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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
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Patent type
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plasma
emission
index
system
intensity
Prior art date
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Pending
Application number
JP35698899A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Tanaka
Tasuku Yano
潤一 田中
資 矢野
Original Assignee
Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
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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.
COPYRIGHT: (C)2001,JPO

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。 The present invention relates includes a method of making a semiconductor device using plasma (plasma treatment method), there is an apparatus for manufacturing a semiconductor device by plasma treatment (semiconductor manufacturing apparatus), a substrate and the step of removing the surface (dry etching), is utilized for generating 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。 Some BACKGROUND ART dissociation active species molecules in the plasma are those that emit light in specific wavelength. そこで、特開平5−972 Thus, JP-A-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。 During the film forming step is 8 JP is performed to predict quality of light emitted from the plasma and in situ observation. また、特開平8−330278号公報には、CF 2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。 JP-A-8-330278, a method of performing dry etching by adjusting the plasma generating conditions such that a constant light emission intensity ratio from CF 2 and F are shown.

【0003】一方、プラズマの電気的特性に基づく制御方法もある。 On the other hand, there is also a control method based on electrical characteristics of the plasma. 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。 JP-A-10-125660, performs advance preliminary experiments, by substituting stores seeking model equation that relates the electrical signal and the plasma processing characteristics, the value of the electrical signal during the etching in the model type plasma treatment method of controlling the production conditions of the predicted plasma characteristics are 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。 Can be predicted in the film quality in JP-5-9728 discloses methods of [0006], control how the plasma generating conditions (input power and gas flow rate) to obtain a predetermined quality of film or it has not been shown to. 特開平8−33027 JP-A-8-33027
8 号公報の方法もCF 2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。 It is stated that a method of 8 JP maintaining a constant emission intensity ratio from CF 2 and F, how not described or control the plasma generation condition when the emission intensity ratio is varied. 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 these known examples detects a change in plasma processing characteristics, shows that the return based on the change 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。 [0005] However, how do you change the conditions to generate the plasma is not described. 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。 Further, it only performs a control based on direct observation amounts. 例えばCF 2 /F発光強度比を計測して、CF 2 /F発光強度比を制御している。 For example to measure the CF 2 / F emission intensity ratio, and controls the CF 2 / F emission intensity ratio. 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, since many types of dissociation active species molecules that can not be observed in light emission is present in the plasma, control based on they are not possible with the method described above.

【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。 Further, JP-A-10-125660 is a control based on the electrical signal, not the method based on the dissociation active species molecules and their emission in the plasma. 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。 Therefore, it is impossible to know the density of the dissociation active species molecules are how changes.

【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。 [0007] Therefore, by detecting a change in density of dissociation active species molecules in the plasma, to predict how may be changed conditions for generating plasma is the object of the present invention is to solve .

【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。 The emission intensity from the plasma was measured in order to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION obtains an index representing the dissociation of the material gas in the plasma, on the basis of the index representing the dissociation of the gas, the plasma generating to control the 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。 In DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention using an index indicating the dissociation of the input gas in the plasma, controlling the plasma generating conditions. 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。 As an index indicating the dissociation of the input gas, typically a reaction index that extends the concept of temperature defined in the gas (reaction temperature), or use a product or quotient of luminous intensity and reaction temperature take paired. 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。 Further, it used to control the plasma generation conditions using this index.

【0010】初めにプラズマ中での反応温度の計算方法を述べる。 [0010] describes a method of calculating the reaction temperature in the plasma at the beginning. 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 In a typical hot gas, between the density of the molecules of the temperature and in the gas phase, is established law of mass action (Vincent
i,Introduction to Physical Gas Dynamics)。 i, Introduction to Physical Gas Dynamics). 下記の反応、 Reaction of the following,

【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、 ## STR1 ## A + B + C + ... ⇒P + Q + R + ... ... For the (Formula 1), the law of mass action,

【0012】 [0012]

