JP2001176853A - Plasma processing system - Google Patents

Plasma processing system

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JP2001176853A
JP2001176853A JP35698899A JP35698899A JP2001176853A JP 2001176853 A JP2001176853 A JP 2001176853A JP 35698899 A JP35698899 A JP 35698899A JP 35698899 A JP35698899 A JP 35698899A JP 2001176853 A JP2001176853 A JP 2001176853A
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JP
Japan
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density
plasma
reaction temperature
emission intensity
ratio
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Application number
JP35698899A
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Japanese (ja)
Inventor
Tasuku Yano
資 矢野
Junichi Tanaka
潤一 田中
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing system, having the function for predicting modification of plasma generating conditions by detecting variation in the molecular density of dissociated active species. SOLUTION: Emission of light from dissociated active species in plasma is measured, using means for measuring the emission intensity of plasma, an index indicative of dissociation of projected gas is determined from emission intensity and plasma generating conditions are controlled based on the index. Extended concept of temperature in an equilibrium system or the results of multiplication or division of the emission intensity for three or more wavelengths is employed as the index.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを利用し
て半導体装置を作成する方法(プラズマ処理方法)と、プ
ラズマ処理によって半導体装置を製造する装置(半導体
製造装置)に関するものであって、基板表面を取り除く
工程(ドライエッチング)や、基板表面に膜を生成する
工程(成膜)に利用されるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using plasma (plasma processing method) and an apparatus for manufacturing a semiconductor device by plasma processing (semiconductor manufacturing apparatus). It is used in a step of removing the surface (dry etching) and a step of forming a film on the substrate surface (film formation).

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ中の解離活性種分子の中には固
有の波長で発光するものがある。そこで、特開平5−972
8 号公報では薄膜形成工程中に、プラズマからの放射光
をその場観察して膜質の予測を行っている。また、特開
平8−330278号公報には、CF2とFからの発光強度比を
一定になるようにプラズマの生成条件を調整してドライ
エッチングを行う方法が示されている。
2. Description of the Related Art Some dissociated active species molecules in plasma emit light at a specific wavelength. Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 5-972
In Japanese Patent Publication No. 8, during the thin film forming process, the quality of the film is predicted by observing the emitted light from the plasma in situ. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-330278 discloses a method of performing dry etching by adjusting the plasma generation conditions so that the emission intensity ratio between CF 2 and F becomes constant.

【0003】一方、プラズマの電気的特性に基づく制御
方法もある。特開平10−125660号公報には、予め予備実
験を行い、電気信号とプラズマ処理特性を関連づけるモ
デル式を求めて記憶しておき、エッチング中に電気信号
の値をモデル式に代入してプラズマ処理特性を予測しプ
ラズマの生成条件を制御する方法が示されている。
On the other hand, there is a control method based on the electrical characteristics of plasma. In Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-125660, a preliminary experiment is performed in advance, a model formula that associates an electric signal with plasma processing characteristics is obtained and stored, and the value of the electric signal is substituted into the model formula during etching to perform plasma processing. A method for predicting characteristics and controlling plasma generation conditions is shown.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】特開平5−9728 号公報
の方法では膜質の予測はできるが、所定の膜質の膜を得
るためにどのようにプラズマ発生条件(投入電力・ガス
流量)を制御するかが示されていない。特開平8−33027
8 号公報の方法もCF2 とFからの発光強度比を一定に
することが述べられているが、発光強度比が変化した場
合にどのようにプラズマ発生条件を制御するか述べられ
ていない。これらの公知例ではプラズマ処理特性の変化
を検知し、変化した量を基に戻すことを示している。
In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-9728, the film quality can be predicted, but how to control the plasma generation conditions (input power and gas flow rate) in order to obtain a film having a predetermined film quality. Is not shown. JP-A-8-33027
No. 8 also discloses that the ratio of the luminous intensity from CF 2 and F is kept constant, but does not describe how to control the plasma generation conditions when the luminous intensity ratio changes. These known examples indicate that a change in the plasma processing characteristics is detected and the changed amount is returned based on the detected amount.

【0005】しかし、プラズマを発生させる条件をどの
ように変更すればよいかは記述していない。また、直接
観測した量に基づいた制御を行っているだけである。例
えばCF2 /F発光強度比を計測して、CF2 /F発光
強度比を制御している。しかし、発光では観測できない
多種類の解離活性種分子がプラズマ中に存在しているの
で、それらに基づく制御が上記の方法ではできない。
However, it does not describe how to change the conditions for generating plasma. In addition, control is only performed based on the amount directly observed. For example, the CF 2 / F emission intensity ratio is measured to control the CF 2 / F emission intensity ratio. However, since many kinds of dissociation active species molecules that cannot be observed by light emission exist in the plasma, control based on them cannot be performed by the above method.

【0006】また、特開平10−125660号公報は電気信号
に基づく制御であって、プラズマ中の解離活性種分子や
その発光に基づく方法ではない。そのため、解離活性種
分子の密度がどのように変化しているかを知ることがで
きない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-125660 discloses a control based on an electric signal, not a method based on dissociated active species molecules in plasma or light emission thereof. Therefore, it is not possible to know how the density of the dissociation active species molecules has changed.

【0007】そこで、プラズマ中の解離活性種分子の密
度の変化を検知し、プラズマを発生させる条件をどのよ
うに変更すればよいかを予測することが、本発明が解決
しようとする課題である。
It is an object of the present invention to detect a change in the density of dissociated active species molecules in the plasma and predict how to change the conditions for generating the plasma. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にプラズマからの発光強度を測定し、プラズマ中の原料
ガスの解離を表す指標を求め、ガスの解離を表す指標に
基づいて、プラズマ発生条件を制御する。
In order to solve the above-mentioned problems, the emission intensity from plasma is measured, an index indicating the dissociation of the source gas in the plasma is obtained, and the plasma generation is performed based on the index indicating the dissociation of the gas. Control conditions.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明ではプラズマ中の投入ガス
の解離を示す指標を用いて、プラズマ発生条件を制御す
る。この投入ガスの解離を示す指標としては、通常の反
応ガス中で定義される温度の概念を拡張した指標(反応
温度)、または、反応温度と対応のとれる発光強度の積
や商を用いる。さらに、この指標を用いてプラズマ発生
条件の制御に用いる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, the plasma generation conditions are controlled using an index indicating the dissociation of the input gas in the plasma. As an index indicating the dissociation of the input gas, an index (reaction temperature) obtained by expanding the concept of temperature defined in a normal reaction gas, or a product or quotient of the emission temperature corresponding to the reaction temperature is used. Further, the index is used to control the plasma generation conditions.

