JPH05315095A - プラズマ評価装置をそなえたプラズマ装置 - Google Patents

プラズマ評価装置をそなえたプラズマ装置

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JPH05315095A
JPH05315095A JP4115649A JP11564992A JPH05315095A JP H05315095 A JPH05315095 A JP H05315095A JP 4115649 A JP4115649 A JP 4115649A JP 11564992 A JP11564992 A JP 11564992A JP H05315095 A JPH05315095 A JP H05315095A
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JP
Japan
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plasma
light
discharge chamber
light receiving
optical fiber
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Application number
JP4115649A
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English (en)
Inventor
Shigeyoshi Kawazoe
重義 川副
Hirotaka Nonaka
裕貴 野中
Hiroshi Muto
宏史 武藤
Sakae Takabori
栄 高堀
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Hitachi Science Systems Ltd
Original Assignee
Hitachi Science Systems Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置のエッチングやアッシングの進行
度を管理する評価装置を常設でき、操作性に優れたプラ
ズマ評価装置をそなえたプラズマアッシング及びプラズ
マエッチング装置を提供する。 【構成】 プラズマ放電室内に光ファイバにより分光測
定用の光を導入し、プラズマからの出射光を導出する。
また、上記光ファイバの光入射端と受光端とをプラズマ
側面に沿う細長形状とし、光源側と分光器側に設けた絞
りによりプラズマ内の成分分布を空間的に分析する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造プロセスにお
けるフォトレジストのアッシング用、またはポリシリコ
ン、窒化シリコン等のエッチング用高周波プラズマ発生
装置に係り、とくにアッシング及びエッチング工程を光
学的に管理するプラズマアッシング及びプラズマエッチ
ング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のレジストのプラズマアッシングや
シリコン酸化(SiO2)膜、シリコン窒化(Si
34)膜及びシリコン多結晶膜等のプラズマエッチング
装置は、例えば特開平2−224242号公報に記載の
ように、チャンバ内の半導体基板に偏光を照射して得ら
れる反射光よりポリマ−、堆積膜等を評価するようにし
ていた。また、半導体製造プロセスにおけるプラズマプ
ロセス技術の位置づけとプラズマによるアッシング及び
エッチングの原理については、産業図書、菅野卓雄編著
「半導体プラズマプロセス技術」に詳細に論じられてい
る。
【0003】二酸化珪素(SiO2)膜のエッチングに
ついては、レジストをマスクに用いて弗化水素(HF)
と弗化アンモニウム(NH4F)の混合水溶液による湿
式の化学反応を用いる方法が従来から知られている。し
かし、シリコンウェハ(Si)は硝酸酸性下のHF水溶
液で湿式にエッチングできるが、エッチング液が酸化性
であるため、有機高分子膜であるフォトレジストの酸化
分解も同時に進行し半導体素子のパターン形成が不明瞭
になるという問題があるため、シリコンウェハ上にSi
2膜を形成してその上にフォトレジストを塗布し、露
光、現像の順にプロセスを進行させる必要があった。
【0004】一方、高周波放電プラズマを用いるドライ
プロセスでは、従来の湿式方法に比較してシリコンウェ
ハのエッチング速度が早く、製造工程を減少でき、さら
に清浄な状態で素子形成ができるので半導体製造プロセ
スの全工程がドライプロセスに移行しつつある。このド
ライプロセスでは、四弗化炭素(CF4)のプラズマを
用い、ウェハ上に直接フォトレジストを塗布して素子を
形成する。しかし、このドライプロセスにおいてはプラ
ズマ生成用ガスの種類が、炭弗素化合物、炭塩素化合
物、炭素・弗素・塩素の3元素からなる化合物やこれら
の混合物、或は炭弗素化合物と酸素との混合物など多種
類に及ぶため、プラズマ中の化学種と被エッチング材間
の反応機構に未解明な点が多く残されている。
【0005】上記プラズマ生成用ガスの高周波放電によ
り生成されるプラズマの化学種は、荷電粒子、準安定状
態(M*)及び分子状態で存在するとされている。この
プラズマ中の化学種と被エッチング材との反応機構や反
応の進行度等を知るには、上記プラズマの化学種を測定
する必要がある。従来からプラズマ成分の測定には、紫
外、可視及び赤外光などを照射してその波長吸光度から
プラズマの成分とその量を測定する分光学的方法が採用
されている。他の光学的方法では、プラズマの生成に伴
う発光強度の波長依存性の分光結果より、プラズマ成分
を定量的に同定するようにしていた。上記各方法により
被エッチング材と反応するプラズマ成分とその量を測定
できるので、エッチングの進行度合いを推定して半導体
