JPH1154486A - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents
Plasma processing device and plasma processing methodInfo
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- JPH1154486A JPH1154486A JP21424997A JP21424997A JPH1154486A JP H1154486 A JPH1154486 A JP H1154486A JP 21424997 A JP21424997 A JP 21424997A JP 21424997 A JP21424997 A JP 21424997A JP H1154486 A JPH1154486 A JP H1154486A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造装
置に関し、特に、半導体装置の製造過程において、プラ
ズマ処理の終点判定機能を有する装置およびプラズマ処
理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 an apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an apparatus having a function of determining an end point of a plasma process in a process of manufacturing a semiconductor device and a plasma processing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】エッチングを例としてプラズマ処理を説
明する。プラズマエッチングは、一般にプラズマを発生
する石英製の反応容器内にエッチングガスを導入し、反
応容器内に設置した対向する電極の一方にシリコンウエ
ハーを置き、電極間に高周波電力を印加してプラズマを
発生させ、プラズマ中の反応活性種により、シリコンウ
エハーの表面に形成した膜をこの膜上に形成されたマス
クパターンに従ってエッチングするものである。エッチ
ングを実施するに当たっては、エッチングが不十分であ
ったり、過度に行われたりしないように、エッチングを
制御する必要がある。もし、エッチングの終了が早すぎ
ると、エッチング除去すべき部分の膜が完全に除去され
ず、従って、この膜はマスクパターンを忠実に再現した
形状にエッチングされず、所望する特性の半導体装置が
得られない。また、逆にエッチングの終了が遅すぎる
と、レジスト下部の膜を過剰にエッチングしたり、膜の
下側部分を過剰にエッチングしてサイドエッチングを生
じたりする問題がある。さらに、エッチング処理される
べき膜の厚さが不均一であったり、膜の特性に差があっ
たりすると、シリコンウエハー毎に、あるいはシリコン
ウエハーグループ毎に、エッチング速度やプラズマエッ
チング特性に変動が生じ、そのために一定のエッチング
時間でエッチングを終了させるという方法では、適正な
制御を行うことができない。このため、シリコンウエハ
ー毎、あるいはシリコンウエハーグループ毎にエッチン
グの終点を検出してエッチングを終了する必要がある。2. Description of the Related Art Plasma processing will be described by taking etching as an example. In plasma etching, generally, an etching gas is introduced into a quartz reaction vessel that generates plasma, a silicon wafer is placed on one of the opposed electrodes installed in the reaction vessel, and high-frequency power is applied between the electrodes to generate plasma. The generated, reactive species in the plasma etch the film formed on the surface of the silicon wafer in accordance with the mask pattern formed on the film. In performing the etching, it is necessary to control the etching so that the etching is not performed insufficiently or excessively. If the etching is completed too early, the film of the portion to be etched is not completely removed. Therefore, this film is not etched into a shape that faithfully reproduces the mask pattern, and a semiconductor device having desired characteristics can be obtained. I can't. On the other hand, if the end of the etching is too late, there is a problem that the film under the resist is excessively etched or the lower part of the film is excessively etched to cause side etching. Furthermore, if the thickness of the film to be etched is non-uniform or the characteristics of the film are different, the etching rate and the plasma etching characteristics vary from silicon wafer to silicon wafer or silicon wafer group. Therefore, in the method of terminating the etching in a constant etching time, appropriate control cannot be performed. For this reason, it is necessary to detect the end point of the etching for each silicon wafer or each silicon wafer group and terminate the etching.
【０００３】従来、エッチングの終点を判定する方法と
して、いくつかの技術が提案されている。一つの方法
は、高周波電力を電極に印加することにより発生するプ
ラズマ中の反応活性種の発光スペクトルを観測すること
により、この発光スペクトルの強度変化からエッチング
の終点を検出する発光分光分析法である。例えば、二酸
化シリコン（ＳｉＯ2 ）をフロンガス（ＣＦ4 ）を用い
てエッチングする場合、下記の反応によってエッチング
が行われる。Conventionally, several techniques have been proposed as methods for determining the end point of etching. One method is an emission spectroscopy method in which an emission spectrum of a reactive species in a plasma generated by applying high-frequency power to an electrode is observed, and an end point of etching is detected from a change in the intensity of the emission spectrum. . For example, when silicon dioxide (SiO 2 ) is etched using chlorofluorocarbon gas (CF 4 ), the etching is performed by the following reaction.
