JPH1050673A - Apparatus and method for plasma-etching monitor - Google Patents

Apparatus and method for plasma-etching monitor

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JPH1050673A
JPH1050673A JP20402696A JP20402696A JPH1050673A JP H1050673 A JPH1050673 A JP H1050673A JP 20402696 A JP20402696 A JP 20402696A JP 20402696 A JP20402696 A JP 20402696A JP H1050673 A JPH1050673 A JP H1050673A
Authority
JP
Japan
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plasma etching
reaction
frequency
monitor
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
JP20402696A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiro Fujita
良郎 藤田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp filed Critical Matsushita Electronics Corp
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Publication of JPH1050673A publication Critical patent/JPH1050673A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and method for plasma etching monitor which ensure a stability of the etching process, and improve the yield. SOLUTION: To obtain the end point information in a plasma etching process, the production change rate of a gas produced for the plasma etching of a wafer 1 is detected through a synthetic bilayer 2 on the basis of the integrated quantity, i.e., the change rate of the oscillation frequency of a quartz oscillator 1 and hence the detection thereof is made on the order of ppm or ppb, according to the accuracy of the oscillator 1.

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、半導体素子用ウエ
ハに対するプラズマエッチングの過程をモニターするプ
ラズマエッチングモニター装置及びその方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching monitor for monitoring a process of plasma etching of a semiconductor device wafer and a method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体素子用のウエハをプラズマ
によりエッチングするためのプラズマエッチング装置に
おいて、そのエッチングの過程をモニターするプラズマ
エッチングモニター方法として、終点検出法の1つであ
りプローブを利用するプローブ法を用いて、エッチング
途上のプラズマ温度及びプラズマ密度を測定しそれらの
変化を検知することによりエッチングの過程をモニター
して、エッチングの終点等を検出しその情報を得てい
た。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a plasma etching apparatus for etching a wafer for a semiconductor device by plasma, one of end point detection methods, a probe using a probe, is used as a plasma etching monitoring method for monitoring the etching process. The plasma process and the plasma density during the etching are measured using the method, and the changes in the plasma temperature and the plasma density are detected to monitor the etching process, thereby detecting the end point of the etching and obtaining the information.

【0003】このようなプローブ法を用いたプラズマエ
ッチングモニター方法については、例えば、ジャーナル
・エレクトロケミカル・ソサイアティ129巻(198
2年)第2522頁から第2527頁(J.Elect
rochem.Soc.129(1982)PP252
2−PP2527)に発表されている。
[0003] A plasma etching monitoring method using such a probe method is described in, for example, Journal Electrochemical Society, Vol. 129 (198).
2 years) pp. 2522 to 2527 (J. Elect
rochem. Soc. 129 (1982) PP252
2-PP2527).

【0004】このプラズマエッチングモニター方法を用
いたプラズマエッチング装置について、その概略構成を
以下に説明する。図4は上記の文献に発表された従来の
プラズマエッチングモニター方法を用いてエッチングの
過程をモニターするように構成されたプラズマエッチン
グ装置の一例である。ここでは、上記で説明したプロー
ブ法を用いた場合を例に挙げて説明する。図4におい
て、8はプラズマエッチング反応室、9は下部電極、1
0は上部電極、11は半導体素子用のウエハ、12は整
合器、13は高周波発振器、14はメカニカル・ブース
タ・ポンプ、15aは反応ガス注入口、15bは反応ガ
ス排気口、22はプローブ法によりエッチングの過程を
モニターするプローブである。
A schematic configuration of a plasma etching apparatus using this plasma etching monitoring method will be described below. FIG. 4 shows an example of a plasma etching apparatus configured to monitor an etching process using the conventional plasma etching monitoring method disclosed in the above-mentioned literature. Here, the case where the above-described probe method is used will be described as an example. In FIG. 4, 8 is a plasma etching reaction chamber, 9 is a lower electrode, 1
Reference numeral 0 denotes an upper electrode, 11 denotes a wafer for a semiconductor element, 12 denotes a matching device, 13 denotes a high-frequency oscillator, 14 denotes a mechanical booster pump, 15a denotes a reaction gas inlet, 15b denotes a reaction gas exhaust port, and 22 denotes a probe method. This is a probe that monitors the etching process.