【化2】 ## STR2 ##

【0013】となる。 The [0013]. ここで、[A],[B], Here, [A], [B],
[C],. [C] ,. . . ,[P],[Q],[R],. , [P], [Q], [R] ,. . . は、それぞれ、各分子A,B,C,. Respectively, each molecule A, B, C,. . . ,P,Q,R,. , P, Q, R ,. . . の密度であり、Q A ,Q B ,Q C ,. Is the density of, Q A, Q B, Q C,. . . ,Q P ,Q Q , Q P, Q Q,
R ,. Q R,. . . は、それぞれ、A,B,C,. Respectively, A, B, C,. . . ,P, , P,
Q,R,. Q, R ,. . . の分子分配関数である。 It is a molecular distribution function. また、−ΔE In addition, -ΔE
(A+B+C+...⇒P+Q+R+...)は、この反応の反応エネルギーである。 (A + B + C + ... ⇒P + Q + R + ...) is the reaction energy of the reaction. また、T r (A+B+C Further, T r (A + B + C
+. +. . . ⇒P+Q+R+. ⇒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。 ) Is the temperature for the reaction, in the present application is referred to as a reaction temperature. さらに、kはボルツマン定数である。 Moreover, k is Boltzmann's 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。 [0014] molecules in the gas is not limited to the plasma is of a translation and rotation and vibration movements may define a temperature for each exercise. 通常の高温のガスでは、各種類の分子の並進温度(T X trans ),回転温度(T X rot ), In a typical hot gas, the translational temperature of each type of molecule (T X trans), rotational temperature (T X rot),
振動温度(T X vib ),各反応の反応温度(T r )は同一とみなすことができる。 Vibrational temperature (T X vib), the reaction temperature of each reaction (T r) 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。 [0015] However, all of the reactions to extremely high temperatures electrons in the plasma are present many have occurred non-equilibrium, not necessarily the temperature of the are always consistent. 従って、プラズマ中では並進温度(T X Accordingly, in the plasma translational temperature (T X
trans ),回転温度(T X rot ),振動温度(T X vib ),反応温度(T r )が異なる値を持つとして取り扱う。 trans), rotational temperature (T X rot), vibrational temperature (T X vib), reaction temperature (T r) is handled as having different values. 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。 In particular, each reaction containing the dissociation active species molecules in the plasma, each having a specific reaction temperature. 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, some of which may be handled as the same temperature of these temperatures.

【0016】例えば、図1に示すようにJournal of Vac [0016] For example, Journal, as shown in Figure 1 of Vac
uum Science and Technology A, vol. 14, 2343 (1996) uum Science and Technology A, vol. 14, 2343 (1996)
で述べられているCF 4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。 In the ECR plasma are described CF 4, it can be placed all the reaction temperature and the same. 図1はT r (CF 4 Figure 1 is T r (CF 4
⇒CF 3 +F)とT r (CF 3 ⇒CF 2 +F)を投入電力に対してプロットしたものである。 It is plotted against ⇒CF 3 + F) and T r (CF 3 ⇒CF 2 + F) input power. また、各反応温度の間に関係式がなりたつ場合もある。 In some cases, the vice is relationship between each reaction temperature. 例えば、プラズマ・核融合学会誌第75巻第7号(1999年7月号) For example, Journal of Plasma and Fusion Society of Volume 75, No. 7 (No. 7 May 1999)
785ページに示されるC 48プラズマでは、図2に示すようにT r (CF 3 ⇒CF 2 +F)とT r (CF 2 ⇒C 785 The C 4 F 8 plasma shown in pages, and T r (CF 2 ⇒C T r (CF 3 ⇒CF 2 + F) , as shown in FIG. 2
F+F)の間に F + F) between

【0017】 [0017]

【化3】 T r (CF 2 ⇒CF+F)=0.8349T r (CF 3 ⇒CF 2 +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。 Embedded image T r (CF 2 ⇒CF + F ) = 0.8349T r (CF 3 ⇒CF 2 + F) +0.0071 ( temperature unit of eV) can put equation such as ... (Formula 3) . 図2はT r (CF 3 Figure 2 is T r (CF 3
⇒CF 2 +F)をT r (CF 2 ⇒CF+F)に対してプロットしたものである。 It is plotted against ⇒CF 2 + F) and T r (CF 2 ⇒CF + F ). なお、T X trans =0.03eV,Q CF4 In addition, T X trans = 0.03eV, Q CF4
rot =Q CF3 rot =Q CF2 rot =Q CF rotとしている。 rot = is set to Q CF3 rot = Q CF2 rot = Q CF rot. また、全ての反応エネルギーは5eVとしている。 In addition, all of the reaction energy is a 5eV.

【0018】本発明の第一の実施例を説明する。 [0018] illustrating a first embodiment of the present invention. 酸化膜をエッチングする場合、CF 2が酸化膜をエッチングするので、CF 2密度を最大にしたい場合がある。 When etching the oxide film, since CF 2 etches oxide film, it may be desired to maximize the CF 2 density. しかし、CF 2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、CF 2密度を制御することは困難である。 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. 例えば図3に示すように、CF 2 For example, as shown in FIG. 3, CF 2
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。 It may become convex upward when plotting the density against the input power. これは投入電力が足りないとCF 2の生成が少なく、投入電力が多すぎると生成したCF 2が分解して減少してしまう(CF 2 ⇒CF+F)ためである。 This less generation of charged not when CF 2 power shortage, CF 2 produced and the input power is too large because decreases by decomposition (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。 [0019] The number of wafers treated with the plasma processing apparatus, various ones are attached to the chamber. 例えば、CF系のプラズマではCF系の膜が生成する。 For example, CF-based film is produced by CF-based plasma. 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)。 Therefore, the relationship between the plasma generating conditions and dissociation active species number density of such input power changes (aging). 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CF 2密度の関係が変わってしまうこともある。 Further, in the apparatus having the other control mechanisms, in order to something other than dissociation active species number density of the number representing the state of the plasma is changed, the control mechanism will change the plasma generating conditions, resulting in input power and sometimes CF 2 density relationship would change. 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CF 2密度の関係が変わってしまうことがある。 For example, in order to maintain the uniformity of distribution of the plasma, the control mechanism coil current for generating a magnetic field will have changed, there is the relationship of the input power and CF 2 density will change.

