JP2000173984A - Etching apparatus and etching method - Google Patents
Etching apparatus and etching methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高度なエッチングプロセス性能を高歩留まりで
安定して実現する。
【解決手段】エッチング処理室102及び試料表面の評
価室103が具備され、ロボット搬送により前記エッチ
ング処理室102と評価室103間を試料の受け渡しす
る機能を有するエッチング装置を用いて、エッチング処
理後の試料のプロファイル計測結果に基づいて、後続の
試料に適用するプロセス条件の補正、フィードバック制
御を行う。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To achieve high etching process performance stably with high yield. An etching apparatus includes an etching chamber and an evaluation chamber for sample surface, and uses an etching apparatus having a function of transferring a sample between the etching chamber and the evaluation chamber by robot transfer. Based on the sample profile measurement results, correction of the process conditions applied to the subsequent sample and feedback control are performed.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はエッチング装置及び
エッチング方法に係り、特に高度なプロセス性能が要求
される工程において、プロセス性能を高歩留まりで実現
するのに好適なエッチング装置及びエッチング方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching apparatus and an etching method, and more particularly to an etching apparatus and an etching method suitable for achieving a high process performance in a process requiring a high process performance. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】エッチング工程において所望のプロセス
性能を得るためには、通常、事前に複数のプロセス条件
をパラメータにした確認実験を行い、最適と思えるプロ
セス条件を決定し、エッチング装置にレシピとして登録
する。生産ラインでは、各工程毎にレシピを使い分けて
エッチング処理を行う。このときのエッチング性能は、
事前に条件出しを行ったときと全く同一であることが理
想的であるが、エッチング処理室の内壁状態、雰囲気の
経時的な変化等によりエッチング速度も増減する。近年
のLSIの高集積化に伴い、加工寸法の微細化、及び高
アスペクト比化に対応できるプロセス性能が要求されて
いる。該プロセス性能を安定して達成させる手段とし
て、例えば、特開平8−138887号公報に記載され
ているように、エッチング中にチャンバ内に設置したア
パーチャーを通過する電流値等をプラズマ計測技術を用
いてモニタリングして、放電電力,ガス流量等にフィー
ドバック制御する技術が提案されている。2. Description of the Related Art In order to obtain a desired process performance in an etching process, usually, a confirmation experiment in which a plurality of process conditions are used as parameters is performed in advance to determine an optimum process condition, and the process condition is registered as a recipe in an etching apparatus. I do. In the production line, the etching process is performed by selectively using the recipe for each process. The etching performance at this time is
Ideally, the conditions should be exactly the same as when the conditions were determined in advance, but the etching rate also increases or decreases due to the state of the inner wall of the etching processing chamber, changes over time in the atmosphere, and the like. 2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration of LSIs, there is a demand for a process performance capable of coping with a fine processing dimension and a high aspect ratio. As means for stably achieving the process performance, for example, as described in JP-A-8-138887, a plasma measurement technique is used to measure a current value or the like passing through an aperture provided in a chamber during etching. There has been proposed a technique of monitoring and controlling the discharge power and the gas flow rate in a feedback manner.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
プラズマ計測の結果に基づいてプロセス条件にフィード
バックをかけている。この場合、試料面内の平均的なエ
ッチング速度のようにマクロなプロセス特性に対しては
ある程度の相関が見い出すことが可能であるが、微細な
コンタクト孔のエッチングなどのミクロな領域における
プロセス性能に対して、フィードバック制御することは
困難である。前記公報に記載の従来技術では、コンタク
ト孔を模擬したアパーチャーを採用しているが、実際の
試料のエッチングでは反応生成物の試料への再入射や孔
側面でのスパッタリングが起こっており、これらがミク
ロなプロセス特性に影響を与える。従って、前記公報に
記載の従来技術におけるプラズマ計測からの情報は、実
際のミクロな領域でのエッチング状態の把握には役立た
ない場合が多い。In the above-mentioned conventional example,
The process conditions are fed back based on the results of the plasma measurement. In this case, a certain degree of correlation can be found for macro process characteristics such as the average etching rate in the sample plane, but the process performance in micro regions such as etching of fine contact holes can be found. On the other hand, it is difficult to perform feedback control. In the prior art described in the above publication, an aperture simulating a contact hole is employed.However, in actual etching of a sample, re-incidence of a reaction product to the sample and sputtering on a side surface of the hole occur. Affects micro process characteristics. Therefore, the information from the plasma measurement in the prior art described in the above publication is often not useful for grasping the etching state in an actual micro area.