【0005】ここでは、ウエハ11としては、例えばシ
リコンSi及び酸化膜SiO2 及び窒化膜Si34
成分とするものが用いられる。また、プローブ22とし
ては、例えばラングミュラプローブ等が用いられる。
Here, as the wafer 11, for example, a wafer composed of silicon Si, an oxide film SiO 2 and a nitride film Si 3 N 4 is used. As the probe 22, for example, a Langmuir probe or the like is used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来のプラズマエッチングモニター方法では、エッ
チングの終点を正確に検出するためにはプローブ22の
表面積を小さくしなければならず、しかも、プラズマエ
ッチングの終点を検出する場合、ウエハ11上のプラズ
マ密度が均一で分布していることが前提として要求され
るが、実際には、プラズマ密度は均一に分布していない
ので、微細加工を進める上において支障をきたすことに
なる。
However, in the conventional plasma etching monitoring method as described above, the surface area of the probe 22 must be reduced in order to accurately detect the end point of the etching, and furthermore, the plasma etching monitoring method is not required. In order to detect the end point, it is required that the plasma density on the wafer 11 is evenly distributed. However, in practice, the plasma density is not uniformly distributed, which hinders the progress of fine processing. Will come.

【0007】すなわち、プラズマエッチングにおける終
点検出の精度とともに信頼性が低下し、そのため、ウエ
ハ11の製造における歩留も低下するという問題点を有
していた。
That is, there is a problem in that the reliability is lowered along with the accuracy of the end point detection in the plasma etching, and the yield in the production of the wafer 11 is also lowered.

【0008】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、簡単な構成でエッチングの過程をモニターするこ
とができ、しかもプラズマエッチングの終点検出の信頼
性を向上してエッチング・プロセスの安定性を確保する
ことができ、ウエハの製造における歩留りを改善するこ
とができるプラズマエッチングモニター装置及びその方
法を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems. It is possible to monitor the etching process with a simple structure, and to improve the reliability of detecting the end point of plasma etching to stabilize the etching process. Provided is a plasma etching monitor device and a method thereof, which can ensure the performance and can improve the yield in wafer manufacturing.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のプラズマエッチングモニター装置及びその
方法は、プラズマエッチング時にウエハ上で発生したプ
ラズマエッチング生成ガスを水晶振動子に特殊被膜され
ている合成二分子膜が吸着してその重量が増加し、この
重量の増加に応じて水晶振動子の振動数が減少し、この
振動数の減少分に対応して外部に出力された電気信号に
基づいて、プラズマエッチング生成ガスの合成二分子膜
への吸着量を測定して、プラズマエッチング生成ガスの
発生変化量を検出することにより、プラズマエッチング
の過程をモニターし、これにより、プラズマエッチング
の過程における終点情報を得るためその終点を検出する
場合にも、ウエハ上で発生するプラズマエッチング生成
ガスの発生変化量を、合成二分子膜を通じて水晶振動子
の振動数の変化量である積分量に基づいて検出するの
で、その検出を水晶振動子の精度に従って、ppmない
しppbオーダの精度で行うことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a plasma etching monitor apparatus and a plasma etching method according to the present invention are characterized in that a plasma etching gas generated on a wafer during plasma etching is specially coated on a quartz oscillator. The synthesized bilayer membrane is adsorbed and its weight increases, and the frequency of the crystal oscillator decreases in accordance with the increase in the weight, and the electric signal output to the outside corresponds to the decrease in the frequency. The plasma etching process is monitored by measuring the amount of adsorption of the plasma etching product gas to the synthetic bilayer film and detecting the change in the generation of the plasma etching product gas. Of the plasma etching gas generated on the wafer even when the end point is detected to obtain the end point information at Since it detected based on the integrated amount which is the amount of change of the frequency of the quartz oscillator through synthetic bilayer, to the precision of the crystal oscillator of the detection, to not ppm and performing a precision of ppb order.