【0020】CF 2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。 [0020] Consider the case of etching a plurality of wafers in input power to maximize CF 2 density. 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 The number of wafers to handle the change over time or other control mechanisms, and input power
CF 2密度の関係が変わってしまう。 CF 2 density of the relationship will change. 事前にCF 2 /F発光強度比と密度比の関係を調べておけば、CF 2 /F密度比の変化は検出できる。 If pre-examining the relationship between the CF 2 / F emission intensity ratio and density ratio, the change in CF 2 / F density ratio can be detected. しかし、CF 2の密度は分からない。 However, the density of CF 2 do not know. さらに、CF 2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、CF 2密度が低下したことは分かっても、CF 2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 Furthermore, since a convex upward when plotting the CF 2 density with respect to the input power, even if I know that CF 2 density is decreased, the input power to maximize CF 2 density, FIGS. 4 (a) the or shifted in high power, as shown in FIG. 4
(b)に示すように小電力にずれたのか区別できない。 (B) it can not be distinguished whether the offset in the low-power, as shown in.
つまり、投入電力とCF 2密度の関係が変わってしまうと、CF 2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。 That is, when the input power and CF 2 density relationship will change, also can not determine whether such should be reduced or we should increase the input power by detecting a decrease in CF 2 density.

【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C 48 ,C 58 ,CF 4などを含む混合ガスが用いられる。 The gas mixture as the input gas in the case of etching the oxide film (etching gas), including C 4 F 8, C 5 F 8, CF 4 is used. 例えば、Ar/C 48 For example, Ar / C 4 F 8
/O 2の混合ガスである。 A mixed gas / O 2. 本実施例では説明を簡単にするためCF 4とArの混合ガスをエッチングガスとし、 A mixed gas of CF 4 and Ar for simplicity of description as an etching gas in this embodiment,
CF 4プラズマ中の解離活性種分子としてはCF 3 ,C CF 4 CF 3 as dissociation active species molecules in the plasma, C
2 ,CF,C,Fを考える。 F 2, CF, C, and F considered.

【0022】酸化膜をエッチングする場合、CF 2が酸化膜をエッチングするので、CF 2密度を最大値に維持することが望ましい場合がある。 [0022] When etching the oxide film, since CF 2 etches oxide film, it may be desirable to maintain the CF 2 density maximum value. 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。 The input power condition (plasma generation condition) for generating plasma, total pressure, the like the gas flow rate. However, here consider the case of controlling the input power. 制御の方法としては、CF 2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。 As the method of control, and a method in which the density of CF 2 increases or decreases the input power at 10W intervals when deviated from within 5% from the maximum value.

【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。 [0023] FIG. 5 is an oxidation film plasma etching apparatus according to the present invention.

【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 The vacuum chamber 1 for performing the plasma etching, the valve 2 for adjusting the pressure in the chamber
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。 Via is connected to a vacuum pump 3 for performing exhaust. また、流量制御器4を通じて一定の流量で、C Further, at a constant flow rate through the flow controller 4, C
4を含むエッチングガス5(投入ガスとも記述する) Etching gas 5 containing F 4 (also described as the input gas)
が、真空チャンバ1内に供給される。 But it is fed 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 [0025] The coil 6 for generating a magnetic field in the vacuum chamber 1
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。 Is provided, the coil 6 is a direct current is supplied from the DC power supply 7. 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。 To generate the plasma 8, the antenna 9 high frequency power is applied from the high frequency power source 11 through a matching unit 10. 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。 The vacuum chamber 1, the lower electrode 13 for placing the wafer 12 is provided. 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 lower electrode 13 is connected to a bias power source 15 through the bias matching unit 14, 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。 The vacuum chamber 1 emission spectrometer 17 for analyzing the emission and quartz window 16 is in is connected to the reaction temperature calculation computer 18 to calculate the reaction temperature from the emission spectrum emission intensity. 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。 The reaction temperature calculation computer 18 control computer 19 is connected to the control computer 19 high-frequency power supply 11, flow controller 4, which controls the valve 2. 反応温度計算用コンピュータ1 The reaction temperature calculation for computer 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。 8 and the control computer 19 may be of an integral type. 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。 Also, may be integrated include other computer 21 to perform together control based on a signal from another instrument 20. 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。 Infrared semiconductor laser 22 and the infrared spectrometer 23 to be used in the pre-experiment is also attached.

【0027】まず事前実験において、解離活性種分子であるCF 2 ,CF,Fの密度比と発光強度比の関係を求める。 [0027] First, in advance experimentally, the dissociation active species molecule CF 2, CF, obtaining the relationship between the density ratio and the ratio of the emission intensity F. 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、CF 2 ,CF,Fの発光強度と密度を測定し、以下の式のK 1 ,K 2を求める。 For this purpose, a plurality of plasma generating conditions close to the plasma generation condition of the actual etching, CF 2, CF, the emission intensity and density of F is measured to determine the K 1, K 2 in the following expression.

