JP3386287B2 - Plasma etching equipment - Google Patents

Plasma etching equipment

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JP3386287B2
JP3386287B2 JP13597595A JP13597595A JP3386287B2 JP 3386287 B2 JP3386287 B2 JP 3386287B2 JP 13597595 A JP13597595 A JP 13597595A JP 13597595 A JP13597595 A JP 13597595A JP 3386287 B2 JP3386287 B2 JP 3386287B2
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▲靖▼浩 堀池
勉 塚田
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堀池 靖浩
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本願の発明は、プラズマエッチン
グ装置に関し、特に酸化シリコンを選択エッチングする
ことが可能なプラズマエッチング装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching apparatus, and more particularly to a plasma etching apparatus capable of selectively etching silicon oxide.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、ドライエ
ッチングにより微細加工を行うことが必須になった。特
に、絶縁膜であるシリコンの酸化膜をエッチングする工
程は、半導体の高集積化とともに増大する傾向にある。
シリコンの酸化膜をエッチングする場合は、下地が単結
晶シリコンないしは多結晶シリコンである場合が多く、
この時、下地のシリコンを削らずに、酸化膜のみをエッ
チングする必要がある。即ち、選択エッチングが必要と
なる。
2. Description of the Related Art With the high integration of semiconductor devices, it has become essential to perform fine processing by dry etching. In particular, the step of etching the silicon oxide film, which is an insulating film, tends to increase with the high integration of semiconductors.
When etching a silicon oxide film, the base is often single crystal silicon or polycrystalline silicon,
At this time, it is necessary to etch only the oxide film without removing the underlying silicon. That is, selective etching is required.

【0003】選択エッチングが可能となるメカニズムに
ついて、下地Siに対するSiO2の選択エッチングを
例にとって説明する。エッチングに使用されるガスはC
4等の反応性の高いガスであり、このガスでプラズマ
が形成され、プラズマ中で生成されるラジカルやイオン
がSiO2 と反応することによってエッチングが行われ
る。この場合、実際にはCF4 による重合膜の堆積が、
エッチングに対する競合現象として同時に起こってい
る。
The mechanism that enables selective etching will be described by taking the selective etching of SiO 2 with respect to the underlying Si as an example. The gas used for etching is C
It is a highly reactive gas such as F 4 , plasma is formed by this gas, and etching is performed by reacting radicals and ions generated in the plasma with SiO 2 . In this case, the deposition of the polymerized film by CF 4 is actually
Simultaneously occurring as a competition phenomenon for etching.

【0004】ここで、SiO2 層においては酸素が存在
するので、この酸素がエッチング中に解離し重合膜と化
合して揮発性のCO,CO2 ,COF2 分子を形成す
る。従って、SiO2 層のエッチングの場合には上記重
合膜の堆積は生じない。しかし、エッチングがSi層に
達すると、Si層には酸素が存在しないので上記のよう
な重合膜堆積の抑制がされず、重合膜が堆積する。この
際、堆積した重合膜中のフッ素濃度を低下させ高カーボ
ン膜が堆積するようにしておけば、フッ素が重合膜中を
拡散してSiをエッチングしてしまうことが防止され、
SiO2 /Siの高選択性エッチングが達成される。
Since oxygen is present in the SiO 2 layer, the oxygen dissociates during etching and combines with the polymer film to form volatile CO, CO 2 , COF 2 molecules. Therefore, in the case of etching the SiO 2 layer, the deposition of the polymer film does not occur. However, when the etching reaches the Si layer, since oxygen does not exist in the Si layer, the above-described suppression of the polymer film deposition is not suppressed, and the polymer film is deposited. At this time, if the concentration of fluorine in the deposited polymer film is reduced and the high carbon film is deposited, fluorine is prevented from diffusing in the polymer film and etching Si,
A highly selective etching of SiO 2 / Si is achieved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなシリコン酸化物の選択エッチングにおいて、高い
選択性を得るための最適条件を設定することは一般に困
難であった。たとえば、プラズマ形成のための高周波等
の投入エネルギーの密度、プラズマを形成するガスの流
量、プラズマ空間の雰囲気圧力などの一般的な条件を単
に設定しただけでは、シリコン酸化物の高選択エッチン
グを達成することは困難であった。特に最近では高アス
ペクト比のコンタクトホール等のパターンを選択エッチ
ングすることが必要になってきており、深い溝の底部に
おいてシリコン等の下地材料を削らずにシリコン酸化物
をエッチングする必要が生じている。また、最適なエッ
チング条件を設定しても、エッチング処理の最中やエッ
チング処理を繰り返した場合などで反応容器内の条件が
変化し、この結果必要な選択性が得られなくなってしま
う恐れもある。
However, in the above-described selective etching of silicon oxide, it is generally difficult to set the optimum conditions for obtaining high selectivity. For example, simply setting general conditions such as the density of input energy such as high frequency for plasma formation, the flow rate of gas forming plasma, and the atmospheric pressure of the plasma space achieves high selective etching of silicon oxide. It was difficult to do. In particular, recently, it has become necessary to selectively etch a pattern such as a contact hole having a high aspect ratio, and it is necessary to etch silicon oxide at the bottom of a deep groove without removing the underlying material such as silicon. . Even if the optimum etching conditions are set, the conditions in the reaction vessel may change during the etching process or when the etching process is repeated, and as a result, the required selectivity may not be obtained. .

【0006】本願の発明は、このような課題を考慮して
成されたものであり、シリコン酸化物の選択エッチング
の最適条件を設定して、高選択性が常時得られるような
装置を提供することを目的としている。
The invention of the present application has been made in view of the above problems, and provides an apparatus in which the optimum conditions for selective etching of silicon oxide are set so that high selectivity can always be obtained. Is intended.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の請求項1記載のプラズマエッチング装置は、
排気系を備えた反応容器と、この反応容器内にフッ化炭
素系ガスを導入するガス導入手段と、導入されたガスに
よってプラズマを反応容器内に発生させるプラズマ発生
手段とを有し、フッ化炭素系ガスのプラズマによってシ
リコンの酸化膜をエッチングするプラズマエッチング装
置において、プラズマ中で生成される一フッ化炭素ラジ
カルと二フッ化炭素ラジカルとの数密度の比を測定する
測定手段と、この測定手段の測定結果に基づきエッチン
グ条件を制御する制御部とを備えている。また同様に上
記目的を達成するため、請求項2記載のプラズマエッチ
ング装置は、請求項1の構成において、反応容器は、当
該反応容器内の圧力を調整する圧力調整器を備え、制御
部は、この圧力調整器に信号を送って二フッ化炭素ラジ
カルに対する一フッ化炭素ラジカルの数密度の比が最大
となるように制御するものであるという構成を有する。
また同様に上記目的を達成するため、請求項3記載のプ
ラズマエッチング装置は、請求項1又は2の構成におい
て、ガス導入手段は、導入するガスの流量を調整する流
量調整器を備え、制御部は、この流量調整器に信号を送
って二フッ化炭素ラジカルに対する一フッ化炭素ラジカ
ルの数密度の比が最大となるように制御するものである
という構成を有する。また同様に上記目的を達成するた
め、請求項4記載のプラズマエッチング装置は、請求項
1,2又は3の構成において、フッ化炭素系ガスに水素
ガス又は水素元素を有するフッ化炭素化合物のガスが混
合されているという構成を有する。また同様に上記目的
を達成するため、請求項5記載のプラズマエッチング装
置は、請求項1,2,3又は4の構成において、ガス導
入手段は、導入するガスの混合比を調整する混合比調整
手段を備え、制御部は、この混合比調整手段を二フッ化
炭素ラジカルに対する一フッ化炭素ラジカルの数密度の
比が最大となるように制御するものであるという構成を
有する。また同様に上記目的を達成するため、請求項6
記載のプラズマエッチング装置は、請求項1,2,3,
4又は5の構成において、測定手段は、反応容器内に存
在する気体の種類とその量を質量分析によって測定する
質量分析計であるという構成を有する。また同様に上記
目的を達成するため、請求項7記載のプラズマエッチン
グ装置は、請求項6の構成において、質量分析計は、四
重極質量分析計であるという構成を有する。また同様に
上記目的を達成するため、請求項8記載のプラズマエッ
チング装置は、請求項7の構成において、四重極質量分
析計は、イオン化エネルギー調整機構を備えているとい
う構成を有する。
In order to achieve the above object, the plasma etching apparatus according to claim 1 of the present application is
A reaction vessel having an exhaust system, a gas introducing means for introducing a fluorocarbon-based gas into the reaction vessel, and a plasma generating means for generating plasma in the reaction vessel by the introduced gas, In a plasma etching apparatus for etching a silicon oxide film by plasma of a carbon-based gas, a measuring means for measuring the ratio of the number density of carbon monofluoride radicals and carbon difluoride radicals generated in the plasma, and this measurement. And a control unit that controls the etching conditions based on the measurement result of the means. Similarly, to achieve the above object, in the plasma etching apparatus according to claim 2, in the structure of claim 1, the reaction vessel is provided with a pressure adjuster for adjusting the pressure in the reaction vessel, and the control unit includes: It is configured to send a signal to the pressure regulator so as to maximize the ratio of the number density of carbon monofluoride radicals to the carbon difluoride radicals.
Similarly, in order to achieve the above object, in the plasma etching apparatus according to claim 3, in the structure according to claim 1 or 2, the gas introducing means includes a flow rate adjuster for adjusting the flow rate of the gas to be introduced, and the control unit. Has a configuration in which a signal is sent to the flow rate controller so that the ratio of the number density of carbon monofluoride radicals to the carbon difluoride radicals is maximized. Similarly, in order to achieve the above object, the plasma etching apparatus according to claim 4 is the structure of claim 1, 2, or 3, wherein hydrogen gas or a fluorocarbon compound gas containing hydrogen element is added to the fluorocarbon gas. Are mixed. Similarly, in order to achieve the above-mentioned object, the plasma etching apparatus according to claim 5 is the structure of claim 1, 2, 3 or 4, wherein the gas introducing means adjusts the mixing ratio of the gases to be introduced. The control unit has means for controlling the mixing ratio adjusting means so that the ratio of the number density of carbon monofluoride radicals to the carbon difluoride radicals is maximized. Similarly, in order to achieve the above-mentioned object, claim 6
The plasma etching apparatus according to claim 1, 2, 3,
In the configuration 4 or 5, the measuring means is a mass spectrometer that measures the type and amount of the gas existing in the reaction container by mass spectrometry. Further, similarly, in order to achieve the above-mentioned object, the plasma etching apparatus according to the seventh aspect has the configuration according to the sixth aspect, in which the mass spectrometer is a quadrupole mass spectrometer. Further, similarly, in order to achieve the above object, the plasma etching apparatus according to the eighth aspect has the configuration according to the seventh aspect, in which the quadrupole mass spectrometer includes an ionization energy adjusting mechanism.

【0008】[0008]

【作用】上記各請求項のプラズマエッチング装置におい
ては、フッ化炭素系ガスによってプラズマが形成され、
このプラズマによって生成されたラジカルによってシリ
コン酸化物のエッチングが行われる。この際、プラズマ
中で発生する一フッ化炭素ラジカルと二フッ化炭素ラジ
カルとの数密度の比が測定され、この測定結果に基づい
てエッチング条件が制御される。また特に、請求項4又
は5のプラズマエッチング装置では、上記作用に加え、
水素ラジカルによってフッ素が捕集され、シリコン酸化
物の選択エッチングを助ける。
In the plasma etching apparatus of the above claims, plasma is formed by the fluorocarbon gas.
The silicon oxide is etched by the radicals generated by this plasma. At this time, the ratio of the number density of carbon monofluoride radicals and carbon difluoride radicals generated in plasma is measured, and the etching conditions are controlled based on the measurement result. Further, in particular, in the plasma etching apparatus according to claim 4 or 5, in addition to the above-mentioned action,
Fluorine is trapped by hydrogen radicals, which aids in selective etching of silicon oxide.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本願発明の実施例を説明する。図1
は、本願発明の実施例のプラズマエッチング装置の構成
を説明する側面概略図であり、図2は、図1のプラズマ
エッチング装置のうちの反応容器の部分の断面概略図で
ある。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Figure 1
2 is a schematic side view illustrating the configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a reaction vessel portion of the plasma etching apparatus of FIG.

【0010】図1に示すプラズマエッチング装置は、排
気系13を備えた反応容器1と、この反応容器1内にフ
ッ化炭素系ガスを導入するガス導入手段2と、導入され
たガスによってプラズマを反応容器1内に発生させるプ
ラズマ発生手段3と、プラズマ発生手段3が発生させた
フッ化炭素系ガスのプラズマによってエッチングされる
位置に基板10を配置するステージ4と、プラズマ中で
生成される一フッ化炭素ラジカルと二フッ化炭素ラジカ
ルとの数密度(以下、単に密度とする)の比を測定する
測定手段5と、この測定手段5の測定結果に基づきエッ
チング条件を制御する制御部6とから主に構成されてい
る。
The plasma etching apparatus shown in FIG. 1 has a reaction vessel 1 equipped with an exhaust system 13, gas introduction means 2 for introducing a fluorocarbon type gas into the reaction vessel 1, and plasma introduced by the introduced gas. A plasma generating means 3 generated in the reaction container 1, a stage 4 for arranging the substrate 10 at a position to be etched by the plasma of the fluorocarbon-based gas generated by the plasma generating means 3, and a stage 4 generated in the plasma A measuring unit 5 for measuring the ratio of the number density (hereinafter simply referred to as density) of the fluorocarbon radical and the carbon difluoride radical, and a control unit 6 for controlling the etching conditions based on the measurement result of the measuring unit 5. It is mainly composed of.

