JP2913125B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JP2913125B2 JP2913125B2 JP3292117A JP29211791A JP2913125B2 JP 2913125 B2 JP2913125 B2 JP 2913125B2 JP 3292117 A JP3292117 A JP 3292117A JP 29211791 A JP29211791 A JP 29211791A JP 2913125 B2 JP2913125 B2 JP 2913125B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程において、ドライエッチ
ングは微細なパターンを形成するために欠くことのでき
ない技術となっている。このエッチングは、真空中で反
応ガスを用いてプラズマを生成し、プラズマ中のイオ
ン、中性ラジカル、原子、分子などを用いて被除去物を
除去していく方法である。
ングは微細なパターンを形成するために欠くことのでき
ない技術となっている。このエッチングは、真空中で反
応ガスを用いてプラズマを生成し、プラズマ中のイオ
ン、中性ラジカル、原子、分子などを用いて被除去物を
除去していく方法である。
【０００３】ところでマスクなどの被除去物が完全に取
り去られた後においてもエッチングが継続されると、そ
の下地膜が削られていったり、レジスト膜が所定の厚さ
以下になってしまうため、エッチングの終点を正確に検
出することが必要である。
り去られた後においてもエッチングが継続されると、そ
の下地膜が削られていったり、レジスト膜が所定の厚さ
以下になってしまうため、エッチングの終点を正確に検
出することが必要である。
【０００４】そこで従来の代表的な方法としては、エッ
チングによる反応生成物の発光強度を監視し、例えば二
酸化珪素膜をＣ−Ｆ系の反応ガスによりエッチングする
場合には、反応生成物である一酸化炭素の発光強度を監
視するようにしていた。即ち反応生成物はエッチング中
には反応容器内に存在するが、エッチングが終了すると
生成されなくなるので、その発光強度は減少し、従って
この減少を捉えればエッチングの終点が検出できる。
チングによる反応生成物の発光強度を監視し、例えば二
酸化珪素膜をＣ−Ｆ系の反応ガスによりエッチングする
場合には、反応生成物である一酸化炭素の発光強度を監
視するようにしていた。即ち反応生成物はエッチング中
には反応容器内に存在するが、エッチングが終了すると
生成されなくなるので、その発光強度は減少し、従って
この減少を捉えればエッチングの終点が検出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところでエッチングを
行うにあたって、プラズマの安定性を得るために、ある
いは下地膜やレジストに対する選択性を大きくするため
に、反応ガス以外の添加ガスを、反応ガスに比べて多量
に加えることがある。例えばプラズマの安定性を図るた
めにアルゴンガスを用いることがあるが、アルゴンガス
のスペクトルは帯状であって裾が広がっており、このス
ペクトルの中に例えば反応生成物である一酸化炭素のス
ペクトルが重なってしまうことがある。このような重な
りが起こる理由はアルゴンガスと一酸化炭素の発光波長
範囲が非常に近似しているためである。 しかしながら
アルゴンガスの量は一酸化炭素に比べてかなり多いの
で、アルゴンガスの発光強度は一酸化炭素の発光強度に
比べて非常に大きく、このためエッチング終点時の一酸
化炭素の発光強度を正確に検出することができない。
行うにあたって、プラズマの安定性を得るために、ある
いは下地膜やレジストに対する選択性を大きくするため
に、反応ガス以外の添加ガスを、反応ガスに比べて多量
に加えることがある。例えばプラズマの安定性を図るた
めにアルゴンガスを用いることがあるが、アルゴンガス
のスペクトルは帯状であって裾が広がっており、このス
ペクトルの中に例えば反応生成物である一酸化炭素のス
ペクトルが重なってしまうことがある。このような重な
りが起こる理由はアルゴンガスと一酸化炭素の発光波長
範囲が非常に近似しているためである。 しかしながら
アルゴンガスの量は一酸化炭素に比べてかなり多いの
で、アルゴンガスの発光強度は一酸化炭素の発光強度に
比べて非常に大きく、このためエッチング終点時の一酸
化炭素の発光強度を正確に検出することができない。
【０００６】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的は、例えば反応生成物のスペクト