【0028】 [0028]

【化4】 [Of 4]

【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。 [0029] Here, I (X) is the emission intensity of a wavelength specific to the dissociation active species molecule X, measured in the spectrometer. なお、C In addition, C
2に固有な波長としては、271.1nmと280.0 The specific wavelengths in F 2, 271.1nm and 280.0
nmを挙げることができ、CFでは207.9nmと2 nm can be cited, 207.9nm in CF and 2
30.5nmでは、Fでは685.6nmと690.3n In 30.5nm, F in 685.6nm and 690.3n
mを挙げることができる。 m can be mentioned. 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。 Here cited typical ones of the specific wavelength to the dissociation active species molecules, there are many unique wavelength to each dissociation active species molecules, the wavelength can be specified whether the emission of any dissociation active species molecules as long as it can be substituted at other wavelengths. また、CF 2とCFの密度((CF 2 ),(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。 The density of CF 2 and CF ((CF 2), ( CF)) measured by the infrared semiconductor laser absorption spectrum (IRLAS), the density of F is determined by actinometry direction from the ratio of the emission intensity of F and Ar . アクチノメトリ法に関してはPlasma Source Science and Plasma Source Science and respect actinometry method
Technologyの3巻1554ページ(1994年)に述べられている。 It is described in Volume 3 1554 page of Technology (1994 years).

【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。 [0030] obtain the relationship between density and reaction temperature of dissociation active species molecules in the plasma before starting the etching. CF 4 CF 4
のプラズマの解離活性種分子として、CF 3 ,CF 2 As the dissociation active species molecules of the plasma, CF 3, CF 2,
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、 CF, when considering F, density relationship sum total pressure of all the molecules in the plasma,

【0031】 [0031]

【化5】 [Of 5]

【0032】となる。 The [0032]. ここで、(X)はプラズマ発生時の分子Xの密度を表す。 Here, it represents the density of (X) has a molecular X during plasma generation. 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。 Note that the number of ions is neglected because fewer 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、 [0033] The number of each element in the per unit volume plasma, when to be proportional to the ratio of the amount of the element of the input gas,

【0034】 [0034]

【化6】 [Omitted]

【0035】である。 [0035] a.

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

【0037】 [0037]

【化7】 [Omitted]

【0038】 [0038]

【化8】 [Of 8]

【0039】 [0039]

【化9】 [Omitted]

【0040】 [0040]

【化10】 [Of 10]

【0041】反応温度を仮定して、式(化5)〜(化1 [0041] Assuming the reaction temperature, the formula (Formula 5) to (Formula 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。 Solving 0) as simultaneous equations, it is obtained density dissociation active species molecule. 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)。 When determining the density of dissociation active species molecules to a plurality of reaction temperature, it is determined density relationship of the reaction temperature and the dissociation active species molecules (temperature density relationship). この場合の温度密度関係は図6に示したものである。 Temperature Density relationship in this case is that shown in FIG. 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T r (CF 2 ⇒CF+F)である。 In FIG. 6, which deals with the reaction temperature as different, the reaction temperature of the horizontal axis of the graph is T r (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 [0042] After starting the actual etching, based on the emission intensity of the specific wavelength dissociation active species molecules and the input gas in the plasma using an emission spectrometer, the molecules dissociate active species molecule input gas in the plasma among them, on the basis of the formula (formula 4) CF
2 ,CF,Fの密度比を求める。 2, CF, obtaining the density ratio of 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、CF 2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。 [0043] Here, even though the input power constant for control due to aging or other feedback loop, consider the case CF 2 density was acceptable range, for example lower than 5% or less.

【0044】式(化4)を用いて発光強度比から求めたCF 2 /F密度比が許容範囲から外れた場合、CF 2 [0044] If the CF 2 / F density ratio determined from the emission intensity ratio using equation (Formula 4) is out of the allowable range, CF 2 /
F密度比の他に、CF 2 /CF密度比も式(化4)から求める。 Other F density ratio, CF 2 / CF density ratio also determined from formula (Formula 4). 発光強度比から求めたCF 2 /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。 Determining reaction temperatures density ratio with a pre-calculated density ratio of CF 2 / CF / F obtained from the emission intensity ratio matches the temperature density relationship. 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。 If you can not find the reaction temperature density ratio matches may be determined temperature which density ratio is closest.

【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。 [0045] Since the temperature density relationship is determined by the total pressure and gas flow rate, it is not affected by aging or other control mechanism. CF 2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。 The CF 2 density compared the reaction temperature of the reaction temperature at that time to a maximum, if the reduced reaction temperature, as shown in FIG. 4 (a), by increasing the input power to raise the reaction temperature Bayoi. 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。 Conversely, if the reaction temperature is increased as shown in FIG. 4 (b), it is sufficient to reduce the input power.