【0010】以上により、従来のように表面積を小さく
する必要のあるプローブを設けることなく、簡単な構成
でエッチングの過程をモニターすることができ、しかも
プラズマエッチングの終点検出の信頼性を向上してエッ
チング・プロセスの安定性を確保することができるとと
もに、プラズマエッチングの際の終点検出を自動化する
ことができ、ウエハの製造における歩留りを改善するこ
とができる。
As described above, it is possible to monitor the etching process with a simple structure without providing a probe that requires a small surface area as in the prior art, and to improve the reliability of detecting the end point of plasma etching. The stability of the etching process can be ensured, and the end point detection at the time of plasma etching can be automated, so that the yield in wafer manufacturing can be improved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載のプラズ
マエッチングモニター装置は、半導体素子用のウエハを
プラズマによりエッチングするプラズマエッチング装置
において、そのプラズマエッチング用反応ガスによるプ
ラズマエッチングの反応過程をモニターするプラズマエ
ッチングモニター装置であって、前記プラズマエッチン
グの反応過程で生成される反応生成ガスを吸着する合成
二分子膜が特殊被膜され固有の振動数を有する水晶振動
子を前記プラズマエッチングの反応室の内部に設け、前
記プラズマエッチングの反応過程における前記水晶振動
子の振動数をカウントする振動数カウンタと、前記振動
数カウンタによりカウントされた振動数の変化を電気信
号に変換する変換器と、前記変換器からの電気信号をモ
ニターし、そのモニター情報に基づいて、前記プラズマ
エッチング用反応ガスのプラズマエッチング反応室内へ
の注入を制御するモニター制御装置とを備え、前記モニ
ター制御装置を、そのモニター情報に基づいて、前記プ
ラズマエッチングの反応過程における反応の開始前状態
及び過渡状態を検出するよう構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A plasma etching monitoring apparatus according to a first aspect of the present invention is a plasma etching apparatus for etching a wafer for a semiconductor device by using a plasma. A plasma etching monitor device for monitoring, wherein a synthetic bilayer film for adsorbing a reaction product gas generated in a reaction process of the plasma etching is specially coated and a quartz oscillator having a unique frequency is formed in a reaction chamber of the plasma etching. A frequency counter that counts the frequency of the crystal oscillator in the reaction process of the plasma etching, a converter that converts a change in the frequency counted by the frequency counter into an electric signal, Monitors the electrical signal from the converter and A monitor control device for controlling the injection of the plasma etching reaction gas into the plasma etching reaction chamber based on the monitor information, wherein the monitor control device is used in the plasma etching reaction process based on the monitor information. It is configured to detect a pre-start state and a transient state of the reaction.

【0012】請求項2に記載のプラズマエッチングモニ
ター方法は、半導体素子用ウエハにプラズマエッチング
する反応室の内部に、プラズマエッチング用反応ガスに
よる前記プラズマエッチングの反応過程で生成される反
応生成ガスを吸着する合成二分子膜が特殊被膜され固有
の振動数を有する水晶振動子を設け、前記プラズマエッ
チングの反応過程をモニターするに際し、前記プラズマ
エッチングの反応過程における前記水晶振動子の振動数
をカウントする振動数カウント工程と、前記振動数カウ
ント工程でカウントされた前記水晶振動子の振動数の変
化を電気信号に変換する変換工程と、前記変換工程で変
換された電気信号をモニターし、そのモニター情報に基
づいて、前記プラズマエッチング用反応ガスのプラズマ
エッチング反応室内への注入を制御するモニター制御工
程とからなり、前記モニター制御工程で、そのモニター
情報に基づいて、前記プラズマエッチングの反応過程に
おける反応の開始前状態及び過渡状態を検出する方法と
する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma etching monitoring method, wherein a reaction product gas generated in a reaction process of the plasma etching by a plasma etching reaction gas is adsorbed in a reaction chamber for performing a plasma etching on a semiconductor element wafer. A synthetic bilayer film to be formed is provided with a crystal oscillator having a specific frequency which is specially coated, and when monitoring the reaction process of the plasma etching, a vibration for counting the frequency of the crystal oscillator in the reaction process of the plasma etching. A number counting step, a conversion step of converting a change in the frequency of the crystal resonator counted in the frequency counting step into an electric signal, and monitoring the electric signal converted in the conversion step, and monitoring information thereof. Based on the plasma etching reaction chamber of the reaction gas for plasma etching It consists of a monitor control step of controlling the injection into, in the monitor control step, based on the monitor information, a method of detecting a prestart state and transient state of reaction in the reaction process of the plasma etching.

【0013】上記の構成及び方法によると、プラズマエ
ッチング時にウエハ上で発生したプラズマエッチング生
成ガスを水晶振動子に特殊被膜されている合成二分子膜
が吸着してその重量が増加し、この重量の増加に応じて
水晶振動子の振動数が減少し、この振動数の減少分に対
応して外部に出力された電気信号に基づいて、プラズマ
エッチング生成ガスの合成二分子膜への吸着量を測定し
て、プラズマエッチング生成ガスの発生変化量を検出す
ることにより、プラズマエッチングの過程をモニターす
る。
According to the above-described structure and method, the synthetic bilayer film specially coated on the quartz oscillator adsorbs the plasma etching product gas generated on the wafer during the plasma etching, and the weight increases. The frequency of the crystal oscillator decreases as the frequency increases, and the amount of plasma etching gas adsorbed on the synthetic bilayer is measured based on the electrical signal output to the outside in response to the decrease in the frequency. Then, the process of the plasma etching is monitored by detecting the generated change amount of the plasma etching product gas.

