JPH10335309A - Plasma treating system - Google Patents

Plasma treating system

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JPH10335309A
JPH10335309A JP14053097A JP14053097A JPH10335309A JP H10335309 A JPH10335309 A JP H10335309A JP 14053097 A JP14053097 A JP 14053097A JP 14053097 A JP14053097 A JP 14053097A JP H10335309 A JPH10335309 A JP H10335309A
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JP
Japan
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plasma
etching
film
plasma processing
processing system
Prior art date
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Application number
JP14053097A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Nishisaka
浩彰 西坂
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH10335309A publication Critical patent/JPH10335309A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treating system, capable of treating at all times at an optimum condition against the variation in the optimum condition during the plasma treatment. SOLUTION: This plasma etching system is constituted of a process changer 10 for a plasma-etching treatment, a monitor 38 with an emission spectrometer 40 for monitoring the compsn. of a plasma 18, e.g., the emitted intensity of 10 in the plasma 18 during the plasma etching in the process chamber 10, a main controller and a gas controller in a CPU 42 for controlling etching process parameters, e.g., the flow ratio of etching gases CF4 to CHF3 via mass flow controller 22, based on the monitored result, thus realizing the so-called in-situ monitoring.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理システ
ムに係り、特にプラズマエッチング処理システム(Plas
ma Etching System )やプラズマCVD処理システム
(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition Syste
m)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing system, and more particularly, to a plasma etching system (Plass processing system).
ma Etching System) and plasma enhanced CVD system (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System)
m).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のプラズマエッチング処理システム
は、減圧型反応室としてのプロセスチャンバ内に一対の
平行平板型の上部電極と下部電極とが相対して設置さ
れ、下部電極上にウェーハをローディングするようにな
っている。また、このプロセスチャンバ内に反応ガスを
供給するマスフローコントローラ等のガス供給コントロ
ールユニット、プロセスチャンバ10内のガスを排気す
る真空ポンプ等の排気ユニット、プロセスチャンバ内の
下部電極に高周波を印加して、上部電極との間にプラズ
マを発生させる高周波発振器などが設置されている。
2. Description of the Related Art In a conventional plasma etching system, a pair of parallel plate type upper and lower electrodes are installed in a process chamber as a reduced pressure type reaction chamber, and a wafer is loaded on the lower electrode. It has become. A high frequency is applied to a gas supply control unit such as a mass flow controller for supplying a reaction gas into the process chamber, an exhaust unit such as a vacuum pump for exhausting a gas in the process chamber 10, and a lower electrode in the process chamber. A high-frequency oscillator or the like for generating plasma between the upper electrode and the like is provided.

【0003】こうしたプラズマエッチング処理システム
を用いたエッチバック(etch back)プロセスを、図7〜
図9を用いて説明する。シリコン基板70上に例えばA
l(アルミニウム)配線層72を加工した後、例えばC
VD法を用いて、基体全面に、層間絶縁膜としてのSi
2 膜(シリコン酸化膜)74を堆積する。このとき、
SiO2 膜74表面は、その下地のシリコン基板70及
びAl配線層72のなす段差構造により凹凸形状をなし
ている。その後、このSiO2 膜74上にその表面の凹
凸を埋め込むように、粘性の低いSOG(Spin On Glas
s )膜76を十分な厚さにコーティング(塗布)する
(図7参照)。
[0005] An etch back process using such a plasma etching processing system is shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. On the silicon substrate 70, for example, A
After processing the l (aluminum) wiring layer 72, for example, C
Using a VD method, Si as an interlayer insulating film is
An O 2 film (silicon oxide film) 74 is deposited. At this time,
The surface of the SiO 2 film 74 has an uneven shape due to the step structure formed by the underlying silicon substrate 70 and Al wiring layer 72. Then, so as to fill the unevenness of the surface on the SiO 2 film 74, low viscosity SOG (Spin On Glas
s) The film 76 is coated to a sufficient thickness (see FIG. 7).

【0004】続いて、従来のプラズマ処理システムの反
応室内において、例えばエッチングガスとしてCF4
CHF3 との混合ガスを用い、SOG膜76の全面エッ
チングを行う。このとき、予め下地のSiO2 膜74の
エッチングレートとSOG膜76のエッチングレートと
が等しくなるように、即ちSiO2 膜74とSOG膜7
6とのエッチング選択比が1になるように、CF4 とC
HF3 との混合ガスの流量比を設定しておく。こうし
て、SOG膜76の全面エッチングを進行させ、下地の
SiO2 膜74表面を露出させる(図8参照)。
Subsequently, in the reaction chamber of the conventional plasma processing system, the entire surface of the SOG film 76 is etched using, for example, a mixed gas of CF 4 and CHF 3 as an etching gas. At this time, the etching rate of the underlying SiO 2 film 74 and the etching rate of the SOG film 76 are made equal beforehand, that is, the SiO 2 film 74 and the SOG film 7
CF 4 and C so that the etching selectivity to
The flow ratio of the mixed gas with HF 3 is set in advance. In this manner, the entire surface of the SOG film 76 is etched to expose the surface of the underlying SiO 2 film 74 (see FIG. 8).

【0005】続いて、共存するSOG膜76及びSiO
2 膜74の全面エッチングを進行させる。このとき、S
OG膜76及びSiO2 膜74のエッチングは同じレー
トで進行するように条件設定されているため、本来なら
ば両者は境目なく平坦にエッチングされるはずである
が、SiO2 膜74のエッチングにより酸素が生成され
ることから、両者のエッチングレートの比であるエッチ
ング選択比に変動が生じる。即ち、SiO2 膜74のエ
ッチングにより生成された酸素が影響して、SOG膜7
6のエッチングレートが上昇し、SiO2 膜74とSO
G膜76とのエッチング選択比が1より小さくなる。
Subsequently, the coexisting SOG film 76 and SiO
The etching of the entire surface of the second film 74 proceeds. At this time, S
The etching of the OG film 76 and the SiO 2 film 74 is a condition set to proceed at the same rate, but it should both be flat etching without boundary would otherwise oxygen by etching the SiO 2 film 74 Is generated, a change occurs in the etching selectivity, which is the ratio of the two etching rates. That is, the oxygen generated by the etching of the SiO 2 film 74 affects the SOG film 7.
6 is increased, the SiO 2 film 74 and the SO
The etching selectivity with the G film 76 becomes smaller than 1.

【0006】従って、Al配線層72間の谷部における
SOG膜76表面がSiO2 膜74表面よりも落ち込ん
だ形状となり、基体表面の平坦性が悪くなる。即ち、S
OG膜76及びSiO2 膜74からなる良好な平坦性を
得ることができなくなる(図9参照)。
Accordingly, the surface of the SOG film 76 at the valley between the Al wiring layers 72 has a shape that is lower than the surface of the SiO 2 film 74, and the flatness of the surface of the base is deteriorated. That is, S
Good flatness consisting of the OG film 76 and the SiO 2 film 74 cannot be obtained (see FIG. 9).