【0011】図1に示す実施例は、本発明をヘリコン波
プラズマエッチング装置に応用した実施例である。反応
容器1は、ソースチャンバ11と拡散チャンバ12とよ
り構成されており、ソースチャンバ11は拡散チャンバ
12の上に載せられて配置されている。
The embodiment shown in FIG. 1 is an embodiment in which the present invention is applied to a helicon wave plasma etching apparatus. The reaction container 1 is composed of a source chamber 11 and a diffusion chamber 12, and the source chamber 11 is placed on the diffusion chamber 12 and arranged.

【0012】ソースチャンバ11は、先端が半球状の形
成された円筒状の部材であり、高周波を効率よく透過さ
せることが可能な材料具体的には石英ガラスで形成され
ている。ソースチャンバ11の寸法形状は、プラズマ発
生手段3の構成や基板10の大きさ、バッチ処理か枚葉
処理かなどによって異なる。例えば直径6インチのウエ
ハを枚葉処理する場合、内径160mmで高さ100m
m程度の円筒状の部分の先端に半径50mm程度の半球
状の部分を設けた寸法形状のソースチャンバ11が採用
される。また、石英ガラスは肉厚は例えば3mm程度で
ある。石英ガラス以外の材質としては、例えばアルミナ
等を使用することができる。
The source chamber 11 is a cylindrical member having a hemispherical tip, and is made of a material capable of efficiently transmitting high frequencies, specifically, quartz glass. The size and shape of the source chamber 11 differ depending on the configuration of the plasma generating means 3, the size of the substrate 10, batch processing or single-wafer processing. For example, when processing a wafer having a diameter of 6 inches, the inside diameter is 160 mm and the height is 100 m.
A source chamber 11 having a dimension and shape in which a hemispherical portion having a radius of about 50 mm is provided at the tip of a cylindrical portion of about m is adopted. Further, the thickness of the quartz glass is, for example, about 3 mm. As a material other than quartz glass, for example, alumina or the like can be used.

【0013】拡散チャンバ12は、上下を塞いだ円筒状
の箱状のものであり、アルミニウム製である。拡散チャ
ンバ12は、上面に円形の開口121を有し、この開口
121に嵌め込められた状態で上記ソースチャンバ11
が配置されている。拡散チャンバ12の大きさは、ソー
スチャンバ11同様、基板10の大きさ等によって異な
るが、同様に直径6インチのウエハを枚葉処理する場
合、高さ200mmで断面の内径が350mm程度の大
きさである。
The diffusion chamber 12 has a cylindrical box shape with its upper and lower sides closed and is made of aluminum. The diffusion chamber 12 has a circular opening 121 on the upper surface, and the diffusion chamber 12 is fitted into the opening 121 and has the circular shape.
Are arranged. Similar to the source chamber 11, the size of the diffusion chamber 12 varies depending on the size of the substrate 10 and the like. Similarly, when processing a wafer having a diameter of 6 inches, the height is 200 mm and the inner diameter of the cross section is about 350 mm. Is.

【0014】このような拡散チャンバ12の外側面に
は、拡散チャンバ12の高さ方向に長い棒状の永久磁石
14が設けられている。図2に示すように、この永久磁
石14は、拡散チャンバ12の外側面に沿って対角上に
配置されている。そして向かい合った各々の永久磁石1
4の内側に向いた表面には同じ極性になっており、隣り
合った各々の永久磁石14の内側に向いた表面には異な
る極性になっている。このように永久磁石14を配置し
ておくことによって、図2に示すようなカスプ磁場が拡
散チャンバ12の側壁内面に沿って形成される。このカ
スプ磁場は、中央のプラズマ領域から飛来する電子が側
壁内面に到達するのを抑制し、この結果、側壁部分への
プラズマの拡散を防止するよう作用し、広い領域にわた
って均一なプラズマを得るのに貢献する。
On the outer surface of the diffusion chamber 12 as described above, a rod-shaped permanent magnet 14 elongated in the height direction of the diffusion chamber 12 is provided. As shown in FIG. 2, the permanent magnets 14 are diagonally arranged along the outer surface of the diffusion chamber 12. And each permanent magnet 1 facing each other
The inner surface of 4 has the same polarity, and the inner surface of each adjacent permanent magnet 14 has a different polarity. By arranging the permanent magnets 14 in this way, a cusp magnetic field as shown in FIG. 2 is formed along the inner surface of the side wall of the diffusion chamber 12. This cusp magnetic field suppresses the electrons flying from the central plasma region from reaching the inner surface of the side wall, and as a result, acts to prevent the diffusion of the plasma to the side wall portion and obtains a uniform plasma over a wide region. Contribute to.

【0015】尚、図1に示すように、拡散チャンバ12
の側壁には、排気系13の排気管130を接続する排気
用開口12、ガス導入手段2のガス導入用の主配管20
を接続するガス導入用開口123、測定手段5を接続す
る測定用開口124等がそれぞれ形成され、また、基板
10の出し入れを行うための開口にはゲートバルブ15
が設けられている。
As shown in FIG. 1, the diffusion chamber 12
On the side wall of the exhaust system 12, an exhaust opening 12 for connecting an exhaust pipe 130 of an exhaust system 13 and a main pipe 20 for introducing gas of a gas introducing means 2 are provided.
A gas introduction opening 123 for connecting the substrate 10, a measurement opening 124 for connecting the measuring means 5 and the like are formed, and the gate valve 15 is provided in the opening for taking in and out the substrate 10.
Is provided.

【0016】上記反応容器1に備えられた排気系13
は、粗引き用の油回転ポンプや主排気用のターボ分子ポ
ンプ等の排気ポンプ131と、排気ポンプ131と反応
容器1とをつなぐ排気管130と、排気管130による
排気経路上に設けられた圧力調整器としてのバリアブル
オリフィス132等から構成されている。このような排
気系13によって、反応容器1の内部は例えば1×10
-5Torr程度の到達圧力まで排気できるようになって
いる。尚、反応容器1内の圧力を測定する不図示の真空
計が設けられており、その測定信号は後述の制御部6に
送られるようになっている。尚、圧力調整器としてのバ
リアブルオリフィス132は、開口の大きさを変化させ
て排気速度を調整するものである。
Exhaust system 13 provided in the reaction vessel 1
Is provided on the exhaust path by the exhaust pump 131 such as an oil rotary pump for rough evacuation or a turbo molecular pump for main exhaust, an exhaust pipe 130 connecting the exhaust pump 131 and the reaction vessel 1, and the exhaust pipe 130. It is composed of a variable orifice 132 or the like as a pressure regulator. With such an exhaust system 13, the inside of the reaction vessel 1 is, for example, 1 × 10 5.
It is possible to exhaust up to the ultimate pressure of about -5 Torr. A vacuum gauge (not shown) for measuring the pressure inside the reaction vessel 1 is provided, and the measurement signal thereof is sent to the control unit 6 described later. The variable orifice 132 as a pressure adjuster adjusts the exhaust speed by changing the size of the opening.

【0017】ガス導入手段2は、少なくとも二種類のガ
スを混合して導入できるよう複数のガス導入系21,2
2から構成されている。各々のガス導入系21,22
は、導入するガスを収容した不図示のガスボンベ21
1,221と、このガスボンベ211,221と反応容
器1内とを繋ぐガス導入用配管212,222と、ガス
導入用配管212,222上に設けられた流量調整器と
してのマスフローコントローラ213,223及び不図
示のフィルタ等から構成されている。これらのガス導入
系21,22は、具体的にはその一つが四フッ化炭素ガ
スのガス導入系21であり、もう一つが水素ガスのガス
導入系22になっている。尚、それぞれのガス導入系2
1,22に設けられたマスフローコントローラ213,
223は、後述する制御部6からの信号によって独立し
て制御されるよう構成されている。このため、ガス導入
手段2が導入する混合ガスの混合比が調整できるように
なっている。即ち、マスフローコントローラ213,2
23は、請求項5の混合比調整手段に相当している。
The gas introduction means 2 comprises a plurality of gas introduction systems 21, 2 so that at least two kinds of gases can be mixed and introduced.
It consists of two. Each gas introduction system 21,22
Is a gas cylinder 21 (not shown) containing the gas to be introduced.
1, 221, gas introduction pipes 212, 222 for connecting the gas cylinders 211, 221 to the inside of the reaction vessel 1, and mass flow controllers 213, 223 as flow rate adjusters provided on the gas introduction pipes 212, 222. It is composed of a filter and the like not shown. Specifically, one of these gas introduction systems 21 and 22 is a gas introduction system 21 of carbon tetrafluoride gas, and the other is a gas introduction system 22 of hydrogen gas. In addition, each gas introduction system 2
Mass flow controllers 213 provided in
223 is configured to be independently controlled by a signal from the control unit 6 described later. Therefore, the mixing ratio of the mixed gas introduced by the gas introducing means 2 can be adjusted. That is, the mass flow controllers 213, 2
Reference numeral 23 corresponds to the mixing ratio adjusting means in claim 5.

【0018】前述したように本実施例の装置はヘリコン
波プラズマを利用するものであり、プラズマ発生手段3
としては、所定のヘリコン波を導入するものが採用され
ている。即ち、プラズマ発生手段3は、ソースチャンバ
11の周囲に巻かれたコイル状のアンテナ31と、アン
テナ31に供給する高周波電力を発生させるソースプラ
ズマ発生用高周波電源32と、ソースプラズマ発生用高
周波電源32からの高周波の供給経路上に設けられたマ
ッチングボックス33と、ソース磁界を発生させるため
にアンテナ31の周囲に巻かれたソレノイドコイル34
とから主に構成されている。
As described above, the apparatus of this embodiment uses the helicon wave plasma, and the plasma generating means 3
As the above, a device that introduces a predetermined helicon wave is adopted. That is, the plasma generating means 3 includes a coil-shaped antenna 31 wound around the source chamber 11, a source plasma generating high frequency power source 32 for generating high frequency power supplied to the antenna 31, and a source plasma generating high frequency power source 32. A matching box 33 provided on a high frequency supply path from the antenna, and a solenoid coil 34 wound around the antenna 31 to generate a source magnetic field.
It is mainly composed of and.

【0019】ヘリコン波プラズマは、強い磁場を加える
とプラズマ振動数より低い周波数の電磁波が減衰せずに
プラズマ中を伝搬することを利用するものであり、高密
度プラズマを低圧で形成できる技術として最近注目され
ているものである。プラズマ中の電磁波の伝搬方向と磁
場の方向とが平行のとき、電磁波はある定まった向きの
円偏光となりらせん状に進行する。このことからヘリコ
ン波プラズマと呼ばれている。但し、実際の電磁波の伝
搬形状は、プラズマ空間の条件によって異なり、図1に
示すようなソースチャンバ11内の気体放電プラズマ中
では、ソースチャンバ11の形状寸法等によって決まる
一定のモードのみの電場が形成される。図1に示す構成
では、ソースプラズマ発生用高周波電源32から100
0W程度の高周波がアンテナ31を通して印加され、ソ
レノイドコイル34によって直流磁場が高周波の伝搬方
向と平行に印加されるようになっている。磁場の強さと
しては、ソースチャンバ11の中心付近で100ガウス
程度である。このような構成によって、10mTorr
程度の圧力で1×1012cm-3程度の高密度プラズマが
形成されるようになっている。
The helicon wave plasma utilizes the fact that an electromagnetic wave having a frequency lower than the plasma frequency propagates in the plasma without being attenuated when a strong magnetic field is applied, and has recently been developed as a technique capable of forming a high density plasma at a low pressure. It has been receiving attention. When the propagation direction of the electromagnetic wave in the plasma and the direction of the magnetic field are parallel, the electromagnetic wave becomes circularly polarized light in a certain fixed direction and travels in a spiral shape. For this reason, it is called helicon wave plasma. However, the actual propagation shape of the electromagnetic wave depends on the conditions of the plasma space, and in the gas discharge plasma in the source chamber 11 as shown in FIG. 1, an electric field of only a certain mode determined by the shape dimension of the source chamber 11 and the like is generated. It is formed. In the configuration shown in FIG. 1, the high frequency power sources 32 to 100 for generating source plasma are used.
A high frequency of about 0 W is applied through the antenna 31, and a direct current magnetic field is applied by the solenoid coil 34 in parallel with the propagation direction of the high frequency. The strength of the magnetic field is about 100 gauss near the center of the source chamber 11. With such a configuration, 10 mTorr
A high-density plasma of about 1 × 10 12 cm −3 is formed at a pressure of about 1 × 10 12 cm −3 .