【0004】本発明の目的は、高度なエッチングプロセ
ス性能を高歩留まりで安定して実現することが可能なエ
ッチング装置及びエッチング方法を提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide an etching apparatus and an etching method capable of stably realizing high etching process performance at a high yield.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的は、複数のウエ
ハに対して連続して同一のエッチング工程の処理を施す
際に、1枚毎或いは複数枚毎にエッチング後の実際のプ
ロファイルを評価し、その結果が所望なものとなるよう
に、後続の試料に適用するプロセス条件に対してフィー
ドバック制御を行い、この過程を繰り返し、コンピュー
タに記憶、学習させることにより、達成される。これに
より、高度なプロセス性能を高歩留まりで実現すること
が可能になる。また、プラズマエッチングを行うための
処理室、及び該処理室とバッファ室を介して設置された
試料表面の評価室が具備されており、自動ロボット搬送
により前記処理室と評価室の間を試料の受け渡しするこ
とにより、達成される。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to evaluate an actual profile after etching for each wafer or for each wafer when a plurality of wafers are continuously subjected to the same etching process. This is achieved by performing feedback control on the process conditions applied to the subsequent sample so that the result becomes a desired result, repeating this process, and causing the computer to store and learn. This makes it possible to achieve high process performance at a high yield. Further, a processing chamber for performing plasma etching, and an evaluation chamber for a sample surface provided via the processing chamber and the buffer chamber are provided, and a sample is transferred between the processing chamber and the evaluation chamber by automatic robot conveyance. Achieved by delivery.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】本発明では、連続して同一のエッ
チング工程の処理を施す際に、エッチング処理室でプラ
ズマエッチングした試料を引き続き、自動ロボット搬送
によりバッファ室を経由して試料表面の評価室に搬送
し、実際のプロファイルを評価する。該プロファイルの
評価結果が所望のプロファイルの許容範囲を外れた場
合、後続の試料に適用するプロセス条件に対して、補正
及びフィードバック制御を行う。このように所望とする
プロセス性能を1枚毎或いは複数枚毎に直接モニタリン
グしてフィードバック制御するので、信頼性の高いエッ
チング処理ができる。また、インラインで膨大なプロセ
ス評価データを蓄積し、コンピュータによりフィードバ
ックの効果を学習させることで、一層のプロセス高度
化、経時変化への対応が可能になる。万一、予期できな
いプロセス性能の変動が生じた場合にも、インラインで
の評価により不具合を早期に発見することが可能であ
り、高い歩留まりで所望のプロセス性能を達成できる。
以下、本発明の実施例を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, when the same etching process is continuously performed, the sample which has been plasma-etched in the etching processing chamber is continuously evaluated by means of an automatic robot transfer via the buffer chamber. Transfer to the room and evaluate the actual profile. When the evaluation result of the profile is out of the allowable range of the desired profile, correction and feedback control are performed on the process conditions applied to the subsequent sample. As described above, since the desired process performance is directly monitored for each wafer or every plurality of wafers and feedback control is performed, highly reliable etching processing can be performed. Also, by accumulating a huge amount of process evaluation data in-line and learning the effect of feedback by a computer, it is possible to further improve the process and respond to changes over time. In the unlikely event that the process performance fluctuates unexpectedly, it is possible to find a defect at an early stage by in-line evaluation, and to achieve a desired process performance with a high yield.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
【0007】〔実施例1〕本発明の一実施例を図1に示
すエッチング装置構成図を用いて説明する。ロード室1
00より試料を投入、真空排気した後、試料をロボット
搬送によりバッファ室101を経由してエッチング処理
室102に載置し、所定のプロセス条件を用いてエッチ
ング処理を施す。次に、バッファ室101を経由して試
料の表面プロファイルの評価室103に試料をロボット
搬送し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面プロフ
ァイルの計測を行う。表面プロファイルの計測は、図2
に示すようにセンサ部200が試料201の全域を含む
センサ部の可動領域202内の所望の測定箇所において
AFMのよる表面プロファイル計測を行う。測定箇所を
速やかに同定するために、光学式モニタによるパターン
認識を併用することが有効である。図3にエッチング処
理後の試料断面とプロファイル計測結果の例を示す。試
料は図3(a)に示すように、基板300上において第
1の絶縁膜301が、予めパターン形成された第2の絶
縁膜マスク302を用いてエッチングされている。第1
の絶縁膜301のエッチングが完全に終了した場合の計
測プロファイルは、図3(b)に示すように、第1の絶
縁膜301の膜厚と第2の絶縁膜マスク302の膜厚の
合計に相当する凹プロファイルが得られる。しかしなが
ら、装置の状態、特にエッチング処理室102内の雰囲
気の変動に因り、第1の絶縁膜301のエッチング速度
が低下したり、途中でエッチングが進行しなくなる現象
が起きることがある。この時の計測プロファイルは、図
3(c)に示すように、図3(b)に比べて凹プロファ
イルが浅くなるので、容易にチェックできる。このよう
な状態に至った場合、アラームを発すると共に、後続の
試料に対するプロセス条件に補正をかけて、図3(b)
に示す理想的なプロファイルが得られるようにフィード
バック制御を行う。補正の手段として、例えば、C4F8
/Ar/O2系によりSiO2膜をエッチングする場合に
は、O2の流量、放電パワー、試料へのバイアスパワー
等を増やすことにより、エッチング速度の低下を防ぐこ
とができる。各々の効果については、上述したモニタリ
ングとフィードバック制御のデータに基づき制御用コン
ピュータ104を用いた統計的手法により最適化した手
法を選択できる。また、モニタリングした計測したプロ
ファイルが、理想的なプロファイルと比較して所定のレ
ベル以上にかけ離れた場合は、装置の異常と判断して、
アラームを発すると共に、後続の試料の処理を中断す
る。これにより、予期せぬ装置トラブルにより、貴重な
試料を多量に無駄にすることはない。プロファイル計測
の完了した試料はバッファ室101を経由して、アンロ
ード室105に移される。上述した表面プロファイル計
測は全試料に対して行えば確実であるが、プロセス性能
の経時変化は緩やかに起きるので、複数枚毎に(例えば
3〜5枚間隔で)行えば十分である。その場合、1枚の
試料に対するプロファイル計測時間が、試料を2〜4枚
のエッチング処理処理する時間より短時間であれば、基
本的にはスループットに影響を与えない。従って、全試
料に対してプロファイル計測を行う場合より、試料の面
内で中央部、周辺部を含めて測定点を増やことによりエ
ッチング性能の面内分布に関する詳細な計測を行うこと
が可能になる。[Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described with reference to the configuration diagram of an etching apparatus shown in FIG. Loading room 1
After the sample is charged and evacuated, the sample is placed in the etching chamber 102 via the buffer chamber 101 by robot transfer, and is subjected to an etching process under predetermined process conditions. Next, the sample is robot-transported to the sample surface profile evaluation chamber 103 via the buffer chamber 101, and the surface profile is measured using an atomic force microscope (AFM). Figure 2 shows the measurement of the surface profile.