ルと重なるスペクトルを持つガスが添加された場合であ
っても正確にエッチングの終点を検出することのできる
ドライエッチング方法を提供することにある。
ものであり、その目的は、例えば反応生成物のスペクト
ルと重なるスペクトルを持つガスが添加された場合であ
っても正確にエッチングの終点を検出することのできる
ドライエッチング方法を提供することにある。
【０００７】本発明は、反応容器内にＣ−Ｆ系のガスを
導入して二酸化ケイ素膜に対してドライエッチングする
方法において、 ＣＦ２ラジカルまたはＣＦ１ラジカルの
発光強度を監視し、その発光強度の増加を捉えることに
よりエッチングの終点を検出することを特徴とする。こ
の場合ＣＦ２ラジカルの発光強度を監視する波長は、例
えば２５９．５ｎｍまたは２６２．８ｎｍである。また
ＣＦ１ラジカルの発光強度を監視する波長は、例えば２
０２．４ｎｍまたは２０８ｎｍである。
導入して二酸化ケイ素膜に対してドライエッチングする
方法において、 ＣＦ２ラジカルまたはＣＦ１ラジカルの
発光強度を監視し、その発光強度の増加を捉えることに
よりエッチングの終点を検出することを特徴とする。こ
の場合ＣＦ２ラジカルの発光強度を監視する波長は、例
えば２５９．５ｎｍまたは２６２．８ｎｍである。また
ＣＦ１ラジカルの発光強度を監視する波長は、例えば２
０２．４ｎｍまたは２０８ｎｍである。
【作用】例えば反応容器内にＣ−Ｆ系のガスとアルゴン
ガスを導入し、平行平板電極間に電力を供給してプラズ
マを発生させ、二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜のエッチング
を行う。この時エッチングに関与するＣ−Ｆ系の活性種
例えばＣＦ２ラジカルの発光強度を監視すると、エッチ
ングが終了したときに、その発光強度はアルゴンガスの
発光に影響されることなく大きく増加する。従ってこの
変化を捉えることによりエッチングの終点が検出でき
る。
ガスを導入し、平行平板電極間に電力を供給してプラズ
マを発生させ、二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜のエッチング
を行う。この時エッチングに関与するＣ−Ｆ系の活性種
例えばＣＦ２ラジカルの発光強度を監視すると、エッチ
ングが終了したときに、その発光強度はアルゴンガスの
発光に影響されることなく大きく増加する。従ってこの
変化を捉えることによりエッチングの終点が検出でき
る。
【０００８】
【実施例】以下本発明方法の実施例について述べる。
【０００９】先ずエッチング装置及びエッチング終点の
検出系の概略について説明すると、図１に示すように反
応容器を構成する真空チャンバ１内において、平板状の
電極２、３が上下に対向配置され、例えば上部電極２は
接地されると共に、下部電極３はコンデンサＣを介して
高周波電源ＲＦに接続されている。これら電極２、３は
平行平板電極を構成しており、これら電極２、３が真空
チャンバ１を兼用する場合もある。
検出系の概略について説明すると、図１に示すように反
応容器を構成する真空チャンバ１内において、平板状の
電極２、３が上下に対向配置され、例えば上部電極２は
接地されると共に、下部電極３はコンデンサＣを介して
高周波電源ＲＦに接続されている。これら電極２、３は
平行平板電極を構成しており、これら電極２、３が真空
チャンバ１を兼用する場合もある。
【００１０】前記真空チャンバ１には、Ｃ−Ｆ系のガス
やアルゴンガスなどを平行平板電極２、３間に導入する
ためのガス導入管１ａ、及び図示しない真空ポンプによ
って真空排気するための排気管１ｂが接続されている。
反応ガスや所定の添加ガスを導入できる構造となってい
る。前記下部電極３は、その上面に被処理体である半導
体基板４が載置され、この基板４を確実に固定するよう
に例えばクランパなどが設けられる。
やアルゴンガスなどを平行平板電極２、３間に導入する
ためのガス導入管１ａ、及び図示しない真空ポンプによ
って真空排気するための排気管１ｂが接続されている。
反応ガスや所定の添加ガスを導入できる構造となってい
る。前記下部電極３は、その上面に被処理体である半導
体基板４が載置され、この基板４を確実に固定するよう
に例えばクランパなどが設けられる。
【００１１】更に前記真空チャンバ１の側壁には、前記
電極２、３間に発生したプラズマの発光を外部に透過さ
せるための窓１１が形成されており、この窓１１の外方
には窓１１を透過した光を集光して分光器５に伝送する
ように、集光レンズ５１、光フアイバ５２が設置されて
いる。前記分光器５で分光された光は、光電変換器６に