素子製造プロセスの工程管理に利用することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記光学的手
法を半導体素子製造プロセスのエッチング工程やアッシ
ング工程の管理に用いる場合には、プラズマ放電室の外
周部に照射光源と受光装置等を設置するので操作性が悪
いという問題があった。すなわち、放電室の外周部に設
置される上記評価装置が試料の出し入れに伴う放電室の
開放操作の支障となり、また、プラズマエッチングや同
アッシング用の高周波放電の漏洩防止用遮蔽設備がエッ
チングやアッシング管理、評価装置の設定を困難にし、
このため半導体製造装置が複雑化して使い勝手が著しく
損なわれるという問題があった。本発明の目的は、エッ
チングやアッシングの進行度を管理する評価装置を常設
でき、操作性に優れたプラズマ評価装置をそなえたプラ
ズマアッシング及びプラズマエッチング装置を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、上記プラズマの放電室内にプラズマ内物質の分光測
定光の入射手段と、プラズマからの出射光の受光手段を
上記プラズマを挾んで対向する位置に設置し、さらに、
上記入射光を光ファイバにより上記放電室外から導入
し、上記プラズマからの出射光を光ファイバにより放電
室外に導くようにする。
【0008】さらに、上記各光ファイバを石英製の光フ
ァイバとし、これらをそれぞれ石英製の支柱により支持
するようにする。また、上記放電室内に上記光の入射手
段の端部と受光手段の端部をそれぞれ、上記プラズマ発
生用の二つの電極に沿って細長形状にし、上記光源と上
記受光手段の光ファイバ間、および上記受光手段の光フ
ァイバの出力側にそれぞれ光の絞り手段を設けるように
する。
【0009】
【作用】上記上記二つの光ファイバの一方はプラズマ放
電室内に分光測定用の光を導入し、他の光ファイバはプ
ラズマからの出射光を外部の分光器に導く。さらに、上
記各石英製の光ファイバと石英製の支柱はそれぞれの熱
変質や熱変形等を防止する。また、上記細長形状の入射
手段端部は上記プラズマ電極間に光を分布して入射し、
上記細長形状の受光手段端部は上記プラズマ電極間のプ
ラズマ出射光を分布して受光する。また、上記光入射用
ファイバの入口に設けた絞りは上記細長形状の入射手段
端部からでる光の分布を制御し、同様に上記受光用光フ
ァイバの出力側に設けた絞りは上記細長形状の受光手段
端部が受光する光の分布を制御する。
【0010】
【実施例】図1は本発明によるプラズマアッシング及び
プラズマエッチング装置実施例の部分断面図である。放
電室1内には一対の平板状の電極2と3が平行に設けら
れ、真空装置18により所定の真空度に排気される。ま
た、放電室1にはガス流入口4より酸素或は四弗化炭素
等のガスが供給され、端子13を介して電極2に印加さ
れる高周波電圧により上記ガスをプラズマ化する。なお
電極3は端子5を介して接地される。上記プラズマガス
により電極2上に設置したシリコンウェハ(試料)をア
ッシング、またはエッチングする。
【0011】本発明では電極2と3間に形成される上記
プラズマに光ファイバを介して分光分析用光源の光を照
射し、その出射光を光ファイバを介して受光し分光器へ
誘導するようにする。このように放電室1の内部に分光
分析用の光の出射部と受光部とを設け、それぞれを光フ
ァイバを介して光源と分光器に接続することにより、光
源と分光器を放電室1から隔離して設置できるので、こ
れらが放電室1の開放操作の障害になることを防止し、
さらに、放電室1周辺の電磁波シールドを容易化すると
いう効果を得ることができる。
【0012】光源16の光は支柱9内を通る光ファイバ
21を介してその出射端10より出射され、プラズマ通
過光は受光端12により受光され支柱11内を通る光フ
ァイバ22を介して分光器20へ誘導され、スペクトル
分析し、記録される。なお、上記支柱9、11や光ファ
イバ21、22等は耐熱性が必要なので例えば石英製の
ものを用いることが望ましい。出射端10と受光端12
は電極2、3間に形成されるプラズマに対向し、放電室
1の高さ方向に対して等間隔となるように設置される。
【0013】また、出射端10と受光端12にはそれぞ
れの複数の光ファイバ端を縦長に配列し、光源16には
絞り25を設け、分光器20には絞り26を設けて光フ
ァイバ22の上記縦長配列を部分的に選択して、プラズ
マの高さ方向位置に応じた成分分布やその濃度分布を計
測できるようにする。また、放電室周辺から漏洩する電
磁波を接地されたシールド8により遮蔽する。
【0014】プラズマ成分の化学種は荷電粒子、準安定
状態(M*)及び分子で構成されている。このプラズマ
成分の化学種で準安定状態にある成分が基底状態に戻る
とき光を発生するので、この光を分光してその波長領域
からプラズマ成分を同定することができる。光源16か
ら光ファイバ21を介してプラズマに照射する照射光に
は、波長が約200〜400nmの紫外光(重水素放電
管)、400〜700nmの可視光(タングステンラン
プ)、2〜10μmの赤外光(発熱体)等を用いる。
【0015】プラズマ内の原子、分子等が上記紫外光を
吸収すると、その原子、分子内の電子が高エネルギー準
位に遷移するので、吸収光の波長測定よりその物質の化
学結合の状態や化学構造を推定することができる。ま
た、Beerの法則より光の吸光度(As=log1/
T)は物質の濃度に比例するので、プラズマに照射した
光量(I0)と透過光量(I)との比(I/I0=透過率
Tよりその物質の濃度を求めることができる。
【0016】また、上記赤外光の吸収より同様にプラズ
マ物質の濃度を測定することができる。すなわち、赤外
光のエネルギは分子の化学構造、とくに原子と原子、原
子団との結合における変角振動や伸縮振動等を変化さ
せ、結果的にその分子の双極子モーメントを変化させ
る。このことは赤外光照射により永久双極子モーメント
を持たない分子に双極子モーメントが誘発される場合に