As shown in (1), the sensor unit 200 performs surface profile measurement by AFM at a desired measurement point in the movable area 202 of the sensor unit including the entire area of the sample 201. It is effective to use pattern recognition by an optical monitor in order to quickly identify a measurement location. FIG. 3 shows an example of a sample cross section and profile measurement results after the etching process. In the sample, as shown in FIG. 3A, a first insulating film 301 is etched on a substrate 300 by using a second insulating film mask 302 which is patterned in advance. First
The measurement profile when the etching of the insulating film 301 is completely completed is, as shown in FIG. 3B, the sum of the film thickness of the first insulating film 301 and the film thickness of the second insulating film mask 302. A corresponding concave profile is obtained. However, depending on the state of the apparatus, particularly, a change in the atmosphere in the etching processing chamber 102, a phenomenon may occur in which the etching rate of the first insulating film 301 is reduced or the etching does not progress on the way. As shown in FIG. 3C, the measurement profile at this time can be easily checked because the concave profile is shallower than that in FIG. 3B. When such a state is reached, an alarm is issued and the process conditions for the subsequent sample are corrected, and FIG.
The feedback control is performed so as to obtain the ideal profile shown in FIG. As a means for correction, for example, C 4 F 8
In the case where the SiO 2 film is etched by the / Ar / O 2 system, a decrease in the etching rate can be prevented by increasing the flow rate of O 2 , discharge power, bias power to the sample, and the like. For each effect, a method optimized by a statistical method using the control computer 104 can be selected based on the monitoring and feedback control data described above. Also, if the monitored measured profile deviates more than a predetermined level compared to the ideal profile, it is determined that the device is abnormal,
Raises an alarm and interrupts processing of subsequent samples. As a result, a large amount of valuable sample is not wasted due to unexpected equipment trouble. The sample for which the profile measurement has been completed is transferred to the unloading chamber 105 via the buffer chamber 101. Although the surface profile measurement described above is surely performed for all the samples, the time-dependent change in the process performance occurs slowly. Therefore, it is sufficient to perform the measurement for each of a plurality of samples (for example, at an interval of 3 to 5). In this case, if the profile measurement time for one sample is shorter than the time for performing the etching process on two to four samples, the throughput is basically not affected. Therefore, it is possible to perform more detailed measurement on the in-plane distribution of etching performance by increasing the number of measurement points including the central part and the peripheral part in the plane of the specimen than when performing profile measurement on all specimens. Become.
【0008】本実施例によれば、エッチングプロファイ
ルを直接モニターしながら、フィードバック制御を行っ
ているので、高度なプロセス性能を高歩留まりで実現す
ることができる。また、インラインでフィードバック制
御しているので、不具合が発生しても速やかな復旧が可
能であり、ロット単位で不良を作り込むことは無い。According to this embodiment, since the feedback control is performed while directly monitoring the etching profile, a high process performance can be realized with a high yield. Further, since feedback control is performed in-line, even if a failure occurs, quick recovery is possible, and a defect is not created for each lot.
【0009】本実施例では、モニタリングとフィードバ
ック制御のデータに基づきコンピュータを用いた統計的
手法によりプロセス条件の補正方法を最適化している
が、複数種の補正及び該補正の効果をニューラルネット
ワークを用いて学習、最適化した補正方法によっても最
適化できる。In this embodiment, the method of correcting the process condition is optimized by a statistical method using a computer based on the data of monitoring and feedback control, but a plurality of types of correction and the effects of the correction are determined by using a neural network. It can also be optimized by learning and optimized correction methods.
【0010】また、本実施例では第1の絶縁膜301の
エッチングが完全に終了した場合のプロファイル計測を
インラインでモニターしているが、プロセス条件の最適
化を目的として、第1の絶縁膜301をエッチングが完
了する前にエッチングを止めて、プロファイル計測を行
うことにより、エッチング速度の最適化或いはエッチン
グ速度の試料面内均一性の向上に適したプロセス条件の
最適化を行うことも可能である。In this embodiment, the profile measurement when the etching of the first insulating film 301 is completely completed is monitored in-line. However, the first insulating film 301 is optimized for the purpose of optimizing the process conditions. By stopping the etching before the etching is completed and performing profile measurement, it is also possible to optimize the etching rate or the process conditions suitable for improving the uniformity of the etching rate within the sample surface. .