【０００４】[0004]
【化１】ＣＦ4 → ＣＦ3 ＋Ｆ* 、ＳｉＯ2 ＋４Ｆ*
→ ＳｉＦ4 ＋Ｏ2 そして、反応生成ガスであるＳｉＦ4 またはＯ2 の反応
活性種による発光スペクトルの強度変化を分光分析器よ
り測定し、エッチングが終了して反応生成ガスが発生し
なくなり、その発光スペクトルの強度が減少した時点を
エッチングの終点として検出している。## STR1 ## CF 4 → CF 3 + F * , SiO 2 + 4F *
→ The intensity change of the emission spectrum due to the reactive species of SiF 4 + O 2 and SiF 4 or O 2 , which is the reaction product gas, is measured by a spectroscope. Etching is completed and no reaction product gas is generated. The point at which the intensity of the spectrum decreases is detected as the end point of the etching.
【０００５】しかし、この方法では反応容器中のプラズ
マからの発光スペクトルを観測するための観測用の窓が
必要であり、この観測用の窓の劣化、あるいは反応生成
物の堆積によって透過率が低下し、観測される発光スペ
クトル強度が減少するため、終点を誤検出したり、場合
によっては検出不可能になることがある。また、エッチ
ングされる膜の種類が変わった場合やエッチングガスが
変わった場合など、反応活性種が変わるために発光スペ
クトルが変わり、観測すべき発光スペクトルが変わって
しまう。このため、エッチングされる膜の種類やエッチ
ングガスが変わる度に終点が検出できる位の強度変化が
得られる波長を調べるのに多大な労力と時間を必要と
し、場合によっては適切な波長が得られないこともあ
る。さらに、この方法では終点の検出が遅れがちになる
ため、応答性のよい終点検出ができず、エッチング過剰
になってしまう場合もある。However, this method requires an observation window for observing the emission spectrum from the plasma in the reaction vessel, and the transmittance decreases due to deterioration of the observation window or deposition of reaction products. However, since the observed emission spectrum intensity decreases, the end point may be erroneously detected or may not be detectable in some cases. Further, when the type of the film to be etched is changed or when the etching gas is changed, the emission spectrum changes due to the change of the reactive species, and the emission spectrum to be observed changes. For this reason, it takes a great deal of effort and time to find a wavelength at which an intensity change that can detect the end point is obtained every time the type of film to be etched or the etching gas changes, and in some cases, an appropriate wavelength is obtained. Not always. Further, in this method, the detection of the end point tends to be delayed, so that the end point with good responsiveness cannot be detected, and the etching may be excessive.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上の問題を解決する
他の終点検出方法として、高周波電圧や、被エッチング
試料の電位（Ｖｄｃ）変化等を利用する方法、プラズマ
インピーダンスの変化を利用する方法が提案されてい
る。As other end point detection methods for solving the above problems, there are a method using a high frequency voltage, a change in the potential (Vdc) of a sample to be etched, and a method using a change in plasma impedance. Proposed.
【０００７】特開昭６１−２５６６３７号公報は、高周
波電圧の変化を測定し、終点を検出する方法を示してい
る。しかし、この方法は高圧、高密度プラズマを用いる
反応系以外では感度が低く、終点検出の安定性が悪いと
いう問題がある。特開昭６３−１２８７１８号公報は、
被エッチング試料の電位（Ｖｄｃ）の変化を測定し、終
点を検出する方法を示している。この方法では、終点付
近で得られる電位（Ｖｄｃ）の強度変化は十分大きなも
のではなく、被エッチング膜の種類やエッチングガスに
よっては終点検出の安定性が低いという問題がある。特
開平７−１７９６４１号公報は、プラズマインピーダン
スの変化を測定し、終点を検出する方法を示している。
この方法は、単にプラズマインピーダンスのみを計測し
ているため、終点付近で得られるプラズマインピーダン
スの強度変化は十分大きなものではなく、終点検出の安
定性が悪いという問題がある。Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 61-256637 discloses a method of measuring a change in a high-frequency voltage and detecting an end point. However, this method has a problem that the sensitivity is low except for a reaction system using high-pressure and high-density plasma, and the stability of end point detection is poor. JP-A-63-128718 discloses that
A method of measuring a change in potential (Vdc) of a sample to be etched and detecting an end point is shown. This method has a problem that the intensity change of the potential (Vdc) obtained near the end point is not sufficiently large, and the stability of the end point detection is low depending on the type of the film to be etched or the etching gas. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-179641 discloses a method of measuring a change in plasma impedance and detecting an end point.
In this method, since only the plasma impedance is measured, the change in the intensity of the plasma impedance obtained near the end point is not sufficiently large, and there is a problem that the stability of the end point detection is poor.