【0010】初めにプラズマ中での反応温度の計算方法
を述べる。通常の高温ガス中では、温度と気相中の分子
の密度の間には、質量作用の法則が成り立つ(Vincent
i,Introduction to Physical Gas Dynamics)。下記の
反応、
First, a method of calculating a reaction temperature in plasma will be described. In normal hot gases, the law of mass action holds between temperature and the density of molecules in the gas phase (Vincent
i, Introduction to Physical Gas Dynamics). The following reaction,

【0011】[0011]

【化1】 A+B+C+…⇒P+Q+R+… …(化1) に対しては、質量作用の法則は、A + B + C +... ⇒P + Q + R +... (Chem. 1)

【0012】[0012]

【化2】 Embedded image

【0013】となる。ここで、[A],[B],
[C],...,[P],[Q],[R],...は、それ
ぞれ、各分子A,B,C,...,P,Q,R,...の密
度であり、QA,QB,QC,...,QP,QQ
R,...は、それぞれ、A,B,C,...,P,
Q,R,...の分子分配関数である。また、−ΔE
(A+B+C+...⇒P+Q+R+...)は、この
反応の反応エネルギーである。また、Tr(A+B+C
+...⇒P+Q+R+...)は、この反応に対する
温度であり、本願では反応温度と呼ぶ。さらに、kはボ
ルツマン定数である。
## EQU1 ## Where [A], [B],
[C],. . . , [P], [Q], [R],. . . Represents each of the molecules A, B, C,. . . , P, Q, R,. . . , Q A , Q B , QC ,. . . , Q P , Q Q ,
QR ,. . . Are A, B, C,. . . , P,
Q, R,. . . Is the molecular partition function of. Also, -ΔE
(A + B + C + ... ⇒P + Q + R + ...) is the reaction energy of this reaction. Also, Tr (A + B + C
+. . . ⇒P + Q + R +. . . ) Is the temperature for this reaction and is referred to as the reaction temperature in this application. Further, k is a Boltzmann constant.

【0014】プラズマに限らず気体中の分子は並進・回
転・振動運動をしており、それぞれの運動に対して温度
を定めることができる。通常の高温のガスでは、各種類
の分子の並進温度(TX trans),回転温度(TX rot),
振動温度(TX vib),各反応の反応温度(Tr )は同一
とみなすことができる。
Not only the plasma but also the molecules in the gas undergo translational, rotational and oscillatory movements, and the temperature can be determined for each movement. In a normal high-temperature gas, the translation temperature (T x trans ), rotation temperature (T x rot ),
The vibration temperature (T x vib ) and the reaction temperature (T r ) of each reaction can be regarded as the same.

【0015】しかし、プラズマ中では極めて温度の高い
電子が多数存在しているために全ての反応が非平衡に起
こっており、上記の各温度がかならずしも一致している
とは限らない。従って、プラズマ中では並進温度(TX
trans),回転温度(TX rot),振動温度(TX vib),反
応温度(Tr )が異なる値を持つとして取り扱う。特
に、プラズマ中の解離活性種分子を含む各反応がそれぞ
れ固有の反応温度を持つ。但し、これらの温度のうち幾
つかは同じ温度として取り扱っても良いことがある。
However, all reactions occur in non-equilibrium due to the presence of a large number of extremely hot electrons in the plasma, and the above-mentioned temperatures do not always coincide. Therefore, the translation temperature (T X
trans), rotational temperature (T X rot), vibrational temperature (T X vib), reaction temperature (T r) is handled as having different values. In particular, each reaction containing dissociated active species molecules in the plasma has a unique reaction temperature. However, some of these temperatures may be treated as the same temperature.

【0016】例えば、図1に示すようにJournal of Vac
uum Science and Technology A, vol. 14, 2343 (1996)
で述べられているCF4 のECRプラズマでは、全ての
反応温度を同じとおくことができる。図1はTr(CF4
⇒CF3 +F)とTr (CF3 ⇒CF2 +F)を投入
電力に対してプロットしたものである。また、各反応温
度の間に関係式がなりたつ場合もある。例えば、プラズ
マ・核融合学会誌第75巻第7号(1999年7月号)
785ページに示されるC48プラズマでは、図2に示
すようにTr(CF3 ⇒CF2 +F)とTr(CF2 ⇒C
F+F)の間に
For example, as shown in FIG.
uum Science and Technology A, vol. 14, 2343 (1996)
In the CF 4 ECR plasma described in the above, all the reaction temperatures can be kept the same. FIG. 1 shows Tr (CF 4
⇒CF 3 + F) and Tr (CF 3 ⇒CF 2 + F) are plotted against input power. In some cases, a relational expression may be obtained between the respective reaction temperatures. For example, Journal of Plasma and Fusion Society, Vol. 75, No. 7, July 1999
In the C 4 F 8 plasma shown on page 785, Tr (CF 3 ⇒CF 2 + F) and Tr (CF 2 ⇒C
F + F)

【0017】[0017]

【化3】 Tr(CF2⇒CF+F)=0.8349Tr(CF3⇒CF2+F)+0.0071 (温度の単位はeV) …(化3) のような関係式をおくことができる。図2はTr(CF3
⇒CF2+F)をTr(CF2⇒CF+F)に対してプロッ
トしたものである。なお、TX trans=0.03eV,QCF4
rot=QCF3 rot=QCF2 rot=QCF rot としている。ま
た、全ての反応エネルギーは5eVとしている。
[Formula 3] Tr (CF 2 CFCF + F) = 0.349 Tr (CF 3 CFCF 2 + F) +0.000071 (The unit of temperature is eV). . FIG. 2 shows Tr (CF 3
It is plotted against ⇒CF 2 + F) and T r (CF 2 ⇒CF + F ). In addition, T X trans = 0.03eV, Q CF4
rot = is set to Q CF3 rot = Q CF2 rot = Q CF rot. All the reaction energies are set to 5 eV.

【0018】本発明の第一の実施例を説明する。酸化膜
をエッチングする場合、CF2 が酸化膜をエッチングす
るので、CF2 密度を最大にしたい場合がある。しか
し、CF2 密度は投入電力に対して、単調に増加したり
減少したりするわけではないので、CF2密度を制御す
ることは困難である。例えば図3に示すように、CF2
密度を投入電力に対してプロットすると上に凸になるこ
とがある。これは投入電力が足りないとCF2 の生成が
少なく、投入電力が多すぎると生成したCF2 が分解し
て減少してしまう(CF2 ⇒CF+F)ためである。
A first embodiment of the present invention will be described. When etching the oxide film, since CF 2 etches oxide film, it may be desired to maximize the CF 2 density. However, CF 2 density because with respect to the input power, not or monotonically increasing or decreasing, it is difficult to control the CF 2 density. For example, as shown in FIG. 3, CF 2
When density is plotted against input power, it may be convex upward. This is because if the input power is insufficient, the generation of CF 2 is small, and if the input power is too large, the generated CF 2 is decomposed and reduced (CF 2 ⇒CF + F).

【0019】多数のウエハをプラズマ処理装置で処理す
ると、チャンバ内にさまざまなものが付着する。例え
ば、CF系のプラズマではCF系の膜が生成する。この
ため、投入電力などのプラズマ発生条件と解離活性種分
子密度の関係は変化する(経時変化)。また、他の制御
機構を備えた装置では、プラズマの状態を表す数値のう
ち解離活性種分子密度以外のものが変化したために、制
御機構がプラズマ発生条件を変更してしまい、結果とし
て投入電力とCF2 密度の関係が変わってしまうことも
ある。例えば、プラズマの分布の均一性を維持するため
に、磁場発生用のコイルの電流を制御機構が変更してし
まい、投入電力とCF2 密度の関係が変わってしまうこ
とがある。
When a large number of wafers are processed by the plasma processing apparatus, various things adhere to the inside of the chamber. For example, a CF-based film is generated by CF-based plasma. Therefore, the relationship between the plasma generation conditions such as the input power and the dissociated active species molecular density changes (changes with time). In the case of an apparatus equipped with another control mechanism, the numerical value representing the state of the plasma other than the molecular density of the dissociated active species changed, so that the control mechanism changed the plasma generation conditions. The relationship of CF 2 density may change. For example, in order to maintain the uniformity of plasma distribution, the control mechanism may change the current of the coil for generating the magnetic field, and the relationship between the input power and the CF 2 density may change.