【0011】また、本実施例では、原子間力顕微鏡(A
FM)を用いてプロファイル計測しており、微細なSi
或いは金属等のチップをプローブとして採用している。
そのため、エッチング処理後の試料を処理室102から
バッファ室101を経由して評価室103に移すときに
該試料表面にエッチングガスが残留していると上記プロ
ーブが腐食する。該腐食を防ぐために、バッファ室10
1の容積を1〜2リットル以下にしており、試料を評価
室103に移す前に、不活性ガスによるパージと高真空
排気を繰り返すことで残留ガスを短時間で排除できる。
また、図4に示すようにバッファ室400の形状は試料
401の形状に合わせて容積を小さくしており、試料の
出入口402の他に、パージガス導入口403と排気口
404が対向して具備されており、ガス流れに淀みがな
く排気することを可能にしている。In this embodiment, an atomic force microscope (A
FM) to measure the profile
Alternatively, a tip made of metal or the like is employed as a probe.
Therefore, when the sample after the etching process is transferred from the processing chamber 102 to the evaluation chamber 103 via the buffer chamber 101, if the etching gas remains on the surface of the sample, the probe is corroded. In order to prevent the corrosion, the buffer chamber 10
The volume of 1 is 1 to 2 liters or less, and the residual gas can be eliminated in a short time by repeatedly purging with an inert gas and evacuating to a high vacuum before transferring the sample to the evaluation chamber 103.
Further, as shown in FIG. 4, the shape of the buffer chamber 400 is reduced in volume in accordance with the shape of the sample 401, and a purge gas inlet 403 and an exhaust port 404 are provided opposite to the sample inlet / outlet 402 in addition to the sample inlet / outlet 402. The gas flow can be exhausted without stagnation.
【0012】また、本実施例では、第2の絶縁膜マスク
302の膜厚を含んで、プロファイル計測を行っている
が、第1の絶縁膜301のエッチング深さを凹プロファ
イルから厳密にモニタするためには、エッチング処理を
行う前に、第2の絶縁膜マスク302の膜厚を評価室1
03で計測しておくことが有効である。In this embodiment, profile measurement is performed including the film thickness of the second insulating film mask 302. However, the etching depth of the first insulating film 301 is strictly monitored from the concave profile. For this purpose, before performing the etching process, the thickness of the second insulating film mask 302 is determined in the evaluation chamber 1.
It is effective to measure at 03.
【0013】また、上述した実施例では原子間力顕微鏡
(AFM)を用いて、プロファイルを計測しているが、
他の計測手段、例えば走査型トンネル顕微鏡、走査型電
子顕微鏡、レーザ顕微鏡等も適用できる、使い勝手に応
じて組み合わせることも有効である。原子間力顕微鏡及
びレーザ顕微鏡の場合は大気中での計測が可能であるこ
とは言うまでも無い。In the above embodiment, the profile is measured using an atomic force microscope (AFM).
Other measuring means, for example, a scanning tunneling microscope, a scanning electron microscope, a laser microscope, and the like can be applied. It is also effective to combine them according to usability. It goes without saying that the measurement in the atmosphere is possible in the case of the atomic force microscope and the laser microscope.
【0014】また、エッチングの対象となる材料も上述
した絶縁膜に限らず、配線用の金属、基板結晶等の他の
材料のエッチングに対しても本発明が有効であることは
言うまでも無い。The material to be etched is not limited to the above-described insulating film, and it goes without saying that the present invention is effective for etching other materials such as wiring metal and substrate crystal. .
【0015】〔実施例2〕本発明の第2の実施例を図5
によって説明する。図5はエッチング装置の構成図を示
す。ロード室500より試料を投入、真空排気した後、
該試料をロボット搬送によりバッファ室501を経由し
てエッチング処理室502に載置し、所定のプロセス条
件を用いてエッチング処理を施す。次に、前記試料をバ
ッファ室501を経由してアッシング処理室503に移
し、エッチング処理にマスクとして用いたレジストを除
去する。引き続き、バッファ室501を経由して表面プ
ロファイルの評価室504に前記試料をロボット搬送
し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面プロファイ
ルの計測を行う。図6にエッチング処理後の試料断面と
プロファイル計測結果の例を示す。601のエッチング
が完全に終了した場合の計測プロファイルは、図6
(b)に示すように、第1の絶縁膜601の膜厚に相当
する凹プロファイルが得られる。しかしながら、装置の
状態、特にエッチング処理室502内の雰囲気の変動に
より第1の絶縁膜601のエッチング速度が低下した
り、途中でエッチングが進行しなくなる現象が起きるこ
とが危惧される。この時の計測プロファイルは、図6
(c)に示すように、図6(b)に比べて凹プロファイ
ルが浅くなるので、容易にチェックできる。このような
状態に至った場合、制御用コンピュータ505を用い
て、アラームを発すると共に、後続の試料に対するプロ
セス条件に補正をかけて、図6(b)に示す理想的なプ
ロファイルが得られるようにフィードバック制御を行
う。プロファイル計測を終えた試料はバッファ室501
を介してアンロード室506に搬送される。Embodiment 2 FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
It will be explained by. FIG. 5 shows a configuration diagram of the etching apparatus. After loading the sample from the load chamber 500 and evacuating,
The sample is placed in the etching chamber 502 via the buffer chamber 501 by robot transfer, and is subjected to an etching process under predetermined process conditions. Next, the sample is transferred to the ashing processing chamber 503 via the buffer chamber 501, and the resist used as a mask in the etching processing is removed. Subsequently, the sample is transferred by robot to the surface profile evaluation chamber 504 via the buffer chamber 501, and the surface profile is measured using an atomic force microscope (AFM). FIG. 6 shows an example of a sample cross section and profile measurement result after the etching process. The measurement profile when the etching of 601 is completely completed is shown in FIG.