【0007】このような平坦性の悪化に対処するため、
従来のプラズマ処理システムを用いたSOGエッチバッ
クプロセスにおいては、SOG膜76の全面エッチング
を開始する際に、その後にSiO2 膜74のエッチング
が加わる場合の両者のエッチング選択比の変動を考慮し
て、予めSOG膜76のエッチングレートが少し小さく
なるようにCF4 とCHF3 との混合ガスの流量比を設
定しておく方法が一般に採用されている。これにより、
共存するSOG膜76及びSiO2 膜74を同時的にエ
ッチングする際の両者のエッチング選択比が1となり、
SOG膜76及びSiO2 膜74表面の平坦性を得るこ
とが可能になる。
In order to cope with such deterioration of flatness,
In the SOG etch-back process using the conventional plasma processing system, when the etching of the entire surface of the SOG film 76 is started, a change in the etching selectivity between the two when the etching of the SiO 2 film 74 is added thereafter is taken into consideration. In general, a method of setting a flow ratio of a mixed gas of CF 4 and CHF 3 in advance so that the etching rate of the SOG film 76 is slightly reduced is generally adopted. This allows
When simultaneously etching the coexisting SOG film 76 and SiO 2 film 74, the etching selectivity of both becomes 1,
The flatness of the surface of the SOG film 76 and the surface of the SiO 2 film 74 can be obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
のプラズマ処理システムを用いたSOGエッチバックプ
ロセスにおいては、最上層の塗布膜の全面エッチングを
開始する際に、その後の下地の層間絶縁膜のエッチング
が加わった場合の両者のエッチング選択比の変動を予め
考慮して混合エッチングガスの流量比を設定しておかね
ばならないが、この設定条件は塗布膜のカバレージや層
間絶縁膜のカバレージ、或いはデバイスのパターン等に
よって変動するため、最適のコンディションに設定する
際のマージンが小さくなる。従って、十分に良好な平坦
性を安定的に得ることが困難であるという問題がある。
As described above, in the SOG etch-back process using the above-described conventional plasma processing system, when starting etching of the entire surface of the uppermost coating film, a subsequent interlayer insulating film is formed. It is necessary to set the flow ratio of the mixed etching gas in consideration of the change in the etching selectivity of both when the etching of the above is added, but the setting conditions are the coverage of the coating film, the coverage of the interlayer insulating film, or Since it varies depending on the device pattern and the like, the margin for setting the optimum condition is reduced. Therefore, there is a problem that it is difficult to stably obtain sufficiently good flatness.

【0009】そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなさ
れたものであり、プラズマ処理中に最適条件が変動する
場合であっても、その変動に対応して常に最適条件によ
り処理することが可能なプラズマ処理システムを提供す
ることを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and even if the optimum conditions fluctuate during the plasma processing, it is possible to always perform processing under the optimum conditions in response to the fluctuations. It is an object to provide a simple plasma processing system.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の本発
明に係るプラズマ処理システムにより達成される。即
ち、請求項1に係るプラズマ処理システムは、試料に対
するプラズマ処理を行う反応室と、この反応室内におけ
るプラズマ処理中のプラズマの組成をモニタリングする
モニタリングユニットと、このモニタリングユニットに
よるプラズマの組成のモニタリング結果に基づいてプラ
ズマ処理中の処理パラメータを制御する制御ユニットと
を有することを特徴とする。
The above object is achieved by the following plasma processing system according to the present invention. That is, the plasma processing system according to claim 1 includes a reaction chamber for performing plasma processing on a sample, a monitoring unit for monitoring the composition of plasma during the plasma processing in the reaction chamber, and a monitoring result of the plasma composition by the monitoring unit. And a control unit for controlling a processing parameter during the plasma processing based on the control information.

【0011】このように請求項1に係るプラズマ処理シ
ステムにおいては、モニタリングユニットがプラズマ処
理中のプラズマの組成をモニタリングし、そのモニタリ
ング結果に基づいて制御ユニットがプラズマ処理中の処
理パラメータを制御することにより、プラズマ処理中に
プラズマの組成の変化が生じ最適条件が変動しても、そ
のプラズマの組成の変化を検出して、この変動後の新た
な最適条件に適合するようにプラズマ処理パラメータを
制御することが可能になるため、常に最適条件において
プラズマ処理が行われる。なお、このようにプロセス進
行過程における状況を常時モニタリングすることはイン
プロセスモニタリング又はin−situモニタリング
とも呼ばれる。
Thus, in the plasma processing system according to the first aspect, the monitoring unit monitors the composition of the plasma during the plasma processing, and the control unit controls the processing parameters during the plasma processing based on the monitoring result. Detects the change of the plasma composition even if the plasma composition changes during the plasma processing and the optimum conditions fluctuate, and controls the plasma processing parameters to meet the new optimum conditions after the fluctuations Therefore, plasma processing is always performed under optimum conditions. It should be noted that constantly monitoring the situation in the progress of the process in this way is also called in-process monitoring or in-situ monitoring.

【0012】また、請求項2に係るプラズマ処理システ
ムは、上記請求項1記載のプラズマ処理システムにおい
て、プラズマ処理が反応性ガスプラズマを用いたエッチ
ング処理である構成とすることにより、このプラズマエ
ッチング処理中のプラズマの組成をモニタリングしてそ
のプラズマの組成の変化を検出し、この変化による最適
条件の変動に対応するようにエッチング処理パラメータ
を変更することが可能になるため、常に最適条件におい
てプラズマエッチング処理が行われる。
According to a second aspect of the present invention, in the plasma processing system of the first aspect, the plasma processing is an etching process using a reactive gas plasma. By monitoring the composition of the plasma in the chamber and detecting a change in the composition of the plasma, it is possible to change the etching process parameters so as to respond to changes in the optimum conditions due to this change. Processing is performed.

【0013】従って、例えばバックエッチ法を用いた平
坦化プロセスにおいて、エッチング処理の途中でエッチ
ング対象として最上層の塗布膜に新たに下地の層間絶縁
膜が加わった場合、層間絶縁膜のエッチングによる生成
物の影響によって塗布膜と層間絶縁膜とのエッチング選
択比が変動しても、この生成物によるプラズマの組成を
モニタリングしてその変化を検出し、そのプラズマの組
成の変化によるエッチング選択比の変動を抑制して塗布
膜のエッチングレートと層間絶縁膜のエッチングレート
とが等しくなるようにエッチング処理パラメータを変更
することにより、塗布膜及び層間絶縁膜からなる良好な
平坦性を得ることが可能になる。
Therefore, for example, in a flattening process using a back etch method, if a new underlying interlayer insulating film is added to the uppermost coating film to be etched during the etching process, the interlayer insulating film is formed by etching. Even if the etching selectivity between the coating film and the interlayer insulating film fluctuates due to the influence of an object, the composition of the plasma due to this product is monitored to detect the change, and the change in the etching selectivity due to the change in the plasma composition. By changing the etching process parameters so that the etching rate of the coating film and the etching rate of the interlayer insulating film become equal while suppressing the occurrence of the problem, it becomes possible to obtain good flatness including the coating film and the interlayer insulating film. .

【0014】また、上記のようにエッチング対象が途中
から増加する場合に限らず、エッチングによる生成物の
影響によってエッチングレートが変動する場合において
も、この生成物によるプラズマの組成をモニタリングし
てその変化を検出し、そのプラズマの組成の変化による
エッチングレートの変動を抑制するようにエッチング処
理パラメータを変更することにより、最適の形状を得る
ことが可能になる。
In addition to the above-described case where the etching rate fluctuates due to the influence of a product generated by etching, the composition of the plasma generated by the product is monitored and the change is not limited to the case where the etching target is increased from the middle. Is detected, and an etching process parameter is changed so as to suppress a change in an etching rate due to a change in the composition of the plasma, whereby an optimum shape can be obtained.

【0015】また、請求項3に係るプラズマ処理システ
ムは、上記請求項1記載のプラズマ処理システムにおい
て、プラズマ処理が反応性ガスプラズマを用いた薄膜の
CVD(化学的気相成長)処理であることにより、この
プラズマCVD処理中のプラズマの組成をモニタリング
してその変化を検出し、この変化による最適条件の変動
に対応するようにCVD処理パラメータを変更すること
が可能になるため、常に最適条件においてプラズマCV
D処理が行われる。
According to a third aspect of the present invention, in the plasma processing system of the first aspect, the plasma processing is a CVD (chemical vapor deposition) processing of a thin film using a reactive gas plasma. This makes it possible to monitor the composition of the plasma during the plasma CVD process and detect its change, and to change the CVD process parameters so as to correspond to the change in the optimum condition due to this change. Plasma CV
D processing is performed.

【0016】従って、例えば半導体基板上に薄膜を堆積
するCVDプロセスにおいて、半導体基板上に最初の薄
膜の核が形成される際のデポジションレートと既に薄膜
の核が形成された後の薄膜が堆積される際のデポジショ
ンレートとは異なるため、この間のプラズマCVD処理
中のプラズマの組成をモニタリングしてその変化を検出
し、そのプラズマの組成の変化によるデポジションレー
トの変動を抑制して常に薄膜のデポジションレートが一
定になるようにCVD処理パラメータを変更することに
より、薄膜の厚さを高精度に制御することが可能にな
る。
Therefore, for example, in a CVD process for depositing a thin film on a semiconductor substrate, the deposition rate at the time when the nucleus of the first thin film is formed on the semiconductor substrate and the deposition rate of the thin film after the nucleus of the thin film has already been formed are deposited. Since the deposition rate is different from the deposition rate at the time of the deposition, the composition of the plasma during the plasma CVD process during this period is monitored to detect a change in the composition. The thickness of the thin film can be controlled with high accuracy by changing the CVD process parameters so that the deposition rate of the thin film becomes constant.