【0020】ステージ4は、拡散チャンバ12内に配置
されており、ソースチャンバ11の下端からステージ4
までの距離は例えば150mm程度である。このステー
ジ4は、アルミニウム等の金属で形成されており、バイ
アス用高周波電源41がマッチングボックス42を介し
て接続されている。バイアス用高周波電源41がステー
ジ4に与える高周波は、例えば13.56MHzで50
0W程度である。ステージ4上に載置された基板10に
は、このように印加された高周波とプラズマ発生手段3
が形成するプラズマとの相互作用によって100V程度
の自己バイアス電圧が印加される。この自己バイアス電
圧は、プラズマ(≒0V)との間で電界を形成し、プラ
ズマ中のイオンを電界によって引き出すことによって異
方性のエッチングを可能にする。また、ステージ4の表
面を所定の誘電体で覆うことによって基板10をステー
ジ4に静電吸着させるよう動作させることも、この自己
バイアス電圧によって可能になる。尚、本実施例では枚
葉式の装置を取り上げたので、ステージ4には一枚の基
板のみが載置されるが、バッチ式の装置では所定のサセ
プタに複数の基板を配置し、このサセプタをステージ4
上に配置するようにする。また、ステージ4には、必要
に応じて水冷機構等が付設される。
The stage 4 is arranged in the diffusion chamber 12, and is arranged from the lower end of the source chamber 11 to the stage 4.
Is about 150 mm, for example. The stage 4 is made of a metal such as aluminum, and a high frequency bias power source 41 is connected thereto via a matching box 42. The high frequency applied to the stage 4 by the bias high frequency power supply 41 is 50 at 13.56 MHz, for example.
It is about 0W. The substrate 10 placed on the stage 4 receives the high frequency and the plasma generating means 3 thus applied.
A self-bias voltage of about 100 V is applied due to the interaction with the plasma formed by. This self-bias voltage forms an electric field with the plasma (≈0 V) and enables anisotropic etching by extracting the ions in the plasma by the electric field. This self-bias voltage also enables the substrate 10 to be electrostatically attracted to the stage 4 by covering the surface of the stage 4 with a predetermined dielectric. In this embodiment, since the single-wafer type device is taken up, only one substrate is placed on the stage 4. However, in the batch type device, a plurality of substrates are arranged on a predetermined susceptor. The stage 4
Try to place it above. A water cooling mechanism or the like is attached to the stage 4 as needed.

【0021】測定手段5は、図1に示すように、反応容
器1の側方に設けられている。拡散チャンバ12の側壁
に設けられた測定用開口124には、外方に延びる短い
管状のフランジ125がこの設けられており、このフラ
ンジ125に測定手段5が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the measuring means 5 is provided on the side of the reaction vessel 1. The measuring opening 124 provided on the side wall of the diffusion chamber 12 is provided with a short tubular flange 125 extending outward, and the measuring means 5 is attached to the flange 125.

【0022】測定手段5としては、本実施例では、四重
極質量分析計(Quadrupole Mass Sp
ectrometer,以下QMSと略す)50が採用
されている。QMSは、測定空間の残留ガスを分析する
ために開発されたもので、対角上に平行に配置した四本
の円柱状の電極(以下、四重極電極)51の間にイオン
化させた所定の粒子のみを通過させるようにして測定す
るものである。四重極電極51の手前には、測定する粒
子をイオン化させるための後述するイオン化部500が
配置されている。QMS50に入射した粒子は、イオン
化部500によってイオン化した後、四重極電極51に
よって囲まれた通路内に進入する。そして、所定のイオ
ン化粒子のみが四重極電極51の間を通過できるように
なっている。四重極電極51を通過した位置には、二次
電子倍増管等の検出素子501が配置されており、通過
したイオン化粒子は検出素子によって検出されそのイオ
ン化粒子の量が測定される。四重極電極51の部分を通
過できるイオン化粒子は、四重極電極51に与えられる
双曲線電界の大きさに応じた所定のM/e(Mは質量,
eは電荷量)を有するもののみであり、双曲線電界の大
きさを制御することによって通過させるイオン化粒子を
選択することができる。このようなQMS50として
は、例えば日電アネルバ株式会社製四重極質量分析計の
型式360が採用可能である。
As the measuring means 5, in this embodiment, a quadrupole mass spectrometer (Quadrupole Mass Sp) is used.
50, which is abbreviated as "electrometer" (hereinafter abbreviated as QMS). QMS was developed to analyze the residual gas in the measurement space, and it was ionized between four cylindrical electrodes (hereinafter, quadrupole electrodes) 51 arranged in parallel on the diagonal. The measurement is performed by passing only the particles of In front of the quadrupole electrode 51, an ionization unit 500 described later for ionizing particles to be measured is arranged. The particles incident on the QMS 50 are ionized by the ionization section 500, and then enter the passage surrounded by the quadrupole electrode 51. Then, only predetermined ionized particles can pass between the quadrupole electrodes 51 . A detection element 501 such as a secondary electron multiplier is arranged at a position where the ionization particles have passed through the quadrupole electrode 51. The ionized particles that have passed through are detected by the detection element and the amount of the ionized particles is measured. Ionized particles that can pass through the portion of the quadrupole electrode 51 have a predetermined M / e (M is a mass,
Only e has an electric charge amount, and the ionized particles to be passed can be selected by controlling the magnitude of the hyperbolic electric field. As such a QMS 50, for example, model 360 of quadrupole mass spectrometer manufactured by Nichiden Anelva Co., Ltd. can be adopted.

【0023】このようなQMS50は、イオン化エネル
ギー調整機構を備えている。図3は、図1のQMS50
におけるイオン化エネルギー調整機構の説明図であり、
QMSにおけるイオン化部500の構成の概略を示した
ものである。図1に示すイオン化部500は、四重極電
極51への入射位置の手前に配置されたものであり、測
定粒子をイオン化させるための電子を放出するフィラメ
ント52と、フィラメント52から放出される電子を加
速する電子加速電極53と、イオン化した粒子を四重極
電極51で囲まれた空間に加速して入射させるためのイ
オン加速電極54とから主に構成されている。
Such a QMS 50 is equipped with an ionization energy adjusting mechanism. FIG. 3 shows the QMS50 of FIG.
It is an explanatory view of the ionization energy adjustment mechanism in,
3 shows an outline of the configuration of an ionization section 500 in QMS. The ionization unit 500 shown in FIG. 1 is arranged in front of the incident position on the quadrupole electrode 51, and has a filament 52 that emits electrons for ionizing the measurement particles and an electron that is emitted from the filament 52. It is mainly composed of an electron acceleration electrode 53 for accelerating the laser beam and an ion acceleration electrode 54 for accelerating and entering the ionized particles into the space surrounded by the quadrupole electrode 51 .

【0024】フィラメント52は熱電子放出を行うもの
であり、タングステン等の材料で構成され、フィラメン
ト通電用電源521が接続される。電子加速電極53
は、四重極電極51で囲まれた空間の中心軸(以下、単
に中心軸)と同軸上に配置された円筒かご状の電極本体
531と、この電極本体531を保持した円管状の電極
支持板532とから構成されている。電極支持板532
には、イオン化エネルギー調整用電源533が接続され
ている。イオン加速電極54は、電子加速電極53の電
極支持板532と同様な円環状の部材であり、中心軸と
同軸上に配置されている。このイオン加速電極54に
は、イオン加速用電源541が接続されている。イオン
加速用電源541は、負の直流電位をイオン加速電源に
与えるものであり、正の直流電位が与えられる電子加速
電極53の電極支持板531との間で電界が形成され、
この電界によってイオンが加速されるようになってい
る。尚、このイオン加速電極54と四重極電極51との
間には、スリット電極55が同様に同軸上に配置されて
いる。このスリット電極55は、接地されている。
The filament 52 emits thermoelectrons, is made of a material such as tungsten, and is connected to a power supply 521 for energizing the filament. Electron acceleration electrode 53
Is a cylindrical cage-shaped electrode body 531 arranged coaxially with the central axis of the space surrounded by the quadrupole electrode 51 (hereinafter, simply referred to as the central axis), and a circular tubular electrode support holding the electrode body 531. And a plate 532. Electrode support plate 532
An ionization energy adjusting power source 533 is connected to the. The ion acceleration electrode 54 is an annular member similar to the electrode support plate 532 of the electron acceleration electrode 53, and is arranged coaxially with the central axis. An ion acceleration power source 541 is connected to the ion acceleration electrode 54. The ion accelerating power supply 541 supplies a negative DC potential to the ion accelerating power supply, and an electric field is formed between the ion accelerating power supply 541 and the electrode support plate 531 of the electron accelerating electrode 53 to which a positive DC potential is applied.
Ions are accelerated by this electric field. A slit electrode 55 is also coaxially arranged between the ion acceleration electrode 54 and the quadrupole electrode 51. The slit electrode 55 is grounded.

【0025】上記構成のイオン化部500において、フ
ィラメント52から放出された電子は電子加速電極53
によって加速され、中心軸に向けて飛行する。QMSに
入射した測定粒子は、電子加速電極53の円筒かご状の
電極本体531の内部に達すると、この電子によってイ
オン化される。イオン化された測定粒子は、イオン加速
電極54による電界によって加速され、四重極電極51
で囲まれた空間に達する。そして、前述の通り所定のイ
オン化粒子のみが四重極電極51の部分を通過して検出
される。上記構成において、イオン化エネルギーを調整
する場合には、電子加速電極53に接続されたイオン化
エネルギー調整用電源533の出力電圧を調整する。こ
れにより、電子の加速エネルギーが調整され、後述のよ
うな所定のラジカルのみを選択した測定が可能となる。
In the ionization section 500 having the above structure, the electrons emitted from the filament 52 are electron accelerating electrodes 53.
Is accelerated by and flies toward the central axis. When the measurement particles incident on the QMS reach the inside of the cylindrical cage-shaped electrode body 531 of the electron acceleration electrode 53, they are ionized by the electrons. The ionized measurement particles are accelerated by the electric field generated by the ion accelerating electrode 54 to generate the quadrupole electrode 51.
Reaches the space surrounded by. Then, as described above, only predetermined ionized particles pass through the quadrupole electrode 51 and are detected. In the above configuration, when adjusting the ionization energy, the output voltage of the ionization energy adjusting power supply 533 connected to the electron acceleration electrode 53 is adjusted. As a result, the acceleration energy of the electrons is adjusted, and it becomes possible to perform measurement by selecting only predetermined radicals as described later.

【0026】このような測定手段5を構成するQMS5
0は、サンプリングオリフィス56、不要荷電粒子除去
機構及びQMS排気系57等とともに設けられている。
サンプリングオリフィス56及びQMS排気系57は、
QMS50内の圧力を低く維持するために設けられたも
のである。QMS50内の圧力は10−6Torr程度
以下に保持する必要があり、拡散チャンバ12内の圧力
がこれよりも高い場合には、QMS50の内部を差動
気する必要がある。サンプリングオリフィス56は、前
述したフランジ125の端面に配置されており、オリフ
ィス開口の大きさは0.5mm程度である。測定粒子
は、このオリフィス開口を通ってQMS50に入射する
ようになっている。尚、拡散チャンバ12の側壁からサ
ンプリングオリフィス56までの距離は6cm程度とな
っている。また、QMS50に設けられたQMS排気系
57は、粗引き用の油回転ポンプ及び主排気用のターボ
分子ポンプ等を備え、4×10−8Torr程度の到達
圧力まで排気できるよう構成されている。
The QMS 5 which constitutes such measuring means 5
0 is provided with the sampling orifice 56, the unnecessary charged particle removing mechanism, the QMS exhaust system 57, and the like.
The sampling orifice 56 and the QMS exhaust system 57 are
It is provided to keep the pressure in the QMS 50 low. The pressure in the QMS 50 needs to be maintained at about 10 −6 Torr or less, and when the pressure in the diffusion chamber 12 is higher than this, it is necessary to differentially exhaust the inside of the QMS 50. The sampling orifice 56 is arranged on the end face of the flange 125 described above, and the size of the orifice opening is about 0.5 mm. The measurement particles are adapted to enter the QMS 50 through this orifice opening. The distance from the side wall of the diffusion chamber 12 to the sampling orifice 56 is about 6 cm. The QMS exhaust system 57 provided in the QMS 50 is equipped with an oil rotary pump for rough evacuation, a turbo molecular pump for main exhaust, and the like, and is configured to exhaust up to an ultimate pressure of about 4 × 10 −8 Torr. .

【0027】図4を使用してサンプリングオリフィス5
6及び不要荷電粒子除去機構58についてさらに詳しく
説明する。図4は、図1の装置に採用されたサンプリン
グオリフィス及び不要荷電粒子除去機構の詳細を説明す
る断面概略図である。サンプリングオリフィス56は、
図3に示すように、フランジ125の端面に取り付けら
れたオリフィス561板と、オリフィス板561の開口
をさらに小さくするためにオリフィス板561の外面に
設けられた補助オリフィスシート562とから構成され
ている。そして、補助オリフィスシート562のオリフ
ィス孔が前述の通り直径0.5mm程度となっている。
Sampling orifice 5 using FIG.
6 and the unnecessary charged particle removing mechanism 58 will be described in more detail. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating details of the sampling orifice and the unnecessary charged particle removing mechanism adopted in the apparatus of FIG. The sampling orifice 56 is
As shown in FIG. 3, it is composed of an orifice 561 plate attached to the end surface of the flange 125, and an auxiliary orifice sheet 562 provided on the outer surface of the orifice plate 561 in order to further reduce the opening of the orifice plate 561. . The orifice hole of the auxiliary orifice sheet 562 has a diameter of about 0.5 mm as described above.