【0046】このように本実施例では、投入電力とCF [0046] In the present embodiment this manner, the input power and CF
2密度の関係がどちらに変化してもCF 2密度が最大になるように制御することができる。 CF 2 density be 2 density relationship is changed in either can be controlled to be maximized.

【0047】第一の実施例をまとめると図7のようになる。 [0047] To summarize the first embodiment is as shown in FIG. 事前実験により、CF 2 /CFとの発光強度比と密度比の関係を求める。 By prior experimentation to determine the relationship between emission intensity ratio and density ratio of CF 2 / CF. また、CF 2 /F発光強度比の関係も求める。 Also, determine the relationship of CF 2 / F emission intensity ratio. 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。 Then, a temperature density relationship from the total pressure and the gas flow rate before starting the etching.

【0048】エッチング中に、CF 2 ,CF,Fの発光強度を計測し(S1)、発光強度比を計算する(S [0048] During the etching, CF 2, CF, and measuring the light emission intensity of F (S1), calculates the light emission intensity ratio (S
2)。 2). そして、温度密度関係を用いて反応温度を求める(S3)。 Then, a reaction temperature using a 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CF 2密度を求める(S4)。 [0049] Further, again, obtaining the CF 2 density from the reaction temperature using a temperature density relationship (S4).

【0050】CF 2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。 [0050] If the CF 2 density within the allowable range, there is no need to change the plasma generation condition. しかし、CF 2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。 However, CF 2 density increases or decreases the input power if it is outside the allowable range decreases. 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)。 At this time, the reaction temperature increases the input power if the decrease (S5a), the reaction temperature reduces the input power if the increase (S5b).

【0051】第一の実施例の変形例を示す。 [0051] shows a modification of the first embodiment. 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。 These variations can be applied to embodiments described later now.

【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) [0052] When obtaining the density ratio and the emission intensity of the relationship in advance experimentally, infrared semiconductor laser induced spectroscopy (IRLAS)
によりCF 2とCFの密度を求め、密度から密度比を求める例を示した。 Calculated density of CF 2 and CF by, an example for obtaining the density ratio from the density. しかし、密度比だけを求めてもよい。 However, it may also be determined by density ratio.
この場合、CF 2とCFの密度の絶対値を求める必要はない。 In this case, it is not necessary 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) [0053] When obtaining the density ratio and the emission intensity of the relationship in advance experimentally, infrared semiconductor laser induced spectroscopy (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。 And it showed actinometry method, a method for determining the density and the density ratio may be other methods. 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。 For example, laser induced fluorescence (LIF), mass spectrometry (MS), may be the appearance mass spectrometry (APMS).

【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(CF 2 )I [0054] Although an example of using the reaction temperature as an index indicating the dissociation of the input gas, I (CF) I (F ) / I (CF 2) I
(Ar)を、解離の指標とする事もできる場合もある。 The (Ar), in some cases can also be an indicator of dissociation.
それは、CF 2 /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。 It is proportional emission intensity ratio and density ratio CF 2 / F, a case where a change in the density of argon is negligible. この場合、I(CF)I(F)/I(CF 2 )I(Ar)は(CF)(F) In this case, I (CF) I (F ) / I (CF 2) I (Ar) is (CF) (F)
/(CF 2 )に比例し、式(化9)に示すように(CF) / Is proportional to (CF 2), as shown in formula (Formula 9) (CF)
(F)/(CF 2 )は反応温度と対応しているためである。 (F) / (CF 2) is due to correspond to the reaction temperature.
なお、I(CF)I(F)/I(CF 2 )I(Ar)の値が大きいことは反応温度が高いことを示す。 Incidentally, I (CF) I (F ) / I (CF 2) I (Ar) that the value is large indicates that the high reaction temperatures.

【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。 [0055] Further, in advance experimentally, an example is shown for obtaining the relationship between emission intensity ratio and density ratio, when a plurality of plasma processing apparatuses of the same type will not need to pre-experiment in all devices . 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。 In this case, a device that does not perform a pre-experiment, apparatus for determining the density and density ratio, for example, that the infrared semiconductor laser 22 is not required. 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。 Furthermore, if and stored in the computer the relationship of the emission intensity ratio and the density ratio as a database, pre-experiment is required.

【0056】事前実験によって、CF 2 /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。 The [0056] pre-experiment, the relationship between the emission intensity ratio and density ratio of CF 2 / F are known, also, the density of F can be seen from the emission intensity ratio of Ar and F by actinometry method (literature). そのため、エッチング中にCF 2 ,CF,F,A Therefore, during the etching CF 2, CF, F, A
rの発光強度を観測し、CF 2 /CF発光強度比からC observing the emission intensity of r, C from CF 2 / CF emission intensity ratio
2 /CF密度比(CF 2 )/(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。 F 2 / CF density ratio sought (CF 2) / (CF), when obtaining the F density (F) by actinometry method, it is possible to determine the reaction temperature by using a formula (Formula 9). このようにエッチング中にCF 2 ,CF,F,Arの発光強度から反応温度を求めることもできる。 Thus during etching CF 2, CF, F, can be determined the reaction temperature from the emission intensity of Ar. 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。 In this case, it is not necessary to determine the temperature density relationship before etching.