As shown in (b), a concave profile corresponding to the thickness of the first insulating film 601 is obtained. However, there is a fear that the etching rate of the first insulating film 601 may be reduced or the etching may not progress on the way due to a change in the state of the apparatus, particularly, the atmosphere in the etching processing chamber 502. The measurement profile at this time is shown in FIG.
As shown in FIG. 6C, the concave profile is shallower than that in FIG. When such a state is reached, an alarm is issued using the control computer 505, and the process conditions for the subsequent sample are corrected so that the ideal profile shown in FIG. 6B is obtained. Perform feedback control. After the profile measurement, the sample is stored in the buffer chamber 501.
Is transferred to the unloading chamber 506 via the.
【0016】本実施例によれば、エッチングプロファイ
ルを直接モニターしながら、フィードバック制御を行っ
ているので、高度なプロセス性能を高歩留まりで実現す
ることができる。According to this embodiment, since the feedback control is performed while directly monitoring the etching profile, it is possible to realize a high process performance with a high yield.
【0017】また、LSIの高集積化、素子の微細化に
伴い、エッチング加工寸法として0.25μm前後のレ
ベルが要求されている。AFMの分解能は原子レベルの
オーダーであるが、高アスプクト比のコンタクト孔底面
のプロファイルの計測にプローブの形状、大きさが障害
となる場合がある。このような場合、図7(a)に示す
ような、基板700上の第1の絶縁膜に穿たれた寸法の
異なるコンタクト孔のプロファイル計測を行う。図7
(b)に示すプロファイル計測の結果から、各孔の中心
部の深さは、プローブの形状、大きさの影響を受け難い
ので正確に評価できる。図7(c)に示すコンタクト孔
の中心部深さの孔径依存性から、微細なコンタクト孔の
加工に適したプロセス条件でエッチングされているか否
かの判断が行える。一般に、コンタクト孔径の微細化に
伴いエッチング量が減少する。これはマイクロローディ
ング効果と呼ばれる。もちろん、図7(c)中の(i)
に示すようなマイクロローディング効果が現れるコンタ
クト径の小さいプロセス条件を適用することが好まし
い。プロファイル計測結果から図7(c)中の(ii)
に示すようにマイクロローディング効果が顕著な場合、
後続の試料に対して、プロセス条件を補正する。これら
の判断は制御用コンピュータにデータを蓄積、学習させ
ることにより瞬時に行うことが可能である。上記寸法の
異なるコンタクト孔をTEG(test element group)と
して試料に形成することにより、マイクロローディング
効果の評価を速やかに行うことができる。Further, with the increasing integration of LSIs and miniaturization of elements, a level of about 0.25 μm is required as an etching dimension. Although the resolution of the AFM is on the order of the atomic level, the shape and size of the probe may hinder the measurement of the profile of the bottom surface of the contact hole having a high aspect ratio. In such a case, as shown in FIG. 7A, profile measurement of contact holes having different dimensions formed in the first insulating film on the substrate 700 is performed. FIG.
From the results of the profile measurement shown in (b), the depth at the center of each hole can be accurately evaluated because it is hardly affected by the shape and size of the probe. From the dependence of the depth of the center of the contact hole on the hole diameter shown in FIG. 7C, it can be determined whether or not the etching has been performed under the process conditions suitable for processing the fine contact hole. Generally, the amount of etching decreases as the contact hole diameter becomes finer. This is called the microloading effect. Of course, (i) in FIG.
It is preferable to apply a process condition with a small contact diameter where the microloading effect as shown in FIG. From the profile measurement result, (ii) in FIG.
If the microloading effect is significant as shown in
Correct the process conditions for subsequent samples. These determinations can be made instantaneously by accumulating and learning data in the control computer. By forming the contact holes having the different dimensions as a TEG (test element group) in the sample, the microloading effect can be quickly evaluated.
【0018】また、 図8(a)に示すように基板80
0上に孤立パターン801と密パターン802が混在し
て形成する場合、孤立パターン801の側面が順テーパ
形状になり、密パターン802よりパターン寸法が大き
くなる場合がある。孤立パターン801側面の順テーパ
形状は、図8(b)に示すように、AFMにより正確に
プロファイル計測できる。該順テーパ形状に対しても許
容範囲を設けて、図8(c)に示すように孤立パターン
801側面の順テーパ形状を軽減する方向にプロセス条
件を補正していくことが可能である。Further, as shown in FIG.
When the isolated pattern 801 and the dense pattern 802 are mixedly formed on 0, the side surface of the isolated pattern 801 may have a forward tapered shape, and the pattern size may be larger than that of the dense pattern 802. The profile of the forward tapered shape on the side surface of the isolated pattern 801 can be accurately measured by AFM as shown in FIG. It is possible to provide an allowable range for the forward tapered shape and correct the process conditions in a direction to reduce the forward tapered shape on the side surface of the isolated pattern 801 as shown in FIG.