【0017】また、請求項4に係るプラズマ処理システ
ムは、上記請求項1記載のプラズマ処理システムにおい
て、モニタリングユニットがプラズマ処理中のプラズマ
の特定元素の発光強度をモニタリングする構成とするこ
とにより、プラズマ処理中のプラズマの組成の変化が容
易に検出される。例えば上記のようなバックエッチ法を
用いた平坦化プロセスにおいて、途中からエッチング対
象が増加する場合、新たな対象のエッチングによる生成
物を構成する特定元素の発光強度をモニタリングしてそ
の発光強度の変化を検出し、この生成物の影響によって
エッチング選択比が変動することを検知することが可能
になる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the plasma processing system according to the first aspect, the monitoring unit monitors the emission intensity of a specific element of the plasma during the plasma processing. Changes in the composition of the plasma during processing are easily detected. For example, in the planarization process using the back-etch method as described above, when the number of etching targets increases in the middle, the luminescence intensity of a specific element constituting a product formed by etching of a new target is monitored to change the luminescence intensity. And it can be detected that the etching selectivity fluctuates due to the influence of this product.

【0018】また、請求項5に係るプラズマ処理システ
ムは、上記請求項1記載のプラズマ処理システムにおい
て、モニタリングユニットがプラズマ処理中のガス組成
のマススペクトルをモニタリングする構成とすることに
より、プラズマの特定元素の発光強度をモニタリングす
る場合と同様に、プラズマ処理中のプラズマの組成の変
化が容易に検出される。
According to a fifth aspect of the present invention, in the plasma processing system according to the first aspect of the present invention, the monitoring unit monitors a mass spectrum of a gas composition during the plasma processing to specify the plasma. As in the case of monitoring the emission intensity of the element, a change in the composition of the plasma during the plasma processing is easily detected.

【0019】なお、上記請求項1に係るプラズマ処理シ
ステムにおいて、プラズマ処理中にプラズマの組成の変
化が生じ最適条件が変動し、この変動後の新たな最適条
件に適合するようにプラズマ処理パラメータを制御する
場合、その制御の対象となるプラズマ処理パラメータと
しては、プラズマ処理中のガス流量、ガス供給の停止、
ガス供給の追加、高周波数、反応室内の圧力、試料の温
度が適当である。
In the plasma processing system according to the first aspect of the present invention, the plasma composition changes during the plasma processing, and the optimum conditions fluctuate. The plasma processing parameters are adjusted to meet the new optimum conditions after the fluctuation. When controlling, the plasma processing parameters to be controlled include gas flow during plasma processing, gas supply stop,
Additional gas supply, high frequency, reaction chamber pressure, and sample temperature are appropriate.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施
形態に係るプラズマエッチング処理システムを示す概略
図である。図1に示されるように、本実施形態に係るプ
ラズマエッチング処理システムにおいては、減圧型反応
室としてのプロセスチャンバ10内に一対の平行平板型
の上部電極12と下部電極14とが相対して設置され、
下部電極14上にウェーハ16をローディングすると共
に、上部電極12と下部電極14との間にプラズマ18
が発生するようになっている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a plasma etching processing system according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the plasma etching processing system according to the present embodiment, a pair of parallel plate-type upper electrodes 12 and lower electrodes 14 are installed facing each other in a process chamber 10 as a reduced-pressure reaction chamber. And
A wafer 16 is loaded on the lower electrode 14 and a plasma 18 is placed between the upper electrode 12 and the lower electrode 14.
Is caused to occur.

【0021】また、このプロセスチャンバ10内には、
工場ガス供給ライン20からガス供給コントロールユニ
ットとしてのマスフローコントローラ22を介し、オー
プンクローズバルブ24を通って、CF4 やCHF3
の反応ガスが供給されるようになっている。また、この
プロセスチャンバ10内のガス等は、圧力コントロール
用バタフライバルブ26、排気用オープンクローズバル
ブ28を通って、排気ユニットとしての真空ポンプ30
によって工場排気ライン32へ排出されると共に、プロ
セスチャンバ10内を所定の減圧状態に保持するように
なっている。
In the process chamber 10,
A reaction gas such as CF 4 or CHF 3 is supplied from a factory gas supply line 20 through an open / close valve 24 via a mass flow controller 22 as a gas supply control unit. Further, the gas and the like in the process chamber 10 pass through a pressure control butterfly valve 26 and an exhaust open / close valve 28, and pass through a vacuum pump 30 as an exhaust unit.
As a result, the gas is discharged to the factory exhaust line 32 and the inside of the process chamber 10 is maintained at a predetermined reduced pressure.

【0022】また、一端が接地されている高周波発振器
34がコンデンサ36を介してプロセスチャンバ10内
の下部電極14に接続されており、この高周波発振器3
4から高周波が下部電極14に印加され、下部電極14
と上部電極12との間にプラズマ18を発生させるよう
になっている。
A high-frequency oscillator 34 having one end grounded is connected to the lower electrode 14 in the process chamber 10 via a capacitor 36.
4 applies a high frequency to the lower electrode 14,
A plasma 18 is generated between the first electrode and the upper electrode 12.

【0023】また、モニタリングユニットとしてのモニ
タ38及び発光分析器40が設置されており、モニタ3
8によってプロセスチャンバ10内のプラズマ18を探
知し、その結果を発光分析器40によって分析して、プ
ラズマ18中の特定元素の発光強度をモニタリングする
ようになっている。また、真空計42がプロセスチャン
バ10に接続して設置されており、プロセスチャンバ1
0内の圧力を測定するようになっている。
A monitor 38 as a monitoring unit and an emission analyzer 40 are provided.
8, the plasma 18 in the process chamber 10 is detected, and the result is analyzed by an emission analyzer 40 to monitor the emission intensity of a specific element in the plasma 18. Further, a vacuum gauge 42 is connected to and installed in the process chamber 10.
The pressure within 0 is measured.

【0024】そして、モニタリングユニットとしての発
光分析器40は、CPU(中央処理装置)44のプラズ
マ信号変換部46を介してメインコントローラ48に接
続され、プラズマ18中の特定元素の発光強度のモニタ
リングにより検出した発光強度の変化の情報をCPU4
2のメインコントローラ48に送信するようになってい
る。また、真空計42もCPU42のメインコントロー
ラ48に接続され、測定したプロセスチャンバ10内の
圧力の情報をメインコントローラ48に送信するように
なっている。
An emission analyzer 40 as a monitoring unit is connected to a main controller 48 via a plasma signal converter 46 of a CPU (central processing unit) 44, and monitors the emission intensity of a specific element in the plasma 18 by monitoring. The CPU 4 outputs information on the detected change in the emission intensity.
2 to the main controller 48. The vacuum gauge 42 is also connected to the main controller 48 of the CPU 42, and transmits information on the measured pressure in the process chamber 10 to the main controller 48.

【0025】また、CPU42のメインコントローラ4
8は、ガスコントローラ50、高周波コントローラ5
2、圧力コントローラ54にそれぞれ接続されている。
更に、ガスコントローラ50はガス供給コントロールユ
ニットとしてのマスフローコントローラ22に、高周波
コントローラ52は高周波発振器34に、圧力コントロ
ーラ54は圧力コントロール用バタフライバルブ26
に、それぞれ接続されている。こうして、プラズマ18
中の特定元素の発光強度の変化に基づき、これらのマス
フローコントローラ22や高周波発振器34や圧力コン
トロール用バタフライバルブ26を制御し、プラズマ処
理中の反応ガスのガス流量、高周波数、反応室内の圧力
などのプラズマ処理パラメータをそれぞれ最適条件に適
合するようになっている。
The main controller 4 of the CPU 42
8 is a gas controller 50, a high-frequency controller 5
2. Each is connected to the pressure controller 54.
Further, the gas controller 50 is connected to the mass flow controller 22 as a gas supply control unit, the high frequency controller 52 is connected to the high frequency oscillator 34, and the pressure controller 54 is connected to the pressure control butterfly valve 26.
, Respectively. Thus, the plasma 18
The mass flow controller 22, the high-frequency oscillator 34, and the butterfly valve 26 for controlling the pressure are controlled based on the change of the emission intensity of the specific element in the gas, the gas flow rate of the reaction gas during the plasma processing, the high frequency, the pressure in the reaction chamber, and the like. Are adapted to the optimum conditions.