【０００８】本発明の目的は半導体装置の作製におい
て、高周波放電によるプラズマを用いたエッチング、ア
ッシング、および装置のクリーニングの終点を検出を簡
便に行うことのできる方法、およびそのための装置を備
えたプラズマ処理装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a method for easily detecting the end points of etching, ashing, and cleaning of a device using plasma generated by high-frequency discharge in the manufacture of a semiconductor device, and a plasma equipped with the device. It is to provide a processing device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によるプラズマ処
理装置は、半導体装置を作製するためのプラズマ処理装
置であって、内部にプラズマを発生してプラズマ処理を
行うための処理室と、プラズマを発生させるための電極
と、該電極に高周波電力を印加する手段と、プラズマイ
ンピーダンスを計測する手段と、プラズマインピーダン
スを実数部と虚数部とに分け、前記実数部と虚数部のい
ずれか一方の正負を反転して加えた合成波形に基づいて
プラズマ処理の終点を判定する終点判定手段を有するこ
とを特徴とする。A plasma processing apparatus according to the present invention is a plasma processing apparatus for manufacturing a semiconductor device, and includes a processing chamber for generating plasma therein and performing plasma processing, and a plasma processing apparatus. An electrode for generating, means for applying high-frequency power to the electrode, means for measuring plasma impedance, and dividing the plasma impedance into a real part and an imaginary part, and the sign of one of the real part and the imaginary part Is characterized by having end point determination means for determining the end point of the plasma processing based on the combined waveform obtained by inverting the waveform.
【００１０】ここで、好ましくは、前記プラズマ処理装
置が半導体装置の作製過程においてプラズマエッチング
を行う装置であって、前記終点判定手段はエッチング処
理の終点を判定する手段である。Here, preferably, the plasma processing apparatus is an apparatus for performing plasma etching in a process of manufacturing a semiconductor device, and the end point determining means is a means for determining an end point of the etching process.
【００１１】または、前記プラズマ処理装置が半導体装
置の作製過程においてフォトレジストフィルムのアッシ
ングを行う装置であって、前記終点判定手段はアッシン
グ処理の終点を判定する手段であり、または、前記プラ
ズマ処理装置がプラズマＣＶＤ装置であって、前記終点
判定手段は該ＣＶＤ装置のクリーニング処理の終点を判
定する手段である。Alternatively, the plasma processing apparatus is an apparatus for performing ashing of a photoresist film in a process of manufacturing a semiconductor device, and the end point determining means is a means for determining an end point of the ashing processing. Is a plasma CVD apparatus, and the end point determining means is means for determining an end point of the cleaning process of the CVD apparatus.
【００１２】本発明によるプラズマ処理方法は、上述し
たプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であっ
て、プラズマ処理を行うための処理室内にプラズマを発
生し、発生したプラズマのインピーダンスを計測して、
プラズマインピーダンスを実数部と虚数部とに分け、前
記実数部と虚数部のいずれか一方の正負を反転して加え
た合成波形に基づいてプラズマ処理の終点を判定して、
プラズマ処理を終了することを特徴とする。A plasma processing method according to the present invention is a plasma processing method in the above-described plasma processing apparatus, in which plasma is generated in a processing chamber for performing plasma processing, and impedance of the generated plasma is measured.
The plasma impedance is divided into a real part and an imaginary part, and the end point of the plasma processing is determined based on a composite waveform obtained by inverting the sign of one of the real part and the imaginary part,
The plasma processing is terminated.
【００１３】ここで、前記合成波形において、プラズマ
インピーダンスが定常状態から１０〜２０％変化した時
点を終点として判定することが好ましい。Here, in the composite waveform, it is preferable that the time point when the plasma impedance changes by 10 to 20% from the steady state is determined as the end point.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明では、高周波電力を印加す
る電極に高圧プローブを接続して、この高圧プローブに
よりプラズマインピーダンスを計測する。さらに、計測
されたプラズマインピーダンスＺを、その実数部Ｘと虚
数部Ｙの二つに分けて独立に計測し、実数部と虚数部の
いずれか一方の正負を反転した上で、両者をを加えるこ
ととによって合成波形を得る。例えば、虚数部の正負を
反転して合成した波形はＺ＝Ｘ＋ｉＹとなる。プラズマ
インピーダンスを実数部と虚数部の二つに分けてそれぞ
れ独立に計測し、そのいずれか一方の正負を反転した上
で合波することによって、単にプラズマインピーダンス
を計測するより大きな変化量を得ることができる。これ
は、下式（１）に示すように、プラズマインピーダンス
の変化量の絶対値（｜ΔＺ｜）は、プラズマインピーダ
ンスの実数部の絶対値（｜ΔＸ｜）とプラズマインピー
ダンスの虚数部の絶対値（｜ΔＹ｜）との和以下となる
ためである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a high voltage probe is connected to an electrode to which high frequency power is applied, and a plasma impedance is measured by the high voltage probe. Furthermore, the measured plasma impedance Z is divided into two parts, a real part X and an imaginary part Y, and independently measured, and after inverting the sign of either the real part or the imaginary part, both are added. Thus, a composite waveform is obtained. For example, a waveform synthesized by inverting the sign of the imaginary part is Z = X + iY. Obtain a larger variation than simply measuring the plasma impedance by dividing the plasma impedance into two parts, the real part and the imaginary part, and measuring them independently, inverting the sign of either one and combining them. Can be. This is because, as shown in the following equation (1), the absolute value (| ΔZ |) of the change amount of the plasma impedance is the absolute value of the real part (| ΔX |) of the plasma impedance and the absolute value of the imaginary part of the plasma impedance. (| ΔY |) or less.