【0019】また、近年、LSIの配線材料としてCu
が採用される傾向があり、エッチングで形成した配線溝
にCuを埋め込んで配線を形成するダマシンというプロ
セスが脚光を浴びている。中でも、図9(a)に示すよ
うに、基板900上の絶縁膜901にコンタクト孔90
2と配線溝903を併せて形成するデュアルダマシンと
いうプロセスが注目されている。このように少し複雑な
エッチング後の形状に対しても、図9(b)のようにプ
ロファイル計測できるので、本発明を活用できることは
言うまでもない。In recent years, Cu wiring has recently been used as an LSI wiring material.
The process called damascene, which forms wiring by embedding Cu in a wiring groove formed by etching, has been spotlighted. Among them, as shown in FIG. 9A, a contact hole 90 is formed in an insulating film 901 on a substrate 900.
Attention has been paid to a process called dual damascene in which the wiring groove 2 and the wiring groove 903 are formed together. As shown in FIG. 9B, the profile can be measured even for such a slightly complicated shape after etching, so that the present invention can be used.
【0020】また、前述した実施例では、エッチング処
理室502、アッシング処理室503とは別に設けた評
価室504内で表面計測を行っているが、表面計測系を
これらの処理室の一方或いは両方に具備させること、或
いはバッファ室501内に具備させることも可能であ
り、これらの表面計測系の結果をもとにインラインでプ
ロセス条件にフィードバックをかけることが可能であ
る。In the above-described embodiment, the surface measurement is performed in the evaluation chamber 504 provided separately from the etching processing chamber 502 and the ashing processing chamber 503. However, the surface measurement system is used for one or both of these processing chambers. Or in the buffer chamber 501, and it is possible to provide in-line feedback to process conditions based on the results of these surface measurement systems.
【0021】[0021]
【発明の効果】本発明を用いると、エッチングプロファ
イルをインラインで、直接モニターしながら、後続の試
料に適用するプロセス条件の補正、フィードバック制御
を行っているので、高度なプロセス性能を高歩留まりで
実現することができる。また、経時変化に因る不具合や
突発的な事故が発生しても、後続の試料の処理に対して
速やかなプロセス条件の補正、或いは後続処理を中断の
判断をエッチング装置が膨大なデータに基づき自動的に
行うことができる。また、プロセス条件の最適化につい
ても、エッチング装置だけで、コンピュータの学習を活
用して短時間で行うことができる。According to the present invention, since the etching profile is corrected directly and the feedback control is performed while monitoring the etching profile in-line and directly, a high process performance is realized with a high yield. can do. In addition, even if a failure due to aging or a sudden accident occurs, the etching equipment determines the prompt correction of the process conditions for the processing of the subsequent sample or the interruption of the subsequent processing based on the vast data. Can be done automatically. Also, optimization of the process conditions can be performed in a short time by using the learning of the computer only with the etching apparatus.
【図1】本発明の一実施例のエッチング装置を示す構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の装置における評価室に設けられるセンサ
の移動領域を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a movement area of a sensor provided in an evaluation room in the apparatus of FIG.
【図3】図1の装置におけるエッチング処理室での処理
後の試料断面と計測プロファイル結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a sample cross section and a measurement profile result after processing in an etching processing chamber in the apparatus of FIG. 1;
【図4】図1の装置におけるバッファ室の概略を示す図
である。FIG. 4 is a view schematically showing a buffer chamber in the apparatus shown in FIG.
【図5】本発明の第2の実施例であるエッチング装置の
構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図6】図5の装置におけるエッチング処理室での処理
後の試料断面と計測プロファイル結果を示す図である。6 is a diagram showing a sample cross section and a measurement profile result after processing in an etching processing chamber in the apparatus of FIG. 5;
【図7】図5の装置における処理後のコンタクト孔断面
と計測プロファイル結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a contact hole cross section and a measurement profile result after processing in the apparatus of FIG. 5;
【図8】図5の装置における処理後の粗密パターン断面
と計測プロファイル結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cross section of a dense / dense pattern after processing in the apparatus of FIG. 5 and a measurement profile result.
【図9】図5の装置における処理後のダマシン用試料断
面と計測プロファイル結果を示す図である。9 is a diagram showing a cross section of a sample for damascene and a measurement profile result after processing in the apparatus of FIG. 5;
100…ロード室、101…バッファ室、102…エッ
チング処理室、103…評価室、104…制御用コンピ
ュータ、105…アンロード室、200…センサ部、2
01…試料、202…センサ部の可動領域、300…基
板、301…第1の絶縁膜、302…第2の絶縁膜マス
ク、400…バッファ室、401…試料、402…試料
の出入口、403…パージガス導入口、404…排気
口、500…ロード室、501…バッファ室、502…
エッチング処理室、503…アッシング処理室、504
…評価室、505…制御用コンピュータ、506…アン
ロード室、600…基板、601…第1の絶縁膜、70
0…基板、701…第1の絶縁膜、800…基板、80
1…孤立パターン、802…密パターン、900…基
板、901…絶縁膜、902…コンタクト孔、903…
配線溝。DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Load room, 101 ... Buffer room, 102 ... Etching process room, 103 ... Evaluation room, 104 ... Control computer, 105 ... Unload room, 200 ... Sensor part, 2
01: sample, 202: movable area of sensor unit, 300: substrate, 301: first insulating film, 302: second insulating film mask, 400: buffer chamber, 401: sample, 402: entrance of sample, 403: Purge gas inlet, 404 exhaust port, 500 load chamber, 501 buffer chamber, 502
Etching chamber, 503 ... Ashing chamber, 504
... Evaluation room, 505 ... Control computer, 506 ... Unload room, 600 ... Substrate, 601 ... First insulating film, 70
0: substrate, 701: first insulating film, 800: substrate, 80
1 ... isolated pattern, 802 ... dense pattern, 900 ... substrate, 901 ... insulating film, 902 ... contact hole, 903 ...