【0026】次に、図1に示すプラズマエッチング処理
システムを用いたSOGエッチバックプロセスを、図2
〜図6を用いて説明する。ここで、図2〜図4はそれぞ
れSOGエッチバックプロセスを説明するための工程断
面図、図5はSOGエッチバックプロセスにおける反応
ガスの流量比とエッチング選択比との関係を示すグラ
フ、図6はSOGエッチバックプロセスにおいてモニタ
リングしたプラズマ中の酸素発光強度の変化を示すグラ
フである。
Next, an SOG etch-back process using the plasma etching system shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Here, FIGS. 2 to 4 are process cross-sectional views for explaining the SOG etch-back process, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the flow rate ratio of the reaction gas and the etching selectivity in the SOG etch-back process, and FIG. 5 is a graph showing a change in oxygen emission intensity in plasma monitored in an SOG etch-back process.

【0027】(1)ウェーハ・ローディング 先ず、プロセスチャンバ10内の下部電極14上にウェ
ーハ16をローディングする。なお、このウェーハ16
は、図2に示されるように、シリコン基板60上に例え
ばAl配線層62が加工されている基体全面に、例えば
CVD法を用いて層間絶縁膜としてのSiO2 膜64が
堆積されている。そして、このSiO2膜64表面は、
その下地のシリコン基板60及びAl配線層62のなす
段差構造により凹凸形状をなしている。更に、このSi
2 膜64上には、その表面の凹凸を埋め込むように、
粘性の低いSOG膜66が十分な厚さにコーティング
(塗布)されている。
(1) Wafer Loading First, a wafer 16 is loaded on the lower electrode 14 in the process chamber 10. This wafer 16
As shown in FIG. 2, an SiO 2 film 64 as an interlayer insulating film is deposited by using, for example, a CVD method on the entire surface of a substrate on which, for example, an Al wiring layer 62 is processed on a silicon substrate 60. And the surface of this SiO 2 film 64 is
The uneven structure is formed by the step structure formed by the underlying silicon substrate 60 and the Al wiring layer 62. Furthermore, this Si
On the O 2 film 64, so as to bury unevenness on the surface thereof,
The SOG film 66 having low viscosity is coated (applied) to a sufficient thickness.

【0028】(2)エッチングの開始 真空ポンプ30を作動させると共に、圧力コントローラ
54によって圧力コントロール用バタフライバルブ26
を制御し、プロセスチャンバ10内を所定の真空度にま
で到達させる。続いて、ガスコントローラ50によって
マスフローコントローラ22を制御し、プロセスチャン
バ10内に所定の流量のCF4 及びCHF3 等の反応ガ
スを供給する。ここで、反応ガスの初期流量条件として
CF4 と(CF4 +CHF3 )との混合ガスの流量比を
図5のグラフにおけるP0 に予め設定して、SOG膜の
エッチングレートとSiO2 膜のエッチングレートとが
等しくなる、即ちグラフ中に実線で示す選択比において
SiO2 膜とSOG膜とのエッチング選択比が1になる
ようにしておく。
(2) Start of Etching The vacuum pump 30 is operated and the pressure controller 54 controls the pressure control butterfly valve 26.
Is controlled so that the inside of the process chamber 10 reaches a predetermined degree of vacuum. Subsequently, the gas controller 50 controls the mass flow controller 22 to supply a predetermined flow rate of a reactive gas such as CF 4 and CHF 3 into the process chamber 10. Here, the flow rate ratio of the mixed gas of CF 4 and (CF 4 + CHF 3 ) is preset to P 0 in the graph of FIG. 5 as the initial flow rate condition of the reaction gas, and the etching rate of the SOG film and the SiO 2 film The etching rate is made equal, that is, the etching selection ratio between the SiO 2 film and the SOG film is set to 1 at the selection ratio indicated by the solid line in the graph.

【0029】そして、高周波コントローラ52によって
高周波発振器34を制御して、プロセスチャンバ10内
の下部電極14に例えば13.56MHzの高周波を印
加し、上部電極12と下部電極14との間にプラズマ1
8を発生させる。こうして、下部電極14上にローディ
ングしたウェーハ16の最上層のSOG膜66の全面エ
ッチングを開始する。
Then, the high-frequency oscillator 34 is controlled by the high-frequency controller 52 to apply a high frequency of 13.56 MHz to the lower electrode 14 in the process chamber 10, and the plasma 1 is applied between the upper electrode 12 and the lower electrode 14.
8 is generated. Thus, the entire surface of the uppermost SOG film 66 of the wafer 16 loaded on the lower electrode 14 is started to be etched.

【0030】なお、このエッチングの開始と同時に、モ
ニタ38によってプロセスチャンバ10内に発生したプ
ラズマ18を探知し、その結果を発光分析器40によっ
て分析し、プラズマ18中の酸素の発光強度のモニタリ
ングを開始する。そして、このプラズマ18中の特定元
素の発光強度のモニタリングにより検出した発光強度の
変化の情報を、CPU42のメインコントローラ48に
送信する。
Simultaneously with the start of the etching, the plasma 18 generated in the process chamber 10 is detected by the monitor 38, and the result is analyzed by the emission analyzer 40 to monitor the emission intensity of oxygen in the plasma 18. Start. Then, information on a change in the emission intensity detected by monitoring the emission intensity of the specific element in the plasma 18 is transmitted to the main controller 48 of the CPU 42.

【0031】(3)SOG膜の全面エッチング エッチングガスとしてのCF4 及びCHF3 のプラズマ
18によって、SOG膜66の全面エッチングを行な
う。このSOG膜66の全面エッチングが進行すると、
図3に示されるように、下地のSiO2 膜64表面が露
出する。このようなSOG膜66のエッチングプロセス
におけるプロセスチャンバ10内のプラズマ18をモニ
タ38及び発光分析器40によってモニタリングする
と、図6のグラフに示されるように、プラズマ18中の
酸素の発光強度は、エッチング開始時T0から短時間の
うちに発光強度A1 まで急速に上昇するが、その後T1
から下地のSiO2 膜64表面の露出時T2 までの間は
一定の発光強度A1に維持される。
(3) Etching of SOG Film 66 The entire surface of the SOG film 66 is etched by plasma 18 of CF 4 and CHF 3 as an etching gas. As the overall etching of the SOG film 66 progresses,
As shown in FIG. 3, the surface of the underlying SiO 2 film 64 is exposed. When the plasma 18 in the process chamber 10 in the etching process of the SOG film 66 is monitored by the monitor 38 and the emission analyzer 40, as shown in the graph of FIG. from the start time T0 to the emission intensity a 1 in a short time rapidly increases, but then T 1
Between to exposure time T 2 of the SiO 2 film 64 surface of the base is maintained at a constant emission intensity A 1.

【0032】(4)SOG膜及びSiO2 膜の同時エッ
チング エッチングガスとしてのCF4 及びCHF3 のプラズマ
18によって、露出した下地のSiO2 膜64とこのS
iO2 膜64の凹部に残存しているSOG膜66の同時
エッチングを行なう。
(4) Simultaneous etching of SOG film and SiO 2 film The exposed underlying SiO 2 film 64 and this S 2 film are etched by plasma 18 of CF 4 and CHF 3 as etching gas.
Simultaneous etching of the SOG film 66 remaining in the concave portion of the iO 2 film 64 is performed.