【0020】CF2 密度を最大にする投入電力で多数の
ウエハをエッチングする場合を考える。多数のウエハを
処理すると経時変化や他の制御機構により、投入電力と
CF2密度の関係が変わってしまう。事前にCF2 /F発
光強度比と密度比の関係を調べておけば、CF2 /F密
度比の変化は検出できる。しかし、CF2 の密度は分か
らない。さらに、CF2 密度を投入電力に対してプロッ
トすると上に凸になっているので、CF2 密度が低下し
たことは分かっても、CF2 密度を最大にする投入電力
が、図4(a)に示すように大電力にずれたのか、図4
(b)に示すように小電力にずれたのか区別できない。
つまり、投入電力とCF2 密度の関係が変わってしまう
と、CF2 密度の低下を検知しても投入電力を増やすべ
きなのか減らすべきなのか判断できない。
Consider a case in which a large number of wafers are etched with an input power that maximizes the CF 2 density. When a large number of wafers are processed, the input power and
The relationship of CF 2 density changes. If the relationship between the CF 2 / F emission intensity ratio and the density ratio is checked in advance, a change in the CF 2 / F density ratio can be detected. However, the density of CF 2 is unknown. Further, when plotting the CF 2 density with respect to the input power, the projection power is upwardly convex. Even though it is known that the CF 2 density has decreased, the input power for maximizing the CF 2 density is shown in FIG. As shown in Fig. 4
As shown in (b), it cannot be distinguished whether the power has shifted to low power.
In other words, if the relationship between the input power and the CF 2 density changes, it is impossible to determine whether the input power should be increased or decreased even if the decrease in the CF 2 density is detected.

【0021】酸化膜をエッチングする場合の投入ガス
(エッチングガス)としてはC48,C58,CF4
どを含む混合ガスが用いられる。例えば、Ar/C48
/O2の混合ガスである。本実施例では説明を簡単にす
るためCF4 とArの混合ガスをエッチングガスとし、
CF4 プラズマ中の解離活性種分子としてはCF3 ,C
2 ,CF,C,Fを考える。
As an input gas (etching gas) for etching the oxide film, a mixed gas containing C 4 F 8 , C 5 F 8 , CF 4 and the like is used. For example, Ar / C 4 F 8
/ O 2 mixed gas. In this embodiment, a mixed gas of CF 4 and Ar is used as an etching gas to simplify the description.
The dissociated active species molecules in CF 4 plasma include CF 3 and C
Consider F 2 , CF, C, F.

【0022】酸化膜をエッチングする場合、CF2 が酸
化膜をエッチングするので、CF2密度を最大値に維持
することが望ましい場合がある。プラズマを発生させる
条件(プラズマ発生条件)としては投入電力,全圧,各
ガス流量などが考えられるが、ここでは投入電力を制御
する場合を考える。制御の方法としては、CF2 の密度
が最大値から5%以内から外れた場合に10W間隔で投
入電力を増減する方法を挙げる。
[0022] When etching the oxide film, since CF 2 etches oxide film, it may be desirable to maintain the CF 2 density maximum value. Conditions for generating plasma (plasma generation conditions) include input power, total pressure, and gas flow rates. Here, a case where input power is controlled will be considered. As a control method, there is a method of increasing or decreasing the input power at intervals of 10 W when the density of CF 2 is out of the maximum value within 5%.

【0023】図5は本発明を適用した酸化膜プラズマエ
ッチング装置である。
FIG. 5 shows an oxide film plasma etching apparatus to which the present invention is applied.

【0024】プラズマエッチングを行うための真空チャ
ンバ1は、チャンバ内の圧力を調節するためのバルブ2
を経由して、排気を行うための真空ポンプ3に接続され
ている。また、流量制御器4を通じて一定の流量で、C
4 を含むエッチングガス5(投入ガスとも記述する)
が、真空チャンバ1内に供給される。
A vacuum chamber 1 for performing plasma etching is provided with a valve 2 for adjusting the pressure in the chamber.
Is connected to a vacuum pump 3 for exhausting air. Further, at a constant flow rate through the flow rate controller 4, C
Etching gas 5 containing F 4 (also described as input gas)
Is supplied into the vacuum chamber 1.

【0025】真空チャンバ1には磁場発生用のコイル6
が設けられ、コイル6は直流電源7から直流電流が供給
される。プラズマ8を発生させるために、アンテナ9に
は整合器10を通じて高周波電源11から高周波電力が
印加される。真空チャンバ1内には、ウエハ12を置く
ための下部電極13が設けられている。下部電極13は
バイアス用整合器14を通じてバイアス用電源15に接
続され、バイアス電圧が印加される。
The vacuum chamber 1 has a coil 6 for generating a magnetic field.
Is provided, and a DC current is supplied to the coil 6 from a DC power supply 7. In order to generate the plasma 8, high frequency power is applied to the antenna 9 from the high frequency power supply 11 through the matching unit 10. In the vacuum chamber 1, a lower electrode 13 for placing a wafer 12 is provided. The lower electrode 13 is connected to a bias power supply 15 through a bias matching unit 14, and a bias voltage is applied.

【0026】真空チャンバ1には石英窓16と発光を分
析するための発光分析器17は、発光スペクトルと発光
強度から反応温度を計算する反応温度計算用コンピュー
タ18に接続されている。反応温度計算用コンピュータ
18は制御用コンピュータ19に接続されていて制御用
コンピュータ19は高周波電源11,流量制御器4,バ
ルブ2を制御している。反応温度計算用コンピュータ1
8と制御用コンピュータ19は、一体型のものであって
もよい。また、他の計測器20からの信号に基づく制御
をあわせて行うための他のコンピュータ21を含めて一
体になっていてもよい。事前実験の際に用いる赤外半導
体レーザー22と赤外分光器23も取り付けられてい
る。
In the vacuum chamber 1, a quartz window 16 and an emission analyzer 17 for analyzing light emission are connected to a reaction temperature calculation computer 18 for calculating a reaction temperature from an emission spectrum and emission intensity. The reaction temperature calculation computer 18 is connected to a control computer 19, and the control computer 19 controls the high frequency power supply 11, the flow controller 4, and the valve 2. Computer for reaction temperature calculation 1
The control computer 8 and the control computer 19 may be integrated. In addition, it may be integrated with another computer 21 for performing control based on a signal from another measuring instrument 20 together. An infrared semiconductor laser 22 and an infrared spectroscope 23 used in a preliminary experiment are also attached.

【0027】まず事前実験において、解離活性種分子で
あるCF2 ,CF,Fの密度比と発光強度比の関係を求
める。そのためには、実エッチングのプラズマ発生条件
に近い複数のプラズマ発生条件で、CF2 ,CF,Fの
発光強度と密度を測定し、以下の式のK1,K2を求め
る。
First, in a preliminary experiment, the relationship between the density ratio of the dissociated active species molecules CF 2 , CF, and F and the emission intensity ratio is determined. To this end, the emission intensity and density of CF 2 , CF, and F are measured under a plurality of plasma generation conditions close to the plasma generation conditions of actual etching, and K 1 and K 2 in the following equations are obtained.