て電気信号に変換され、アンプ６１を介して判定部７に
入力される。この判定部７は、例えばＡ／Ｄ変換器やＣ
ＰＵなどからなり、発光強度を監視しその変化を捉えて
エッチングの終点を検出する。
電極２、３間に発生したプラズマの発光を外部に透過さ
せるための窓１１が形成されており、この窓１１の外方
には窓１１を透過した光を集光して分光器５に伝送する
ように、集光レンズ５１、光フアイバ５２が設置されて
いる。前記分光器５で分光された光は、光電変換器６に
て電気信号に変換され、アンプ６１を介して判定部７に
入力される。この判定部７は、例えばＡ／Ｄ変換器やＣ
ＰＵなどからなり、発光強度を監視しその変化を捉えて
エッチングの終点を検出する。
【００１２】次に上述の装置を用いて具体的にエッチン
グを行い、エッチングの終点を検出する様子について述
べる。シリコン基板上に二酸化珪素膜を形成した基板４
を下部電極３上に載置し、真空チャンバ１内に、Ｃ−Ｆ
系のガスである、例えばＣＨＦ３ガス及びＣＦ４ガスを
いずれも６０ＳＣＣＭの流量でガス導入管１ａを介して
導入すると共に、プラズマを安定させるための添加ガス
として例えばアルゴンガスを１０００ＳＣＣＭの流量で
ガス導入管１ａを介して導入し、図示しない真空ポンプ
により真空引きしてガス圧を例えば１．２Ｔｏｒｒに設
定する。そして電極２、３間に周波数１３．５６ＭＨ、
電力値７５０ｗの高周波電力を印加してプラズマを発生
させ、基板４のＳｉＯ２膜のエッチングを行う。この時
基板４の温度は２０〜４０℃であった。
グを行い、エッチングの終点を検出する様子について述
べる。シリコン基板上に二酸化珪素膜を形成した基板４
を下部電極３上に載置し、真空チャンバ１内に、Ｃ−Ｆ
系のガスである、例えばＣＨＦ３ガス及びＣＦ４ガスを
いずれも６０ＳＣＣＭの流量でガス導入管１ａを介して
導入すると共に、プラズマを安定させるための添加ガス
として例えばアルゴンガスを１０００ＳＣＣＭの流量で
ガス導入管１ａを介して導入し、図示しない真空ポンプ
により真空引きしてガス圧を例えば１．２Ｔｏｒｒに設
定する。そして電極２、３間に周波数１３．５６ＭＨ、
電力値７５０ｗの高周波電力を印加してプラズマを発生
させ、基板４のＳｉＯ２膜のエッチングを行う。この時
基板４の温度は２０〜４０℃であった。
【００１３】ここでこの実施例では、電極２、３間に発
生したプラズマ状態の活性種の中の一つであるＣＦ２ラ
ジカルに着目し、このＣＦ２ラジカルの発光波長の中の
例えば２６２．８ｎｍの波長の光を高精度の分光器を用
いて取り出す。そして分光された光の強度を（発光強
度）を判定部７により監視し、プラズマが安定した時点
から例えば１．４％増加した時点をエッチングの終点と
判定して電力の印加を停止する。
生したプラズマ状態の活性種の中の一つであるＣＦ２ラ
ジカルに着目し、このＣＦ２ラジカルの発光波長の中の
例えば２６２．８ｎｍの波長の光を高精度の分光器を用
いて取り出す。そして分光された光の強度を（発光強
度）を判定部７により監視し、プラズマが安定した時点
から例えば１．４％増加した時点をエッチングの終点と
判定して電力の印加を停止する。
【００１４】以上においてＣＦ２ラジカルの発光スペク
トルの波長は複数あるが、その中で波長２６２．８ｎｍ
の光（実施例で用いた波長）と波長２５９．５ｎｍの光
とについて、上述と同様のエッチングを行った時の発光
強度を調べた結果を夫々図２に実線（１）及び点線
（２）に示す。ただしエッチング前後の発光強度の平均
を１００としている。この結果からわかるようにＣＦ２
ラジカルの発光スペクトルの波長に対応する光の強度
は、エッチング終了前後で大きく変化しており、その変
化率は、夫々約１．４％、０．８５％である。
トルの波長は複数あるが、その中で波長２６２．８ｎｍ
の光（実施例で用いた波長）と波長２５９．５ｎｍの光
とについて、上述と同様のエッチングを行った時の発光
強度を調べた結果を夫々図２に実線（１）及び点線
（２）に示す。ただしエッチング前後の発光強度の平均
を１００としている。この結果からわかるようにＣＦ２
ラジカルの発光スペクトルの波長に対応する光の強度
は、エッチング終了前後で大きく変化しており、その変
化率は、夫々約１．４％、０．８５％である。
【００１５】上述のように発光強度の増加した時点がエ
ッチング終点であるということを確認するために、上述
と全く同条件のエッチングを行い、発光強度が大きく
（例えば１．４％）増加する直前の時点でプラズマ発生
を停止した場合の基板４と、発光強度が大きく増加した
直後の時点でプラズマ発生を停止した場合の基板４とに
ついて、その表面をＳＥＭ（電子走査型顕微鏡）写真で