【0033】このような共存するSOG膜66及びSi
2 膜64を同時にエッチングする際のプロセスチャン
バ10内のプラズマ18をモニタ38及び発光分析器4
0によってモニタリングすると、図6のグラフに示され
るように、プラズマ18中の酸素の発光強度は、SiO
2 膜64表面の露出時T2 の発光強度A1 から徐々に上
昇していく。このプラズマ18中の酸素の発光強度の上
昇は、新たに加わったSiO2 膜64のエッチングによ
って酸素が生成されることに起因するものである。
The coexisting SOG film 66 and Si
The plasma 18 in the process chamber 10 when simultaneously etching the O 2 film 64 is monitored by the monitor 38 and the emission analyzer 4.
0, the emission intensity of oxygen in the plasma 18 is SiO 2 as shown in the graph of FIG.
Gradually increases from 2 film 64 luminous intensity A 1 exposure time T 2 of the surface. The increase in the emission intensity of oxygen in the plasma 18 is caused by the generation of oxygen by the etching of the newly added SiO 2 film 64.

【0034】このような事態を放置すると、上記図7〜
図9を用いて既に説明したように、SiO2 膜64のエ
ッチングにより生成された酸素が影響して、SOG膜6
6のエッチングレートが上昇し、SiO2 膜64とSO
G膜66とのエッチング選択比が1より小さくなるた
め、Al配線層62間の谷部におけるSOG膜66表面
がSiO2 膜64表面よりも落ち込んだ形状となり、S
OG膜66及びSiO2膜64の各表面からなる平坦性
が悪化する。
If such a situation is left as it is, the above-mentioned FIGS.
As already described with reference to FIG. 9, oxygen generated by etching the SiO 2 film 64 affects the SOG film 6.
6 is increased, the SiO 2 film 64 and SO 2
Since the etching selectivity with respect to the G film 66 is smaller than 1, the surface of the SOG film 66 at the valley between the Al wiring layers 62 has a shape lower than the surface of the SiO 2 film 64, and S
The flatness of each surface of the OG film 66 and the SiO 2 film 64 is deteriorated.

【0035】そのため、プラズマ18中の酸素の発光強
度が発光強度A1 から上昇して、所定のトリガー値であ
る発光強度A2 に達すると、その情報が発光分析器40
からCPU42のメインコントローラ48に送信され
る。そして、ガスコントローラ50を介してマスフロー
コントローラ22を制御し、プロセスチャンバ10内に
供給するCF4 と(CF4 +CHF3 )との流量比を図
5のグラフにおけるP1に変化させて、SOG膜のエッ
チングレートをSiO2 膜のエッチングレートより小さ
くする。こうして、グラフ中の一点鎖線で示される、共
存するSOG膜及びSiO2 膜を同時エッチングする際
のSiO2 膜とSOG膜とのエッチング選択比におい
て、このエッチング選択比が1になるようにする。
Therefore, when the emission intensity of oxygen in the plasma 18 increases from the emission intensity A 1 and reaches the emission intensity A 2 which is a predetermined trigger value, the information is transmitted to the emission analyzer 40.
To the main controller 48 of the CPU 42. Then, the mass flow controller 22 is controlled via the gas controller 50 to change the flow ratio of CF 4 and (CF 4 + CHF 3 ) supplied into the process chamber 10 to P 1 in the graph of FIG. Is made smaller than the etching rate of the SiO 2 film. In this manner, the etching selectivity between the SiO 2 film and the SOG film when the coexisting SOG film and the SiO 2 film are simultaneously etched, as indicated by the dashed line in the graph, is set to 1.

【0036】従って、所定のトリガー値であるプラズマ
18中の酸素の発光強度A2 への到達時T3 以降は、S
OG膜66及びSiO2 膜64が同一レートで同時エッ
チングされる。即ち、SOG膜66及びSiO2 膜64
の各表面からなる良好な平坦性が保持されたままで全面
エッチングが進行する。
Accordingly, after the time T 3 at which the oxygen in the plasma 18 reaches the emission intensity A 2 which is the predetermined trigger value, S 3
The OG film 66 and the SiO 2 film 64 are simultaneously etched at the same rate. That is, the SOG film 66 and the SiO 2 film 64
The overall etching proceeds while the good flatness of each surface is maintained.

【0037】(5)エッチングの終了 SOG膜66及びSiO2 膜64の各表面が平坦な状態
のままで全面エッチングを進行させ、図4に示されるよ
うに、残存するSiO2 膜64の膜厚が所定の厚さにな
った時点T4 において、エッチングを終了する。即ち、
高周波コントローラ52によって高周波発振器34の発
振を停止し、ガスコントローラ50によってマスフロー
コントローラ22を制御して、プロセスチャンバ10内
へのエッチングガスCF4 及びCHF3 の供給を停止す
ると共に、N2(窒素)ガス等の不活性ガスを供給し、
プロセスチャンバ10内の圧力を大気圧と等しくなるよ
うにする。また、このエッチングの終了と同時に、モニ
タ38及び発光分析器40によるプロセスチャンバ10
内のプラズマ18中の酸素の発光強度のモニタリングを
停止する。
[0037] (5) the surfaces of the ends SOG film 66 and the SiO 2 film 64 of the etching to proceed entirely etched remain flat state, as shown in FIG. 4, the thickness of the SiO 2 film 64 remaining at time T 4 Because became a predetermined thickness, and terminates the etching. That is,
The high-frequency controller 52 stops the oscillation of the high-frequency oscillator 34, and the gas controller 50 controls the mass flow controller 22 to stop the supply of the etching gas CF 4 and CHF 3 into the process chamber 10 and the N 2 (nitrogen) gas. Supply inert gas such as
The pressure in the process chamber 10 is made equal to the atmospheric pressure. At the same time as the completion of the etching, the process chamber 10 by the monitor 38 and the emission analyzer 40 is used.
The monitoring of the emission intensity of oxygen in the plasma 18 in the inside is stopped.

【0038】(6)ウェーハ・アンローディング プロセスチャンバ10内の下部電極14上からウェーハ
16をアンローディングする。このとき、このウェーハ
16は、図4に示されるように、シリコン基板60上の
Al配線層62がSOG膜66及びSiO2 膜64によ
ってカバレージされていると共に、これらSOG膜66
及びSiO2 膜64の表面は良好に平坦化されている。
(6) Wafer Unloading The wafer 16 is unloaded from the lower electrode 14 in the process chamber 10. At this time, the Al wiring layer 62 on the silicon substrate 60 is covered with the SOG film 66 and the SiO 2 film 64 as shown in FIG.
The surface of the SiO 2 film 64 is well flattened.

【0039】以上のように本実施形態によれば、下地の
段差構造により凹凸形状をなしているSiO2 膜64上
にSOG膜66を十分な厚さにコーティングした後、全
面エッチングによってウェーハ16表面を平坦化するS
OGエッチバックプロセスにおいて、プラズマエッチン
グ処理を行うプロセスチャンバ10と、このプロセスチ
ャンバ10内におけるプラズマエッチング処理中のプラ
ズマ18の組成、例えばプラズマ18中の酸素の発光強
度をモニタリングするモニタリングユニットとしてのモ
ニタ38及び発光分析器40と、このモニタリング結果
に基づいてエッチング処理パラメータ、例えばエッチン
グガスCF4 及びCHF3 の流量比をマスフローコント
ローラ22を介して制御するCPU42のメインコント
ローラ48及びガスコントローラ50等とを有するプラ
ズマエッチング処理システムを使用することにより、S
OG膜66の全面エッチングが進行して下地のSiO2
膜64表面が露出した場合に、新たなSiO2 膜64の
エッチングによって生成される酸素の影響によってSi
2 膜64とSOG膜66とのエッチング選択比が変動
しても、プラズマ18中の酸素の発光強度が所定のトリ
ガー値である発光強度A2 にまで上昇したという情報が
発光分析器40からメインコントローラ48を経てガス
コントローラ50に送信され、このガスコントローラ5
0によりマスフローコントローラ22を介してエッチン
グガスCF4 及びCHF3 の流量比が制御されて、共存
するSOG膜及びSiO2 膜を同時エッチングする際の
両者のエッチング選択比が1になるように調整されるた
め、SOG膜66及びSiO2膜64が同一レートで同
時に全面エッチングされて、良好な平坦性を得ることが
できる。
As described above, according to the present embodiment, the SOG film 66 is coated to a sufficient thickness on the SiO 2 film 64 having the unevenness due to the step structure of the base, and then the entire surface of the wafer 16 is etched by etching. S to flatten
In the OG etch-back process, a process chamber 10 for performing a plasma etching process, and a monitor 38 as a monitoring unit for monitoring the composition of the plasma 18 during the plasma etching process in the process chamber 10, for example, the emission intensity of oxygen in the plasma 18 And an emission analyzer 40, and a main controller 48 and a gas controller 50 of the CPU 42 for controlling an etching process parameter, for example, a flow rate ratio of the etching gases CF 4 and CHF 3 via the mass flow controller 22 based on the monitoring result. By using a plasma etching processing system, S
The etching of the entire surface of the OG film 66 proceeds, and the underlying SiO 2
When the surface of the film 64 is exposed, the influence of oxygen generated by etching the new SiO 2 film 64
Even if the etching selectivity between the O 2 film 64 and the SOG film 66 fluctuates, information from the emission analyzer 40 indicates that the emission intensity of oxygen in the plasma 18 has increased to the emission intensity A 2 which is a predetermined trigger value. It is transmitted to the gas controller 50 via the main controller 48,
By controlling the flow rate ratio of the etching gases CF 4 and CHF 3 via 0 through the mass flow controller 22, 0 is adjusted so that the etching selectivity of both the coexisting SOG film and the SiO 2 film becomes 1 at the same time. Therefore, the entire surface of the SOG film 66 and the SiO 2 film 64 are simultaneously etched at the same rate, so that good flatness can be obtained.