【0028】[0028]

【化4】 Embedded image

【0029】ここで、I(X)は解離活性種分子Xに固有
の波長の発光強度であり、分光器で測定する。なお、C
2 に固有な波長としては、271.1nmと280.0
nmを挙げることができ、CFでは207.9nmと2
30.5nmでは、Fでは685.6nmと690.3n
mを挙げることができる。ここでは各解離活性種分子に
固有な波長のうち代表的なものを挙げたが、各解離活性
種分子に固有な波長は数多くあり、どの解離活性種分子
の発光であるかが特定できる波長のものであれば他の波
長で代用することができる。また、CF2 とCFの密度
((CF2),(CF))は赤外線半導体レーザー吸収スペク
トル(IRLAS)で測定し、Fの密度は、FとArの
発光強度の比からアクチノメトリ方によって求める。ア
クチノメトリ法に関してはPlasma Source Science and
Technologyの3巻1554ページ(1994年)に述べ
られている。
Here, I (X) is the emission intensity at a wavelength unique to the dissociated active species molecule X, and is measured with a spectrometer. Note that C
The wavelengths specific to F 2 are 271.1 nm and 280.0 nm.
for CF, 207.9 nm and 2 for CF.
At 30.5 nm, 685.6 nm and 690.3 n for F
m. Here, typical wavelengths are listed among the wavelengths specific to each dissociation active species molecule.However, there are many wavelengths specific to each dissociation active species molecule, and wavelengths that can specify which dissociation active species molecule emits light can be specified. Other wavelengths can be substituted. The density of CF 2 and CF ((CF 2 ), (CF)) is measured by an infrared semiconductor laser absorption spectrum (IRLAS), and the density of F is determined by actinometry from the ratio of the emission intensity of F to Ar. . For the actinometry method, see Plasma Source Science and
Technology, vol. 3, p. 1554 (1994).

【0030】エッチングを開始する前にプラズマ中の解
離活性種分子の密度と反応温度の関係を求める。CF4
のプラズマの解離活性種分子として、CF3 ,CF2
CF,Fを考える場合、プラズマ中の全ての分子の密度
の合計と全圧の関係は、
Before starting the etching, the relationship between the density of the dissociated active species molecules in the plasma and the reaction temperature is determined. CF 4
CF 3 , CF 2 ,
When considering CF and F, the relationship between the sum of the densities of all molecules in the plasma and the total pressure is

【0031】[0031]

【化5】 Embedded image

【0032】となる。ここで、(X)はプラズマ発生時
の分子Xの密度を表す。なお、イオンの数は中性分子の
数に比べて少ないので無視している。
## EQU1 ## Here, (X) represents the density of the molecule X when the plasma is generated. The number of ions is ignored because it is smaller than the number of neutral molecules.

【0033】単位体積あたりのプラズマ中の各元素の数
は、投入ガスの元素の量の比に比例するとすると、
Assuming that the number of each element in the plasma per unit volume is proportional to the ratio of the amounts of the elements in the input gas,

【0034】[0034]

【化6】 Embedded image

【0035】である。Is as follows.

【0036】質量作用の法則に基づいて以下の式が成り
立つ。
The following equation is established based on the law of mass action.

【0037】[0037]

【化7】 Embedded image

【0038】[0038]

【化8】 Embedded image

【0039】[0039]

【化9】 Embedded image

【0040】[0040]

【化10】 Embedded image

【0041】反応温度を仮定して、式(化5)〜(化1
0)を連立方程式として解くと、解離活性種分子の密度
が求まる。複数の反応温度に対して解離活性種分子の密
度を求めると、反応温度と解離活性種分子の密度の関係
が求まる(温度密度関係)。この場合の温度密度関係は
図6に示したものである。なお、図6では、各反応温度
を異なるものとして扱っており、グラフの横軸の反応温
度はTr(CF2 ⇒CF+F)である。
Assuming the reaction temperature, the following formulas (5) to (1)
By solving 0) as a simultaneous equation, the density of dissociated active species molecules can be obtained. When the densities of the dissociated active species molecules are determined for a plurality of reaction temperatures, the relationship between the reaction temperature and the density of the dissociated active species molecules is determined (temperature density relationship). The temperature density relationship in this case is as shown in FIG. In FIG. 6, each reaction temperature is treated as being different, and the reaction temperature on the horizontal axis of the graph is Tr (CF 2 ⇒CF + F).

【0042】実エッチングを開始した後、発光分析器を
用いてプラズマ中の解離活性種分子や投入ガスに固有な
波長の発光強度に基づいて、プラズマ中の解離活性種分
子と投入ガスの分子のうち、式(化4)に基づいてCF
2 ,CF,Fの密度比を求める。
After starting the actual etching, the dissociation active species molecules in the plasma and the molecules of the input gas are determined based on the emission intensity of the dissociation active species molecules in the plasma and the wavelength specific to the input gas using an emission analyzer. Of which, based on the formula (Chem. 4)
2. Calculate the density ratio of CF, F.

【0043】ここで、投入電力を一定にしているにも関
わらず、経時変化や他のフィードバックループによる制
御のために、CF2 密度が許容範囲、例えば5%以内よ
り低下した場合を考える。
Here, a case is considered in which the CF 2 density falls below an allowable range, for example, within 5%, due to control over time or other feedback loops, even though the input power is kept constant.

【0044】式(化4)を用いて発光強度比から求めた
CF2 /F密度比が許容範囲から外れた場合、CF2
F密度比の他に、CF2 /CF密度比も式(化4)から
求める。発光強度比から求めたCF2 /CF/Fの密度
比と予め計算した密度比が一致する反応温度を温度密度
関係から求める。密度比が一致する反応温度が見つから
ない場合、密度比が最も近くなる温度を求めればよい。
[0044] If the CF 2 / F density ratio determined from the emission intensity ratio using equation (Formula 4) it is out of the allowable range, CF 2 /
In addition to the F density ratio, the CF 2 / CF density ratio is also determined from equation (4). A reaction temperature at which the density ratio of CF 2 / CF / F obtained from the emission intensity ratio matches the density ratio calculated in advance is obtained from the temperature density relationship. If a reaction temperature with the same density ratio is not found, the temperature at which the density ratio becomes closest may be obtained.

【0045】温度密度関係は全圧とガス流量で決まるの
で、経時変化や他の制御機構の影響を受けることはな
い。CF2 密度を最大にする反応温度とその時の反応温
度を比較して、図4(a)に示すように反応温度が低下
していれば、反応温度を上昇させるために投入電力を増
加させればよい。逆に、図4(b)に示すように反応温
度が上昇している場合には、投入電力を減少させればよ
い。
Since the temperature density relationship is determined by the total pressure and the gas flow rate, it is not affected by aging or other control mechanisms. The reaction temperature at which the CF 2 density is maximized is compared with the reaction temperature at that time. If the reaction temperature is lowered as shown in FIG. 4 (a), the input power can be increased to raise the reaction temperature. I just need. Conversely, when the reaction temperature is rising as shown in FIG. 4B, the input power may be reduced.

【0046】このように本実施例では、投入電力とCF
2 密度の関係がどちらに変化してもCF2 密度が最大に
なるように制御することができる。
As described above, in this embodiment, the input power and CF
Whichever the relationship between the two densities changes, control can be performed so that the CF 2 density is maximized.

【0047】第一の実施例をまとめると図7のようにな
る。事前実験により、CF2 /CFとの発光強度比と密
度比の関係を求める。また、CF2 /F発光強度比の関
係も求める。そして、エッチング開始前に全圧とガス流
量から温度密度関係を求める。
FIG. 7 summarizes the first embodiment. The relationship between the emission intensity ratio with CF 2 / CF and the density ratio is determined by a preliminary experiment. Further, the relationship of the CF 2 / F emission intensity ratio is also determined. Then, a temperature density relationship is obtained from the total pressure and the gas flow rate before starting the etching.