【0014】これにより、プラズマエッチングの過程に
おける終点情報を得るためその終点を検出する場合に
も、ウエハ上で発生するプラズマエッチング生成ガスの
発生変化量を、合成二分子膜を通じて水晶振動子の振動
数の変化量である積分量に基づいて検出するので、その
検出を水晶振動子の精度に従って、ppmないしppb
オーダの精度で行える。
Accordingly, even when the end point is detected in order to obtain the end point information in the plasma etching process, the amount of change in the plasma etching generated gas generated on the wafer is controlled by the vibration of the quartz oscillator through the synthetic bilayer film. Since the detection is performed based on the integral amount, which is the amount of change in the number, the detection is performed in ppm or ppb according to the accuracy of the crystal unit.
Can be performed with order accuracy.

【0015】以下、本発明の実施の形態を示すプラズマ
エッチングモニター装置及びその方法について、図面を
参照しながら具体的に説明する。図1は本実施の形態の
プラズマエッチングモニター方法を実施するためのプラ
ズマエッチングモニター装置の構成説明図である。図1
において、1は人間の鼻の嗅覚細胞のモデル物質である
合成二分子膜2を特殊被膜した水晶振動子、3は水晶振
動子1の振動数を伝達する振動数伝達ケーブル、4は、
振動数伝達ケーブル3により伝達された水晶振動子1の
振動数をカウントし、そのカウント数を積分して後処理
の装置に積分値を伝達する振動数カウンタ、5は、振動
数カウンタ4から伝達された振動数の積分値を電気信号
に変換し、この電気信号である例えば電圧値を一定の増
幅率にて増幅した後に後処理の装置に伝達する変換器、
6は、変換器5によって変換及び増幅及び伝達された水
晶振動子1の積分された振動数減少分である例えば電圧
値をモニターし、例えばプラズマエッチング終点を検出
したことを後処理の装置に伝達し、プラズマエッチング
用反応ガスを制御するモニター制御装置、7はプラズマ
エッチング用の反応ガス制御系である。ここでは、合成
二分子膜2を特殊被膜した水晶振動子1と振動数伝達ケ
ーブル3とで嗅覚センサーQ1を構成している。以上の
構成要素によって、プラズマエッチングモニター装置が
構成されている。
Hereinafter, a plasma etching monitor device and a method thereof according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of the configuration of a plasma etching monitor device for performing the plasma etching monitoring method of the present embodiment. FIG.
In the figure, 1 is a crystal oscillator having a special coating of a synthetic bilayer 2 which is a model substance of human nose olfactory cells, 3 is a frequency transmission cable for transmitting the frequency of the crystal oscillator 1, and 4 is
A frequency counter that counts the frequency of the crystal oscillator 1 transmitted by the frequency transmission cable 3, integrates the count, and transmits the integrated value to a post-processing device, and 5 transmits a frequency from the frequency counter 4. A converter that converts the integrated value of the frequency thus converted into an electric signal and amplifies the electric signal, for example, a voltage value at a constant amplification factor, and transmits the amplified signal to a post-processing device;
6 monitors, for example, a voltage value which is an integrated frequency decrease of the crystal unit 1 converted, amplified and transmitted by the converter 5, and transmits, for example, detection of a plasma etching end point to a post-processing apparatus. A monitor control device 7 for controlling the reaction gas for plasma etching, and 7 is a reaction gas control system for plasma etching. Here, an olfactory sensor Q1 is constituted by the crystal oscillator 1 specially coated with the synthetic bilayer film 2 and the frequency transmission cable 3. The above components constitute a plasma etching monitor.

【0016】また、8はプラズマエッチング反応室、9
は下部電極、10は上部電極、11はプラズマエッチン
グの対象である半導体素子用のウエハ、12は高周波発
振器13を保護してプラズマエッチング中で消費される
電力を増すための整合器、14はメカニカル・ブースタ
・ポンプ、15aは反応ガス注入口、15bは反応ガス
排気口である。これらの構成要素は、図4の従来例に示
すものと同様である。
Reference numeral 8 denotes a plasma etching reaction chamber;
Is a lower electrode, 10 is an upper electrode, 11 is a wafer for a semiconductor element to be subjected to plasma etching, 12 is a matching device for protecting a high-frequency oscillator 13 and increasing power consumed during plasma etching, and 14 is a mechanical device. A booster pump, 15a is a reaction gas inlet, and 15b is a reaction gas exhaust port. These components are the same as those shown in the conventional example of FIG.