確認したところ、前者の（発光強度変化前）基板４につ
いては、二酸化珪素膜が非常に薄くてその一部から下地
の単結晶シリコン基板表面が露出していたが、後旨は全
面に亘って単結晶シリコン基板表面が露出していた。従
って発光強度の測定対象であるＣＦ２ラジカルは当該エ
ッチングに関与していること、即ち（１）式の様に二酸
化珪素膜と直接反応して、これを除去していることが裏
付けられており、 ＳｉＯ２＋２ＣＦ２→ＳｉＦ４＋２ＣＯ…（１） エッチング対象である二酸化珪素膜が除去された後は、
それまでエッチングで消費されていた分だけ増加するの
で、この増加を捉えることによりエッチングの終点が検
出できるのである。
ッチング終点であるということを確認するために、上述
と全く同条件のエッチングを行い、発光強度が大きく
（例えば１．４％）増加する直前の時点でプラズマ発生
を停止した場合の基板４と、発光強度が大きく増加した
直後の時点でプラズマ発生を停止した場合の基板４とに
ついて、その表面をＳＥＭ（電子走査型顕微鏡）写真で
確認したところ、前者の（発光強度変化前）基板４につ
いては、二酸化珪素膜が非常に薄くてその一部から下地
の単結晶シリコン基板表面が露出していたが、後旨は全
面に亘って単結晶シリコン基板表面が露出していた。従
って発光強度の測定対象であるＣＦ２ラジカルは当該エ
ッチングに関与していること、即ち（１）式の様に二酸
化珪素膜と直接反応して、これを除去していることが裏
付けられており、 ＳｉＯ２＋２ＣＦ２→ＳｉＦ４＋２ＣＯ…（１） エッチング対象である二酸化珪素膜が除去された後は、
それまでエッチングで消費されていた分だけ増加するの
で、この増加を捉えることによりエッチングの終点が検
出できるのである。
【００１６】ここでＣ−Ｆ系のガスを反応ガスとして用
いた場合、ＣＦ２ラジカルの他にＣＦラジカル、ＣＦイ
オン、ＣＦ３ラジカルなどのＣ−Ｆ系活性種や、フッ素
ラジカル、フッ素イオンあるいは水素ラジカルなども生
成される。そこでこれらの活性種の中でＣＦ１ラジカル
について発光強度の変化を以下のようにして調べた。先
ず２００ｎｍ付近の発光を検出できるように窓ガラス
５、集光レンズ５１、光ファイバ５２として石英ガラス
製のものを用い、発光スペクトルを同定したところＣＦ
１ラジカルの発光を２０２．４ｎｍ、２０８ｎｍ、２２
３．８ｎｍ、２３０．５ｎｍの波長にして確認した。
いた場合、ＣＦ２ラジカルの他にＣＦラジカル、ＣＦイ
オン、ＣＦ３ラジカルなどのＣ−Ｆ系活性種や、フッ素
ラジカル、フッ素イオンあるいは水素ラジカルなども生
成される。そこでこれらの活性種の中でＣＦ１ラジカル
について発光強度の変化を以下のようにして調べた。先
ず２００ｎｍ付近の発光を検出できるように窓ガラス
５、集光レンズ５１、光ファイバ５２として石英ガラス
製のものを用い、発光スペクトルを同定したところＣＦ
１ラジカルの発光を２０２．４ｎｍ、２０８ｎｍ、２２
３．８ｎｍ、２３０．５ｎｍの波長にして確認した。
【００１７】そこでこれらの波長の中で２０２．４ｎｍ
及び２０８ｎｍの波長の発光について、エッチング時に
おける発光量の変化を測定した。測定条件については、
真空チャンバ１内のガス圧を２５０ｍＴｏｒｒ、高周波
電力の周波数、電力値を夫々１３．５６ＭＨｚ、６００
Ｗ、ＣＨＦ３ガス、ＣＦ４ガス及びアルゴンガスの流量
を夫々２０ＳＣＣＭ、２０ＳＣＣＭ、４００ＳＣＣＭに
設定し、ベタウエハ（全面二酸化珪素膜付きウエハ）を
サンプルとしてエッチングを行った。またこの実験にお
いて中心波長２６０ｎｍ、半値幅１０ｎｍの干渉フィル
タを通してＣＦ２ラジカルの発光を同時に測定した。図
３にＣＦ１ラジカルの波長として２０２．４ｎｍを用い
た場合におけるエッチング中の光量変化を実線（１）で
示す。また図４にＣＦ１ラジカルの波長として２０８ｎ
ｍを用いた場合におけるエッチング中の光量変化を実線
（１）で示す。ただし図３、図４中点線（２）は２６０
ｎｍＣＦ２ラジカルの発光である。この結果から、波長
が２０２．４ｎｍあるいは２０８ｎｍであるＣＦ１ラジ
カルの発光においてはＣＦ２ラジカルの場合と同様にエ
ッチング終点で発光強度が１８％前後増加していること
が理解でき、ＣＦ１ラジカルについてもＳｉＯ２膜のエ
ッチングに寄与していることが判明した。
及び２０８ｎｍの波長の発光について、エッチング時に
おける発光量の変化を測定した。測定条件については、
真空チャンバ１内のガス圧を２５０ｍＴｏｒｒ、高周波
電力の周波数、電力値を夫々１３．５６ＭＨｚ、６００
Ｗ、ＣＨＦ３ガス、ＣＦ４ガス及びアルゴンガスの流量
を夫々２０ＳＣＣＭ、２０ＳＣＣＭ、４００ＳＣＣＭに