【0048】エッチング中に、CF2 ,CF,Fの発光
強度を計測し(S1)、発光強度比を計算する(S
2)。そして、温度密度関係を用いて反応温度を求める
(S3)。
During the etching, the emission intensities of CF 2 , CF, and F are measured (S1), and the emission intensity ratio is calculated (S1).
2). Then, a reaction temperature is determined using the temperature density relationship (S3).

【0049】さらに、再度、温度密度関係を用いて反応
温度からCF2 密度を求める(S4)。
Further, the CF 2 density is determined again from the reaction temperature using the temperature density relationship (S 4).

【0050】CF2 密度が許容範囲内であれば、プラズ
マ発生条件を変更する必要はない。しかし、CF2 密度
が低下し許容範囲から外れていれば投入電力を増減させ
る。この時、反応温度が低下していれば投入電力を増加
させ(S5a)、反応温度が上昇していれば投入電力を
減少させる(S5b)。
If the CF 2 density is within the allowable range, there is no need to change the plasma generation conditions. However, if the CF 2 density falls out of the allowable range, the input power is increased or decreased. At this time, if the reaction temperature is lower, the input power is increased (S5a), and if the reaction temperature is higher, the input power is reduced (S5b).

【0051】第一の実施例の変形例を示す。これらの変
形はこれから後に述べる実施例にも適用できる。
A modification of the first embodiment is shown. These modifications can be applied to the embodiments described later.

【0052】事前実験で密度比と発光強度の関係を求め
る際に、赤外半導体レーザー誘起分光法(IRLAS)
によりCF2 とCFの密度を求め、密度から密度比を求
める例を示した。しかし、密度比だけを求めてもよい。
この場合、CF2 とCFの密度の絶対値を求める必要は
ない。
In determining the relationship between the density ratio and the emission intensity in a preliminary experiment, infrared semiconductor laser-induced spectroscopy (IRLAS)
An example is shown in which the density of CF 2 and CF is obtained by using the formula, and the density ratio is obtained from the density. However, only the density ratio may be obtained.
In this case, there is no need to determine the absolute value of the density of CF 2 and CF.

【0053】事前実験で密度比と発光強度の関係を求め
る際に、赤外半導体レーザー誘起分光法(IRLAS)
とアクチノメトリ法を示したが、密度や密度比を求める
方法は他の方法であってもよい。例えば、レーザー誘起
蛍光法(LIF),質量分析法(MS),出現質量分析
法(APMS)であってもよい。
In determining the relationship between the density ratio and the emission intensity in a preliminary experiment, infrared semiconductor laser-induced spectroscopy (IRLAS)
And the actinometry method, but the method of obtaining the density and the density ratio may be another method. For example, laser-induced fluorescence (LIF), mass spectrometry (MS), and appearance mass spectrometry (APMS) may be used.

【0054】投入ガスの解離を表す指標として反応温度
を用いる例を示したが、I(CF)I(F)/I(CF2)I
(Ar)を、解離の指標とする事もできる場合もある。
それは、CF2 /Fの発光強度比と密度比が比例し、ア
ルゴンの密度の変化が無視できる場合である。この場
合、I(CF)I(F)/I(CF2)I(Ar)は(CF)(F)
/(CF2)に比例し、式(化9)に示すように(CF)
(F)/(CF2)は反応温度と対応しているためである。
なお、I(CF)I(F)/I(CF2)I(Ar)の値が大き
いことは反応温度が高いことを示す。
Although an example using the reaction temperature as an index indicating the dissociation of the input gas has been described, I (CF) I (F) / I (CF 2 ) I
In some cases, (Ar) can be used as an index of dissociation.
This is the case when the emission intensity ratio of CF 2 / F is proportional to the density ratio, and the change in the density of argon can be ignored. In this case, I (CF) I (F) / I (CF 2 ) I (Ar) is (CF) (F)
/ (CF 2 ), and as shown in the formula (9), (CF)
This is because (F) / (CF 2 ) corresponds to the reaction temperature.
A large value of I (CF) I (F) / I (CF 2 ) I (Ar) indicates that the reaction temperature is high.

【0055】また、事前実験で、発光強度比と密度比の
関係を求める例を示しているが、同種の複数のプラズマ
処理装置を用いる場合には、全ての装置で事前実験を行
う必要はない。この場合、事前実験を行わない装置で
は、密度や密度比を求めるための装置、例えば、すなわ
ち赤外半導体レーザー22は不要である。さらに、発光
強度比と密度比の関係をデータベースとしてコンピュー
タ内に記憶させておけば、事前実験は不要である。
Although an example in which the relationship between the emission intensity ratio and the density ratio is obtained in a preliminary experiment is shown, when a plurality of plasma processing apparatuses of the same type are used, it is not necessary to perform the preliminary experiment in all apparatuses. . In this case, a device for performing the density and the density ratio, for example, the infrared semiconductor laser 22 is unnecessary in the device without performing the preliminary experiment. Further, if the relationship between the light emission intensity ratio and the density ratio is stored in a computer as a database, a preliminary experiment is unnecessary.

【0056】事前実験によって、CF2 /Fの発光強度
比と密度比の関係が分かる、また、アクチノメトリ法
(文献)によりArとFの発光強度比からFの密度が分
かる。そのため、エッチング中にCF2 ,CF,F,A
rの発光強度を観測し、CF2/CF発光強度比からC
2/CF密度比(CF2)/(CF)を求め、アクチノメト
リ法によりF密度(F)を求めると、式(化9)を用い
て反応温度を求めることができる。このようにエッチン
グ中にCF2 ,CF,F,Arの発光強度から反応温度
を求めることもできる。この場合、エッチング前に温度
密度関係を求める必要がない。
The relationship between the emission intensity ratio of CF 2 / F and the density ratio can be determined by a preliminary experiment, and the density of F can be determined from the emission intensity ratio of Ar and F by the actinometry method (literature). Therefore, during etching, CF 2 , CF, F, A
The emission intensity of r was observed, and C 2 / CF emission intensity ratio
When the F 2 / CF density ratio (CF 2 ) / (CF) is obtained and the F density (F) is obtained by the actinometry method, the reaction temperature can be obtained by using the formula (Formula 9). As described above, the reaction temperature can be determined from the emission intensity of CF 2 , CF, F, and Ar during the etching. In this case, there is no need to determine the temperature density relationship before etching.

【0057】CF2 /CF/Fの発光強度比から、CF
2 /CF/F密度比を求め、反応温度を求める例を示し
たが、CF2 /CFの発光強度比からCF2 /CF密度
比から反応温度を求まる場合がある。制御しようとして
いるプラズマ処理装置やプラズマ処理方法によって反応
温度が変化する範囲は決まる。その範囲内でCF2 /C
F密度比と反応温度が一対一に対応していればCF2
CF発光強度比のみで反応温度を決めることができる。
From the emission intensity ratio of CF 2 / CF / F, CF
Seeking 2 / CF / F density ratio, an example of obtaining the reaction temperature, there is a case where the light emission intensity ratio of CF 2 / CF obtained a reaction temperature from CF 2 / CF density ratio. The range in which the reaction temperature changes depends on the plasma processing apparatus and the plasma processing method to be controlled. Within that range, CF 2 / C
If the F density ratio and the reaction temperature correspond one to one, CF 2 /
The reaction temperature can be determined only by the CF emission intensity ratio.