【0017】図2は図1に示す本実施の形態のプラズマ
エッチングモニター装置の動作原理の説明図であり、図
2(a)は嗅覚センサーQ1の部分拡大図で、図2
(b)は水晶振動子1に特殊被膜された合成二分子膜2
の拡大断面図である。図2(b)において、16は、プ
ラズマエッチングによりエッチング対象である半導体素
子用のウエハ11上に発生するプラズマエッチング反応
ガス分子であり、例えばSiF4 等がある。
FIG. 2 is an explanatory view of the operation principle of the plasma etching monitor of the present embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 2 (a) is a partially enlarged view of the olfactory sensor Q1, and FIG.
(B) shows a synthetic bilayer film 2 specially coated on a quartz oscillator 1.
It is an expanded sectional view of. In FIG. 2B, reference numeral 16 denotes a plasma etching reaction gas molecule generated on the semiconductor element wafer 11 to be etched by the plasma etching, such as SiF 4 .

【0018】図3は本実施の形態のプラズマエッチング
モニター方法による終点検出を説明するための動作波形
図である。図3において、17はプラズマエッチング反
応開始前の状態、18はプラズマエッチング反応過渡状
態、19はプラズマエッチング反応終了状態、20はプ
ラズマエッチング反応開始点、21はプラズマエッチン
グ反応終了点である。
FIG. 3 is an operation waveform diagram for explaining end point detection by the plasma etching monitoring method of the present embodiment. In FIG. 3, reference numeral 17 denotes a state before the start of the plasma etching reaction, 18 denotes a transition state of the plasma etching reaction, 19 denotes a state where the plasma etching reaction is completed, 20 denotes a plasma etching reaction start point, and 21 denotes a plasma etching reaction end point.

【0019】以上のように構成されたプラズマエッチン
グモニター装置を用いたプラズマエッチングモニター方
法について、そのプラズマエッチング反応終了点(プラ
ズマエッチング終点のように記載する)の検出動作と水
晶振動子1の動作とを以下に説明する。
Regarding the plasma etching monitoring method using the plasma etching monitoring device configured as described above, the operation of detecting the end point of the plasma etching reaction (described as the end point of the plasma etching) and the operation of the quartz oscillator 1 are described. Will be described below.

【0020】まず、図1に示すように、ウエハ11をプ
ラズマエッチング反応室8内に設置された下部電極9上
に搬送することにより設置する。その後、プラズマエッ
チング反応室8内を、メカニカル・ブースタ・ポンプ1
4によって、例えば真空度が数10-7Torr程度であ
る真空状態にする。
First, as shown in FIG. 1, the wafer 11 is set by transferring it onto the lower electrode 9 installed in the plasma etching reaction chamber 8. Then, the inside of the plasma etching reaction chamber 8 is moved to the mechanical booster pump 1.
In step 4, a vacuum state is established in which the degree of vacuum is, for example, about several tens -7 Torr.

【0021】このようにして、プラズマエッチング反応
室8内が真空状態に到達した後、プラズマエッチング用
反応ガスの制御系7を用いて、反応ガス注入口15aか
ら、例えば、四ふっ化炭素CF4 等の活性ガスを、例え
ば1Torr程度注入する。上記プラズマエッチング用
反応ガスの注入完了後、整合器12及び高周波発振器1
3を用いて、高周波電圧をプラズマエッチング反応室8
に設置した下部電極9及び上部電極10間に印加し、そ
れらの電極間にプラズマを発生させる。
After the inside of the plasma etching reaction chamber 8 reaches a vacuum state in this manner, for example, carbon tetrafluoride CF 4 is supplied from the reaction gas inlet 15a by using the control system 7 for the reaction gas for plasma etching. Is injected, for example, about 1 Torr. After the injection of the reaction gas for plasma etching is completed, the matching device 12 and the high-frequency oscillator 1
, A high frequency voltage is applied to the plasma etching reaction chamber 8.
Is applied between the lower electrode 9 and the upper electrode 10 which are set at the same time, and plasma is generated between the electrodes.

【0022】プラズマ発生後、例えば、シリコンSi及
び酸化膜SiO2 及び窒化膜Si34 を成分とするウ
エハ11上で下記の化学反応式にて示す化学反応が起き
る。 Si + 4F* → SiF4 ↑ SiO2 + 4F* → SiF4 ↑+ O2 ↑ Si34 +12F* →3SiF4 ↑+2N2 ↑ この化学反応式において、F* は上記CF4 ガスを放電
した場合の活性なふっ素ラジカルF* である。また、S
iF4 は揮発性の物質であり直ちに蒸発する。
After the plasma is generated, a chemical reaction represented by the following chemical reaction formula occurs on the wafer 11 containing, for example, silicon Si, oxide film SiO 2 and nitride film Si 3 N 4 . Si + 4F * → SiF 4 ↑ SiO 2 + 4F * → SiF 4 ↑ + O 2 ↑ Si 3 N 4 + 12F * → 3SiF 4 ↑ + 2N 2に お い て In this chemical reaction formula, F * discharges the CF 4 gas. The active fluorine radical F * is the case. Also, S
iF 4 is a volatile substance that evaporates immediately.

