JPS6013460B2 - plasma monitor - Google Patents

plasma monitor

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JPS6013460B2
JPS6013460B2 JP10314279A JP10314279A JPS6013460B2 JP S6013460 B2 JPS6013460 B2 JP S6013460B2 JP 10314279 A JP10314279 A JP 10314279A JP 10314279 A JP10314279 A JP 10314279A JP S6013460 B2 JPS6013460 B2 JP S6013460B2
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JP
Japan
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plasma
slit
emission intensity
spectrometer
plasma monitor
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JP10314279A
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謙雄 金井
邦男 原田
進也 飯田
巽 水谷
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/73Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using plasma burners or torches

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマモニターに関し、詳しくは、プラズマ
の所望部分の発光強度を測定して、プラズマによるエッ
チングや堆積における反応の解明あるいは、加工終点の
検出などを行なうための、プラズマモニターに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma monitor, and more specifically, a plasma monitor for measuring the emission intensity of a desired part of plasma to elucidate reactions in plasma etching or deposition, or to detect the end point of processing. Regarding plasma monitors.

各種半導体装置や記憶装置の製造など、微細加工を必要
とする分野において、プラズマを用いてエッチングや堆
積を行なう方法が提案されている。とくに、プラズマを
用いたエッチングは、装置の形状によって、プラズマエ
ッチングあるいは反応性スパッタエッチングとよばれ、
アンダーカットが少なく忠実性がすぐれているなど、多
くの特長があるので、微細加工に多く用いられている。
2. Description of the Related Art In fields that require microfabrication, such as the manufacture of various semiconductor devices and memory devices, methods of etching and deposition using plasma have been proposed. In particular, etching using plasma is called plasma etching or reactive sputter etching, depending on the shape of the equipment.
It has many features such as less undercuts and excellent fidelity, so it is often used for microfabrication.

これら、プラズマを用いたエッチングや堆積を行なう場
合、プラズマの状態とエッチングなどの間には、顕著な
関連性があることが明らかなので、プラズマの状態から
、反応機構の解明やエッチング終点の検出など、実用上
重要な情報を得ることができる。第1図は、そのために
行なわれた従来の一例を模式的に示した図であって、プ
ラズマの分光測定を行なった例を示すものである。
When performing etching or deposition using plasma, it is clear that there is a significant relationship between the state of the plasma and the etching process. , it is possible to obtain practically important information. FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a conventional method performed for this purpose, and shows an example in which spectroscopic measurement of plasma was performed.

すなわち、ガス導入系1を有する平行板型電極2,6、
真空排気系8、被加工物7および真空室3などからなる
プラズマエッチング装置に覗き窓5を設け、この覗き窓
5を介して、プラズマの状態を、分光器4によって測定
するものである。
That is, parallel plate electrodes 2, 6 having a gas introduction system 1,
A viewing window 5 is provided in a plasma etching apparatus consisting of an evacuation system 8, a workpiece 7, a vacuum chamber 3, etc., and the state of the plasma is measured through the viewing window 5 using a spectrometer 4.

(図面を簡単にするため、高周波電源などは図示を省略
してある。)しかし、このような従来の方法は、下記の
ように、いくつかの欠点があり、実用上の効果は、あま
り期待できない。
(In order to simplify the drawing, components such as high-frequency power supplies are omitted.) However, such conventional methods have several drawbacks as described below, and their practical effects are not as expected. Can not.

すなわち、第1図から明らかなように、分光器4は固定
されたままであるため、プラズマの所望部分のみを選択
的に分光測定することができない。
That is, as is clear from FIG. 1, since the spectrometer 4 remains fixed, it is not possible to selectively perform spectroscopic measurements of only a desired portion of the plasma.

そのため、電極間のプラズマの分布状態、プラズマの状
態と加工状況との関連など、実用上重要な目的には、ほ
とんど役立たない。また、分光器の設置場所が限定され
、所要面積も大きくなってしまう。本発明の目的は、上
記従来の問題を解決し、プラズマによるエッチングや薄
層の堆積に有用な、プラズマモニターを提供することで
ある。
Therefore, it is hardly useful for practically important purposes such as the distribution of plasma between electrodes and the relationship between the plasma state and processing conditions. Furthermore, the installation location of the spectrometer is limited, and the required area becomes large. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and provide a plasma monitor useful for plasma etching and thin layer deposition.

上記目的を達成するため、本発明は、スリットを介して
プラズマをたとえば分光器などを用いて測定することに
より、プラズマを層状に分割して順次発光強度分布を求
めるものである。
In order to achieve the above object, the present invention measures plasma through a slit using, for example, a spectrometer, thereby dividing the plasma into layers and sequentially determining the emission intensity distribution.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

第2図は、本発明の一実施例を示す図であり、覗き窓5
と分光器4の間に、平板電極2,6とほぼ平行なスリッ
ト9が置かれている。
FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of the present invention, in which the viewing window 5
A slit 9 substantially parallel to the flat electrodes 2 and 6 is placed between the spectrometer 4 and the spectrometer 4 .