【００１５】[0015]
【数１】 ｜ΔＺ｜≦｜ΔＸ｜＋｜ΔＹ｜ （１） さらに、実数部の変化率と虚数部の変化率は正負の符号
が反対であるために、両者のいずれかを正負反転して加
え合わせることによって、より大きな変化量を得ること
ができる。| ΔZ | ≦ | ΔX | + | ΔY | (1) Further, since the change rate of the real part and the change rate of the imaginary part are opposite in sign, the sign of either of them is inverted. By adding them together, a larger amount of change can be obtained.
【００１６】本発明では、プラズマインピーダンスの実
数部と虚数部を独立にモニターしているので、プラズマ
の状態変化を感度よく検知できる。つまり、終点を迅速
に検出することができ、被エッチング膜の種類やエッチ
ングガスが変わった場合でも終点検出は可能である。さ
らに、プラズマからの発光スペクトルを観測するための
観測用の窓が不要であり、窓の劣化、汚れによる終点判
定の不安定性はなく、安定した終点検出が可能である。In the present invention, since the real part and the imaginary part of the plasma impedance are independently monitored, a change in the plasma state can be detected with high sensitivity. That is, the end point can be quickly detected, and the end point can be detected even when the type of the film to be etched or the etching gas is changed. Further, an observation window for observing the emission spectrum from the plasma is not required, and there is no instability in the end point determination due to deterioration or contamination of the window, and stable end point detection is possible.
【００１７】[0017]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１８】図１は本発明の一実施例によるプラズマエ
ッチング装置およびプラズマＣＶＤ装置の模式的断面図
である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma etching apparatus and a plasma CVD apparatus according to one embodiment of the present invention.
【００１９】平行平板型プラズマエッチング装置に本発
明を適用した例について説明する。プラズマエッチング
装置は処理室１を有し、処理室１には対向する平行平板
電極として上部電極２と下部電極４が配置されている。
下部電極は被処理物であるシリコンウエハー３を置くた
めのステージ４を兼ねている。上部電極２には高周波電
源６から、整合器５を介して、所望する電圧の高周波電
力が印加されるようになっている。上部電極２には高圧
プローブ７が接続されている。高圧プローブにより、プ
ラズマインピーダンスの実数部の信号９および虚数部の
信号１０を独立に計測し、終点判定装置８において実数
部の信号と虚数部の信号のいずれか一方を正負反転した
上で実数部の信号と虚数部の信号を合波する。そして、
終点判定装置８はエッチングの終点を検出すると終了信
号を高周波電源６に送り、プラズマを停止させる。処理
室１には、図示を省略してあるが、エッチングガス供給
系が接続されている。また、処理室１には、やはり図示
を省略した真空ポンプ系につながる排気系が設けられて
いる。エッチングガス供給系から一定流量のエッチング
ガスを流し、排気系により真空排気することによって処
理室１内を一定圧力に保つことができる。An example in which the present invention is applied to a parallel plate type plasma etching apparatus will be described. The plasma etching apparatus has a processing chamber 1 in which an upper electrode 2 and a lower electrode 4 are arranged as opposed parallel plate electrodes.
The lower electrode also serves as a stage 4 on which the silicon wafer 3 to be processed is placed. A high frequency power of a desired voltage is applied to the upper electrode 2 from a high frequency power supply 6 via a matching unit 5. A high voltage probe 7 is connected to the upper electrode 2. The high-voltage probe independently measures the signal 9 of the real part and the signal 10 of the imaginary part of the plasma impedance. And the signal of the imaginary part are multiplexed. And
When detecting the end point of the etching, the end point determination device 8 sends an end signal to the high frequency power supply 6 to stop the plasma. Although not shown, an etching gas supply system is connected to the processing chamber 1. Further, the processing chamber 1 is provided with an exhaust system connected to a vacuum pump system, also not shown. The inside of the processing chamber 1 can be maintained at a constant pressure by flowing a constant flow of the etching gas from the etching gas supply system and evacuating by an exhaust system.