設定し、ベタウエハ（全面二酸化珪素膜付きウエハ）を
サンプルとしてエッチングを行った。またこの実験にお
いて中心波長２６０ｎｍ、半値幅１０ｎｍの干渉フィル
タを通してＣＦ２ラジカルの発光を同時に測定した。図
３にＣＦ１ラジカルの波長として２０２．４ｎｍを用い
た場合におけるエッチング中の光量変化を実線（１）で
示す。また図４にＣＦ１ラジカルの波長として２０８ｎ
ｍを用いた場合におけるエッチング中の光量変化を実線
（１）で示す。ただし図３、図４中点線（２）は２６０
ｎｍＣＦ２ラジカルの発光である。この結果から、波長
が２０２．４ｎｍあるいは２０８ｎｍであるＣＦ１ラジ
カルの発光においてはＣＦ２ラジカルの場合と同様にエ
ッチング終点で発光強度が１８％前後増加していること
が理解でき、ＣＦ１ラジカルについてもＳｉＯ２膜のエ
ッチングに寄与していることが判明した。
【００１８】ここで真空チャンバ１内にウエハを配置し
てプラズマを発生させ、この状態で２００ｎｍ〜４００
ｎｍの発光スペクトルを観察したところ、図５の結果が
得られた。ただし実線（１）、点線（２）はウエハとし
て夫々ベアウエハ（二酸化珪素膜付をしていないウエ
ハ）、ベタウエハ（全面二酸化珪素膜付ウエハ）を用
い、いずれについても図３、図４に係る測定と同じ条件
でプラズマを生成した。また点線（３）はウエハとして
ベアウエハを用いると共に、真空チャンバ１内のガスを
アルゴンガスのみ（流量４００ＳＣＣＭ）とした。他の
条件は同様である。この結果から、上記条件でプラズマ
を発光させると、波長が２００〜２３０ｎｍの波長付近
にＣＦ１ラジカル、２４０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長付近
にＣＦ２ラジカルの強い発光があることがわかる。更に
波長が２５２ｎｍ付近、２８８ｎｍ付近、２９４ｎｍ付
近にアルゴンの発光が確認出来る。また波長が３５０ｎ
ｍ以上になると、アルゴンの発光が強くなり、４００ｎ
ｍ以上ではほとんどアルゴンの発光となる。
てプラズマを発生させ、この状態で２００ｎｍ〜４００
ｎｍの発光スペクトルを観察したところ、図５の結果が
得られた。ただし実線（１）、点線（２）はウエハとし
て夫々ベアウエハ（二酸化珪素膜付をしていないウエ
ハ）、ベタウエハ（全面二酸化珪素膜付ウエハ）を用
い、いずれについても図３、図４に係る測定と同じ条件
でプラズマを生成した。また点線（３）はウエハとして
ベアウエハを用いると共に、真空チャンバ１内のガスを
アルゴンガスのみ（流量４００ＳＣＣＭ）とした。他の
条件は同様である。この結果から、上記条件でプラズマ
を発光させると、波長が２００〜２３０ｎｍの波長付近
にＣＦ１ラジカル、２４０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長付近
にＣＦ２ラジカルの強い発光があることがわかる。更に
波長が２５２ｎｍ付近、２８８ｎｍ付近、２９４ｎｍ付
近にアルゴンの発光が確認出来る。また波長が３５０ｎ
ｍ以上になると、アルゴンの発光が強くなり、４００ｎ
ｍ以上ではほとんどアルゴンの発光となる。
【００１９】また図５より、ベタウエハを配置した場合
におけるＣＦ２ラジカルの発光強度は、２５９．５ｎｍ
や２６２．８ｎｍの波長に限らず、２４０ｎｍ〜４００
ｎｍ付近の波長の中では、ベアウエハを配置した場合の
発光強度に比べて減少しているため、変化量に差がある
がエッチング終点時の光量は増加することがわかる。従
って二酸化珪素膜のエッチングの終点検出としてＣＦ１
の発光強度や２４０ｎｍ〜３５０ｎｍの発光波長を用い
ても良いが、分光器の分解能、感度や価格や他の発光種
を考えるとアルゴンの発光を避けた帯域でＣＦ２ラジカ
ルの発光の強い中心波長２６０〜２８０ｎｍにおいて、
半値幅１０〜４０ｎｍ程度の安価な干渉フィルタでＣＦ
２ラジカル光を取り出し、安価なシリコンフォトダイオ
ードで光電変換することが最良であると判明した。
におけるＣＦ２ラジカルの発光強度は、２５９．５ｎｍ
や２６２．８ｎｍの波長に限らず、２４０ｎｍ〜４００
ｎｍ付近の波長の中では、ベアウエハを配置した場合の
発光強度に比べて減少しているため、変化量に差がある
がエッチング終点時の光量は増加することがわかる。従
って二酸化珪素膜のエッチングの終点検出としてＣＦ１
の発光強度や２４０ｎｍ〜３５０ｎｍの発光波長を用い
ても良いが、分光器の分解能、感度や価格や他の発光種
を考えるとアルゴンの発光を避けた帯域でＣＦ２ラジカ
ルの発光の強い中心波長２６０〜２８０ｎｍにおいて、
半値幅１０〜４０ｎｍ程度の安価な干渉フィルタでＣＦ
２ラジカル光を取り出し、安価なシリコンフォトダイオ