【0023】上記で蒸発した例えばSiF4 のような揮
発性のプラズマエッチング反応ガス分子16は、ウエハ
11上部にて、図2(b)に示すように、合成二分子膜
2に選択的に吸着される。この吸着されたプラズマエッ
チング反応ガス分子16の重量に応じて、合成二分子膜
2が特殊被膜された水晶振動子1の振動数が減少する。
これは、プラズマエッチング反応ガス分子16が合成二
分子膜2に付着することで合成二分子膜2部分の重量が
増加し、この重量のため合成二分子膜2が特殊被膜され
た水晶振動子1が振動しにくくなるためである。
The volatile plasma etching reaction gas molecules 16 such as SiF 4 evaporated as described above are selectively adsorbed on the synthetic bilayer film 2 above the wafer 11 as shown in FIG. Is done. According to the weight of the adsorbed plasma etching reaction gas molecules 16, the frequency of the crystal resonator 1 on which the synthetic bilayer film 2 is specially coated decreases.
This is because the weight of the synthetic bilayer 2 increases due to the plasma etching reaction gas molecules 16 adhering to the synthetic bilayer 2, and due to this weight, the quartz oscillator 1 on which the synthetic bilayer 2 is specially coated is formed. Is less likely to vibrate.

【0024】次に、合成二分子膜2が特殊被膜された水
晶振動子1の振動数の変化量は、振動数伝達ケーブル3
によって振動数カウンタ4に伝達され、振動数カウンタ
4によって、図3に示すプラズマエッチング反応開始前
の状態17及びプラズマエッチング反応過渡状態18及
びプラズマエッチング反応終了状態19に至るプラズマ
エッチング時間において積分される。
Next, the amount of change in the frequency of the crystal resonator 1 on which the synthetic bilayer film 2 is specially coated is determined by the frequency transmission cable 3.
3, and is integrated by the frequency counter 4 in the plasma etching time to the state 17 before the plasma etching reaction starts, the plasma etching reaction transient state 18 and the plasma etching reaction end state 19 shown in FIG. .

【0025】上記のようにして積分された水晶振動子1
の振動数の変化量は、同時に、変換器5によって電気信
号に変換され、この電気信号である例えば電圧値は一定
の増幅率にて増幅され、モニター制御装置6に伝達され
る。モニター制御装置6では、上記のようにして積分さ
れた水晶振動子1の振動数の変化量である例えば電圧値
をモニターし、例えば、図3に示すように、プラズマエ
ッチング反応開始点20及びプラズマエッチング反応終
了点21を水晶振動子1の振動数変化量の動作波形から
読みとり、プラズマエッチング終点となるプラズマエッ
チング反応終了点21を検出したことを、プラズマエッ
チング用反応ガスの制御系7に伝達する。
The quartz oscillator 1 integrated as described above
Is simultaneously converted into an electric signal by the converter 5, and the electric signal, for example, a voltage value is amplified at a constant amplification factor and transmitted to the monitor control device 6. The monitor control device 6 monitors, for example, a voltage value which is a change amount of the frequency of the crystal unit 1 integrated as described above, and, for example, as shown in FIG. The etching reaction end point 21 is read from the operation waveform of the frequency change amount of the crystal unit 1, and the detection of the plasma etching reaction end point 21 serving as the plasma etching end point is transmitted to the control system 7 for the reaction gas for plasma etching. .

【0026】プラズマエッチング用反応ガスの制御系7
に伝達されたプラズマエッチング反応終了点21の検出
による終点検出情報に基づいて、プラズマエッチング用
反応ガスの制御系7から注入されるガス量及び整合器1
2及び高周波発振器13及びメカニカル・ブースタ・ポ
ンプ14が制御され、例えばプラズマエッチング終了と
判断された場合は、プラズマエッチング用反応ガス制御
系7のガス注入及び整合器12及び高周波発振器13及
びメカニカル・ブースタ・ポンプ14等が停止し、反応
ガス排気口15bによって、反応ガスが排気され、プラ
ズマエッチングが終了となる。
Control system 7 for reaction gas for plasma etching
The amount of gas injected from the plasma etching reaction gas control system 7 and the matching unit 1 based on the end point detection information by the detection of the plasma etching reaction end point 21 transmitted to
2 and the high-frequency oscillator 13 and the mechanical booster pump 14 are controlled. For example, when it is determined that the plasma etching is completed, the gas injection and matching unit 12 of the reaction gas control system 7 for plasma etching, the high-frequency oscillator 13 and the mechanical booster The pump 14 and the like are stopped, the reaction gas is exhausted through the reaction gas exhaust port 15b, and the plasma etching ends.