【0028】一方、不要荷電粒子除去機構58は、上記
サンプリングオリフィス56の外側に設けられている。
不要荷電粒子除去機構58は、測定粒子の引き出し方向
に垂直になるように前後に配置した一対の金属メッシュ
581,582と、この一方の金属メッシュ581に所
定の正の電位を付与する正の直流電源583及び他方の
金属メッシュ582に所定の負の電位を付与する負の直
流電源584とから構成されている。正の直流電源58
3及び負の直流電源584が付与する電位は、例えばそ
れぞれ+30V,−30Vとされる。尚、一対の金属メ
ッシュ581,582の間隔は1mm程度、サンプリン
グオリフィス56から手前側の金属メッシュ581まで
の距離は2mm程度に設定されている。また、各々の金
属メッシュ581,582は、開口が200μm程度
で、材質としてはステンレスが使用されている。プラズ
マ中で形成された電子やイオンは、上述のような正負の
電位が与えられる一対の金属メッシュ581,582の
部分で押し返され、QMSへ不要に入射してしまうこと
が防止される。
On the other hand, the unnecessary charged particle removing mechanism 58 is provided outside the sampling orifice 56.
The unnecessary charged particle removing mechanism 58 includes a pair of metal meshes 581 and 582 arranged in front and back so as to be perpendicular to the extraction direction of the measurement particles, and a positive direct current that gives a predetermined positive potential to the one metal mesh 581. It is composed of a power source 583 and a negative DC power source 584 that applies a predetermined negative potential to the other metal mesh 582. Positive DC power supply 58
The potentials given by the 3 and the negative DC power source 584 are, for example, + 30V and -30V, respectively. The distance between the pair of metal meshes 581 and 582 is set to about 1 mm, and the distance from the sampling orifice 56 to the front side metal mesh 581 is set to about 2 mm. Each metal mesh 581, 582 has an opening of about 200 μm, and stainless steel is used as the material. Electrons and ions formed in the plasma are prevented from being pushed back by the portions of the pair of metal meshes 581 and 582 to which the positive and negative potentials are applied as described above and unnecessarily entering the QMS.

【0029】本実施例における装置は、測定手段5によ
って一フッ化炭素ラジカルと二フッ化炭素ラジカルとの
密度の比(以下、CF1 /CF2 ラジカル密度比)を測
定することが特徴点の一つになっている。このような構
成は、「シリコン酸化物の選択エッチングの最適条件を
設定する」という本願発明の目的に密接に関連してい
る。最近発表された論文では、総ガス流量を最適化する
ことによりSiO2 /Siのエッチング選択性を最大化
できることが報告されている(Jpn. J. Appl. Phys. Vo
l.33(1994)pp.2139-2144)。しかし、この実験におい
て、選択性を最大化させた総ガス流量の条件下では、S
iO2 層のエッチング中に重合膜が堆積してしまい、S
iO2 のエッチングが停止してしまったことが報告され
ている。
The apparatus of this embodiment is characterized in that the measuring means 5 measures the density ratio of carbon monofluoride radicals and carbon difluoride radicals (hereinafter, CF 1 / CF 2 radical density ratio). It is one. Such a configuration is closely related to the object of the present invention of "setting optimum conditions for selective etching of silicon oxide". In a recently published paper, by optimizing the total gas flow to be able to maximize etch selectivity of SiO 2 / Si is reported (Jpn. J. Appl. Phys. Vo
l.33 (1994) pp.2139-2144). However, in this experiment, under the condition of the total gas flow rate that maximizes the selectivity, S
During the etching of the iO 2 layer, a polymer film is deposited, and S
It has been reported that the etching of iO 2 has stopped.

【0030】発明者は、このエッチング停止の理由につ
いて、プラズマ中のラジカルのバランスが影響している
のではないかと考えたのである。つまり、プラズマ中に
はフッ化炭素ガスから生成されるラジカルが数種類存在
するが、これらのラジカルが高カーボン重合膜堆積に対
して及ぼす影響は一様ではなく、特定のラジカルが高カ
ーボン重合膜堆積に主要な役割を果たすのではないかと
考えたのである。カーボン重合膜堆積に主要な役割を果
たすと想定されるのは、フッ素含有量の低いラジカル即
ち、CF1 ,CF2 ,CF3 等であると考えられる。そ
こで、上記ような装置を使用して、プラズマ中でCF
1 ,CF2 ,CF3 がどのようなバランスで生成されて
いるかを測定する実験を行った。この実験の結果、CF
1 ,CF2 各ラジカルの密度比を測定して、それを最大
にするようにしておくことが最良であることが判明した
のである。
The inventor has considered that the reason for stopping the etching may be that the balance of radicals in the plasma has an influence. In other words, there are several types of radicals generated from carbon fluoride gas in the plasma, but the effects of these radicals on the high carbon polymer film deposition are not uniform, and specific radicals cause high carbon polymer film deposition. I thought that it might play a major role in. It is considered that radicals having a low fluorine content, that is, CF 1 , CF 2 , CF 3, etc. are supposed to play a major role in the deposition of the carbon polymer film. Therefore, using the above device, CF in plasma
An experiment was conducted to measure in what balance 1 , CF 2 and CF 3 were produced. As a result of this experiment, CF
It has been found that it is best to measure the density ratio of each of the 1 , CF 2 radicals and try to maximize it.

【0031】以下、本実施例の有効性を示すため、発明
者が行った実験の結果について説明する。測定手段5に
採用されたQMS50の出力は、四重極電極51の部分
を通過したイオンによる電流であるが、この電流値の比
をそのままとってみても、CF1,CF2 ,CF3 の密
度が分かる訳ではない。これらの分子のイオン化断面積
が異なるからである。イオン化断面積とは、ある空間に
数密度Nの分子が存在し、ある空間中をある粒子が1c
m飛行する際に分子に衝突する回数のうち衝突によって
イオン化する回数TとしたときのQ/Tのことであり、
イオン化が起こる確率を表している。イオン化断面積は
分子の数密度Nに依存するが、通常は0℃1Torrに
おける値を指している。
The results of experiments conducted by the inventor will be described below in order to show the effectiveness of this embodiment. The output of the QMS 50 employed in the measuring means 5 is the current due to the ions that have passed through the quadrupole electrode 51. Even if the ratio of the current values is taken as it is, the output of CF 1 , CF 2 , CF 3 I don't know the density. This is because the ionization cross sections of these molecules are different. Ionization cross section means that molecules with number density N exist in a certain space, and a certain particle is 1c in a certain space.
Of the number of collisions with molecules during flight, it is Q / T when the number of ionizations due to collisions is T,
It represents the probability that ionization will occur. The ionization cross section depends on the number density N of molecules, but usually indicates a value at 0 ° C. and 1 Torr.

【0032】QMSの出力電流Iは、イオン化エネルギ
ー(E)の関数であり、I(E)と表せる。また、上記
イオン化断面積σもイオン化エネルギー(E)の関数で
ありσ(E)となる。このI(E)およびσ(E)、そ
して、イオンの密度nの間には、以下のような関係があ
ることが知られている。 I(E)=α β σ(E)n 上式において、αとβは測定機器の構造からくる比例定
数である。このうち、αは、サンプリングオリフィス5
6の排気コンダクタンスからくるものであり、M1/2
(M:ラジカルの質量)に比例している。βは、QMS
の質量依存性の感度要因と適用された電気技術上の要因
とに依るものである。またイオン化断面積σ(E)は、
CF3 についてはWentzelによって報告されたσ
i=4.93x10-18cm2の値が使用できる(R.C.Wetzel, F.A.
Baiocchi and R.S.Freund: Abstr.37th Gaseous Electr
onics Conf., Boulder Co.,(1984))。しかし、CF2
とCF1 のイオン化断面積についてはまだ知られていな
いため、これらの値は、既知の値である上記CF3 のイ
オン化断面積σi の値とCe Maらによって報告され
たCF4 のCF3 への解離イオン化断面積σdiの値(σ
di=8.84×10-1 /2cm2(25eV),Ce Ma, M.
R.Bruce and R.A.Bonham:Phys. Rev. A44(1991)2921)
から推定して求める。これは、E1',E2',E3'をそれ
ぞれCF1 ,CF2 ,CF3 のイオン化臨界エネルギー
としたとき、CF2 ラジカル(又はCF1 ラジカル)か
らCF2 +イオン(又はCF1 +イオン)へのイオン化断面
積は、同じ断面積の大きさを持つイオン化臨界エネルギ
ーE3'からイオン化臨界エネルギーE2'(又はE1')へ
のシフトにより得られる値に殆ど等しいとの想定に基づ
くものである。
The output current I of the QMS is a function of the ionization energy (E) and can be expressed as I (E). The ionization cross section σ is also a function of the ionization energy (E) and is σ (E). It is known that there is the following relationship between I (E) and σ (E), and the ion density n. I (E) = α β σ (E) n In the above formula, α and β are proportional constants derived from the structure of the measuring instrument. Of these, α is the sampling orifice 5
It comes from the exhaust conductance of 6, M 1/2
It is proportional to (M: mass of radical). β is QMS
It depends on the mass-dependent sensitivity factor of and the applied electrotechnical factors. The ionization cross section σ (E) is
Σ reported by Wentzel for CF 3
A value of i = 4.93x10 -18 cm 2 can be used (RCWetzel, FA
Baiocchi and RSFreund: Abstr.37th Gaseous Electr
onics Conf., Boulder Co., (1984)). However, CF 2
Since the for ionization cross section of CF 1 not yet known, these values, CF 3 of CF 4 reported by value and Ce Ma et al of the CF 3 is a known value ionization cross section sigma i Value of dissociation ionization cross section σ di
di = 8.84 × 10 -1 / 2 cm 2 (25 eV), Ce Ma, M.
R. Bruce and RABonham: Phys. Rev. A44 (1991) 2921)
Estimated from. This means that when E1 ′, E2 ′, and E3 ′ are the ionization critical energies of CF 1 , CF 2 , and CF 3 , respectively, from CF 2 radicals (or CF 1 radicals) to CF 2 + ions (or CF 1 + ions). It is based on the assumption that the ionization cross-section of γ is almost equal to the value obtained by shifting from the ionization critical energy E3 ′ having the same cross-section size to the ionization critical energy E2 ′ (or E1 ′).

【0033】しかして、以下のような式に従って、QM
S出力から各ラジカルの密度を算出される。 [CF3]=5.24x1023・(Ion(13.0eV)-6.00x10-11)[cm-3] [CF2]=2.34x1023・(Ion(13.0eV)-6.80x10-12)[cm-3] [CF1]=3.01x1024・(Ion(13.0eV)-1.40x10-11)[cm-3] 上記各式において、QMS出力Ionから、6.00x10-11
6.80x10-12,1.40x10- 11の値をそれぞれ引いているの
は、QMS内で照射される電子ビームにより発生するイ
オンによる誤差分を取り除くためである。即ち、QMS
が検出する例えばCF3 イオンの電流値は、プラズマに
よって生成された目的とするCF3 ラジカルのイオンに
よる電流の他、QMS内での電子ビームの照射によって
親分子であるC48から直接イオン化されたCF3 イオ
ンによる分も含まれる。従って、QMS出力をそのまま
用いると、このようなプラズマ空間に実際には存在しな
いCF3 まで数に数えることになってしまうからであ
る。このようなQMS内で発生するCF3 イオンによる
電流値は、放電をオフにしてプラズマを解消した状態の
QMS出力に等しい。そのため、この放電をオフにした
状態でのQMS出力の値を、放電をオンにしてプラズマ
を形成した状態でのQMS出力(Ion) から引いているの
である。
Then, according to the following equation, QM
The density of each radical is calculated from the S output. [CF 3] = 5.24x10 23 · (Ion (13.0eV) -6.00x10 -11) [cm -3] [CF 2] = 2.34x10 23 · (Ion (13.0eV) -6.80x10 -12) [cm - 3 ] [CF 1 ] = 3.01x10 24 · (Ion (13.0eV) -1.40x10 -11 ) [cm -3 ] In the above formulas, from the QMS output Ion, 6.00x10 -11
6.80x10 -12, 1.40x10 - 11 is the pulling each value of, in order to remove errors caused by ions generated by the electron beam irradiated in the QMS. That is, QMS
There is a current value of the detection for example CF 3 ions, other current by the CF 3 radicals of interest generated by the plasma ions, ionized directly from C 4 F 8 is the parent molecule by irradiation of the electron beam in the QMS The amount of CF 3 ions generated is also included. Therefore, if the QMS output is used as it is, CF 3 that does not actually exist in such a plasma space will be counted. The current value due to CF 3 ions generated in such a QMS is equal to the QMS output when the discharge is turned off and the plasma is eliminated. Therefore, the value of the QMS output when the discharge is off is subtracted from the QMS output (Ion) when the discharge is on and plasma is formed.

【0034】尚、測定に使用される電子のイオン化エネ
ルギーEEについては、特別な注意が必要である。とい
うのは、測定空間に存在するCF1 ,CF2 ,CF3
各分子のうち、これらの分子のラジカルのみをイオン化
させなければならず、基底状態にある分子をイオン化さ
せたり、また基底状態にある分子を励起してラジカルに
しまったりすることがないようにしておかなければなら
ない。イオン化エネルギーを増加させた際のQMSの出
力電流の立ち上がりから、CF1 ,CF2 ,CF3 の各
ラジカルのイオン化エネルギーのしきい値は、それぞれ
10.8eV,12.5eV,11.2eVであると判
断される。一方、13.8eVのエネルギーにより、C
24のビラジカルからCF1 のラジカルが生成されてし
まう。従って、使用可能なイオン化エネルギーは、1
2.5eVより大きく13.8eVより小さいエネルギ
ーであり、13.0eV程度のエネルギーが好適に採用
される。
Special attention must be paid to the ionization energy EE of electrons used for measurement. This is because, among the CF 1 , CF 2 , and CF 3 molecules existing in the measurement space, only the radicals of these molecules must be ionized, and the molecules in the ground state can be ionized or the ground state can be ionized. It must be ensured that the molecule in is not excited into radicals. From the rising of the output current of the QMS when the ionization energy is increased, the thresholds of the ionization energy of the radicals of CF 1 , CF 2 and CF 3 are 10.8 eV, 12.5 eV and 11.2 eV, respectively. Is judged. On the other hand, due to the energy of 13.8 eV, C
A CF 1 radical is generated from a 2 F 4 biradical. Therefore, the usable ionization energy is 1
The energy is larger than 2.5 eV and smaller than 13.8 eV, and the energy of about 13.0 eV is preferably adopted.