【0058】さらに、CF2 /CF密度比だけで反応温
度が定まる場合には、表面反応がF密度に与える影響を
評価することができる。CF2 /CFの発光強度比から
反応温度を求め、反応温度からF密度を求めることがで
きる。ここで、プラズマエッチング装置のうち、表面反
応を制御する手段を有するものを考える。例えば、チャ
ンバ1内にシリコン表面を露出させ、そのシリコンにバ
イアス電圧を印加して、プラズマ中のFを減少させる手
段を備えた装置を考える。エッチング中にCF2/CF発
光強度比を観測し、式(化4)を用いてCF2 /CF密
度比を求め、反応温度を求める。さらに、反応温度から
F密度(予測値)を求める。また、エッチング中にF/
Ar発光強度比からF密度(実測値)を求める。そし
て、F密度の予測値と実測値を比較する。表面反応によ
りFが消費されていればF密度の実測値/予測値が小さ
くなるので、F密度の実測値/予測値によって表面反応
を評価することができる。
Further, when the reaction temperature is determined only by the CF 2 / CF density ratio, the effect of the surface reaction on the F density can be evaluated. The reaction temperature can be determined from the emission intensity ratio of CF 2 / CF, and the F density can be determined from the reaction temperature. Here, a plasma etching apparatus having a means for controlling a surface reaction is considered. For example, consider an apparatus having a means for exposing the silicon surface in the chamber 1 and applying a bias voltage to the silicon to reduce F in the plasma. During the etching, the CF 2 / CF emission intensity ratio is observed, the CF 2 / CF density ratio is determined using the formula (4), and the reaction temperature is determined. Further, the F density (predicted value) is determined from the reaction temperature. In addition, F /
The F density (actually measured value) is determined from the Ar emission intensity ratio. Then, the predicted value and the actually measured value of the F density are compared. If F is consumed by the surface reaction, the measured / predicted value of the F density becomes smaller, so that the surface reaction can be evaluated by the measured / predicted value of the F density.

【0059】さらに、この方法を簡略化することもでき
る。CF2 とCFとFの発光強度の関係を求めておいて
表面反応によるFの消費を評価することもできる。この
場合、事前実験では表面反応を制御する手段を稼動させ
ずに、CF2 とCF発光強度からFの発光強度を求める
表を作成する。そして、エッチング中にはCF2 とCF
とFの発光強度を計測し、CF2 /CF発光強度比を求
める。事前実験によって得られたCF2 /CF発光強度
比とFの発光強度の関係を用いてFの発光強度を予測す
る(予測値)。Fの発光強度の実測値と比較して、表面
反応の影響を評価する。つまり、実測値/予測値が小さ
ければ表面反応によってFが消費されていることが検知
できる。
Further, this method can be simplified. Keep seeking relationship of the emission intensity of CF 2 and CF and F can also be evaluated consumption of F due to surface reaction. In this case, in the preliminary experiment, a table for calculating the emission intensity of F from the emission intensity of CF 2 and CF is created without operating the means for controlling the surface reaction. During etching, CF 2 and CF are used.
And the emission intensity of F are measured, and the CF 2 / CF emission intensity ratio is determined. The emission intensity of F is predicted using the relationship between the CF 2 / CF emission intensity ratio and the emission intensity of F obtained by a preliminary experiment (predicted value). The effect of the surface reaction is evaluated by comparing with the measured value of the emission intensity of F. That is, if the measured value / predicted value is small, it can be detected that F is consumed by the surface reaction.

【0060】[0060]

【化5】 Embedded image

【0061】エッチング前に温度密度関係を求める例を
示したが、温度密度関係を先に求める必然性はない。こ
の場合、エッチング中に発光強度比から密度比を求め
る。その後、式(化4)と式(化5)から(化10)を
連立して解けばよい。このようにすると温度密度関係を
コンピュータに記憶させる必要はない。
Although an example has been described in which the temperature density relationship is obtained before etching, it is not necessary to obtain the temperature density relationship first. In this case, the density ratio is obtained from the emission intensity ratio during the etching. After that, the formulas (Formula 4) and the formulas (Formula 5) to (Formula 10) may be solved simultaneously. In this case, there is no need to store the temperature density relationship in the computer.

【0062】温度密度関係を求める際に、各元素の比は
投入ガスの比と同じであるとする例を示したが、事前実
験に基づいて、各元素の比を決めてもよい。
In determining the temperature density relationship, an example has been described in which the ratio of each element is the same as the ratio of the input gas. However, the ratio of each element may be determined based on a preliminary experiment.

【0063】また、質量作用の式の中に無次元のものが
あり、その式に用いられる密度比が発光強度比と関連づ
けることができ、エッチング前に温度密度関係を求める
ことなく、エッチング中に反応温度を求めることができ
る。例えば、反応式が、
In addition, there is a dimensionless expression in the mass action equation, and the density ratio used in the equation can be related to the emission intensity ratio. The reaction temperature can be determined. For example, the reaction formula is

【0064】[0064]

【化11】 A+B⇒P+Q …(化11) の形をしており、質量作用の式が、[Formula 11] A + B⇒P + Q (Formula 11), and the equation of mass action is

【0065】[0065]

【化12】 Embedded image

【0066】の形のように無次元で、二種類の密度比、Dimensionless as in the form of

【0067】[0067]

【化13】 Embedded image

【0068】が、発光強度比から求まる場合である。こ
のような場合にも、エッチング前に温度密度関係を求め
る必要はない。
In the case where it is determined from the light emission intensity ratio. In such a case, it is not necessary to determine the temperature density relationship before etching.

【0069】また、反応温度を上昇させるために投入電
力を増加させる例を示したが、ガスの滞在時間を延長し
てもよい。滞在時間を延長するためには流量を減少させ
るか、チャンバの体積を増加させればよい。逆に、反応
温度を低下させるためには、流量を増加させたり、チャ
ンバの体積を減少させて、滞在時間を短縮すればよい。
Although the example in which the input power is increased in order to raise the reaction temperature has been described, the residence time of the gas may be extended. To extend the stay time, the flow rate may be reduced or the volume of the chamber may be increased. Conversely, to lower the reaction temperature, the residence time may be reduced by increasing the flow rate or reducing the volume of the chamber.

【0070】第一の実施例のフローを図7に示した。し
かし、投入電力を変化させても(S5aまたはS5
b)、反応温度が許容範囲内に入らない場合に、S1か
らS4のステップを繰り返してもよい。また、投入電力
を変化させた際に反応温度が予期した通りに変化しない
場合に、プラズマ処理を中止するようにしてもよい。例
えば、反応温度を上昇させようとして投入電力を増加さ
せたにもかかわらず、反応温度が下降した場合にプラズ
マ処理を中止するようにしてもよい。
FIG. 7 shows the flow of the first embodiment. However, even if the input power is changed (S5a or S5
b) If the reaction temperature does not fall within the allowable range, steps S1 to S4 may be repeated. Further, if the reaction temperature does not change as expected when the input power is changed, the plasma processing may be stopped. For example, the plasma processing may be stopped when the reaction temperature decreases despite the fact that the input power is increased in order to increase the reaction temperature.

【0071】第一の実施例の変形例を示したが、これら
の変形はこれから後に述べる実施例にも適用できる。
Although the modifications of the first embodiment have been described, these modifications can be applied to the embodiments described later.