【0040】このように、SOGエッチバックプロセス
によってウェーハ16表面を平坦化する際、プラズマエ
ッチング処理中の最適条件が変動しても、プラズマ18
中の酸素の発光強度をモニタリングしてその変化を検出
することにより、最適条件の変動を検知し、変動後の新
たな最適条件に適合するようにエッチング処理パラメー
タ、例えばエッチングガスCF4 及びCHF3 の流量比
を制御して、常に最適条件においてプラズマエッチング
処理が行われるため、平坦化のマージンを従来よりも拡
大することが可能になる。
As described above, when the surface of the wafer 16 is planarized by the SOG etch-back process, even if the optimum conditions during the plasma etching process are changed, the plasma 18
By monitoring the emission intensity of oxygen in oxygen and detecting the change, a change in the optimum condition is detected, and the etching process parameters such as the etching gas CF 4 and CHF 3 are adjusted to meet the new optimum condition after the change. , And the plasma etching process is always performed under the optimum condition, so that the flattening margin can be expanded more than before.

【0041】また、平坦化プロセスとして従来から採用
されているSOGエッチバックプロセスに本発明を適用
しているため、これまでに蓄積された十分なバックデー
タを活用することができる。この点において、十分なデ
ータが蓄積されていない新しい平坦化技術、例えばCM
Pやダマシン等を採用する場合よりも優位である。
Further, since the present invention is applied to the SOG etch-back process conventionally used as the flattening process, sufficient back data accumulated so far can be utilized. In this regard, new planarization techniques that do not store enough data, such as CM
This is superior to the case where P or damascene is adopted.

【0042】更に、このSOG膜の代わりにレジスト膜
を用いる、いわゆるレジストエッチバックプロセスに本
発明を適用することも可能であり、この場合も、SOG
エッチバックプロセスに本発明を適用した本実施形態の
場合と同様の効果を奏することができる。
Further, the present invention can be applied to a so-called resist etch-back process in which a resist film is used instead of the SOG film.
The same effects as in the case of the present embodiment in which the present invention is applied to the etch-back process can be obtained.

【0043】また、本実施形態に係るプラズマエッチン
グ処理システムは、既存のプラズマエッチング処理シス
テムの一部改造によって対応することが可能であり、高
価な設備投資を必要とする次世代のシステムを導入しな
くても済むため、半導体デバイスの製造コストの上昇を
抑制することが可能になる。
Further, the plasma etching processing system according to the present embodiment can be dealt with by partially modifying the existing plasma etching processing system, and a next-generation system requiring expensive capital investment is introduced. Since it is not necessary, an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device can be suppressed.

【0044】なお、上記実施形態においては、ウェーハ
16表面を平坦化するSOGエッチバックプロセスごと
に、プラズマ18中の酸素の発光強度をモニタリングし
て、最適条件の変動に対応するようにエッチング処理パ
ラメータを制御しているが、同一条件において量産する
場合には、図6のグラフに示されるプラズマ18中の酸
素の発光強度の時間的な変化に基づいてエッチング処理
パラメータを制御してもよい。
In the above embodiment, the emission intensity of oxygen in the plasma 18 is monitored for each SOG etch-back process for flattening the surface of the wafer 16, and the etching process parameters are adjusted so as to correspond to fluctuations in the optimum conditions. However, when mass production is performed under the same conditions, the etching process parameters may be controlled based on the temporal change of the emission intensity of oxygen in the plasma 18 shown in the graph of FIG.

【0045】また、上記実施形態においては、平行平板
型電極に高周波を印加することによりプラズマを発生さ
せているが、このプラズマ発生機構に限定されることな
く、例えばマイクロ波と磁場によりプラズマを発生させ
る有磁場マイクロ波プラズマ発生機構や、磁場に沿って
伝播する電磁波の一種であるヘリコン(helico
n)波と電子との相互作用によりプラズマを発生させる
ヘリコンプラズマ発生機構や、高周波誘導磁場により生
じる誘導電界により電子を加速してプラズマを発生させ
るICP(Inductively Coupled Plasma;誘導結合プラ
ズマ)発生機構などを用いてもよい。
In the above embodiment, the plasma is generated by applying a high frequency to the parallel plate electrodes. However, the present invention is not limited to this plasma generation mechanism. For example, the plasma is generated by a microwave and a magnetic field. Microwave plasma generation mechanism and helicon (helico) which is a kind of electromagnetic wave propagating along the magnetic field
n) Helicon plasma generation mechanism that generates plasma by interaction between waves and electrons, ICP (Inductively Coupled Plasma) generation mechanism that generates plasma by accelerating electrons by induced electric field generated by high-frequency induction magnetic field, etc. May be used.

【0046】また、上記実施形態においては、共存する
SOG膜66及びSiO2 膜64を同一レートで同時に
全面エッチングするSOGエッチバックプロセスについ
て説明しているが、このように2種類の多層薄膜のエッ
チングプロセスに限らず、1種類の薄膜のエッチングプ
ロセスに本発明を適用することも可能である。この場
合、プラズマエッチング処理中のプラズマの組成とし
て、上記実施形態のように途中からエッチング対象とな
ったSiO2 膜64のエッチングによって生成される酸
素の発光強度をモニタリングする代わりに、プラズマの
組成として1種類の薄膜のエッチングによって生成され
るプラズマ中の生成物元素の発光強度をモニタリングし
てその変化を検出すればよい。そして、その結果に基づ
いてエッチングレートの変動を抑制するようにエッチン
グ処理パラメータを制御することにより、最適の薄膜形
状を得ることが可能になる。
Further, in the above embodiment, the SOG etch-back process for simultaneously etching the coexisting SOG film 66 and the SiO 2 film 64 at the same rate over the entire surface has been described. The present invention can be applied not only to the process but also to one type of thin film etching process. In this case, instead of monitoring the emission intensity of oxygen generated by the etching of the SiO 2 film 64 to be etched from the middle as in the above-described embodiment, the plasma composition during the plasma etching process is changed to the plasma composition. What is necessary is just to monitor the emission intensity of the product element in the plasma generated by etching one type of thin film and detect the change. Then, by controlling the etching processing parameters so as to suppress the fluctuation of the etching rate based on the result, it becomes possible to obtain the optimum thin film shape.

【0047】また、3種類以上の多層薄膜のエッチング
プロセスに本発明を適用することも可能である。この場
合も、3種類以上の多層薄膜のエッチングにより生成さ
れるプラズマ中の生成物元素の発光強度をモニタリング
してその変化を検出すればよい。そして、その結果に基
づいてエッチング処理パラメータを制御することによ
り、3種類以上の多層薄膜のプロセスウインドウを拡大
することが可能になる。従って、半導体デバイスの微細
化に伴って要求される高エッチング選択比の多層薄膜の
処理への対応が拡大される。
The present invention can also be applied to an etching process for three or more types of multilayer thin films. In this case as well, the change may be detected by monitoring the emission intensity of the product element in the plasma generated by etching the three or more types of multilayer thin films. Then, by controlling the etching process parameters based on the result, it becomes possible to enlarge the process window of three or more types of multilayer thin films. Accordingly, the response to the processing of a multilayer thin film having a high etching selectivity required with miniaturization of a semiconductor device is expanded.