【0035】図5、図6、図7、図9及び図10は、得
られたQMSの出力電流の値から上記計算に従って算出
した各ラジカルの密度をグラフ化したものである。ま
ず、図5は、C48中の水素ガス濃度をパラメーターと
した各ラジカルの密度の測定結果を示した図である。図
5から分かる通り、CF1 ,CF2 ,CF3の各ラジカ
ルの総量は、水素濃度が増加するに従って即ちC48
より希釈化するに従って減少している。しかしながら、
CF1 の減少の度合いは、CF2 のそれより大きいよう
に見える。CF1 ラジカルは、容器の内壁への重合膜の
堆積に部分的に使用されるようである。CF3 ラジカル
密度は小さい値に保たれ、めぼしい変化を示していな
い。
5, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 9 and FIG. 10 are graphs of the radical densities calculated according to the above calculation from the obtained output current value of the QMS. First, FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the density of each radical with the hydrogen gas concentration in C 4 F 8 as a parameter. As can be seen from FIG. 5, the total amount of CF 1 , CF 2 , and CF 3 radicals decreases as the hydrogen concentration increases, that is, as C 4 F 8 becomes more diluted. However,
The degree of reduction of CF 1 appears to be greater than that of CF 2 . CF 1 radicals appear to be used in part in the deposition of polymeric films on the inner wall of the container. The CF 3 radical density is kept at a small value and does not show a remarkable change.

【0036】また、図6は、全圧力をパラメーターとし
た場合のCF1 ,CF2 ,CF3 の各ラジカルの密度の
測定結果を示した図である。図6から分かる通り、CF
1 ラジカル密度及びCF2 ラジカル密度ともに、全圧力
の増加即ちガス分子の総量の増加に伴って増加してい
る。この図6で注目されるべきは、CF1 /CF2 ラジ
カル密度比が10mTorr付近において最大値を示し
ていることである。また図7は、高周波電力をパラメー
ターとした場合のCF1 ,CF2 ,CF3の各ラジカル
の密度の変化を示した図である。図7から分かるよう
に、高周波電力を増大させると、C48のみあるいは3
0%の水素を添加したいずれの場合も、CF2 ラジカル
が減少するのと対照的に、CF1 は険しく上昇する。こ
のCF1 の上昇は、CF2 の解離から生じたものと考え
られる。なお、図6及び図7におけるCF3 ラジカル密
度は低く、同様に変化していない。
FIG. 6 is a diagram showing the measurement results of the density of each radical of CF 1 , CF 2 and CF 3 when the total pressure is used as a parameter. As can be seen from FIG. 6, CF
Both the 1 radical density and the CF 2 radical density increase as the total pressure increases, that is, the total amount of gas molecules increases. It should be noted in FIG. 6 that the CF 1 / CF 2 radical density ratio shows the maximum value in the vicinity of 10 mTorr. Further, FIG. 7 is a diagram showing changes in the density of each radical of CF 1 , CF 2 , and CF 3 when the high frequency power is used as a parameter. As can be seen from FIG. 7, when the high frequency power is increased, only C 4 F 8 or 3
In all cases with 0% hydrogen addition, CF 1 rises sharply, in contrast to the decrease in CF 2 radicals. It is considered that this increase in CF 1 resulted from the dissociation of CF 2 . The CF 3 radical densities in FIGS. 6 and 7 were low and did not change similarly.

【0037】図8は、コンタクトホールのような深い溝
のエッチングをシミュレーションするため、特にそのよ
うなエッチングにおける水素添加の効果を確かめるため
になされた実験の説明図である。具体的には、図4に示
すようなサンプリングオリフィス56の内側に、溝をシ
ミュレートした細管563を配置して実験を行った。細
管563は、コンタクトホール等のアスペクト比の変更
に相当するものとして、10mmから30mmの長さの
異なるものが用意され、これらをロードロックシステム
を経由して取り替えて実験は行われた。これらの細管5
63は、石英製で内径が1.5mm程度のものである。
尚、図8に示すように、細管563の先端はオリフィス
孔を臨むオリフィス板561の開口内に位置しており、
細管563の先端とオリフィス板561の開口との間に
はシリコンラバーよりなるシール材564が介在されて
いる。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an experiment for simulating etching of a deep groove such as a contact hole, and particularly for confirming the effect of hydrogen addition in such etching. Specifically, an experiment was conducted by arranging a thin tube 563 simulating a groove inside the sampling orifice 56 as shown in FIG. As the thin tubes 563, different ones having different lengths of 10 mm to 30 mm were prepared, which corresponded to the change of the aspect ratio of the contact holes and the like, and the experiments were conducted by exchanging these via the load lock system. These thin tubes 5
63 is made of quartz and has an inner diameter of about 1.5 mm.
As shown in FIG. 8, the tip of the thin tube 563 is located in the opening of the orifice plate 561 facing the orifice hole,
A seal material 564 made of silicon rubber is interposed between the tip of the thin tube 563 and the opening of the orifice plate 561.

【0038】図9は、図8の装置を使用して細管563
のアスペクト比をパラーメーターとした場合のCF1
CF2 ,CF3 の各ラジカルの密度の測定結果を示した
図である。C48のみの場合、細管563の長さ即ちア
スペクト比を増加させると、CF2 ラジカル密度は殆ど
急落を見せていない。これに対し、CF1 ラジカル密度
は急激に低下した。これは、CF2 ラジカルの活性は低
くて重合膜の堆積に貢献しないこと、及び、CF1 ラジ
カルが重合膜堆積の主要な前駆体であることを意味して
いる。しかしながら、30%の水素を添加した場合、ア
スペクト比の増加に対するCF1 ラジカルの減少の度合
いは、C48のみの場合に比べ緩やかである。同時にC
2 ラジカル密度は変化していない。この結果から、細
管563の内面(コンタクトホールの内壁面に相当)へ
のCF1 の付着確率は、水素の存在下減少するようであ
る。
FIG. 9 shows a thin tube 563 using the apparatus of FIG.
CF 1 when the aspect ratio of
It is a view showing a measurement result of the density of each radical CF 2, CF 3. In the case of C 4 F 8 only, when the length of the narrow tube 563, that is, the aspect ratio, is increased, the CF 2 radical density hardly shows a sharp drop. On the other hand, the CF 1 radical density dropped sharply. This means that the activity of CF 2 radicals is low and does not contribute to the deposition of polymer films, and that CF 1 radicals are the major precursors for polymer film deposition. However, when 30% of hydrogen is added, the degree of decrease of CF 1 radicals with respect to the increase of the aspect ratio is slower than that of C 4 F 8 alone. At the same time C
The F 2 radical density has not changed. From this result, it seems that the probability of CF 1 adhering to the inner surface of the thin tube 563 (corresponding to the inner wall surface of the contact hole) decreases in the presence of hydrogen.

【0039】次に、Si表面への重合膜の堆積のメカニ
ズムをさらに詳しく調べるため、シリコン基板をプラズ
マ中に晒す実験を行った。基板には、−20eVの浮遊
電位又は−300Vの自己バイアス電圧(Vdc)が与え
られた。この自己バイアス電圧は、いわゆるイオン衝撃
法の効果を確認するためのものである。これは、自己バ
イアス電圧によってプラズマ中の正イオンが基板に衝突
し、この衝突のエネルギーによって膜堆積が促進される
効果のことである。自己バイアス電圧は、前述したバイ
アス用高周波電源41が与える高周波電力とプラズマと
の相互作用によって与えれる。また一方、導入するガス
はC48のみ又はC48+30%H2 とした。
Next, in order to investigate the mechanism of deposition of the polymer film on the Si surface in more detail, an experiment of exposing the silicon substrate to plasma was conducted. The substrate was given a floating potential of -20 eV or a self-bias voltage (Vdc) of -300V. This self-bias voltage is for confirming the effect of the so-called ion bombardment method. This is an effect that positive ions in the plasma collide with the substrate due to the self-bias voltage, and the energy of the collision promotes film deposition. The self-bias voltage is given by the interaction between the high-frequency power provided by the bias high-frequency power source 41 and the plasma. On the other hand, the gas introduced was C 4 F 8 only or C 4 F 8 + 30% H 2 .

【0040】この実験の結果を示したのが、図10であ
る。図10は、上記のように形成されたプラズマに3分
間晒されたシリコン基板の表面をX線電子分光法(XP
S)により測定した結果を示すものである。図10に示
すように、C48のみのプラズマでは、C−Cのピーク
の隣りにCF1 、CF2 及びCF3 のピークが観察さ
れ、これらのフッ化炭素による重合膜が形成されている
ことが分かる。また、C48の場合には、浮遊電位(−
20eV)と自己バイアス電圧(−300V)との間で
ピークの状態は大きな変化を示していない。一方、C4
8+30%H2 のプラズマによると、C−Cの高いピ
ークが観察され、高カーボン重合膜が形成されているこ
とが分かる。特に、自己バイアス電圧を印加した場合だ
けでなく浮遊電位に保持しただけの場合でさえ高カーボ
ン重合膜が形成されることが示されている。これらの結
果は、高カーボン重合膜の形成には、イオン衝撃は特に
影響を及ぼさず、ガス組成が重要な要因であることを示
している。
FIG. 10 shows the result of this experiment. FIG. 10 shows that the surface of the silicon substrate exposed to the plasma formed as described above for 3 minutes was analyzed by X-ray electron spectroscopy (XP).
The result measured by S) is shown. As shown in FIG. 10, in the plasma containing only C 4 F 8 , the peaks of CF 1 , CF 2 and CF 3 were observed next to the peak of C—C, and a polymer film formed of these fluorocarbons was formed. I know that In the case of C 4 F 8 , the floating potential (-
The peak state does not show a large change between 20 eV) and the self-bias voltage (-300 V). On the other hand, C 4
According to the plasma of F 8 + 30% H 2 , a high peak of C—C is observed, which shows that a high carbon polymer film is formed. In particular, it has been shown that a high carbon polymer film is formed not only when a self-bias voltage is applied but also when it is held at a floating potential. These results indicate that ion bombardment has no particular influence on the formation of the high carbon polymer film, and the gas composition is an important factor.

【0041】次に、上述のような高カーボン重合膜が、
コンタクトホールのような深い溝の底面のシリコン表面
においても堆積するかどうかを確かめるたために行われ
た実験について説明する。表面に堆積した膜の分析は、
図10の実験例と同様に、XPSによって行われた。但
し、底部表面は非破壊的に検出することが困難であるの
で、ある模擬実験が行われた。
Next, the high carbon polymer film as described above is
An experiment conducted to confirm whether or not the silicon is also deposited on the bottom surface of a deep groove such as a contact hole will be described. The analysis of the film deposited on the surface is
Similar to the experimental example of FIG. 10, it was performed by XPS. However, it is difficult to detect the bottom surface nondestructively, so a certain simulation experiment was conducted.

【0042】この実験では、高アスペクト比の細孔を設
けた板状の部材(以下、細孔プレート)をシリコン基板
の上に配置し、次にこの細孔プレートでマスクされたシ
リコン基板の表面をプラズマに晒してエッチングし、最
後にプレートを取り除いてシリコン基板の表面をXPS
で測定するようにした。用いられた細孔プレートとして
は、市販のHAMAMATSU:J5022−11が使
用された。図10の実験と同様に、基板上の細孔プレー
トには、バイアス用高周波電源41によって自己バイア
ス電圧Vdcが与えられた。ただ、ヘリコン波プラズマの
ような高密度プラズマ中では、短いデバイ長による高い
シース容量のため、Vdcを印加するのは困難である。1
00kHzの高周波が印加されたステージ4に高いVdc
を印加するため、細孔プレートが配置されたエリアを除
いて厚い重合膜でステージの表面を被うことにより、ス
テージの表面エリアを減少させ、これによって−300
VのVdcを細孔プレートに印加した。
In this experiment, a plate-shaped member (hereinafter referred to as a pore plate) provided with pores having a high aspect ratio was placed on a silicon substrate, and then the surface of the silicon substrate masked by this pore plate. Is exposed to plasma for etching, the plate is finally removed, and the surface of the silicon substrate is XPS.
I measured it with. As the pore plate used, a commercially available HAMAMATSU: J5022-11 was used. Similar to the experiment of FIG. 10, the self-bias voltage Vdc was applied to the pore plate on the substrate by the bias high frequency power source 41. However, in high-density plasma such as helicon wave plasma, it is difficult to apply Vdc due to the high sheath capacity due to the short Debye length. 1
High Vdc is applied to the stage 4 to which a high frequency of 00 kHz is applied.
To cover the surface of the stage with a thick polymer film excluding the area where the pore plate is located, thereby reducing the surface area of the stage, thereby reducing the -300
Vdc of V was applied to the pore plate.