【0057】CF 2 /CF/Fの発光強度比から、CF [0057] from the emission intensity ratio of CF 2 / CF / F, CF
2 /CF/F密度比を求め、反応温度を求める例を示したが、CF 2 /CFの発光強度比からCF 2 /CF密度比から反応温度を求まる場合がある。 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. 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。 Range of varying the reaction temperature by the plasma processing apparatus and plasma processing method which is to be controlled is determined. その範囲内でCF 2 /C CF 2 / C within the range
F密度比と反応温度が一対一に対応していればCF 2 If F density ratio and the reaction temperature is long in a one-to-one correspondence CF 2 /
CF発光強度比のみで反応温度を決めることができる。 CF emission intensity ratio only can determine the reaction temperature.

【0058】さらに、CF 2 /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。 [0058] Further, when the reaction temperature by only CF 2 / CF density ratio is determined may be surface reaction to assess the effect on F density. CF 2 /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。 CF 2 / CF sought reaction temperature from the emission intensity ratio, it is possible to obtain the F density from the reaction temperature. 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。 Among the plasma etching apparatus, consider those having a means for controlling the surface reaction. 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。 For example, to expose the silicon surface in the chamber 1, by applying a bias voltage to the silicon, consider a device with means for reducing the F in the plasma. エッチング中にCF 2 /CF発光強度比を観測し、式(化4)を用いてCF 2 /CF密度比を求め、反応温度を求める。 It observes CF 2 / CF emission intensity ratio during etching, seeking CF 2 / CF density ratio using Equation (Formula 4) to determine the reaction temperature. さらに、反応温度からF密度(予測値)を求める。 Moreover, obtaining the F density (predicted value) from the reaction temperature. また、エッチング中にF/ In addition, during the etch F /
Ar発光強度比からF密度(実測値)を求める。 Request F density (measured value) from Ar emission intensity ratio. そして、F密度の予測値と実測値を比較する。 Then, comparing the measured and predicted values ​​of F density. 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。 Because Found / predicted values ​​of F density if it is consumed F is smaller by a surface reaction, it is possible to evaluate the surface reaction by actual measurement value / predicted values ​​of F density.

【0059】さらに、この方法を簡略化することもできる。 [0059] In addition, it is also possible to simplify this method. CF 2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。 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. 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、CF 2とCF発光強度からFの発光強度を求める表を作成する。 In this case, without operating means for controlling the surface reaction at pre-experiment, to create a table for determining the emission intensity of F from CF 2 and CF emission intensity. そして、エッチング中にはCF 2とCF Then, during the etching CF 2 and CF
とFの発光強度を計測し、CF 2 /CF発光強度比を求める。 And measuring the emission intensity of F, obtaining the CF 2 / CF emission intensity ratio. 事前実験によって得られたCF 2 /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)。 Predicting the emission intensity of F by using the relationship of the emission intensity of the resulting CF 2 / CF emission intensity ratio and F by prior experiment (predicted value). 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。 Compared with the measured value of the emission intensity of F, to assess the influence of the surface reaction. 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。 That is, it detected that F by actual measurement value / predicted value is smaller if the surface reactions are consumed.

【0060】 [0060]

【化5】 [Of 5]

【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。 [0061] shows an example of obtaining the temperature density relationship before etching, but the necessity of determining the temperature density relationship above. 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。 In this case, obtaining the density ratio from emission intensity ratio during etching. その後、式(化4)と式(化5)から(化10)を連立して解けばよい。 Then, it is solved by simultaneous with formula (Formula 4) from equation (Formula 5) (Formula 10). 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。 Thus it is not necessary to store the temperature density relationship to the computer when.

【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。 [0062] When determining the temperature density relationship, although the ratio of each element shows an example in which as the same as the ratio of the input gas, based on a pre experiments, may be determined ratios of each element.

【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。 [0063] Further, there are those dimensionless in the expression of mass action, can density ratio used in the expression is associated with light emission intensity ratio, without obtaining the temperature density relationship before etching, in the etching it can be obtained reaction temperature. 例えば、反応式が、 For example, the reaction formula,

【0064】 [0064]

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

【0065】 [0065]

【化12】 [Of 12]

【0066】の形のように無次元で、二種類の密度比、 [0066] In dimensionless as in the form of two types of density ratio,

【0067】 [0067]

【化13】 [Of 13]

【0068】が、発光強度比から求まる場合である。 [0068] is a case which is obtained from the emission intensity ratio. 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 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。 [0069] Further, an example of increasing input power to raise the reaction temperature may extend the residence time of the gas. 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。 In order to prolong the residence time or reduce the flow rate, it is sufficient to increase the volume of the chamber. 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。 Conversely, in order to lower the reaction temperature, or increase the flow rate, by decreasing the volume of the chamber may be reduced residence time.