ードで光電変換することが最良であると判明した。
【００２０】更にまたＣＦ３ラジカルについてはライフ
タイムが短いので捉えることができなかったが、これら
Ｃ−Ｆ系の活性種は、ＣＦ１やＣＦ２ラジカルと同様に
エッチングに関与していると推察される。またフッ素ラ
ジカル、フッ素イオン、水素ラジカルについては、エッ
チングに十分な時間が経過しても発光強度の変化はほと
んど見られなかった。この実験において、フッ素ラジカ
ルのスペクトル線に対応する光を検出するために、波長
６８５．６ｎｍ、７０３．７ｎｍの光を分光すると共
に、フッ素イオンのスペクトル線に対応する光を検出す
るために波長４２４．５ｎｍ、４４４．６ｎｍの光を分
光し、また水素ラジカルのスペクトル線に対応する光を
検出するために、波長６５６．３ｎｍ、４８６．１ｎｍ
の光を分光した。
タイムが短いので捉えることができなかったが、これら
Ｃ−Ｆ系の活性種は、ＣＦ１やＣＦ２ラジカルと同様に
エッチングに関与していると推察される。またフッ素ラ
ジカル、フッ素イオン、水素ラジカルについては、エッ
チングに十分な時間が経過しても発光強度の変化はほと
んど見られなかった。この実験において、フッ素ラジカ
ルのスペクトル線に対応する光を検出するために、波長
６８５．６ｎｍ、７０３．７ｎｍの光を分光すると共
に、フッ素イオンのスペクトル線に対応する光を検出す
るために波長４２４．５ｎｍ、４４４．６ｎｍの光を分
光し、また水素ラジカルのスペクトル線に対応する光を
検出するために、波長６５６．３ｎｍ、４８６．１ｎｍ
の光を分光した。
【００２１】以上のことから、プラズマ状態の活性種の
中でも二酸化珪素膜の除去に大きく関与しているもの
と、全く関与していないか、それ程大きく関与していな
いものがあることがわかり、例えばＣＨＦ３やＣＦ４な
どのＣ−Ｆ系のガスを反応ガスとして用いた場合、ＣＦ
１ラジカル、ＣＦ２ラジカルをはじめＣＦイオン、、Ｃ
Ｆ３イオンなどのＣ−Ｆ系の活性種が二酸化珪素膜の除
去に大きく関与している。
中でも二酸化珪素膜の除去に大きく関与しているもの
と、全く関与していないか、それ程大きく関与していな
いものがあることがわかり、例えばＣＨＦ３やＣＦ４な
どのＣ−Ｆ系のガスを反応ガスとして用いた場合、ＣＦ
１ラジカル、ＣＦ２ラジカルをはじめＣＦイオン、、Ｃ
Ｆ３イオンなどのＣ−Ｆ系の活性種が二酸化珪素膜の除
去に大きく関与している。
【００２２】ここに上述実施例の如く、ＣＨＦ３ガス、
ＣＦ４ガス及びアルゴンガスの混合ガスによりエッチン
グを行うにあたって、ＣＦ２の発光波長を用いてエッチ
ングの終点検出を行ったときに、各成分の発光によりそ
の検出感度がどのように影響されるかを調べるために、
前記混合ガスのスペクトル図とＣＦ２ラジカルの発光強
度の変化率（棒線）とを合わせた特性図を図６のように
作成した。この発光強度の変化率とは、先に一例として
図２に示したデータに基づいて得られた、増加前に対す
る増加後の発光強度の比率である。
ＣＦ４ガス及びアルゴンガスの混合ガスによりエッチン
グを行うにあたって、ＣＦ２の発光波長を用いてエッチ
ングの終点検出を行ったときに、各成分の発光によりそ
の検出感度がどのように影響されるかを調べるために、
前記混合ガスのスペクトル図とＣＦ２ラジカルの発光強
度の変化率（棒線）とを合わせた特性図を図６のように
作成した。この発光強度の変化率とは、先に一例として
図２に示したデータに基づいて得られた、増加前に対す
る増加後の発光強度の比率である。
【００２３】この特性図及び図５からわかるように、裾
の広い帯状のスペクトルを持つアルゴンガスを反応ガス
に比べて多量に真空チャンバ内に導入している場合であ
っても、アルゴンガスの発光の影響を大きく受けること
なく、ＣＦ２ラジカルによる発光強度について大きな変
化率を捉えることができる。なおアルゴンガスの発光波
長は３５０ｎｍの中にも若干存在するが、先述したよう
にＣＦ２ラジカルの発光波長の中でこれらの発光波長付
近を避けた発光波長を選択することによりエッチングの
終点を高精度で検出できる。図７に４００〜４７０ｎｍ
の波長領域のスペクトル図を示すが、アルゴンの強い発
光が見られる。
の広い帯状のスペクトルを持つアルゴンガスを反応ガス
に比べて多量に真空チャンバ内に導入している場合であ
っても、アルゴンガスの発光の影響を大きく受けること
なく、ＣＦ２ラジカルによる発光強度について大きな変
化率を捉えることができる。なおアルゴンガスの発光波
長は３５０ｎｍの中にも若干存在するが、先述したよう
にＣＦ２ラジカルの発光波長の中でこれらの発光波長付
近を避けた発光波長を選択することによりエッチングの