【0043】このようにして行った実験の結果を示した
のが、図11である。図11中、横軸は重合体の束縛エ
ネルギー、縦軸はXPSの光電流強度である。図11
中、下側の(a)がC48のみのガスの場合、(b)が
48+30%H2 のガスの場合の結果をそれぞれ示
す。図11から分かる通り、30%水素添加の場合、フ
ッ素の混入の僅かなで高カーボン重合膜がシリコン表面
を厚く被った。C48のみの場合、シリコン表面の重合
膜からはCFx(x=1-3)のピークが観察され、高い濃度で
フッ素混入があったことを示している。
FIG. 11 shows the result of the experiment conducted in this way. In FIG. 11, the horizontal axis represents the binding energy of the polymer and the vertical axis represents the photocurrent intensity of XPS. Figure 11
The results of the case where (a) in the middle and the lower side are the gas of only C 4 F 8 and the case where (b) is the gas of C 4 F 8 + 30% H 2 are shown. As can be seen from FIG. 11, in the case of 30% hydrogenation, the high carbon polymer film covered the silicon surface thickly with a slight mixing of fluorine. In the case of C 4 F 8 alone, a peak of CFx (x = 1-3) was observed from the polymerized film on the silicon surface, indicating that fluorine was mixed in at a high concentration.

【0044】図12は、上記図11の実験において細孔
プレートをマスクにしてエッチングを試みたシリコン基
板の表面の状態を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し
た結果を示す図である。このうち(a)がC48のみの
ガスを使用した場合、(b)がC48+30%H2 のガ
スを使用した場合の結果をそれぞれ示している。図12
(a)(b)にはそれぞれシリコン表面への重合膜の堆
積が示されているが、(a)の場合、重合膜を除去する
と、シリコン表面がエッチングされて削られていること
が確認された。一方、(b)の場合、重合膜を除去する
と平坦なシリコン表面が現れ、重合膜中の材料によるエ
ッチングは行われていないことが確認された。(a)の
場合のシリコンのエッチングは、シリコン表面に堆積し
た重合膜が多量のフッ素を含んでいるために生じたもの
である。また、C48+30%H2 の条件における高カ
ーボン薄膜の生成は、水素ラジカルが深いホールを通り
抜けて底部表面にまで達することを示している。
FIG. 12 is a view showing a result of observing a surface state of a silicon substrate, which was tried to be etched by using the pore plate as a mask in the experiment of FIG. 11, by a scanning electron microscope (SEM). Of these, (a) shows the results when a gas containing only C 4 F 8 was used, and (b) shows the results when using a gas containing C 4 F 8 + 30% H 2 . 12
(A) and (b) respectively show the deposition of the polymer film on the silicon surface. In the case of (a), it was confirmed that the silicon surface was etched and scraped when the polymer film was removed. It was On the other hand, in the case of (b), when the polymer film was removed, a flat silicon surface appeared, and it was confirmed that etching by the material in the polymer film was not performed. The etching of silicon in the case of (a) is caused because the polymerized film deposited on the silicon surface contains a large amount of fluorine. The formation of a high carbon thin film under the condition of C 4 F 8 + 30% H 2 indicates that hydrogen radicals pass through deep holes and reach the bottom surface.

【0045】最後に、SiO2 /Siの選択エッチング
に対する総ガス流量の条件の影響度を調べるための実験
について説明する。図13は、総ガス流量をパラメータ
ーとしてエッチング条件を調べた結果の図である。図1
3(a)は、総ガス流量をパラメーターとした場合のS
iO2 ,Siエッチング速度と選択性の変化を、(b)
は同じく総ガス流量をパラメーターとした場合のC
1,CF2,CF3 の各ラジカル密度の変化を、(c)
は同じく総ガス流量をパラメーターとした場合のC−C
/FのXPS光電流強度比を、それぞれ示している。
尚、これらの実験は前述した細孔プレートを使用した方
法と同様な方法で行われた。
Finally, an experiment for investigating the degree of influence of the condition of the total gas flow rate on the selective etching of SiO 2 / Si will be described. FIG. 13 is a diagram showing the results of examining etching conditions using the total gas flow rate as a parameter. Figure 1
3 (a) is S when the total gas flow rate is used as a parameter.
The changes in the etching rate and selectivity of iO 2 , Si are shown in (b).
Is C when the total gas flow rate is also used as a parameter
Changes in the radical densities of F 1 , CF 2 and CF 3 are represented by (c)
Is C-C when the total gas flow rate is used as a parameter
The XPS photocurrent intensity ratio of / F is shown.
Incidentally, these experiments were carried out by the same method as the method using the pore plate described above.

【0046】まず図13(a)において、総ガス流量が
減少した場合のシリコンのエッチング速度の増加は、高
密度プラズマ中へのHFの滞留時間が増加してHFの再
解離が促進されたためと理解される。また、SiO2
エッチング速度は40sccmの総ガス流量において最
大値を持っており、これ以上総ガス流量を増加させると
逆にエッチング速度は減少する。これは、あまりにガス
の量が多くなるため、SiO2 表面上においても厚い重
合膜の堆積が避けられなくなったためと考えられる。ま
た、図13(b)において、CF1 とCF2 の双方のラ
ジカル密度とも、総ガス流量を増加させると増加したけ
れども、CF1 /CF2 ラジカル密度比は点線で描かれ
たように40sccm付近で最大値を持った。また、図
13(c)において、C−C/FのXPS光電流強度比
は、大体40sccmの総ガス流量の条件で最大値を示
している。これは、この流量条件において最もカーボン
含有率の高い即ちフッ素含有率の少ない重合膜が得られ
ることを示している。
First, in FIG. 13A, the increase in the etching rate of silicon when the total gas flow rate is decreased is because the retention time of HF in the high density plasma is increased and the re-dissociation of HF is promoted. To be understood. Further, the etching rate of SiO 2 has the maximum value at the total gas flow rate of 40 sccm, and if the total gas flow rate is further increased, the etching rate decreases conversely. It is considered that this is because the amount of gas becomes so large that deposition of a thick polymer film cannot be avoided even on the SiO 2 surface. In addition, in FIG. 13B, although the radical densities of both CF 1 and CF 2 increased as the total gas flow rate was increased, the CF 1 / CF 2 radical density ratio was around 40 sccm as shown by the dotted line. Had the maximum value. Further, in FIG. 13C, the XPS photocurrent intensity ratio of C-C / F shows the maximum value under the condition of the total gas flow rate of about 40 sccm. This indicates that a polymer film having the highest carbon content, that is, the lowest fluorine content can be obtained under this flow rate condition.

【0047】さて、図13の(a)(b)(c)の対比
から特筆すべきことは、(b)においてCF1 /CF2
ラジカル密度比を得た総ガス流量値(40sccm付
近)と殆ど同じ総ガス流量値において(c)のC−C/
FのXPS光電流強度比も最大値を示していることであ
る。さらに、この総ガス流量値付近において(a)中の
SiO2 のエッチング速度も最大値を得ている。これら
の事実は、CF1 /CF2 ラジカル密度比が最も高くな
る流量でガスを流すようにしておけば、シリコン表面に
堆積する重合膜の炭素含有率が最も高くなり、SiO2
のエッチング速度も最も速くできることを意味してい
る。
What should be noted from the comparison of (a), (b) and (c) in FIG. 13 is that CF 1 / CF 2 in (b) is remarkable.
At the total gas flow rate value almost the same as the total gas flow rate value (near 40 sccm) at which the radical density ratio was obtained, C-C / of (c)
The XPS photocurrent intensity ratio of F also shows the maximum value. Further, the etching rate of SiO 2 in (a) also reaches the maximum value near this total gas flow rate value. These facts, if as CF 1 / CF 2 radical density ratio flowing gas becomes largest flow rate, the highest carbon content in the polymerized film deposited on the silicon surface, SiO 2
It means that the etching rate of can be the fastest.

【0048】なお、図13の(a)のSiO2 /Si選
択性のデータからは、70sccm付近で選択性が最大
値を取っているので、この流量条件の方が有利なように
思える。しかし、わずかに流量が増えた80sccm付
近においてSiO2 のエッチング速度がゼロ(エッチン
グ停止)になってしまっており、この条件は非常に危険
である。これに対し、上述した総ガス流量40sccm
程度の条件では、最も高いSiO2 のエッチング速度が
得られるとともにSiO2 /Si選択性も20程度と充
分な値が得られる。
From the SiO 2 / Si selectivity data shown in FIG. 13A, the selectivity takes the maximum value in the vicinity of 70 sccm, so this flow rate condition seems to be more advantageous. However, the etching rate of SiO 2 becomes zero (etching is stopped) near 80 sccm where the flow rate slightly increases, and this condition is very dangerous. On the other hand, the above-mentioned total gas flow rate of 40 sccm
Under these conditions, the highest SiO 2 etching rate is obtained, and the SiO 2 / Si selectivity is about 20, which is a sufficient value.

【0049】本実施例が、請求項1記載の発明のように
「CF1 /CF2 ラジカル密度比」に着目してシリコン
酸化物の選択エッチングを行うのは、以上のような実験
結果の評価に基づくものである。つまり、上述したよう
に、「CF1 /CF2 ラジカル密度比」を測定して、こ
れが最大値を取るようにエッチング条件を制御すること
で、シリコン酸化物のエッチング速度を損なうことなく
充分な選択性が可能になるのである。
In this embodiment, the selective etching of the silicon oxide is performed by focusing on the "CF 1 / CF 2 radical density ratio" as in the invention of claim 1, and the evaluation of the above experimental results is performed. It is based on. That is, as described above, by measuring the “CF 1 / CF 2 radical density ratio” and controlling the etching conditions so that it takes the maximum value, sufficient selection can be made without impairing the etching rate of silicon oxide. Is possible.

【0050】次に、図1に戻って具体的な制御系の構成
について説明する。エッチング条件を制御する制御部6
は、上記測定手段5からの信号が入力される入力部61
と、入力部61からの信号を処理して所定の演算を行う
演算処理部62と、演算結果等を記憶する記憶部63
と、演算処理部62の演算結果に基づいて制御信号を出
力する出力部64等から主に構成されている。また、制
御部6には、反応容器1に設けられた不図示の真空計の
測定信号及びガス導入手段2に設けられた不図示の流量
計の測定信号が入力されるよう構成されている。
Next, returning to FIG. 1, a specific configuration of the control system will be described. Control unit 6 for controlling etching conditions
Is an input unit 61 to which the signal from the measuring means 5 is input.
An arithmetic processing unit 62 that processes a signal from the input unit 61 to perform a predetermined arithmetic operation; and a storage unit 63 that stores an arithmetic result and the like.
And an output unit 64 that outputs a control signal based on the calculation result of the calculation processing unit 62. Further, the control unit 6 is configured to receive a measurement signal of a vacuum gauge (not shown) provided in the reaction vessel 1 and a measurement signal of a flow meter (not shown) provided in the gas introduction unit 2.

【0051】まず、QMS50からの信号はアナログ信
号であるため、入力部61は所定のA/D変換回路を含
んでいる。演算処理部62は、入力部61からの信号を
演算処理してCF1 /CF2 ラジカル密度比を逐次算出
し、CF1 /CF2 ラジカル密度比が最大となった圧力
値やガス流量値等のエッチング条件のデータを記憶部6
3に記憶するよう構成されている。出力部64は、記憶
部63に記憶されたエッチング条件に基づき、圧力調整
器としてのバリアブルオリフィス132や流量調整器と
してのマスフローコントローラ213,223等に制御
信号を送るよう構成されている。
First, since the signal from the QMS 50 is an analog signal, the input section 61 includes a predetermined A / D conversion circuit. Processing unit 62, and arithmetic processing of the signal from the input unit 61 sequentially calculates the CF 1 / CF 2 radical density ratio, CF 1 / CF 2 radical density ratio becomes the maximum pressure value and the gas flow rate value or the like Data of etching conditions of the storage unit 6
3 is configured to store. The output unit 64 is configured to send a control signal to the variable orifice 132 as a pressure adjuster, the mass flow controllers 213 and 223 as a flow rate adjuster, etc., based on the etching conditions stored in the storage unit 63.

【0052】尚、制御部6は、CF1 /CF2 ラジカル
密度比を測定してのエッチング条件の制御の他、装置の
各部分の動作を制御する制御手段の役割も兼ねている。
その他、図1の装置は、ゲートバルブ15を通して基板
を出し入れする基板搬送系7や、エッチング終了すべき
タイミングを検出する不図示のエッチング終点検出機構
等が設けられている。
The control section 6 also serves as a control means for controlling the operation of each part of the apparatus, in addition to controlling the etching conditions by measuring the CF 1 / CF 2 radical density ratio.
In addition, the apparatus of FIG. 1 is provided with a substrate transfer system 7 for loading and unloading a substrate through the gate valve 15, an etching end point detection mechanism (not shown) for detecting the timing at which etching should be finished, and the like.

【0053】次に、上記構成に係る本実施例のプラズマ
エッチング装置の動作について説明する。基板搬送系7
は、シリコン酸化物が表面に形成された基板10をゲー
トバルブ15を通して拡散チャンバ12内に搬入し、ス
テージ4上に載置する。ゲートバルブ15が閉じて排気
系13が動作し、拡散チャンバ12内を1×10-5To
rr程度まで排気する。次に、ガス導入手段2が動作し
て、CF4/H2の混合ガスを50sccm程度の流量で
拡散チャンバ12内に導入する。導入された混合ガス
は、ソースチャンバ11内に拡散しソースチャンバ11
内を満たす。排気系13に設けられたバリアブルオリフ
ィス132を調整して、反応容器1内の圧力を10mT
orr程度とする。並行してQMS排気系57も動作し
ており、QMS50の内部が1×10-5Torr程度と
なるよう排気する。
Next, the operation of the plasma etching apparatus of the present embodiment having the above structure will be described. Substrate transfer system 7
First, the substrate 10 on the surface of which silicon oxide is formed is carried into the diffusion chamber 12 through the gate valve 15 and placed on the stage 4. The gate valve 15 is closed and the exhaust system 13 is activated, and the inside of the diffusion chamber 12 is 1 × 10 −5 To
Exhaust to about rr. Next, the gas introducing means 2 operates to introduce the mixed gas of CF 4 / H 2 into the diffusion chamber 12 at a flow rate of about 50 sccm. The introduced mixed gas diffuses into the source chamber 11 and
Fill the inside. The pressure in the reaction vessel 1 is adjusted to 10 mT by adjusting the variable orifice 132 provided in the exhaust system 13.
It is about orr. In parallel, the QMS exhaust system 57 is also operating and exhausts the inside of the QMS 50 to about 1 × 10 −5 Torr.