このスリット9および分光器4を順次移動させぬことに
よって、平板電極2,6間に発生したプラズマを、層状
に分割して、順次分光測定を行なうものである。第3図
は、本発明の他の実施例を示し、スリット9と分光器9
の間に、二枚のミラー11,11′からなる光学系が設
けられている。
By not sequentially moving the slit 9 and the spectrometer 4, the plasma generated between the flat electrodes 2 and 6 is divided into layers, and spectroscopic measurements are performed sequentially. FIG. 3 shows another embodiment of the invention, in which the slit 9 and the spectrometer 9
An optical system consisting of two mirrors 11 and 11' is provided between them.

分光器4の有するスリット12は縦方向に設けられてい
るが、横方向(水平方向)のスリット9を介してミラー
11上に得られた横長の像10を、90o回転して縦長
の像に変換し、上記分光器4の有するスリット12に入
射させる。
Although the slit 12 of the spectrometer 4 is provided in the vertical direction, the horizontally long image 10 obtained on the mirror 11 through the lateral (horizontal) slit 9 is rotated by 90 degrees to form a vertically long image. The light is converted and made incident on the slit 12 of the spectrometer 4.

本実施例においては、分光器4とミラー1 1′を固定
し、スリット9と一方のミラー11のみを動かして、両
電極2,6間を走査することができ、第2図に示した実
施例よりも、プラズマの集光効率が高い、という特長が
ある。
In this embodiment, the spectroscope 4 and the mirror 11' are fixed, and only the slit 9 and one mirror 11 are moved to scan between the electrodes 2 and 6, which is similar to the embodiment shown in FIG. It has the advantage of higher plasma condensing efficiency than the example.

第4図は、スリット9から分光器4までの光の伝達を、
光ファイバー15によって行なった実施例を示す。
Figure 4 shows the transmission of light from the slit 9 to the spectrometer 4.
An example using an optical fiber 15 will be shown.

光ファイバー16の入口端面14および出力機面16は
、それぞれ、プラズマエッチング装置の覗き窓の近傍に
配置されたスリット9および分光器4のスリット12に
合致する形状に成形し、かつ「両端面14,16が、そ
れぞれ両スリット9,12に対向するように、光ファイ
バー15を900ねじつてある。
The entrance end face 14 and the output face 16 of the optical fiber 16 are formed into shapes that match the slit 9 and the slit 12 of the spectrometer 4, respectively, which are arranged near the viewing window of the plasma etching device, and The optical fiber 15 is twisted 900 times so that the slits 16 and 16 face the slits 9 and 12, respectively.

スリット9,1 2は、それぞれ縦と横の寸法比が異な
るが、ガラスファイバーの場合、両端面の形状を容易に
適合させることができる。したがって、第4図から明ら
かなように、平板電極2,6間に生じたプラズマ17の
うちの層状の部分18の光東は、スリット9およびシリ
ンドリカルレンズ13を経て光ファイバー15に入り、
分光器4に導かれる。
The slits 9 and 12 have different ratios of vertical and horizontal dimensions, but in the case of glass fiber, the shapes of both end surfaces can be easily matched. Therefore, as is clear from FIG. 4, the light of the layered portion 18 of the plasma 17 generated between the flat electrodes 2 and 6 enters the optical fiber 15 through the slit 9 and the cylindrical lens 13.
It is guided to a spectrometer 4.

なお、本実施例では、スリット9と入力機面14の間に
、シリンドリカルレンズ13を配置し、スリット9へ入
射する光東18を、すべて入力端面14へ集光するよう
にした。
In this embodiment, a cylindrical lens 13 is disposed between the slit 9 and the input device surface 14 so that all of the light beams 18 entering the slit 9 are focused onto the input end surface 14.

そのため、スリット9へ入射する光東は、すべて分光器
4へ導入されるので、集光効率は馨るしく向上するとと
もに、分光器4の設置場所も自由に選択できるようにな
り、実用上の利益は大きい。しかも、スリット9を複数
個組合わせて使用することによって、プラズマを層状に
分割する際の分解能をさらに向上させることもできる。
つぎに、本発明を用いて、プラズマの発光スペクトルを
測定した例について説明する。
Therefore, all of the light incident on the slit 9 is introduced into the spectrometer 4, which dramatically improves the light collection efficiency and allows the user to freely select the installation location of the spectrometer 4, which provides practical benefits. is big. Furthermore, by using a plurality of slits 9 in combination, it is possible to further improve the resolution when dividing the plasma into layers.
Next, an example in which the emission spectrum of plasma was measured using the present invention will be described.

実施例 1 平行平板型プラズマエッチング装置に、CF4を1班a
導入し、下部電極に、13.58MHZ、200Wの高
周波電力を印加してプラズマを発生させた。
Example 1 One group of CF4 was placed in a parallel plate plasma etching system.
A high frequency power of 13.58 MHZ and 200 W was applied to the lower electrode to generate plasma.