【0048】また、上記実施形態に係るプラズマエッチ
ング処理システムにおいては、モニタリングユニットと
してモニタ38及び発光分析器40が設置され、プラズ
マ18中の特定元素、例えば酸素の発光強度をモニタリ
ングしているが、この代わりに、プラズマ中のガス組成
のマススペクトルをモニタリングする方法を用いてもよ
い。この場合も、上記実施形態の場合と同様に、プラズ
マ処理中のプラズマの組成の変化を容易に検出すること
ができる。但し、モニタリングユニットとしては、発光
分析器40等の代わりに、質量分析器を設置する。
In the plasma etching system according to the above embodiment, the monitor 38 and the emission analyzer 40 are installed as monitoring units to monitor the emission intensity of a specific element in the plasma 18, for example, oxygen. Instead, a method of monitoring the mass spectrum of the gas composition in the plasma may be used. In this case, similarly to the case of the above embodiment, a change in the composition of the plasma during the plasma processing can be easily detected. However, as the monitoring unit, a mass analyzer is provided instead of the emission analyzer 40 or the like.

【0049】更に、上記実施形態においては、プラズマ
エッチング処理システムを使用してウェーハ16表面を
平坦化するエッチバックプロセスについて説明している
が、このような薄膜のエッチングプロセスに限らず、反
応性ガスプラズマを用いた薄膜のCVD処理プロセスに
本発明を適用することも可能である。この場合、上記実
施形態に係るプラズマエッチング処理システムの代わり
に、ウェーハに対するプラズマCVD処理を行うプロセ
スチャンバと、このプロセスチャンバ内におけるプラズ
マCVD処理中のプラズマの組成をモニタリングする例
えば発光分析器又は質量分析器等のモニタリングユニッ
トと、そのモニタリング結果に基づいて処理中のCVD
処理パラメータを制御するCPUのガスコントローラや
ウェーハ温度コントローラ等とを有するプラズマCVD
処理システムを使用する。そして、このプラズマCVD
処理システムにより、例えばシリコン基板上に薄膜を堆
積する際、シリコン基板上に最初の薄膜の核が形成され
る際のデポジションレートと既に薄膜の核が形成された
後の薄膜が堆積される際のデポジションレートとは異な
るため、この間のプラズマCVD処理中のプラズマの組
成をモニタリングしてその変化を検出し、その結果に基
づいてデポジションレートの変動を抑制して常に薄膜の
デポジションレートを一定になるようにCVD処理パラ
メータを制御することにより、薄膜の厚さを高精度に制
御することが可能になる。
Further, in the above embodiment, the etch-back process for flattening the surface of the wafer 16 using the plasma etching processing system has been described. The present invention can also be applied to a thin film CVD process using plasma. In this case, instead of the plasma etching processing system according to the above embodiment, a process chamber for performing a plasma CVD process on a wafer, and a composition of a plasma during the plasma CVD process in the process chamber, for example, an emission analyzer or a mass spectrometer Monitoring unit, such as a vessel, and the CVD being processed based on the monitoring result
Plasma CVD having a CPU gas controller, a wafer temperature controller, and the like for controlling processing parameters
Use a processing system. And this plasma CVD
Depending on the processing system, for example, when depositing a thin film on a silicon substrate, the deposition rate when the first thin film nucleus is formed on the silicon substrate and when depositing the thin film after the thin film nucleus has already been formed Therefore, the composition of the plasma during the plasma CVD process during this period is monitored to detect a change in the composition, and a change in the deposition rate is suppressed based on the result to constantly adjust the deposition rate of the thin film. By controlling the CVD processing parameters to be constant, it is possible to control the thickness of the thin film with high precision.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
るプラズマ処理システムによれば、次のような効果を奏
することができる。即ち、請求項1に係るプラズマ処理
システムによれば、モニタリングユニットがプラズマ処
理中のプラズマの組成をモニタリングし、そのモニタリ
ング結果に基づいて制御ユニットがプラズマ処理中の処
理パラメータを制御することにより、プラズマ処理中に
プラズマの組成の変化が生じて最適条件が変動しても、
そのプラズマの組成の変化を検出して、この変動後の新
たな最適条件に適合するようにプラズマ処理パラメータ
を制御することが可能になるため、常に最適条件におい
てプラズマ処理を行うことができる。また、このプラズ
マ処理システムは、既存のプラズマ処理システムの一部
改造によって対応することが可能であり、高価な設備投
資を必要とする次世代のシステムを導入しなくても済む
ため、半導体デバイスの製造コストの上昇を抑制するこ
とが可能になる。
As described above, according to the plasma processing system of the present invention, the following effects can be obtained. That is, according to the plasma processing system of the first aspect, the monitoring unit monitors the composition of the plasma during the plasma processing, and the control unit controls the processing parameters during the plasma processing based on the monitoring result. Even if the optimum conditions fluctuate due to changes in the plasma composition during processing,
Since a change in the composition of the plasma can be detected and the plasma processing parameters can be controlled to conform to the new optimum conditions after the change, the plasma processing can always be performed under the optimum conditions. In addition, this plasma processing system can be coped with by partially modifying an existing plasma processing system, and it is not necessary to introduce a next-generation system that requires expensive capital investment. It is possible to suppress an increase in manufacturing cost.

【0051】また、請求項2に係るプラズマ処理システ
ムは、上記請求項1に係るプラズマ処理システムにおい
て、プラズマ処理が反応性ガスプラズマを用いたエッチ
ング処理であることにより、このプラズマエッチング処
理中のプラズマの組成をモニタリングしてそのプラズマ
の組成の変化を検出し、この変化による最適条件の変動
に対応するようにエッチング処理パラメータを変更する
ことが可能になるため、常に最適条件においてプラズマ
エッチング処理を行うことができる。従って、例えばバ
ックエッチ法を用いた平坦化プロセスにおいて、エッチ
ング処理の途中でエッチング対象として最上層の塗布膜
に新たに下地の層間絶縁膜が加わった場合、層間絶縁膜
のエッチングによる生成物の影響によって塗布膜と層間
絶縁膜とのエッチング選択比が変動しても、この生成物
によるプラズマの組成をモニタリングしてその変化を検
出し、そのプラズマの組成の変化によるエッチング選択
比の変動を抑制して塗布膜のエッチングレートと層間絶
縁膜のエッチングレートとが等しくなるようにエッチン
グ処理パラメータを制御し、良好な平坦性を得ることが
可能になると共に、平坦化のマージンを従来よりも拡大
することが可能になる。また、多層薄膜のエッチングプ
ロセスに適用することにより、多層薄膜のプロセスウイ
ンドウを拡大することが可能になるため、半導体デバイ
スの微細化に伴って要求される高エッチング選択比の多
層薄膜の処理への対応を拡大することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the plasma processing system according to the first aspect, wherein the plasma processing is an etching processing using a reactive gas plasma. The composition of the plasma is monitored to detect a change in the composition of the plasma, and it is possible to change the etching processing parameters so as to respond to the change in the optimum conditions due to the change. Therefore, the plasma etching processing is always performed under the optimum conditions. be able to. Therefore, for example, in a flattening process using a back etch method, when a new underlying interlayer insulating film is added to the uppermost coating film as an etching target in the middle of the etching process, the influence of the product due to the etching of the interlayer insulating film is exerted. Even if the etching selectivity between the coating film and the interlayer insulating film fluctuates, the composition of the plasma due to this product is monitored to detect the change, and the change in the etching selectivity due to the change in the plasma composition is suppressed. Control the etching parameters so that the etching rate of the coating film becomes equal to the etching rate of the interlayer insulating film, thereby obtaining good flatness and expanding the flattening margin more than before. Becomes possible. Also, by applying the present invention to a multilayer thin film etching process, it is possible to expand a process window of the multilayer thin film. The response can be expanded.