【0072】本発明の第二の実施例を示す。第一の実施
例では、CF2 密度を最大にする例を示したが、CF2
密度が高すぎてエッチングレートが低下する場合があ
る。そのため、CF2 密度を所定の値に維持することが
望ましい場合がある。しかし、投入電力に対してCF2
密度が単調に増加するわけではない。そのため、CF2
密度が変化した場合に投入電力を増加させるべきか減少
させるべきかの判断ができない。そこで、CF2 密度を
一定に維持する場合を第二の実施例として述べる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In a first embodiment, an example to maximize CF 2 density, CF 2
The density may be too high and the etching rate may decrease. Therefore, it may be desirable to maintain the CF 2 density at a predetermined value. However, CF 2
Density does not increase monotonically. Therefore, CF 2
When the density changes, it cannot be determined whether the input power should be increased or decreased. Therefore, a case where the CF 2 density is kept constant will be described as a second embodiment.

【0073】まず、第一の実施例と同様の事前実験を行
い、解離活性種分子であるCF2 ,CF,Fの密度比と
発光強度比の関係を求める。エッチング前には式(化
5)から式(化10)を解き、温度密度関係を求める。
さらに、エッチング中に発光強度比から式(化4)を用
いて、密度比を求め、温度密度関係を用いて反応温度を
求め、再び温度密度関係を用いてCF2 密度を求める。
First, a preliminary experiment similar to that of the first embodiment is performed, and the relationship between the density ratio of CF 2 , CF, and F, which are dissociation active species molecules, and the emission intensity ratio is determined. Before etching, equation (10) is solved from equation (5) to determine the temperature density relationship.
Further, during the etching, the density ratio is obtained from the emission intensity ratio using the formula (Formula 4), the reaction temperature is obtained using the temperature density relationship, and the CF 2 density is obtained again using the temperature density relationship.

【0074】CF2 密度が許容範囲から外れた場合、反
応温度が上昇したか下降したかを判断する。反応温度が
上昇した場合には反応温度を下降させるために投入電力
を減少させ、反応温度が降下した場合には反応温度を上
昇させるために投入電力を増加させればよい。
If the CF 2 density falls outside the allowable range, it is determined whether the reaction temperature has risen or fallen. When the reaction temperature rises, the input power may be decreased to lower the reaction temperature, and when the reaction temperature decreases, the input power may be increased to raise the reaction temperature.

【0075】第一の実施例として特定の解離活性種分子
の密度を最大値に維持する例を示し、第二の実施例とし
て特定の解離活性種分子の密度を所定の値に維持する例
を示した。いずれの場合も反応温度を一定にするように
制御すればよい。そのため、特定の値を最大に維持する
方法は、特定の値を所定の値に維持する場合にも適用す
ることができる。これは以降の実施例でも同様である。
The first embodiment shows an example in which the density of a specific dissociated active species molecule is maintained at a maximum value, and the second embodiment shows an example in which the density of a specific dissociated active species molecule is maintained at a predetermined value. Indicated. In any case, the reaction temperature may be controlled to be constant. Therefore, the method of maintaining the specific value at the maximum can be applied to the case where the specific value is maintained at the predetermined value. This is the same in the following embodiments.

【0076】第一・第二の実施例ではCF2 密度を最大
または所定の値に制御する例を示したが、この方法は他
の解離活性種分子にも適用できる。例えば、窒化膜をエ
ッチングする場合、CF3 が窒化膜をエッチングするの
で(K. Miyata, H. Arai, T.Kuno, M. Hori, T. Goto, P
roceeding of Symposium on Dry Process、129ペー
ジ)、CF3 密度を制御したい場合があるが、第一・第
二の実施例で述べた方法でCF3 を制御することができ
る。このように、本発明を適用すれば、エッチング中に
直接には観測できないCF3 密度に基づいて制御するこ
ともできる。
In the first and second embodiments, the example in which the CF 2 density is controlled to the maximum or a predetermined value has been described. However, this method can be applied to other dissociated active species molecules. For example, when etching a nitride film, CF 3 etches the nitride film (K. Miyata, H. Arai, T. Kuno, M. Hori, T. Goto, P.
roceeding of Symposium on Dry Process, p. 129). In some cases, it is desired to control the CF 3 density, but the CF 3 can be controlled by the method described in the first and second embodiments. As described above, by applying the present invention, control can be performed based on the CF 3 density that cannot be directly observed during etching.

【0077】CF2 /F密度比を最大に維持する方法を
第三の実施例として示す。すでに述べたようにCF2
F密度比を最大に維持する方法は、CF2 /F密度比を
一定にする場合にも適用できる。本実施例ではCF2
F密度比を最大に維持する方法を説明する。
A method for maintaining the CF 2 / F density ratio at a maximum will be described as a third embodiment. As already mentioned, CF 2 /
The method of maintaining the F density ratio at the maximum can be applied to the case where the CF 2 / F density ratio is kept constant. In this embodiment, CF 2 /
A method for maintaining the F density ratio at the maximum will be described.

【0078】シリコンを下地とする酸化膜をエッチング
する場合、シリコンをエッチングすることなく酸化膜を
エッチングすることが望ましい。CF2 は酸化膜をエッ
チングしFは下地シリコンをエッチングする。そこで、
シリコンをエッチングせずに酸化膜だけを選択的にエッ
チングする(シリコンに対する酸化膜の選択比が高いエ
ッチング)ためには、CF2 密度が大きく、F密度が小
さいプラズマ発生条件でエッチングすることが望ましい
ことがある。しかし、図7に示すようにCF2密度が投
入電力に対して上に凸なので、CF2 /F密度比もまた
投入電力に対して上に凸である。そのため、CF2 /F
発光強度比からCF2 /F密度比の低下を検出できて
も、CF2 /F密度比を上昇させるために投入電力を増
加させるべきか減少させるべきか、判断できない。
When etching an oxide film having silicon as a base, it is desirable to etch the oxide film without etching silicon. CF 2 etches the oxide film and F etches the underlying silicon. Therefore,
In order to selectively etch only an oxide film without etching silicon (etching with a high selectivity ratio of an oxide film to silicon), it is desirable to perform etching under plasma generation conditions having a large CF 2 density and a small F density. Sometimes. However, as shown in FIG. 7, since the CF 2 density is upwardly convex with respect to the applied power, the CF 2 / F density ratio is also upwardly convex with respect to the applied power. Therefore, CF 2 / F
Be able to detect the decrease in CF 2 / F density ratio from emission intensity ratio, should reduce should increase the input power in order to increase the CF 2 / F density ratio, it can not be determined.

【0079】第一・第二の実施例と同様に事前実験を行
い、発光強度比と密度比の関係を求める。そして、エッ
チング前に温度密度関係を求める。
A preliminary experiment is performed in the same manner as in the first and second embodiments to determine the relationship between the emission intensity ratio and the density ratio. Then, a temperature density relationship is obtained before etching.

【0080】エッチング中にCF2 /F発光強度比か
ら、CF2 /F密度比を求める。
[0080] From CF 2 / F emission intensity ratio during etching, obtaining the CF 2 / F density ratio.

【0081】CF2 /F密度比が許容範囲から外れてい
れば、CF2 /CF/Fの発光強度比から、反応温度を
求める。
If the CF 2 / F density ratio is out of the allowable range, the reaction temperature is determined from the emission intensity ratio of CF 2 / CF / F.