【0054】この状態でプラズマ発生手段3が動作し、
ソースプラズマ発生用用高周波電源32からアンテナ3
1に高周波が送られ、アンテナ31からソースチャンバ
11内に導入される。導入された高周波は、ソースチャ
ンバ11内に存在する混合ガスを電離させてプラズマを
形成し、このプラズマ中においてCF1 ,CF2 ,CF
3 等のラジカルが生成される。生成されたラジカルは、
拡散チャンバ12内に拡散して基板10に達し、基板1
0の表面のシリコン酸化物をエッチングする。そして、
不図示のエッチング終点検出機構がエッチング終了のタ
イミングを検出すると、プラズマ発生手段3及びガス導
入手段2の動作が停止し、排気系13が再び反応容器1
内を排気した後、基板搬送系7が基板10を反応容器1
から取り出す。
In this state, the plasma generating means 3 operates,
Source plasma generation high-frequency power source 32 to antenna 3
A high frequency wave is sent to the antenna 1 and is introduced into the source chamber 11 from the antenna 31. The introduced high frequency ionizes the mixed gas existing in the source chamber 11 to form plasma, and CF 1 , CF 2 , CF are generated in the plasma.
Radicals such as 3 are generated. The generated radicals are
The substrate 1 diffuses into the diffusion chamber 12 and reaches the substrate 10.
Etch the silicon oxide on the 0 surface. And
When the etching end point detection mechanism (not shown) detects the timing of the end of etching, the operations of the plasma generation means 3 and the gas introduction means 2 are stopped, and the exhaust system 13 is restarted.
After evacuating the inside, the substrate transfer system 7 moves the substrate 10 to the reaction container 1
Take out from.

【0055】次に、上記エッチング動作において行われ
る「CF1 /CF2 ラジカル密度比を最大化させる制
御」について説明する。「CF1 /CF2 ラジカル密度
比を最大化させる制御」は幾通りか考えられるが、基本
的には、CF1 /CF2 ラジカル密度比を測定して最適
なエッチング条件を見いだして記憶し、その条件を再現
してエッチング処理を行うものである。具体的には、エ
ッチング処理の前やエッチング処理の合間にCF1 /C
2 ラジカル密度比の測定を行う。即ち、必要に応じて
ダミーの基板をステージ4上に載置して前述と同様にガ
スを導入してプラズマを形成し、プラズマ中で生成され
たCF1 及びCF2 のラジカルを前述のように測定す
る。そして、測定結果を制御部6に送ってCF1 /CF
2 ラジカル密度比が最大となる圧力値や流量値を算出す
る。
Next, the "control for maximizing the CF 1 / CF 2 radical density ratio" performed in the above etching operation will be described. There are several possible "controls for maximizing the CF 1 / CF 2 radical density ratio", but basically, the CF 1 / CF 2 radical density ratio is measured and the optimum etching conditions are found and stored. The etching process is performed by reproducing the conditions. Specifically, CF 1 / C is added before the etching treatment and between the etching treatments.
The F 2 radical density ratio is measured. That is, if necessary, a dummy substrate is placed on the stage 4, gas is introduced in the same manner as described above to form plasma, and radicals of CF 1 and CF 2 generated in the plasma are generated as described above. taking measurement. Then, the measurement result is sent to the control unit 6 and CF 1 / CF
2 Calculate the pressure value and flow rate value that maximize the radical density ratio.

【0056】例えばCF1 /CF2 ラジカル密度比が最
大となる圧力値を算出する場合、制御部6から圧力調整
器としてのバリアブルオリフィス132に信号を送って
反応容器1内の圧力を例えば5〜20mTorr程度の
範囲で変化させ、その際のCF1 ,CF2 の各ラジカル
の密度を逐次算出する。そして、CF1 /CF2 ラジカ
ル密度比が最大値を持ったと判断される圧力値を、制御
部6内に設けられた記憶部63に記憶する。尚、もしそ
の圧力範囲内で最大値を持たなかった場合、変化させる
圧力範囲を広くしたりずらしたりして再度測定及び算出
を行うようにする。
For example, when calculating the pressure value at which the CF 1 / CF 2 radical density ratio becomes maximum, a signal is sent from the control section 6 to the variable orifice 132 as a pressure regulator to control the pressure in the reaction vessel 1 to, for example, 5 to 5. The density of each radical of CF 1 and CF 2 at that time is sequentially calculated by changing the density within a range of about 20 mTorr. Then, the pressure value determined to have the maximum CF 1 / CF 2 radical density ratio is stored in the storage unit 63 provided in the control unit 6. If the pressure does not have the maximum value within the pressure range, the pressure range to be changed is widened or shifted to perform the measurement and calculation again.

【0057】また流量値を算出する場合も同様であり、
制御部6から流量調整器としてのマスフローコントロー
ラ213,223に信号を送って例えば10〜100s
ccm程度の範囲で流量を変化させ、その際のCF1
CF2 ラジカル密度比を逐次算出してCF1 /CF2
ジカル密度比が最大値となる流量値を求め、これを記憶
部63に記憶する。さらに、混合比も同様であって、マ
スフローコントローラ213,223に信号を送って混
合比を変化させ、CF1 /CF2 ラジカル密度比が最大
値となる混合比を求めて記憶部63に記憶する。
The same applies when calculating the flow rate value.
A signal is sent from the control unit 6 to the mass flow controllers 213 and 223 as flow rate adjusters, and for example, 10 to 100 seconds
The flow rate is changed within the range of about ccm, and CF 1 /
The CF 2 radical density ratio is sequentially calculated to obtain a flow rate value that maximizes the CF 1 / CF 2 radical density ratio, and this is stored in the storage unit 63. Further, the mixing ratio is the same, and a signal is sent to the mass flow controllers 213 and 223 to change the mixing ratio, and the mixing ratio that maximizes the CF 1 / CF 2 radical density ratio is obtained and stored in the storage unit 63. .

【0058】このようにして記憶された圧力値,流量
値,混合比等のデータに基づき、本番のエッチング処理
においてCF1 /CF2 ラジカル密度比が最大となるエ
ッチング条件を再現する。即ち、前述のように基板をス
テージ4上に配置して排気系13及びガス導入手段2を
動作させる。その際、制御部6は、記憶部63に記憶さ
れた圧力値や流量値、混合比等のデータを読み出し、そ
のような圧力値,流量値,混合比等になるように、圧力
調整手段としてのバリアブルオリフィス132や流量調
整器及び混合比調整器としてのマスフローコントローラ
213,223に信号を送って制御する。これによって
CF1 /CF2 ラジカル密度比が最大となる最適エッチ
ング条件が再現され、前述の通りシリコン酸化物の高選
択エッチングが可能となる。
Based on the data of the pressure value, the flow rate value, the mixing ratio, etc. stored in this way, the etching condition that maximizes the CF 1 / CF 2 radical density ratio in the actual etching process is reproduced. That is, as described above, the substrate is placed on the stage 4 and the exhaust system 13 and the gas introducing means 2 are operated. At that time, the control unit 6 reads the data such as the pressure value, the flow rate value, and the mixing ratio stored in the storage unit 63, and operates as a pressure adjusting unit so that the pressure value, the flow rate value, the mixing ratio, and the like can be obtained. The variable orifice 132 and the mass flow controllers 213 and 223 as the flow rate adjusters and the mixing ratio adjusters are controlled by sending signals. As a result, the optimum etching condition that maximizes the CF 1 / CF 2 radical density ratio is reproduced, and as described above, high selective etching of silicon oxide becomes possible.

【0059】また、上記最適エッチング条件を再現して
のエッチングの際、反応容器1に設けられた不図示の真
空計によって反応容器1内の圧力をフィードバック制御
すると好適である。即ち、真空計の測定値を制御部6に
送り、最適エッチング条件を達成する圧力値になるよう
に制御部6がバリアブルオリフィス132をフィードバ
ック制御するようにする。これによって、外乱等により
最適エッチング条件が満足されなくなることが防止され
る。同様に、ガス導入手段2に設けられた不図示の流量
計の測定値を制御部6に送り、上記記憶されたガス流量
になるようにマスフローコントローラ213,223を
フィードバック制御すると好適である。さらに、エッチ
ング処理中にCF1 /CF2 ラジカル密度比を算出し
て、その値が上記エッチング処理の前や合間に測定され
た値と比較して、CF1 /CF2 ラジカル密度比が予定
された最大値になっているかどうかをモニターするよう
にしてもよい。
Further, during etching while reproducing the above optimum etching conditions, it is preferable that the pressure inside the reaction vessel 1 is feedback controlled by a vacuum gauge (not shown) provided in the reaction vessel 1. That is, the measurement value of the vacuum gauge is sent to the control unit 6, and the control unit 6 feedback-controls the variable orifice 132 so that the pressure value achieves the optimum etching condition. This prevents the optimum etching conditions from not being satisfied due to disturbance or the like. Similarly, it is preferable to send a measurement value of a flow meter (not shown) provided in the gas introduction unit 2 to the control unit 6 and feedback control the mass flow controllers 213 and 223 so that the stored gas flow rate is achieved. Furthermore, the CF 1 / CF 2 radical density ratio is calculated during the etching process, and the calculated value is compared with the value measured before or during the above etching process to estimate the CF 1 / CF 2 radical density ratio. It may be possible to monitor whether the maximum value has been reached.

【0060】参考までに説明すると、上記CF1 /CF
2 ラジカル密度比を最大化させるエッチング条件は、経
時的に変化する場合がある。例えば、図1の装置で高周
波を13.56MHz1000Wとし、ガスをCF4
50%のH2 のガスを50sccmの流量で導入したエ
ッチング条件では、当初は10mTorrの圧力でCF
1 /CF2 のラジカル密度比が最大になったが、180
秒程度の同様なエッチング処理を5回程度繰り返した後
では、CF1 /CF2 ラジカル密度比の最大値は低圧側
にシフトし、7mTorr付近で最大となった。この原
因は必ずしも明確ではないが、エッチングを繰り返すこ
とによって反応容器1の内壁面に重合膜が形成され、こ
の重合膜からCF2 やCF3 等のフッ化数の高い分子が
放出されたか、もしくは重合膜によってそのようなフッ
化数の高い気体ガス分子の内壁面での損失が低減された
かに起因しているものと予想される。いずれにしろ、こ
のようにCF1 /CF2 ラジカル密度比は経時的に変化
する場合があるので、上述のようにエッチング処理の前
やエッチング処理の合間にCF1 及びCF2 の各ラジカ
ル密度を測定し、CF1 /CF2 ラジカル密度比を最大
化させるエッチング条件を頻繁に見い出しておくことは
非常に重要である。
For reference, the above CF 1 / CF
2 The etching conditions that maximize the radical density ratio may change over time. For example, in the apparatus shown in FIG. 1, the high frequency is set to 13.56 MHz 1000 W and the gas is CF 4 +.
Under the etching condition of introducing 50% H 2 gas at a flow rate of 50 sccm, the CF is initially at 10 mTorr.
The radical density ratio of 1 / CF 2 was maximized, but 180
After the similar etching treatment for about 2 seconds was repeated about 5 times, the maximum value of the CF 1 / CF 2 radical density ratio shifted to the low pressure side, and became the maximum at around 7 mTorr. Although the cause is not always clear, a polymer film is formed on the inner wall surface of the reaction vessel 1 by repeating the etching, and molecules having a high fluorination number such as CF 2 and CF 3 are released from the polymer film, or It is expected that this is due to the fact that the polymer film reduced the loss on the inner wall surface of such gas molecules having a high fluorination number. In any case, since the CF 1 / CF 2 radical density ratio may change with time in this way, as described above, the radical densities of CF 1 and CF 2 should be adjusted before or during the etching process. It is very important to measure and frequently find etching conditions that maximize the CF 1 / CF 2 radical density ratio.

【0061】前述した実施例では測定手段5として四重
極質量分析計(QMS)を採用したが、これに限られる
ものではなく、タンデム型質量分析計、飛行質量分析計
(TOF)等の他の質量分析計も採用可能である。た
だ、QMSは小型で測定動作が簡便であり、本願発明の
実施に最も適しているといえよう。また、プラズマ発生
手段3としては、前述したヘリコン波プラズマを形成す
るもの以外にも、ECR(Electron Cycr
otron Resonance,電子サイクロトロン
共鳴)放電を利用したプラズマ発生手段、放電空間の容
量で高周波回路を結合した容量結合型のプラズマ発生手
段、反応容器の周囲に配置した高周波コイルや反応容器
内に挿通した高周波アンテナを使用したプラズマ発生手
段、さらには直流二極放電を利用するプラズマ発生手段
等が採用可能である。
Although the quadrupole mass spectrometer (QMS) is adopted as the measuring means 5 in the above-mentioned embodiment, the present invention is not limited to this, and a tandem type mass spectrometer, a flight mass spectrometer (TOF), etc. The mass spectrometer of can also be adopted. However, it can be said that the QMS is the most suitable for carrying out the present invention because it is small and the measurement operation is simple. The plasma generating means 3 is not limited to the one for forming the helicon wave plasma described above, but may be an ECR (Electron Cycle).
(tron resonance, electron cyclotron resonance) plasma generation means using discharge, capacitively coupled plasma generation means in which a high-frequency circuit is coupled by the capacity of the discharge space, high-frequency coil arranged around the reaction vessel or high-frequency wave inserted in the reaction vessel A plasma generating means using an antenna, a plasma generating means utilizing a DC bipolar discharge, or the like can be adopted.