【００２０】シリコンウエハー上に形成された二酸化シ
リコン（ＳｉＯ2 ）膜と、二酸化シリコン膜上に形成さ
れたシリコンナイトライド（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜をシリコン
ナイトライド膜上に形成されたフォトレジストをマスク
としてエッチングする場合を例として説明する。エッチ
ングガスとしてＣＦ4 およびＯ2 を用い、処理室１にＣ
Ｆ4 を３７ＳＣＣＭ、Ｏ2 を３ＳＣＣＭ流し、処理室１
の圧力が０．４Ｔｏｒｒになるように排気系を駆動す
る。上部電極２に高周波電力を１５０Ｗ印加し、エッチ
ングを行う。シリコンナイトライド膜をエッチングして
いる間は、プラズマは安定しているため、プラズマイン
ピーダンスの実数部、虚数部はともに図２に示すように
安定している。次にエッチングの終点近傍になると、被
エッチング膜であるシリコンナイトライド膜のエッチン
グ面積が減少し、下地膜である二酸化シリコン膜の面積
が増加してくる。このため、シリコンナイトライド膜よ
り揮発する成分が減少し、プラズマ状態が変化する。こ
の時、整合器５で高周波電力のマッチングが行われる
が、図２に示すように、一時、プラズマインピーダンス
の実数部が減少し、虚数部が増加する。その後、速やか
にマッチングが行われ、実数部および虚数部はともに元
の値に戻る。虚数部の正負を反転して実数部と合波した
合波図形を図３に示す。シリコンナイトライド膜をエッ
チングしている間は、合波波形によるプラズマインピー
ダンスは一定の値を保っている。エッチングの終点近傍
になると、プラズマインピーダンスは減少し、やがて極
小点を経て、元の値に回復する。この合成波形とシリコ
ンナイトライド膜のエッチング状態との関係を鋭意検討
した結果、安定なプラズマ状態に対応する合成波形上の
プラズマインピーダンス値が、１０〜２０％変化した時
点がシリコンナイトライド膜のエッチング終了時点に一
致することが判明した。虚数部を正負反転して実数部と
合波した場合は、図３に示すように、プラズマインピー
ダンスが安定状態の値の８０〜９０％になった時点を、
実数部を正負反転して虚数部と合波した場合はプラズマ
インピーダンスが安定状態の値の１１０〜１２０％にな
った時点を終点として検出する。A silicon dioxide (SiO 2 ) film formed on a silicon wafer and a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film formed on the silicon dioxide film are combined with a photoresist formed on the silicon nitride film. A case where etching is performed as a mask will be described as an example. Using CF 4 and O 2 as etching gases,
F 4 to 37 sccm, O 2 and flow 3 SCCM, the processing chamber 1
The exhaust system is driven such that the pressure of the exhaust gas becomes 0.4 Torr. 150 W of high frequency power is applied to the upper electrode 2 to perform etching. Since the plasma is stable while the silicon nitride film is being etched, both the real part and the imaginary part of the plasma impedance are stable as shown in FIG. Next, near the end point of the etching, the etching area of the silicon nitride film as the film to be etched decreases, and the area of the silicon dioxide film as the base film increases. For this reason, components volatilized from the silicon nitride film decrease, and the plasma state changes. At this time, the matching of the high-frequency power is performed by the matching unit 5, but as shown in FIG. 2, the real part of the plasma impedance temporarily decreases and the imaginary part increases. Thereafter, matching is quickly performed, and both the real part and the imaginary part return to the original values. FIG. 3 shows a multiplexed figure in which the sign of the imaginary part is inverted and multiplexed with the real part. While the silicon nitride film is being etched, the plasma impedance due to the combined waveform maintains a constant value. Near the end point of the etching, the plasma impedance decreases and eventually returns to the original value through the minimum point. As a result of intensive studies on the relationship between this combined waveform and the etching state of the silicon nitride film, the point at which the plasma impedance value on the combined waveform corresponding to a stable plasma state changed by 10 to 20% was determined as the etching time of the silicon nitride film. It turned out to match the end time. When the imaginary part is inverted to plus or minus and multiplexed with the real part, as shown in FIG. 3, the point in time when the plasma impedance becomes 80 to 90% of the value in the stable state,
When the real part is inverted and multiplexed with the imaginary part, the point when the plasma impedance becomes 110 to 120% of the value in the stable state is detected as the end point.