【0052】また、請求項3に係るプラズマ処理システ
ムは、上記請求項1に係るプラズマ処理システムにおい
て、プラズマ処理が反応性ガスプラズマを用いた薄膜の
CVD処理であることにより、このプラズマCVD処理
中のプラズマの組成をモニタリングしてその変化を検出
し、この変化による最適条件の変動に対応するようにC
VD処理パラメータを制御することが可能になるため、
常に最適条件においてプラズマCVD処理を行うことが
できる。従って、例えば半導体基板上に薄膜を堆積する
プラズマCVDプロセスにおいて、半導体基板上に最初
の薄膜の核が形成される際のデポジションレートと既に
薄膜の核が形成された後の薄膜が堆積される際のデポジ
ションレートとは異なる場合でも、その際のプラズマの
組成をモニタリングしてその変化を検出し、そのプラズ
マの組成の変化によるデポジションレートの変動を抑制
して常に薄膜のデポジションレートが一定になるように
CVD処理パラメータを制御し、薄膜の厚さを高精度に
制御することが可能になる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the plasma processing system according to the first aspect, wherein the plasma processing is a thin film CVD processing using a reactive gas plasma. Is monitored by monitoring the composition of the plasma, and C is adjusted so as to cope with a change in the optimum condition due to the change.
Since it becomes possible to control the VD processing parameters,
Plasma CVD processing can always be performed under optimal conditions. Therefore, for example, in a plasma CVD process for depositing a thin film on a semiconductor substrate, the deposition rate when the first thin film nucleus is formed on the semiconductor substrate and the thin film after the thin film nucleus has already been formed are deposited. Even if the deposition rate is different from that at the time, the composition of the plasma at that time is monitored to detect the change, and the fluctuation of the deposition rate due to the change of the composition of the plasma is suppressed, so that the deposition rate of the thin film is always increased. By controlling the CVD process parameters so as to be constant, the thickness of the thin film can be controlled with high precision.

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

【図1】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング
処理システムを示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a plasma etching processing system according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すプラズマエッチング処理システムを
用いたSOGエッチバックプロセスを説明するための工
程断面図(その1)である。
FIG. 2 is a process sectional view (part 1) for describing an SOG etch-back process using the plasma etching processing system shown in FIG. 1;

【図3】図1に示すプラズマエッチング処理システムを
用いたSOGエッチバックプロセスを説明するための工
程断面図(その2)である。
FIG. 3 is a process sectional view (part 2) for describing the SOG etch-back process using the plasma etching processing system shown in FIG. 1;

【図4】図1に示すプラズマエッチング処理システムを
用いたSOGエッチバックプロセスを説明するための工
程断面図(その3)である。
FIG. 4 is a process sectional view (part 3) for describing an SOG etch-back process using the plasma etching processing system shown in FIG. 1;

【図5】SOGエッチバックプロセスにおける反応ガス
の流量比とエッチング選択比との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a flow rate ratio of a reaction gas and an etching selectivity in an SOG etchback process.

【図6】SOGエッチバックプロセスにおいてモニタリ
ングしたプラズマ中の酸素発光強度の変化を示すグラフ
である。
FIG. 6 is a graph showing a change in oxygen emission intensity in plasma monitored in an SOG etch-back process.

【図7】従来のプラズマエッチング処理システムを用い
たSOGエッチバックプロセスを説明するための工程断
面図(その1)である。
FIG. 7 is a process sectional view (part 1) for describing an SOG etch-back process using a conventional plasma etching processing system.

【図8】従来のプラズマエッチング処理システムを用い
たSOGエッチバックプロセスを説明するための工程断
面図(その2)である。
FIG. 8 is a process sectional view (part 2) for describing the SOG etch-back process using the conventional plasma etching processing system.

【図9】従来のプラズマエッチング処理システムを用い
たSOGエッチバックプロセスを説明するための工程断
面図(その3)である。
FIG. 9 is a process sectional view (part 3) for describing the SOG etch-back process using the conventional plasma etching system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…プロセスチャンバ、12…上部電極、14…下部
電極、16…ウェーハ、18…プラズマ、20…工場ガ
ス供給ライン、22…マスフローコントローラ、24…
オープンクローズバルブ、26…圧力コントロール用バ
タフライバルブ、28…排気用オープンクローズバル
ブ、30…真空ポンプ、32…工場排気ライン、34…
高周波発振器、36…コンデンサ、38…モニタ、40
…発光分析器、42…真空計、44…CPU、46…プ
ラズマ信号変換部、48…メインコントローラ、50…
ガスコントローラ、52…高周波コントローラ、54…
圧力コントローラ、60…シリコン基板、62…Al配
線層、64…SiO2 膜、66…SOG膜、70…シリ
コン基板、72…Al配線層、74…SiO2 膜、76
…SOG膜。
10 Process chamber, 12 Upper electrode, 14 Lower electrode, 16 Wafer, 18 Plasma, 20 Factory gas supply line, 22 Mass flow controller, 24
Open-close valve, 26 ... Butterfly valve for pressure control, 28 ... Open-close valve for exhaust, 30 ... Vacuum pump, 32 ... Factory exhaust line, 34 ...
High frequency oscillator, 36 ... capacitor, 38 ... monitor, 40
... Emission analyzer, 42 ... Vacuum gauge, 44 ... CPU, 46 ... Plasma signal converter, 48 ... Main controller, 50 ...
Gas controller, 52 ... High frequency controller, 54 ...
Pressure controller, 60: silicon substrate, 62: Al wiring layer, 64: SiO 2 film, 66: SOG film, 70: silicon substrate, 72: Al wiring layer, 74: SiO 2 film, 76
... SOG film.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に対するプラズマ処理を行う反応室
と、 前記反応室内におけるプラズマ処理中のプラズマの組成
をモニタリングするモニタリングユニットと、 前記モニタリングユニットによるプラズマの組成のモニ
タリング結果に基づいてプラズマ処理中の処理パラメー
タを制御する制御ユニットとを有することを特徴とする
プラズマ処理システム。
1. A reaction chamber for performing plasma processing on a sample, a monitoring unit for monitoring plasma composition during plasma processing in the reaction chamber, and a monitoring unit for monitoring plasma composition based on a result of monitoring the plasma composition by the monitoring unit. A plasma processing system, comprising: a control unit that controls a processing parameter.
【請求項2】 請求項1記載のプラズマ処理システムに
おいて、 前記プラズマ処理が、反応性ガスプラズマを用いたエッ
チング処理であることを特徴とするプラズマ処理システ
ム。
2. The plasma processing system according to claim 1, wherein the plasma processing is an etching processing using a reactive gas plasma.
【請求項3】 請求項1記載のプラズマ処理システムに
おいて、 前記プラズマ処理が、反応性ガスプラズマを用いた薄膜
の化学的気相成長処理であることを特徴とするプラズマ
処理システム。
3. The plasma processing system according to claim 1, wherein the plasma processing is a chemical vapor deposition of a thin film using a reactive gas plasma.
【請求項4】 請求項1記載のプラズマ処理システムに
おいて、 前記モニタリングユニットが、プラズマ処理中のプラズ
マの特定元素の発光強度をモニタリングすることを特徴
とするプラズマ処理システム。
4. The plasma processing system according to claim 1, wherein the monitoring unit monitors the emission intensity of a specific element of the plasma during the plasma processing.
【請求項5】 請求項1記載のプラズマ処理システムに
おいて、 前記モニタリングユニットが、プラズマ処理中のガス組
成のマススペクトルをモニタリングすることを特徴とす
るプラズマ処理システム。
5. The plasma processing system according to claim 1, wherein the monitoring unit monitors a mass spectrum of a gas composition during the plasma processing.
【請求項6】 請求項1記載のプラズマ処理システムに
おいて、 前記制御ユニットが、プラズマ処理中のガス流量、ガス
供給の停止、ガス供給の追加、高周波数、前記反応室内
の圧力、前記試料の温度の少なくとも1つを制御するこ
とを特徴とするプラズマ処理システム。
6. The plasma processing system according to claim 1, wherein the control unit controls a gas flow rate during plasma processing, a gas supply stop, a gas supply addition, a high frequency, a pressure in the reaction chamber, and a temperature of the sample. Controlling at least one of the following.
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