【0070】第一の実施例のフローを図7に示した。 [0070] illustrating a flow of the first embodiment in FIG. しかし、投入電力を変化させても(S5aまたはS5 However, even by changing the input power (S5a or 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。 b), a case where the reaction temperature is not within the allowable range may be repeated Step S4 from S1. 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。 Also, if no change as the reaction temperature expected when changing the input power, may be stopped plasma treatment. 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。 For example, despite increased input power in an attempt to increase the reaction temperature, it may be stopped a plasma treatment when the reaction temperature is lowered.

【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。 [0071] showed a modification of the first embodiment, these variations can be applied to embodiments described later now.

【0072】本発明の第二の実施例を示す。 [0072] A second embodiment of the present invention. 第一の実施例では、CF 2密度を最大にする例を示したが、CF 2 In a first embodiment, an example to maximize CF 2 density, CF 2
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。 Density is too high in some cases the etching rate decreases. そのため、CF 2密度を所定の値に維持することが望ましい場合がある。 Therefore, it may be desirable to maintain the CF 2 density to a predetermined value. しかし、投入電力に対してCF 2 However, CF 2 with respect to the input power
密度が単調に増加するわけではない。 Density is not monotonically increasing. そのため、CF 2 Therefore, CF 2
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。 Density is not a determination should reduce should increase the input power when changed. そこで、CF 2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。 Therefore, we describe the case of maintaining the CF 2 density constant as the 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CF 2 ,CF,Fの密度比と発光強度比の関係を求める。 [0073] First, the same pre-experiment in the first embodiment, the dissociation active species molecule CF 2, CF, obtaining the relationship between the density ratio and the ratio of the emission intensity F. 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。 Before etching solve formula (Formula 10) from equation (Formula 5), ​​determine the temperature density relationship.
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CF 2密度を求める。 Further, the light emission intensity ratio during etching using a formula (Formula 4) to obtain the density ratio, determine the reaction temperature by using the temperature density relationship, obtaining the CF 2 density again using temperature density relationship.

【0074】CF 2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。 [0074] If the CF 2 density is out of the allowable range, the reaction temperature is determined whether the lowered or elevated. 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。 Reducing the input power in order to lower the reaction temperature when the reaction temperature is increased, it is sufficient to increase the input power in order to increase the reaction temperature when the reaction temperature drops.

【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。 [0075] The density of a particular dissociation active species molecules as the first embodiment shows an example of maintaining the maximum value, the example to maintain the density of a particular dissociation active species molecules as a second embodiment to a predetermined value Indicated. 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。 It may be controlled to also the reaction temperature constant in either case. 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。 Therefore, a method of maintaining a specific value to the maximum can be applied to a case of maintaining a specific value to a predetermined value. これは以降の実施例でも同様である。 This also applies to the subsequent examples.

【0076】第一・第二の実施例ではCF 2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。 [0076] While the first and second embodiment showed an example of controlling the CF 2 density maximum or a predetermined value, the method is also applicable to other dissociative active species molecule. 例えば、窒化膜をエッチングする場合、CF 3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 For example, when etching nitride films, since CF 3 etches nitride film (K. Miyata, H. Arai, T.Kuno , M. Hori, T. Goto, P
roceeding of Symposium on Dry Process、129ページ)、CF 3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CF 3を制御することができる。 roceeding of Symposium on Dry Process, 129 pages), but may want to control the CF 3 density, it is possible to control the CF 3 in the manner described in the first and second embodiments. 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CF 3密度に基づいて制御することもできる。 Thus, by applying the present invention can also be controlled based on CF 3 density that can not be directly observed during etching.

【0077】CF 2 /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。 [0077] A method of maintaining maximum CF 2 / F density ratio as a third embodiment. すでに述べたようにCF 2 As already mentioned CF 2 /
F密度比を最大に維持する方法は、CF 2 /F密度比を一定にする場合にも適用できる。 How to keep the F density ratio to the maximum it is applicable in the case of the constant CF 2 / F density ratio. 本実施例ではCF 2 In the present embodiment CF 2 /
F密度比を最大に維持する方法を説明する。 The F density ratio is described a method of maintaining the maximum.

【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。 [0078] When etching the oxide film to the silicon as a base, it is desirable to etch the oxide film without etching the silicon. CF 2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。 CF 2 is F by etching the oxide film is etched to the underlying silicon. そこで、 there,
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、CF 2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。 Silicon to only oxide film without etching the selectively etched (selection ratio is high etching the oxide film to the silicon) is, CF 2 density is large, it is desirable that the etching in F lower density plasma generation conditions Sometimes. しかし、図7に示すようにCF 2密度が投入電力に対して上に凸なので、CF 2 /F密度比もまた投入電力に対して上に凸である。 However, since the convex upward with respect to CF 2 density input power as shown in FIG. 7, is convex upward with respect also applied power CF 2 / F density ratio. そのため、CF 2 /F Therefore, CF 2 / F
発光強度比からCF 2 /F密度比の低下を検出できても、CF 2 /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。 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。 [0079] Similar to the first and second embodiment, pre-experiments to determine the relationship between emission intensity ratio and density ratio. そして、エッチング前に温度密度関係を求める。 Then, a temperature density relationship before etching.