【００２１】二酸化シリコン膜のエッチングにおける終
点判定も上述したシリコンナイトライド膜の終点判定と
同様である。The end point determination in the etching of the silicon dioxide film is the same as the above-described end point determination of the silicon nitride film.
【００２２】同軸型プラズマアッシング装置に本発明を
適用した例について説明する。図４は、本発明の一実施
例による同軸型プラズマアッシング装置の模式図であ
る。図１の装置と同一部分は同じ参照符号を付して説明
を省略する。処理室１にはその外側に外部電極１１が、
処理室の内側には内部電極１２が配置されている。シリ
コンウエハー３は内部電極１２の内側に配置される。外
部電極１１には整合器５を介して高周波電源６から高周
波電力が印加される。処理室１にアッシングガスを供給
するガス供給系および排気系は図１と同様に図示を省略
してある。An example in which the present invention is applied to a coaxial plasma ashing apparatus will be described. FIG. 4 is a schematic diagram of a coaxial plasma ashing apparatus according to one embodiment of the present invention. The same parts as those of the apparatus of FIG. The processing chamber 1 has an external electrode 11 outside thereof.
An internal electrode 12 is disposed inside the processing chamber. The silicon wafer 3 is arranged inside the internal electrode 12. High frequency power is applied to the external electrode 11 from the high frequency power supply 6 via the matching unit 5. A gas supply system and an exhaust system for supplying an ashing gas to the processing chamber 1 are not shown in the figure as in FIG.
【００２３】シリコンウエハー上に形成された二酸化シ
リコン（ＳｉＯ2 ）膜と、二酸化シリコン膜上に形成さ
れたシリコンナイトライド（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜をシリコン
ナイトライド膜上に形成されたフォトレジストをマスク
としてエッチングした後、フォトレジストマスクをアッ
シングする場合を例として説明する。アッシングガスと
してＯ2 を用い、処理室にＯ2 を８００ＳＣＣＭ流し、
処理室１内の圧力を０．９Ｔｏｒｒになるように排気系
を駆動する。外部電極１１に高周波電力を９００Ｗ印加
し、アッシングを行う。フォトレジスト膜をアッシング
している間はプラズマ安定しているため、プラズマイン
ピーダンスの実数部、虚数部は、図２に示したエッチン
グの時と同様に、ともに安定しており、従って、実数部
に正負を反転した虚数部を合波した波形も安定してい
る。アッシングの終点近傍になると、フォトレジスト膜
の面積が減少してくる。このため、フォトレジストから
揮発する成分が減少し、プラズマ状態が変化する。この
時、整合器５で高周波電力のマッチングが行われるが、
一時、プラズマインピーダンスの実数部が減少し、虚数
部が増加する。その後、速やかにマッチングが行われ、
実数部、虚数部ともに元の値に戻る。この実数部と虚数
部の一方を正負反転した上で合波することによって合成
した信号をモニタすることによって、上述したエッチン
グの場合と同様に終点を判定することができる。A silicon dioxide (SiO 2 ) film formed on a silicon wafer and a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film formed on the silicon dioxide film are combined with a photoresist formed on the silicon nitride film. A case where ashing is performed on a photoresist mask after etching as a mask will be described as an example. Using O 2 as ashing gas, flowing O 2 into the processing chamber at 800 SCCM,
The exhaust system is driven so that the pressure in the processing chamber 1 becomes 0.9 Torr. Ashing is performed by applying 900 W of high-frequency power to the external electrode 11. Since the plasma is stable during the ashing of the photoresist film, the real part and the imaginary part of the plasma impedance are both stable as in the case of the etching shown in FIG. The waveform obtained by multiplexing the imaginary part whose polarity is inverted is also stable. Near the end point of ashing, the area of the photoresist film decreases. For this reason, components volatilized from the photoresist are reduced, and the plasma state is changed. At this time, matching of the high-frequency power is performed by the matching unit 5,
At one time, the real part of the plasma impedance decreases and the imaginary part increases. After that, matching is performed promptly,
Both the real and imaginary parts return to their original values. By monitoring a signal synthesized by combining one of the real part and the imaginary part after inverting one of the real part and the imaginary part, the end point can be determined in the same manner as in the above-described etching.
【００２４】平行平板型プラズマＣＶＤ装置のプラズマ
クリーニングに本発明を適用した例について説明する。
平行平板型プラズマＣＶＤ装置の構成は、図１に示した
プラズマエッチング装置の構成と同様であるので図１を
参照して説明する。ただし、クリーニングであるので、
シリコンウエハーは処理室内には置かれていない。An example in which the present invention is applied to plasma cleaning in a parallel plate type plasma CVD apparatus will be described.