【0027】以上のようにして、プラズマエッチング中
に発生するプラズマエッチング反応による微量のプラズ
マエッチング生成ガスを選択的に吸着させることで、プ
ラズマエッチング反応開始前の状態17及びプラズマエ
ッチング反応過渡状態18及びプラズマエッチング反応
終了状態19をモニターでき、曳いては、プラズマエッ
チングの終点情報を得ることができる。
As described above, by selectively adsorbing a small amount of plasma etching gas generated by the plasma etching reaction generated during the plasma etching, the state 17 before the start of the plasma etching reaction, the transient state 18 of the plasma etching reaction, The plasma etching reaction end state 19 can be monitored, and the end point information of the plasma etching can be obtained.

【0028】これにより、従来のように表面積を小さく
する必要のあるプローブを設けることなく、簡単な構成
でエッチングの過程をモニターすることができ、しかも
プラズマエッチングの終点検出の信頼性を向上してエッ
チング・プロセスの安定性を確保することができるとと
もに、プラズマエッチングの際の終点検出を自動化する
ことができ、ウエハの製造における歩留りを改善するこ
とができる。
Thus, it is possible to monitor the etching process with a simple structure without providing a probe that requires a small surface area as in the prior art, and to improve the reliability of detecting the end point of plasma etching. The stability of the etching process can be ensured, and the end point detection at the time of plasma etching can be automated, so that the yield in wafer manufacturing can be improved.

【0029】なお、上記の実施の形態のプラズマエッチ
ングモニター装置において、合成二分子膜2が特殊被膜
された水晶振動子1は、簡単な機構によって枚葉式にす
ることや、着脱式にすることも可能であり、同様の効果
が得られる。
In the plasma etching monitor of the above-described embodiment, the quartz resonator 1 having the special coating of the synthetic bilayer film 2 may be made into a single-wafer type or a detachable type by a simple mechanism. Is also possible, and a similar effect can be obtained.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プラズマ
エッチング時にウエハ上で発生したプラズマエッチング
生成ガスを水晶振動子に特殊被膜されている合成二分子
膜が吸着してその重量が増加し、この重量の増加に応じ
て水晶振動子の振動数が減少し、この振動数の減少分に
対応して外部に出力された電気信号に基づいて、プラズ
マエッチング生成ガスの合成二分子膜への吸着量を測定
して、プラズマエッチング生成ガスの発生変化量を検出
することにより、プラズマエッチングの過程をモニター
し、これにより、プラズマエッチングの過程における終
点情報を得るためその終点を検出する場合にも、ウエハ
上で発生するプラズマエッチング生成ガスの発生変化量
を、合成二分子膜を通じて水晶振動子の振動数の変化量
である積分量に基づいて検出するので、その検出を水晶
振動子の精度に従って、ppmないしppbオーダの精
度で行うことができる。
As described above, according to the present invention, the synthetic bilayer film specially coated on the quartz oscillator adsorbs the plasma etching product gas generated on the wafer during the plasma etching and the weight thereof increases. The frequency of the crystal oscillator decreases in accordance with the increase in the weight, and the plasma etching generated gas is applied to the synthetic bilayer film based on an electric signal output to the outside in accordance with the decrease in the frequency. The process of plasma etching is monitored by measuring the amount of adsorption and detecting the amount of change in the generated gas of the plasma etching product, thereby obtaining the end point information in the process of plasma etching. The amount of change in the plasma etching gas generated on the wafer is calculated based on the integral amount, which is the amount of change in the frequency of the quartz oscillator through the synthetic bilayer. Since detected There, it is possible to perform the detection to the precision of the crystal oscillator, to not ppm with an accuracy of ppb order.

【0031】そのため、従来のように表面積を小さくす
る必要のあるプローブを設けることなく、簡単な構成で
エッチングの過程をモニターすることができ、しかもプ
ラズマエッチングの終点検出の信頼性を向上してエッチ
ング・プロセスの安定性を確保することができるととも
に、プラズマエッチングの際の終点検出を自動化するこ
とができ、ウエハの製造における歩留りを改善すること
ができる。
Therefore, it is possible to monitor the etching process with a simple structure without providing a probe that requires a small surface area as in the conventional case, and to improve the reliability of detecting the end point of the plasma etching to improve the etching. The process stability can be ensured, the end point detection during plasma etching can be automated, and the yield in wafer manufacturing can be improved.

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

【図1】本発明の実施の形態のプラズマエッチングモニ
ター装置の構成説明図
FIG. 1 is a configuration explanatory view of a plasma etching monitor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態の水晶振動子の動作原理の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation principle of the crystal resonator according to the embodiment.