【0080】エッチング中にCF 2 /F発光強度比から、CF 2 /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】CF 2 /F密度比が許容範囲から外れていれば、CF 2 /CF/Fの発光強度比から、反応温度を求める。 [0081] If CF 2 / F density ratio is out of the allowable range, the emission intensity ratio of CF 2 / CF / F, determine the reaction temperature.

【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。 [0082] If the reaction temperature increases, the reaction temperature reduces the input power in order to reduce the, if the reaction temperature if lowered, increasing the input power in order to raise the reaction temperature.

【0083】第三の実施例をまとめると図8のようになる。 [0083] is as the third summarized embodiment the FIG. 第一・第二の実施例と比べると第三の実施例では、 Compared to the first and second embodiment In a third embodiment,
CF 2 /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。 Only when the CF 2 / F density ratio is out of the allowable range may be calculated and the reaction temperature.

【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。 [0084] Although an example of controlling the density and the density ratio of a specific dissociation active species molecules in the first third embodiment, if you know the reaction temperature optimum plasma generation conditions, maintaining the reaction temperature it may be controlled to be. さらに、I(CF) In addition, I (CF)
I(F)/I(CF 2 )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(CF 2 )I(Ar)を求めておけばよい。 If used I the (F) / I (CF 2 ) I (Ar) as an indication of dissociation, I optimum plasma generation conditions prior experiment (CF) I (F) / I (CF 2) I ( Ar) it is sufficient to ask for.

【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。 [0085] Further, an example of controlling a plasma of a fluorocarbon, may be other plasma. 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。 For example, it may be a cleaning process of the CVD process and chambers. 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。 The cleaning process of the silicon, it is useful to control the density ratio of the density and the silicon atoms and other dissociative active species molecules of silicon atoms.

【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、 [0086] Although an example of the input gas for oxide etch the oxide film, etching target is not limited to the oxide film,
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。 Silicon, metal such as aluminum or copper, an alloy such as BST, may be organic, such as polyaryl ethers. 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、Cl 2 ,BCl 3 ,SF 6などを利用したクリーニングプロセスであってもよい。 Further, as long as it utilizes the dissociation active species molecules in the plasma, it may be a cleaning process using such Cl 2, BCl 3, SF 6 .

【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。 [0087] Examples of the plasma treatment, has been given an etching process may be a deposition process such as CVD. 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。 For example, if the CVD process to produce a thin film of poly-silicon. プラズマ中のSi原子が解離活性種分子となる。 Si atoms in the plasma is dissociated active species molecule. 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。 Therefore, by associating the density of Si atoms and the reaction temperature in the deposition process of the polysilicon, it is possible to control the plasma generation condition 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。 Applying the present invention, it detects a change in the density or density ratio of the dissociation active species molecules in the plasma to predict how to change the plasma generating conditions, changes the plasma generation condition it is thing. また、C In addition, 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。 The density of the dissociation active species molecules that can not be observed directly in emission as F 3, predicted from emission of the plasma, it is possible to control the plasma generation condition based on its density.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

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

【図2】C 48プラズマにおける反応温度の関係の例を示す特性図。 [Figure 2] characteristic diagram showing an example of the relationship between the reaction temperature in C 4 F 8 plasma.

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

【図4】CF 2密度と投入電力の関係を示す特性図。 [4] characteristic diagram showing the relationship between the 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。 5 is a diagram showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図6】温度密度関係の例(CF 4プラズマの場合)を示す特性図。 [6] characteristic diagram showing an example of the temperature density relationship (CF 4 For 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 for explaining the increase or decrease of the first embodiment of the is applied power.

【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。 Figure 8 is a flowchart for explaining the increase or decrease of the third embodiment of the is applied power.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…真空チャンバ、2…バルブ、3…真空ポンプ、4… 1 ... vacuum chamber, 2 ... valve, 3 ... vacuum pump, 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、 Flow controller, 5 ... etching gas, 6 ... coil, 7 ... DC power source, 8 ... plasma, 9 ... antenna, 10 ... matching unit,
11…高周波電源、12…ウエハ、13…下部電極、1 11 ... high-frequency power source, 12 ... wafer, 13 ... lower electrode, 1
4…バイアス用整合器、15…バイアス用電源、16… 4 ... biasing matching unit, 15 ... bias power supply, 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。 Quartz window, 17 ... emission analyzer, 18 ... reaction temperature calculation computer, 19 ... control computer, 20 ... other instrument, 21 ... another computer, 22 ... infrared semiconductor laser, 23 ... infrared spectrometer.

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Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【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。 An apparatus for controlling the processing of a semiconductor thin film by using a 1. A plasma, comprising means for measuring the emission intensity of the plasma to obtain the index indicating the dissociation of the input gas by using the output of the measuring means, the index based on the plasma processing apparatus characterized by controlling plasma generation conditions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006274420A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Plasma film deposition method, and plasma cvd apparatus

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