The configuration of the parallel plate type plasma CVD apparatus is the same as the configuration of the plasma etching apparatus shown in FIG. 1 and will be described with reference to FIG. However, since it is cleaning,
The silicon wafer is not placed in the processing chamber.
【００２５】ＣＶＤ中に、処理室１の内壁、上部電極２
および下部電極４に堆積した二酸化シリコン（ＳｉＯ
2 ）膜を除去（クリーニング）する例について説明す
る。クリーニングガスとしてＣ2 Ｆ6 およびＯ2 を用
い、処理室１にＣ2 Ｆ6 を６００ＳＣＣＭ、Ｏ2 を７０
０ＳＣＣＭ流し、処理室の圧力を６〜８Ｔ０ｒｒになる
ように排気系を駆動する。上部電極２に高周波電力を７
５０Ｗ印加し、クリーニングを行う。処理室１内に堆積
している二酸化シリコンをクリーニングしている間はプ
ラズマ安定しているため、プラズマインピーダンスの実
数部、虚数部は、図２に示したエッチングの時と同様
に、ともに安定しており、従って、実数部に正負を反転
した虚数部を合波した波形も安定している。クリーニン
グの終点近傍になると、処理室内に堆積している二酸化
シリコンの面積が減少してくる。このため、堆積した二
酸化シリコンから揮発する成分が減少し、プラズマ状態
が変化する。この時、整合器５で高周波電力のマッチン
グが行われるが、一時、プラズマインピーダンスの実数
部が減少し、虚数部が増加する。その後、速やかにマッ
チングが行われ、実数部、虚数部ともに元の値に戻る。
この実数部と虚数部の一方を正負反転した上で合波する
ことによって合成した信号をモニタすることによって、
上述したエッチングの場合と同様に終点を判定すること
ができる。During CVD, the inner wall of the processing chamber 1 and the upper electrode 2
And silicon dioxide (SiO 2) deposited on the lower electrode 4.
2 ) An example of removing (cleaning) the film will be described. C 2 F 6 and O 2 were used as cleaning gases, and C 2 F 6 was set to 600 SCCM and O 2 was set to 70 in the processing chamber 1.
The exhaust system is driven so that 0 SCCM flows and the pressure in the processing chamber becomes 6 to 8T0rr. Apply high frequency power to upper electrode 2
Cleaning is performed by applying 50 W. Since the plasma is stable while the silicon dioxide deposited in the processing chamber 1 is being cleaned, the real part and the imaginary part of the plasma impedance are both stable as in the etching shown in FIG. Therefore, the waveform obtained by multiplexing the imaginary part obtained by inverting the sign of the real part is also stable. Near the end point of cleaning, the area of silicon dioxide deposited in the processing chamber decreases. For this reason, components volatilized from the deposited silicon dioxide decrease, and the plasma state changes. At this time, the matching of the high-frequency power is performed by the matching unit 5, but the real part of the plasma impedance temporarily decreases and the imaginary part increases. Thereafter, matching is quickly performed, and both the real part and the imaginary part return to the original values.
By monitoring a signal synthesized by combining one of the real part and the imaginary part after inverting one of the real and imaginary parts,
The end point can be determined as in the case of the above-described etching.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に置いて
は、プラズマ処理の終点の判定において、プラズマイン
ピーダンスの実数部と虚数部のいずれか一方を正負反転
した上で、両者を合波して合成された波形の変動点を終
点として判定する。それによって、従来の方法に比べＳ
／Ｎ比の高い高精度な終点の検出が可能である。また、
被処理膜の種類や処理のためのガスが変わっても、波長
の最適化を行う必要がなく、終点の検出が可能である。
さらに、観測用の窓を使用しないために、終点判定の安
定性が向上する。As described above, according to the present invention, in determining the end point of the plasma processing, one of the real part and the imaginary part of the plasma impedance is inverted, and the two are combined. The change point of the combined waveform is determined as the end point. Thereby, compared to the conventional method, S
It is possible to detect an end point with a high / N ratio and high accuracy. Also,
Even if the type of the film to be processed or the gas for processing changes, it is not necessary to optimize the wavelength, and the end point can be detected.
Further, since no observation window is used, the stability of the end point determination is improved.
【００２７】本発明は、プラズマエッチング装置、プラ
ズマアッシング装置などに適用し、また、プラズマＣＶ
Ｄ装置のクリーニングに適用して特に有効である。The present invention is applied to a plasma etching apparatus, a plasma ashing apparatus, and the like.