Wiring groove.
Claims (22)
と、該処理室とバッファ室を介して設置された試料表面
の評価室を具備し、自動ロボット搬送による前記処理室
と前記評価室との間の試料の受け渡し機能を有すること
を特徴とするエッチング装置。1. A processing chamber for performing plasma etching, and an evaluation chamber for a sample surface provided via the processing chamber and a buffer chamber, wherein a space between the processing chamber and the evaluation chamber by automatic robot transfer is provided. An etching apparatus having a function of transferring a sample.
理室内或いは第2の処理室内の少なくとも1個所以上、
或いはバッファ室内に試料表面の評価系を具備したこと
を特徴とするエッチング装置。2. The method according to claim 1, wherein at least one or more locations in the first processing chamber or the second processing chamber for performing plasma etching are provided.
Alternatively, an etching apparatus comprising a sample surface evaluation system in a buffer chamber.
価室または評価系において、非接触で試料表面のプロフ
ァイル計測を行うエッチング装置。3. An etching apparatus for measuring a profile of a sample surface in a non-contact manner in the sample room evaluation system or the evaluation system according to claim 1 or 2.
プロファイル計測において、被測定試料を含む平面上を
走査可能なセンサヘッドを用いて所望の箇所の表面プロ
ファイルを計測するエッチング装置。4. An etching apparatus according to claim 3, wherein in the non-contact profile measurement of the sample surface, a surface profile of a desired portion is measured using a sensor head capable of scanning on a plane including the sample to be measured.
料表面のプロファイル計測は、原子間力顕微鏡、走査型
トンネル顕微鏡またはレーザー顕微鏡の内の少なくとも
一手段以上からなるエッチング装置。5. An etching apparatus according to claim 3, wherein said non-contact profile measurement of the sample surface comprises at least one of an atomic force microscope, a scanning tunnel microscope and a laser microscope.
〜2リットル以下で有り、且つ該バッファ室へのパージ
ガスの導入口と排気口が対向しており、ガス流れが淀み
なく排気可能なエッチング装置。6. The buffer chamber according to claim 1, wherein said buffer chamber has a volume of one.
An etching apparatus that is not more than 2 liters, and an inlet and an outlet of a purge gas to the buffer chamber are opposed to each other, so that a gas flow can be exhausted without stagnation.
用い、前記評価室或いは評価系において、被処理試料の
所望箇所の表面プロファイルを計測し記録するステップ
と、該試料を処理室に搬送しプラズマエッチングを行う
ステップと、該試料をバッファ室を介して評価室に搬送
し前記所望箇所の表面を再び計測し記録するステップと
を含むことを特徴とするエッチング方法。7. A step of measuring and recording a surface profile of a desired portion of a sample to be processed in the evaluation chamber or the evaluation system using the etching apparatus according to claim 1; and transporting the sample to the processing chamber. An etching method comprising: performing plasma etching; and transporting the sample to an evaluation chamber via a buffer chamber, and measuring and recording the surface of the desired portion again.
ラズマエッチングを行った試料をバッファ室内に設置し
た状態で、不活性ガスまたは窒素ガスのパージと高真空
排気とを1回または複数回繰返した後に、前記評価室に
搬送して所望箇所の表面を計測し記録することを特徴と
するエッチング方法。8. The method according to claim 1, wherein purging of an inert gas or nitrogen gas and evacuation of a high-vacuum gas are repeated one or more times in a state where the sample subjected to the plasma etching is set in a buffer chamber. And after transporting the wafer to the evaluation chamber to measure and record the surface of a desired location.
ファイルの計測を1バッチの全試料に対して、或いは複
数枚毎に行うエッチング方法。9. An etching method according to claim 7, wherein the surface profile of the sample to be processed is measured for all samples in one batch or for a plurality of samples.
を行うステップの前後における表面プロファイルの計測
結果の差に基づいて、所望のエッチング処理が完了した
か否かの判断をし記録するエッチング方法。10. An etching method for determining whether or not a desired etching process has been completed based on a difference between surface profile measurement results before and after the plasma etching step according to claim 7, and recording the result.
後の試料の表面プロファイルの計測結果に基づいて、所
望のエッチング処理が完了したか否かの判断をし記録す
るエッチング方法。11. An etching method for judging and recording whether or not a desired etching process has been completed based on a measurement result of a surface profile of a sample after the plasma etching according to claim 7.
グ後の試料の表面プロファイルの計測結果が、試料表面
に具備されたパターン寸法の異なるパターンのエッチン
グ深さの計測に基づくエッチング方法。12. An etching method according to claim 11, wherein the measurement result of the surface profile of the sample after the plasma etching is based on the measurement of the etching depth of patterns having different pattern dimensions provided on the sample surface.
グ後の試料の表面プロファイルの計測結果が、試料表面
に具備された間隔の異なる粗密パターンのプロファイル
計測に基づくエッチング方法。13. An etching method according to claim 11, wherein the measurement result of the surface profile of the sample after the plasma etching is based on the profile measurement of dense and fine patterns having different intervals provided on the sample surface.