終点を高精度で検出できる。図７に４００〜４７０ｎｍ
の波長領域のスペクトル図を示すが、アルゴンの強い発
光が見られる。
【００２４】上述実施例では、反応ガスに比べて多量に
用いられる添加ガスとして、プラズマの安定性を図るた
めのアルゴンガスの例をあげているが、本発明では、例
えばエッチングの異方性をより確保するためのガスであ
って、このガスのスペクトルがＣＯなどの生成ガスと重
なる場合にも適応することができる。
用いられる添加ガスとして、プラズマの安定性を図るた
めのアルゴンガスの例をあげているが、本発明では、例
えばエッチングの異方性をより確保するためのガスであ
って、このガスのスペクトルがＣＯなどの生成ガスと重
なる場合にも適応することができる。
【００２５】なおここでいうスペクトルの重なりとは、
完全に重なる場合のみならず例えば分光測定の際に一方
の裾に他方のスペクトルが重なるといった、一部の重な
りも含まれる。
完全に重なる場合のみならず例えば分光測定の際に一方
の裾に他方のスペクトルが重なるといった、一部の重な
りも含まれる。
【００２６】そして反応ガスとしてはＣ−Ｆ系のガスを
含むガスに限定されるものではなく、例えばＣｌ系のガ
スを含むガスなどについても適用でき、その場合にもエ
ッチングに関与する活性種について発光強度を監視すれ
ばよい。
含むガスに限定されるものではなく、例えばＣｌ系のガ
スを含むガスなどについても適用でき、その場合にもエ
ッチングに関与する活性種について発光強度を監視すれ
ばよい。
【００２７】さらに本発明では、二酸化珪素膜をエッチ
ングすることに限定されるものではなく、ポリシリコン
膜や、あるいはアルミニウム合金膜などをエッチングす
る場合に適用してもよく、また被エッチング膜の下地で
ある材質としては、単結晶シリコン以外の材質例えばポ
リシリコンや酸化膜などであってもよい。
ングすることに限定されるものではなく、ポリシリコン
膜や、あるいはアルミニウム合金膜などをエッチングす
る場合に適用してもよく、また被エッチング膜の下地で
ある材質としては、単結晶シリコン以外の材質例えばポ
リシリコンや酸化膜などであってもよい。
【００２８】なお本発明は、陰極側に基板を置いたカソ
ードカップリング形、陽極側に基板を置いたアノードカ
ップリング形のいづれのエッチング装置にも適用できる
し、あるいは別途熱電子源などによって反応性ガスプラ
ズマを放電室で発生させ、これをエッチング領域に導く
といったエッチング方法にも適用できる。
ードカップリング形、陽極側に基板を置いたアノードカ
ップリング形のいづれのエッチング装置にも適用できる
し、あるいは別途熱電子源などによって反応性ガスプラ
ズマを放電室で発生させ、これをエッチング領域に導く
といったエッチング方法にも適用できる。
【００２９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、エッチン
グに関与する活性種に着目し、その発光強度を監視して
エッチングの終点を検出しているため、反応生成物のス
ペクトルと重なるスペクトルを持つガス、例えばプラズ
マ安定用のアルゴンガスや反応生成物と同種または同一
のガスが反応ガスに比べて多量に添加され、その添加ガ
スの発光強度が非常に大きい場合であっても、例えば前
記活性種の発光波長が複数ある場合、添加ガスの発光波
長を避けた波長を選択することによって、エッチングの
終点前後で前記活性種の発光強度が大きく変化するの
で、エッチングの終点を高精度で検出できる。そして反
応生成物と添加ガスとが同じ場合には、発光波長を選択
する余地はないことから本発明は特に有効である。
グに関与する活性種に着目し、その発光強度を監視して
エッチングの終点を検出しているため、反応生成物のス
ペクトルと重なるスペクトルを持つガス、例えばプラズ
マ安定用のアルゴンガスや反応生成物と同種または同一
のガスが反応ガスに比べて多量に添加され、その添加ガ
スの発光強度が非常に大きい場合であっても、例えば前
記活性種の発光波長が複数ある場合、添加ガスの発光波
長を避けた波長を選択することによって、エッチングの
終点前後で前記活性種の発光強度が大きく変化するの
で、エッチングの終点を高精度で検出できる。そして反
応生成物と添加ガスとが同じ場合には、発光波長を選択
する余地はないことから本発明は特に有効である。
【図１】本発明方法の実施例に用いた装置の一例を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】ＣＦ２ラジカルの発光強度の変化を示す特性図
である。
である。
【図３】ＣＦ１ラジカルの発光強度の変化を示す特性図