It is particularly effective when applied to cleaning of the D apparatus.
【図１】本発明の一実施例によるプラズマエッチング装
置の模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention.
【図２】プラズマインピーダンスの実数部と虚数部の波
形図である。FIG. 2 is a waveform diagram of a real part and an imaginary part of a plasma impedance.
【図３】プラズマインピーダンスの実数部に虚数部の正
負を反転して合波した波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram obtained by inverting the sign of an imaginary part with respect to a real part of a plasma impedance and multiplexing them.
【図４】本発明の一実施例による同軸型プラズマアッシ
ング装置の模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a coaxial plasma ashing apparatus according to one embodiment of the present invention.
１ 処理室 ２ 上部電極 ３ シリコンウエハー ４ 下部電極（ステージ） ５ 整合器 ６ 高周波電源 ７ 高圧プローブ ８ 終点判定装置 ９ 実数部の信号 １０ 虚数部の信号 １１ 外部電極 １２ 内部電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing chamber 2 Upper electrode 3 Silicon wafer 4 Lower electrode (stage) 5 Matcher 6 High frequency power supply 7 High voltage probe 8 End point judging device 9 Signal of real part 10 Signal of imaginary part 11 External electrode 12 Internal electrode
Claims (6)
理装置であって、内部にプラズマを発生してプラズマ処
理を行うための処理室と、プラズマを発生させるための
電極と、該電極に高周波電力を印加する手段と、プラズ
マインピーダンスを計測する手段と、プラズマインピー
ダンスを実数部と虚数部とに分け、前記実数部と虚数部
のいずれか一方の正負を反転して加えた合成波形に基づ
いてプラズマ処理の終点を判定する終点判定手段を有す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。1. A plasma processing apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a processing chamber for generating plasma therein to perform plasma processing; an electrode for generating plasma; Means, a means for measuring the plasma impedance, the plasma impedance is divided into a real part and an imaginary part, and the plasma is generated based on a combined waveform obtained by inverting the sign of one of the real part and the imaginary part. A plasma processing apparatus comprising end point determining means for determining an end point of processing.
製過程においてプラズマエッチングを行う装置であっ
て、前記終点判定手段はエッチング処理の終点を判定す
る手段であることを特徴とする請求項１に記載のプラズ
マ処理装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is an apparatus that performs plasma etching in a process of manufacturing a semiconductor device, and the end point determining unit is a unit that determines an end point of the etching process. Plasma processing equipment.
製過程においてフォトレジストフィルムのアッシングを
行う装置であって、前記終点判定手段はアッシング処理
の終点を判定する手段であることを特徴とする請求項１
に記載のプラズマ処理装置。3. The apparatus according to claim 2, wherein said plasma processing apparatus is an apparatus for performing ashing of a photoresist film in a process of manufacturing a semiconductor device, and said end point determining means is means for determining an end point of the ashing processing. 1
3. The plasma processing apparatus according to 1.
装置であって、前記終点判定手段は該ＣＶＤ装置のクリ
ーニング処理の終点を判定する手段であることを特徴と
する請求項１に記載のプラズマ処理装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the end point determination unit is a unit that determines an end point of a cleaning process of the CVD apparatus.
ズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、プラ
ズマ処理を行うための処理室内にプラズマを発生し、発
生したプラズマのインピーダンスを計測して、プラズマ
インピーダンスを実数部と虚数部とに分け、前記実数部
と虚数部のいずれか一方の正負を反転して加えた合成波
形に基づいてプラズマ処理の終点を判定して、プラズマ
処理を終了することを特徴とするプラズマ処理方法。5. A plasma processing method in a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein plasma is generated in a processing chamber for performing plasma processing, and impedance of the generated plasma is measured. The plasma impedance is divided into a real part and an imaginary part, and the end point of the plasma processing is determined based on a composite waveform obtained by inverting the sign of one of the real part and the imaginary part and terminating the plasma processing. A plasma processing method characterized by the above-mentioned.
ーダンスが定常状態から１０〜２０％変化した時点を終
点として判定することを特徴とする請求項５に記載のプ
ラズマ処理方法。6. The plasma processing method according to claim 5, wherein a point in time when the plasma impedance changes by 10 to 20% from a steady state in the combined waveform is determined as an end point.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040032410A (en) * | 2002-10-09 | 2004-04-17 | 아남반도체 주식회사 | Apparatus for detecting dry etch end point of semiconductor device manufacturing process |
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1997
- 1997-08-08 JP JP21424997A patent/JP3609241B2/en not_active Expired - Fee Related
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