【0082】反応温度が上昇していれば、反応温度を低
下させるために投入電力を減少させ、反応温度が下降し
ていれば、反応温度を上昇させるために投入電力を増加
させる。
If the reaction temperature is increasing, the input power is decreased to lower the reaction temperature, and if the reaction temperature is decreasing, the input power is increased to increase the reaction temperature.

【0083】第三の実施例をまとめると図8のようにな
る。第一・第二の実施例と比べると第三の実施例では、
CF2 /F密度比が許容範囲から外れているときにだ
け、反応温度を計算すればよい。
FIG. 8 summarizes the third embodiment. In the third embodiment, compared to the first and second embodiments,
Only when the CF 2 / F density ratio is out of the allowable range, the reaction temperature may be calculated.

【0084】第一から第三の実施例では特定の解離活性
種分子の密度や密度比を制御する例を示したが、最適な
プラズマ発生条件の反応温度が分かっていれば、反応温
度を維持するように制御してもよい。さらに、I(CF)
I(F)/I(CF2)I(Ar)を解離を示す指標として用
いるのであれば、事前実験で最適なプラズマ発生条件の
I(CF)I(F)/I(CF2)I(Ar)を求めておけばよ
い。
In the first to third embodiments, an example in which the density and density ratio of specific dissociated active species molecules are controlled has been described. However, if the reaction temperature under the optimum plasma generation conditions is known, the reaction temperature is maintained. Control may be performed. Further, I (CF)
If I (F) / I (CF 2 ) I (Ar) is used as an index indicating dissociation, I (CF) I (F) / I (CF 2 ) I ( Ar) may be determined.

【0085】また、フロロカーボン系のプラズマを制御
する例を示したが、他のプラズマであってもよい。例え
ば、CVDプロセスやチャンバのクリーニングプロセス
であってもよい。シリコンのクリーニングプロセスで
は、シリコン原子の密度やシリコン原子と他の解離活性
種分子の密度比を制御することが有用である。
Although the example of controlling the fluorocarbon-based plasma has been described, other types of plasma may be used. For example, a CVD process or a chamber cleaning process may be used. In the silicon cleaning process, it is useful to control the density of silicon atoms and the density ratio between silicon atoms and other dissociation active species molecules.

【0086】酸化膜と酸化膜エッチング用の投入ガスを
例に挙げているが、エッチング対象は酸化膜に限らず、
ケイ素,アルミや銅などの金属,BSTなどの合金,ポ
リアリールエーテルなどの有機物であってもよい。ま
た、プラズマ中の解離活性種分子を利用したものであれ
ば、Cl2,BCl3,SF6 などを利用したクリーニン
グプロセスであってもよい。
The oxide film and the input gas for etching the oxide film are described as examples, but the object to be etched is not limited to the oxide film.
Silicon, metals such as aluminum and copper, alloys such as BST, and organic substances such as polyaryl ethers may be used. In addition, a cleaning process using Cl 2 , BCl 3 , SF 6, or the like may be used as long as it uses dissociated active species molecules in plasma.

【0087】プラズマ処理の例として、エッチングプロ
セスを挙げたが、CVDなどの成膜プロセスであっても
よい。例えば、ポリシリコンの薄膜を生成するCVDプ
ロセスであれば。プラズマ中のSi原子が解離活性種分
子となる。そのため、ポリシリコンの成膜プロセスでは
Si原子の密度を反応温度と関連付ければ、反応温度に
基づいてプラズマ発生条件を制御することができる。
Although an etching process has been described as an example of the plasma processing, a film forming process such as CVD may be used. For example, a CVD process for forming a polysilicon thin film. Si atoms in the plasma become dissociation active species molecules. Therefore, in the polysilicon deposition process, if the density of Si atoms is associated with the reaction temperature, the plasma generation conditions can be controlled based on the reaction temperature.

【0088】[0088]

【発明の効果】本発明を適用すると、プラズマ中の解離
活性種分子の密度または密度比の変化を検出するととも
に、プラズマ発生条件をどのように変更すべきかを予測
し、プラズマ発生条件を変更する事ができる。また、C
3 のように発光で直接に観測することのできない解離
活性種分子の密度を、プラズマの発光から予測し、その
密度に基づいてプラズマ発生条件を制御することができ
る。
When the present invention is applied, the change in the density or the density ratio of the dissociated active species molecules in the plasma is detected, how to change the plasma generation conditions is predicted, and the plasma generation conditions are changed. Can do things. Also, C
The density of dissociated active species molecules that cannot be directly observed by light emission, such as F 3 , can be predicted from the light emission of the plasma, and the plasma generation conditions can be controlled based on the density.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】CF4 プラズマの反応温度を示す特性図。FIG. 1 is a characteristic diagram showing a reaction temperature of CF 4 plasma.

【図2】C48プラズマにおける反応温度の関係の例を
示す特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of a relationship between reaction temperatures in C 4 F 8 plasma.

【図3】CF2 密度と投入電力の関係を示す特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between CF 2 density and input power.

【図4】CF2 密度と投入電力の関係を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between CF 2 density and input power.

【図5】本発明を適用したプラズマ処理装置の例を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied.

【図6】温度密度関係の例(CF4 プラズマの場合)を
示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of a temperature density relationship (in the case of CF 4 plasma).

【図7】第一の実施例のである投入電力の増減を説明す
るフローチャート。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an increase / decrease of input power according to the first embodiment;

【図8】第三の実施例のである投入電力の増減を説明す
るフローチャート。
FIG. 8 is a flowchart illustrating an increase / decrease of input power according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空チャンバ、2…バルブ、3…真空ポンプ、4…
流量制御器、5…エッチングガス、6…コイル、7…直
流電源、8…プラズマ、9…アンテナ、10…整合器、
11…高周波電源、12…ウエハ、13…下部電極、1
4…バイアス用整合器、15…バイアス用電源、16…
石英窓、17…発光分析器、18…反応温度計算用コン
ピュータ、19…制御用コンピュータ、20…他の計測
器、21…他のコンピュータ、22…赤外半導体レーザ
ー、23…赤外分光器。
1. Vacuum chamber, 2. Valve, 3. Vacuum pump, 4.
Flow controller, 5 etching gas, 6 coil, 7 DC power supply, 8 plasma, 9 antenna, 10 matching device,
11: High frequency power supply, 12: Wafer, 13: Lower electrode, 1
4 ... Bias matching device, 15 ... Bias power supply, 16 ...
Quartz window, 17: emission analyzer, 18: computer for calculating reaction temperature, 19: computer for control, 20: other measuring instrument, 21: other computer, 22: infrared semiconductor laser, 23: infrared spectroscope.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 BA29 FA01 HA16 JA16 KA39 KA41 LA15 5F004 AA16 BA04 BB18 BD04 CB02 DA00 DA01 DA23 DA26 DB03 5F045 EH19 GB08 GB17  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K030 BA29 FA01 HA16 JA16 KA39 KA41 LA15 5F004 AA16 BA04 BB18 BD04 CB02 DA00 DA01 DA23 DA26 DB03 5F045 EH19 GB08 GB17

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマを用いて半導体薄膜の加工を制御
する装置において、プラズマの発光強度を測定する手段
を備え、前記測定手段の出力を用いて投入ガスの解離を
表す指標を求め、前記指標に基づいて、プラズマ発生条
件を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
1. An apparatus for controlling the processing of a semiconductor thin film using plasma, comprising means for measuring the emission intensity of plasma, obtaining an index representing the dissociation of the input gas using the output of said measuring means, A plasma processing apparatus characterized in that plasma generation conditions are controlled based on the condition.
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