づいてプラズマ
   処理の均一性を評価する評価手段と、を具備したことを
   特徴とするプラズマ処理評価装置。
4. 【請求項４】 前記評価手段は、前記インピーダンスの
   変化が開始した時刻とこのインピーダンスの変化が終了
   した時刻とに基づいてプラズマ処理の均一性を求める機
   能を有することを特徴とする請求項３記載のプラズマ処
   理評価装置。
5. 【請求項５】 基板に対して成膜を行う工程と、 この成膜により形成された膜上にレジスト塗布を行い、
   このレジストに対して露光、現像を行う工程と、 チャンバ内にプラズマを発生させて前記基板上に形成さ
   れた膜をエッチングするもので、プラズマ発生用のアン
   テナ或いは電極に供給する高周波電力の電圧及び電流の
   少なくとも一方から前記プラズマのインピーダンスを測
   定し、このインピーダンスの時間的変化に基づいてプラ
   ズマ処理の均一性を評価する工程と、 このエツチングの後に、前記レジストをアッシングによ
   り除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記インピーダンスの変化が開始した時
   刻とこのインピーダンスの変化が終了した時刻とに基づ
   いてプラズマ処理の均一性を求めることを特徴とする請
   求項５記載の半導体装置の製造方法。