【図3】同実施の形態の動作を説明する波形図FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment.

【図4】従来のプラズマエッチングモニター方法の説明
FIG. 4 is an explanatory view of a conventional plasma etching monitoring method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水晶振動子 2 合成二分子膜 3 振動数伝達ケーブル 4 振動数カウンタ 5 変換器 6 モニター制御装置 17 プラズマエッチング反応開始前の状態 18 プラズマエッチング反応過渡状態 19 プラズマエッチング反応終了状態 20 プラズマエッチング反応開始点 21 プラズマエッチング反応終了点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quartz crystal oscillator 2 Synthetic bilayer film 3 Frequency transmission cable 4 Frequency counter 5 Converter 6 Monitor control device 17 State before plasma etching reaction start 18 Plasma etching reaction transient state 19 Plasma etching reaction end state 20 Plasma etching reaction start Point 21 Plasma etching reaction end point

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子用のウエハをプラズマにより
エッチングするプラズマエッチング装置において、その
プラズマエッチング用反応ガスによるプラズマエッチン
グの反応過程をモニターするプラズマエッチングモニタ
ー装置であって、前記プラズマエッチングの反応過程で
生成される反応生成ガスを吸着する合成二分子膜が特殊
被膜され固有の振動数を有する水晶振動子を前記プラズ
マエッチングの反応室の内部に設け、前記プラズマエッ
チングの反応過程における前記水晶振動子の振動数をカ
ウントする振動数カウンタと、前記振動数カウンタによ
りカウントされた振動数の変化を電気信号に変換する変
換器と、前記変換器からの電気信号をモニターし、その
モニター情報に基づいて、前記プラズマエッチング用反
応ガスのプラズマエッチング反応室内への注入を制御す
るモニター制御装置とを備え、前記モニター制御装置
を、そのモニター情報に基づいて、前記プラズマエッチ
ングの反応過程における反応の開始前状態及び過渡状態
を検出するよう構成したプラズマエッチングモニター装
置。
1. A plasma etching apparatus for etching a wafer for a semiconductor device by plasma, wherein the plasma etching monitor monitors a reaction process of plasma etching by a reaction gas for plasma etching. A synthetic bilayer film that adsorbs the generated reaction product gas is specially coated and a quartz oscillator having a unique frequency is provided inside the reaction chamber of the plasma etching, and the quartz oscillator in the reaction process of the plasma etching is provided. A frequency counter that counts the frequency, a converter that converts a change in the frequency counted by the frequency counter into an electric signal, and monitors the electric signal from the converter, based on the monitor information, The plasma etching of the reaction gas for plasma etching A monitor control device for controlling injection into the etching reaction chamber, wherein the monitor control device is configured to detect a pre-start state and a transient state of the reaction in the plasma etching reaction process based on the monitor information. Plasma etching monitor device.
【請求項2】 半導体素子用ウエハにプラズマエッチン
グする反応室の内部に、プラズマエッチング用反応ガス
による前記プラズマエッチングの反応過程で生成される
反応生成ガスを吸着する合成二分子膜が特殊被膜され固
有の振動数を有する水晶振動子を設け、前記プラズマエ
ッチングの反応過程をモニターするに際し、前記プラズ
マエッチングの反応過程における前記水晶振動子の振動
数をカウントする振動数カウント工程と、前記振動数カ
ウント工程でカウントされた前記水晶振動子の振動数の
変化を電気信号に変換する変換工程と、前記変換工程で
変換された電気信号をモニターし、そのモニター情報に
基づいて、前記プラズマエッチング用反応ガスのプラズ
マエッチング反応室内への注入を制御するモニター制御
工程とからなり、前記モニター制御工程で、そのモニタ
ー情報に基づいて、前記プラズマエッチングの反応過程
における反応の開始前状態及び過渡状態を検出するプラ
ズマエッチングモニター方法。
2. A synthetic bilayer film which adsorbs a reaction product gas generated in a plasma etching reaction process by a plasma etching reaction gas is specially coated inside a reaction chamber for performing plasma etching on a semiconductor element wafer. Providing a crystal resonator having a frequency of: a frequency counting step of counting the frequency of the crystal resonator in the reaction process of the plasma etching when monitoring the reaction process of the plasma etching; and the frequency counting step. A conversion step of converting the change in the frequency of the crystal unit counted in the above into an electrical signal, and monitoring the electrical signal converted in the conversion step, based on the monitor information, the reaction gas for the plasma etching. It consists of a monitor control process that controls the injection into the plasma etching reaction chamber. A plasma etching monitoring method for detecting a pre-start state and a transient state of a reaction in the plasma etching reaction process based on the monitor information in the monitor control step.
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