【0062】さらに、導入されるガスとしては、CF4
にH2 を添加したガスが使用されたが、CF4 にCHF
3 等のフッ化炭化水素化合物のガスを添加するようにし
てもよいし、CHF3 等のフッ化炭化水素化合物のみを
使用してもよい。尚、「フッ化炭素系ガス」としては、
このようなフッ化炭化水素化合物のガスの他、C26
38,C410 ,CH22,CH3F ,C2HF5,C
224 等が挙げられる。また、エッチング処理を施す
基板10としては、LSIを製作する際の半導体ウエハ
や液晶ディスプレイを製作する際の液晶基板等が想定さ
れる。
Further, as the introduced gas, CF 4
A gas with H 2 added was used, but CF 4 with CHF
May be added to gas fluorinated hydrocarbon compound having 3 or the like, may be used only fluorinated hydrocarbon compounds such as CHF 3. In addition, as the "fluorocarbon gas",
In addition to such a fluorohydrocarbon compound gas, C 2 F 6 ,
C 3 F 8 , C 4 F 10 , CH 2 F 2 , CH 3 F, C 2 HF 5 , C
2 H 2 F 4 and the like can be mentioned. Further, as the substrate 10 to be subjected to the etching treatment, a semiconductor wafer used in manufacturing an LSI, a liquid crystal substrate used in manufacturing a liquid crystal display, or the like is assumed.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項1,
4又は6の発明によれば、CF1 /CF2 ラジカル密度
比の測定結果に基づいてエッチング条件が制御されるの
で、シリコン酸化物の高選択エッチングが常時可能とな
る。また、請求項2の発明によれば、上記請求項1,4
又は6の効果に加え、選択エッチングが最適化される条
件で反応容器内の圧力がフィードバック制御されるの
で、反応容器内の圧力が外乱によって変化した場合でも
高選択エッチングを維持することが可能となるという効
果が得られる。また、請求項3の発明によれば、上記請
求項1,2,4又は6の効果に加え、選択エッチングが
最適化される条件でガス流量がフィードバック制御され
るので、ガス流量が外乱によって変化した場合でも高選
択エッチングを維持することが可能となるという効果が
得られる。また、請求項5の発明によれば、上記請求項
1,2,3,4又は6の効果に加え、選択エッチングが
最適化される条件でガスの混合比がフィードバック制御
されるので、混合比が外乱によって変化した場合でも高
選択エッチングを維持することが可能となるという効果
が得られる。また、請求項7の発明によれば、上記請求
項6の効果に加え、小型で測定動作が簡便なQMSが使
用されるので、装置全体の小型化及び測定系の構成の簡
素化に寄与するという効果が得られる。さらに、請求項
8の発明によれば、上記請求項7の効果に加え、イオン
化エネルギー調整機構を備えているので、必要なラジカ
ルのみを精度よく抽出して測定することが可能となり、
測定結果を使用した制御の精度向上に貢献するという効
果が得られる。
As described above, the claims 1 and 2 of the present application
According to the invention of 4 or 6, since the etching conditions are controlled based on the measurement result of the CF 1 / CF 2 radical density ratio, high selective etching of silicon oxide is always possible. According to the invention of claim 2, the above-mentioned claims 1, 4
In addition to the effect of 6 or 6, since the pressure in the reaction vessel is feedback-controlled under the condition that the selective etching is optimized, it is possible to maintain high selective etching even when the pressure in the reaction vessel changes due to disturbance. The effect of becoming According to the invention of claim 3, in addition to the effect of claim 1, 2, 4 or 6, the gas flow rate is feedback-controlled under the condition that the selective etching is optimized, so that the gas flow rate changes due to disturbance. Even in such a case, it is possible to obtain the effect that the high selective etching can be maintained. According to the invention of claim 5, in addition to the effect of claim 1, 2, 3, 4 or 6, the mixture ratio of the gas is feedback controlled under the condition that the selective etching is optimized. It is possible to maintain the high selective etching even when is changed by disturbance. According to the invention of claim 7, in addition to the effect of claim 6, a QMS which is small and has a simple measurement operation is used, which contributes to downsizing of the entire apparatus and simplification of the configuration of the measurement system. The effect is obtained. Furthermore, according to the invention of claim 8, in addition to the effect of claim 7, since it has an ionization energy adjusting mechanism, it is possible to extract and measure only the necessary radicals with high accuracy.
The effect of contributing to the improvement of the accuracy of control using the measurement result is obtained.

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

【図1】本願発明の実施例のプラズマエッチング装置の
構成を説明する側概略面図である。
FIG. 1 is a schematic side view illustrating a configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すプラズマエッチング装置のうちの反
応容器の部分の断面概略図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a reaction vessel portion of the plasma etching apparatus shown in FIG.

【図3】図1のQMSにおけるイオン化エネルギー調整
機構の説明図であり、QMSにおけるイオン化部の構成
の概略を示したものである。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an ionization energy adjusting mechanism in the QMS of FIG. 1, and shows an outline of a configuration of an ionization section in the QMS.

【図4】図1の装置に採用されたサンプリングオリフィ
ス及び不要荷電粒子除去機構の詳細を説明する断面概略
図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating details of a sampling orifice and an unnecessary charged particle removing mechanism adopted in the apparatus of FIG.

【図5】CF1,CF2,CF3 の各ラジカルの密度を四
重極質量分析計よりなる測定手段で測定した結果の図で
あって、C48中の水素ガス濃度をパラメーターとした
各ラジカルの密度の測定結果を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the densities of CF 1 , CF 2 , and CF 3 radicals by a measuring means including a quadrupole mass spectrometer, wherein the hydrogen gas concentration in C 4 F 8 is used as a parameter. It is a figure showing the measurement result of the density of each radical which was done.

【図6】全圧力をパラメーターとした場合のCF1,C
2,CF3 の各ラジカルの密度の測定結果を示した図
である。
FIG. 6 shows CF 1 , C when total pressure is used as a parameter.
It is a view showing a measurement result of the density of each radical of F 2, CF 3.

【図7】高周波電力をパラメーターとした場合のC
1,CF2,CF3 の各ラジカルの密度の測定結果を示
した図である。
FIG. 7 C when high frequency power is used as a parameter
F 1, is a view showing a measurement result of the density of each radical CF 2, CF 3.

【図8】コンタクトホールのような深い溝のエッチング
をシミュレーションするため、特にそのようなエッチン
グにおける水素添加の効果を確かめるためになされた実
験の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an experiment for simulating etching of a deep groove such as a contact hole, particularly for confirming the effect of hydrogen addition in such etching.

【図9】細管のアスペクト比をパラーメーターとした場
合のCF1,CF2,CF3 の各ラジカルの密度の変化を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing changes in the density of each radical of CF 1 , CF 2 , and CF 3 when the aspect ratio of the narrow tube is set to a parameter.

【図10】プラズマに3分間晒されたシリコン基板の表
面をX線電子分光法(XPS)により測定した結果を示
すものである。
FIG. 10 shows the results of measuring the surface of a silicon substrate exposed to plasma for 3 minutes by X-ray electron spectroscopy (XPS).

【図11】細孔プレートをシリコン基板の上に配置して
行った実験の結果を示した図である。
FIG. 11 is a diagram showing a result of an experiment conducted by disposing a pore plate on a silicon substrate.

【図12】図11の実験において細孔プレートをマスク
にしてエッチングを試みたシリコン基板の表面の状態
を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した結果を示す
図である。
FIG. 12 is a diagram showing a result of observing a surface state of a silicon substrate on which etching is attempted by using a pore plate as a mask in the experiment of FIG. 11 with a scanning electron microscope (SEM).

【図13】ガス流量をパラメーターとしてエッチング条
件を調べた結果の図である。
FIG. 13 is a diagram showing a result of examining etching conditions with a gas flow rate as a parameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応容器 10 基板 13 排気系 132 バリアブルオリフィス 2 ガス導入手段 213 マスフローコントローラ 223 マスフローコントローラ 3 プラズマ発生手段 4 ステージ 5 測定手段 50 四重極質量分析計 533 イオン化エネルギー調整用電源 6 制御部 1 reaction vessel 10 substrates 13 Exhaust system 132 variable orifice 2 Gas introduction means 213 Mass Flow Controller 223 Mass Flow Controller 3 Plasma generation means 4 stages 5 Measuring means 50 quadrupole mass spectrometer 533 Ionization energy adjustment power supply 6 control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−36642(JP,A) 特開 平6−267900(JP,A) 特開 平7−297173(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 C30B 33/12 C30B 35/00 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-36642 (JP, A) JP-A-6-267900 (JP, A) JP-A-7-297173 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 C30B 33/12 C30B 35/00 JISST file (JOIS)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 排気系を備えた反応容器と、この反応容
器内にフッ化炭素系ガスを導入するガス導入手段と、導
入されたガスによってプラズマを反応容器内に発生させ
るプラズマ発生手段とを有し、フッ化炭素系ガスのプラ
ズマによってシリコンの酸化膜をエッチングするプラズ
マエッチング装置において、プラズマ中で生成される一
フッ化炭素ラジカルと二フッ化炭素ラジカルとの数密度
の比を測定する測定手段と、この測定手段の測定結果に
基づきエッチング条件を制御する制御部とを備えたこと
を特徴とするプラズマエッチング装置。
1. A reaction vessel provided with an exhaust system, a gas introducing means for introducing a fluorocarbon-based gas into the reaction vessel, and a plasma generating means for generating plasma in the reaction vessel by the introduced gas. In a plasma etching apparatus having a fluorocarbon-based gas plasma for etching a silicon oxide film, measurement for measuring the number density ratio of carbon monofluoride radicals and carbon difluoride radicals generated in plasma A plasma etching apparatus comprising: a measuring unit and a control unit that controls etching conditions based on a measurement result of the measuring unit.
【請求項2】 前記反応容器は、当該反応容器内の圧力
を調整する圧力調整器を備え、前記制御部は、この圧力
調整器に信号を送って二フッ化炭素ラジカルに対する一
フッ化炭素ラジカルの数密度の比が最大となるように制
御するものであることを特徴とする請求項1記載のプラ
ズマエッチング装置。
2. The reaction vessel includes a pressure adjuster for adjusting the pressure in the reaction vessel, and the controller sends a signal to the pressure adjuster to send a carbon monofluoride radical to a carbon difluoride radical. 2. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the plasma etching apparatus is controlled so that the ratio of the number densities of the above is maximized.
【請求項3】 前記ガス導入手段は、導入するガスの流
量を調整する流量調整器を備え、前記制御部は、この流
量調整器に信号を送って二フッ化炭素ラジカルに対する
一フッ化炭素ラジカルの数密度の比が最大となるように
制御するものであることを特徴とする請求項1又は2記
載のプラズマエッチング装置。
3. The gas introducing unit includes a flow rate adjuster that adjusts the flow rate of the gas to be introduced, and the control unit sends a signal to the flow rate adjuster to send a carbon monofluoride radical to a carbon difluoride radical. 3. The plasma etching apparatus according to claim 1 or 2, wherein the plasma etching apparatus is controlled so that the ratio of the number densities of the above is maximized.
【請求項4】 前記フッ化炭素系のガスに水素ガス又は
水素元素を有するフッ化炭素化合物のガスが混合されて
いることを特徴とする請求項1、2又は3記載のプラズ
マエッチング装置。
4. The plasma etching apparatus according to claim 1, 2 or 3, wherein hydrogen gas or a fluorocarbon compound gas containing a hydrogen element is mixed with the fluorocarbon gas.
【請求項5】 前記ガス導入手段は、導入するガスの混
合比を調整する混合比調整手段を備え、前記制御部は、
この混合比調整手段を二フッ化炭素ラジカルに対する一
フッ化炭素ラジカルの数密度の比が最大となるように制
御するものであることを特徴とする請求項4記載のプラ
ズマエッチング装置。
5. The gas introducing unit includes a mixing ratio adjusting unit that adjusts a mixing ratio of the gases to be introduced, and the control unit includes:
5. The plasma etching apparatus according to claim 4, wherein the mixing ratio adjusting means is controlled so as to maximize the ratio of the number density of carbon monofluoride radicals to the carbon difluoride radicals.
【請求項6】 前記測定手段は、反応容器内に存在する
気体の種類とその量を質量分析によって測定する質量分
析計であることを特徴とする請求項1、2、3、4又は
5記載のプラズマエッチング装置。
6. The mass spectrometer according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the measuring means is a mass spectrometer for measuring the kind and amount of gas existing in the reaction vessel by mass spectrometry. Plasma etching equipment.
【請求項7】 前記質量分析計は、四重極質量分析計で
あることを特徴とする請求項6記載のプラズマエッチン
グ装置。
7. The plasma etching apparatus according to claim 6, wherein the mass spectrometer is a quadrupole mass spectrometer.
【請求項8】 前記四重極質量分析計は、イオン化エネ
ルギー調整機構を備えていることを特徴とする請求項7
記載のプラズマエッチング装置。
8. The quadrupole mass spectrometer is provided with an ionization energy adjusting mechanism.
The plasma etching apparatus described.
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