である。
である。
【図４】ＣＦ１ラジカルの発光強度の変化を示す特性図
である。
である。
【図５】ウエハを配置した場合におけるプラズマ発光の
スペクトル図である。
スペクトル図である。
【図６】波長毎の発光強度の変化とスペクトル図とを重
ね合わせた特性図である。
ね合わせた特性図である。
【図７】プラズマ発光におけるスペクトル図である。
１ 真空チャンバ ２、３ 平行平板電極 ４ 基板 ５ 分光器 ６ 光電変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｆ
Claims (3)
- 【請求項１】 反応容器内にＣ−Ｆ系のガスを導入して
二酸化ケイ素膜に対してドライエッチングする方法にお
いて、 ＣＦ２ラジカルまたはＣＦ１ラジカルの発光強度を監視
し、その発光強度の増加を捉えることによりエッチング
の終点を検出することを特徴とするドライエッチング方
法。 - 【請求項２】 ＣＦ２ラジカルの発光強度を監視する波
長は、２５９．５ｎｍまたは２６２．８ｎｍであること
を特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。 - 【請求項３】 ＣＦ１ラジカル の発光強度を監視する波
長は、２０２．４ｎｍまたは２０８ｎｍであることを特
徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3292117A JP2913125B2 (ja) | 1991-03-24 | 1991-10-09 | ドライエッチング方法 |
| US08/048,711 US5290383A (en) | 1991-03-24 | 1993-04-19 | Plasma-process system with improved end-point detecting scheme |
| US08/107,027 US5322590A (en) | 1991-03-24 | 1993-08-16 | Plasma-process system with improved end-point detecting scheme |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8351991 | 1991-03-24 | ||
| JP3-83519 | 1991-03-24 | ||
| JP3292117A JP2913125B2 (ja) | 1991-03-24 | 1991-10-09 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0536644A JPH0536644A (ja) | 1993-02-12 |
| JP2913125B2 true JP2913125B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=26424545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3292117A Expired - Lifetime JP2913125B2 (ja) | 1991-03-24 | 1991-10-09 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2913125B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE39895E1 (en) | 1994-06-13 | 2007-10-23 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit arrangement fabrication method |
| US5958258A (en) * | 1997-08-04 | 1999-09-28 | Tokyo Electron Yamanashi Limited | Plasma processing method in semiconductor processing system |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP3292117A patent/JP2913125B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0536644A (ja) | 1993-02-12 |
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