マエッチング後の試料の表面プロファイルの計測結果
が、試料の中央部及び周辺部における計測に基づくエッ
チング方法。14. The etching method according to claim 12, wherein the measurement result of the surface profile of the sample after the plasma etching is based on the measurement at the central portion and the peripheral portion of the sample.
処理が完了したか否かの判断が、プラズマエッチングを
行うステップの前後における表面プロファイルの計測結
果の差またはプラズマエッチング後の試料の表面プロフ
ァイルの計測結果が第1の許容範囲内であれば処理は正
常と判断し試料の処理を引き続き行い、前記計測結果が
第1の許容範囲を超えて且つ第2の許容範囲に入れば第
1の警告を発し試料の処理を引き続き行い、前記計測結
果の差が第2の許容範囲を超えた時点で第2の警告を発
し後続試料の処理を中断するエッチング方法。15. A determination as to whether the desired etching process has been completed according to claim 10 is based on a difference in a measurement result of a surface profile before and after a step of performing plasma etching or a difference in a surface profile of a sample after plasma etching. If the measurement result is within the first allowable range, the processing is determined to be normal and the processing of the sample is continued, and if the measurement result exceeds the first allowable range and falls within the second allowable range, a first warning is issued. And the processing of the sample is continuously performed, and when the difference between the measurement results exceeds a second allowable range, a second warning is issued and the processing of the subsequent sample is interrupted.
グを行うステップの前後における表面プロファイルの計
測結果の差またはプラズマエッチング後の試料の表面プ
ロファイルの計測結果が、第1の許容範囲を超えて且つ
第2の許容範囲に入っている場合、第1の警告を発する
と共に後続の試料の処理条件に対して補正をかけるエッ
チング方法。16. A difference between a measurement result of a surface profile before and after the step of performing the plasma etching according to claim 15 or a measurement result of a surface profile of a sample after the plasma etching exceeds a first allowable range and exceeds a first allowable range. An etching method that issues a first warning and corrects processing conditions of a subsequent sample when the value falls within the allowable range of 2.
条件に対する補正方法が、エッチング処理時間の加減で
あるエッチング方法。17. An etching method according to claim 16, wherein the method for correcting the processing conditions of the subsequent sample is an adjustment of an etching processing time.
条件に対する補正方法が、プラズマ放電の電力の加減で
あるエッチング方法。18. The etching method according to claim 16, wherein the correction method for the processing conditions of the subsequent sample is an adjustment of the power of plasma discharge.
条件に対する補正方法が、試料に印加するバイアス電力
の加減であるエッチング方法。19. An etching method according to claim 16, wherein the correction method for the processing condition of the subsequent sample is an adjustment of a bias power applied to the sample.
条件に対する補正方法が、プロセスガスの流量(比)ま
たは圧力加減であるエッチング方法。20. An etching method according to claim 16, wherein the correction method for the processing conditions of the subsequent sample is a flow rate (ratio) of a process gas or pressure adjustment.
グを行うステップの前後における表面プロファイルの計
測結果の差またはプラズマエッチング後の試料の表面プ
ロファイルの計測結果が、前記計測結果が第1の許容範
囲を超えて且つ第2の許容範囲に入っている場合、前記
後続の試料の処理条件に対して事前に複数種の補正を行
い、該補正の効果をコンピュータを用いた統計的手法に
より最適化した補正方法によって後続の試料を処理する
エッチング方法。21. The difference between the measurement results of the surface profile before and after the step of performing the plasma etching according to claim 16 or the measurement result of the surface profile of the sample after the plasma etching, wherein the measurement result is within the first allowable range. If the value exceeds and falls within the second allowable range, a plurality of types of corrections are made in advance to the processing conditions of the subsequent sample, and the effects of the corrections are optimized by a statistical method using a computer. An etching method for processing a subsequent sample by the method.
グを行うステップの前後における表面プロファイルの計
測結果の差またはプラズマエッチング後の試料の表面プ
ロファイルの計測結果が、前記計測結果が第1の許容範
囲を超えて且つ第2の許容範囲に入っている場合、前記
後続の試料の処理条件に対して事前に複数種の補正及び
該補正の効果をニューラルネットワークを用いて学習し
最適化した補正方法によって後続の試料を処理するエッ
チング方法。22. The difference between the measurement results of the surface profile before and after the step of performing the plasma etching according to claim 16 or the measurement result of the surface profile of the sample after the plasma etching, wherein the measurement result is within the first allowable range. If it exceeds and falls within the second allowable range, a plurality of types of corrections are previously performed on the processing conditions of the subsequent sample and the effects of the corrections are learned using a neural network and the subsequent correction is performed by a correction method optimized. An etching method for processing a sample.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10341366A JP2000173984A (en) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | Etching apparatus and etching method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10341366A JP2000173984A (en) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | Etching apparatus and etching method |
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Publication Number | Publication Date |
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JP (1) | JP2000173984A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7511828B2 (en) | 2003-06-25 | 2009-03-31 | Hitachi, Ltd. | Three-dimensional shape measuring unit, processing unit, and semiconductor device manufacturing method |
-
1998
- 1998-12-01 JP JP10341366A patent/JP2000173984A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7511828B2 (en) | 2003-06-25 | 2009-03-31 | Hitachi, Ltd. | Three-dimensional shape measuring unit, processing unit, and semiconductor device manufacturing method |
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