も成り立つ。したがって、吸収された赤外光波長より例
えば炭素水素結合(C−H)であるか炭素弗素結合(C
−F)であるか等を判別することができる。
【0017】
【発明の効果】本発明ではプラズマ放電室1の内部に光
ファイバを介して分光分析用光源の光を照射し、同様に
光ファイバを介してプラズマからの出射光を外部に取り
出すので、分光分析用光源と分光器を放電室1から任意
の位置に隔離して常設することができ、このため、放電
室に対する試料設定を容易にし、同時に放電室周辺の電
磁波シールドを容易化してプラズマ成分の分析、管理作
業を連続的に行い、アッシングやエッチング等を効率化
し、半導体の生産効率や歩留等を向上したプラズマ評価
装置をそなえたプラズマ装置を提供することができる。
【0018】また、本発明のにおける光入射端部と受光
端部は比較的広い面積を有するので、入射端と受光端間
の光軸合わせが容易であり、実用上、光軸合わせの再調
整が不要にすることができる。さらに、上記入射端と受
光端はプラズマの側面部に沿った広がりを有するので、
プラズマ内の化学種の空間分布状態を検出することがで
き、これにより、エッチングやアッシングの経過時間に
伴うプラズマ成分毎の濃度変化を空間的に分析して最適
条件を詳しく分析でき、また、エッチングやアッシング
の進行状態や終点等を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプラズマ装置の部分断面図であ
る。
【符号の説明】
1…放電室、2、3…電極、4…ガス流入口、5、13
…端子、8…シ−ルド、9、11…支柱、10…出射
端、12…受光端、16…光源、18…真空装置、20
…分光器、21、22…光ファイバ、25、26…絞
り。
フロントページの続き (72)発明者 高堀 栄 茨城県勝田市市毛1040番地 株式会社日立 サイエンスシステムズ内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマによりエッチング、アッシング
    等を行なうプラズマ装置において、上記プラズマの放電
    室内にプラズマ内物質の分光測定用の光を入射する手段
    と、プラズマからの出射光を受光する手段を備えたこと
    を特徴とするプラズマ評価装置をそなえたプラズマ装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記光入射手段と受
    光手段を上記プラズマを挾んで対向する位置に配置した
    ことを特徴とするプラズマ評価装置をそなえたプラズマ
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、上記光入射
    手段は上記放電室外に設置された光源の光を放電室内に
    導く光ファイバを備え、上記受光手段は上記プラズマか
    らの出射光を放電室外に導く光ファイバを備えたことを
    特徴とするプラズマ評価装置をそなえたプラズマ装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、上記光入射手段と受
    光手段の光ファイバを石英製の光ファイバとしたことを
    特徴とするプラズマ評価装置をそなえたプラズマ装置。
  5. 【請求項5】 請求項3または4において、上記放電室
    内に上記光入射手段と受光手段の光ファイバをそれぞれ
    支持する石英製の支柱を設けたことを特徴とするプラズ
    マ評価装置をそなえたプラズマ装置。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
    上記放電室内に上記光の入射手段の端部と受光手段の端
    部をそれぞれ、上記プラズマ発生用の二つの電極に沿っ
    て細長形状にしたことを特徴とするプラズマ評価装置を
    そなえたプラズマ装置。
  7. 【請求項7】 請求項6において、上記光源と上記受光
    手段の光ファイバ間、および上記受光手段の光ファイバ
    の出力側にそれぞれ光の絞り手段を設けたことを特徴と
    するプラズマ評価装置をそなえたプラズマ装置。
JP4115649A 1992-05-08 1992-05-08 プラズマ評価装置をそなえたプラズマ装置 Pending JPH05315095A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6764550B2 (en) * 2000-02-07 2004-07-20 Lg Electronics Inc. Apparatus for evaluating plasma polymerized polymer layer using UV spectrometer
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KR100911474B1 (ko) * 2008-12-18 2009-08-11 우범제 플라즈마를 이용한 가스분석장치의 처리실
US7814796B2 (en) 2007-04-18 2010-10-19 Panasonic Corporation Partial pressure measuring method and partial pressure measuring apparatus
US10770273B2 (en) 2018-02-09 2020-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. OES device, plasma processing apparatus including the same and method of fabricating semiconductor device

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