CF4を用いたプラズマでは、解離生成物、CF3,C
F2およびFなどが生ずるが、これらのうち、F原子の
発光スペクトルについて、両電極間の発光強度の分布を
、第4図に示した装置によつて調べた。その結果、第5
図に示したように、波長 703.7nm‘こおけるF原子の発光強度は、高周波
を印加した電極近傍では大きく、対向する接地電極に近
くなるにしたがって、小さくなる。
In plasma using CF4, dissociation products, CF3, C
F2, F, etc. are generated, and among these, the emission spectrum of the F atom was examined using the apparatus shown in FIG. 4 to examine the distribution of the emission intensity between the two electrodes. As a result, the fifth
As shown in the figure, the emission intensity of F atoms at a wavelength of 703.7 nm' is large near the electrode to which the high frequency was applied, and becomes smaller as it approaches the opposing ground electrode.

このプラズマ中にもSiウェーハを置くと、Si+4F
→SiF4の反応にしたがって、S‘がエッチされる。
If a Si wafer is also placed in this plasma, Si+4F
→S' is etched according to the reaction of SiF4.

この際のSiのエッチング速度は、第5図から明らかな
ように、F原子の発光強度とよく対応し、高周波電極近
傍になるほど、エッチング速度は大になる。従来の装置
では、このようなことを知ることは全く不可能であった
が、本発明によれば、発光強度の分布などを、極めて詳
細に知ることが可能であり、プラズマによる加工のメカ
ニズムなどを、詳しく解明するのに極めて有用である。
As is clear from FIG. 5, the etching rate of Si at this time corresponds well to the emission intensity of F atoms, and the etching rate increases as it approaches the high frequency electrode. With conventional equipment, it was completely impossible to know such things, but according to the present invention, it is possible to know the distribution of luminescence intensity in extremely detail, and it is possible to know the mechanism of processing by plasma, etc. It is extremely useful for elucidating in detail.

実施例 2 実施例1の場合と同じプラズマエッチング装置を用い、
導入するガスをCC〆4 ,BCそ3 または両者の混
合ガスとして、圧力1坪aのもとで、13.58MH2
の高周波電力を印加して、プラズマを発生させた。
Example 2 Using the same plasma etching apparatus as in Example 1,
The gas to be introduced is CC〆4, BC〆4, or a mixture of both, and the pressure is 1 tsubo a, 13.58MH2
High-frequency power was applied to generate plasma.

波長50仇mにおけるC夕十の発光強度の分布は、第6
図に示したように、実施例1の場合と同様に、やはり高
周波電極近傍が強く、対向する接地電極に近づくととも
に弱くなる。
The distribution of the emission intensity of C Yuju at a wavelength of 50 m is the 6th
As shown in the figure, as in the case of Example 1, the intensity is strong near the high frequency electrode, and becomes weaker as it approaches the opposing ground electrode.

このプラズマ中にA夕をさらすと、 Aそ十沈々→AそCZ3 なる反応によってA夕がエッチされる。When exposing A to this plasma, A so ten sink → A so CZ3 By this reaction, A Yu is etched.

この際、上記反応によって生じたAそC夕3 は、プラ
ズマ中に入り、解難してAそ原子が発光する。この場合
における、波長30籾mまたは39節皿のA〆原子の発
光強度の分布は、第6図に示すようであった。第6図か
ら明らかなように、A〆原子の発光強度分布は、塩素イ
オンの発光強度分布とは箸るしく異なり、高周波電極近
傍に局在する。
At this time, the A atoms generated by the above reaction enter the plasma, and as a result, the A atoms emit light. In this case, the distribution of the emission intensity of A-terminated atoms with a wavelength of 30 m or a 39-section plate was as shown in FIG. As is clear from FIG. 6, the emission intensity distribution of A. atoms is significantly different from the emission intensity distribution of chlorine ions, and is localized near the high frequency electrode.

したがって、上記ガスを用いてA〆をエッチする場合は
、Aそ発光強度の経時変化を測定すれば、Aそのエッチ
ングの進行と終了を知ることができる。
Therefore, when etching the A film using the above gas, the progress and completion of the etching can be determined by measuring the change over time in the emission intensity of the A film.

しかも、Aその発光強度は、上記のように、高周波電極
近傍において箸るしく大きいので、この部分におけるプ
ラズマの発光を測定すれば、大きな信号強度を得ること
ができ、高い精度のモニタリングが可能である。上記説
明から明らかなように、本発明は、下記の特徴を有して
いる。
Moreover, as mentioned above, the emission intensity is extremely high near the high-frequency electrode, so if the plasma emission in this area is measured, a large signal intensity can be obtained and highly accurate monitoring is possible. be. As is clear from the above description, the present invention has the following features.

‘1} 対向する両電極間に発生したプラズマを層状に
分割して、発光強度の分布を順次分光測定することがで
きる。
'1} The plasma generated between the opposing electrodes is divided into layers, and the distribution of emission intensity can be sequentially measured spectroscopically.

【21 両電極間のプラズマの発生状態の測定が可能に
なったため、プラズマの発生状態と加工状態の関係を知
ることができる。
[21] Since it has become possible to measure the state of plasma generation between both electrodes, it is possible to know the relationship between the state of plasma generation and the processing state.

【31 エッチングなどの最適制御が可能である。[31 Optimal control of etching, etc. is possible.

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

第1図は従釆のプラズマモニターを説明するための図、
第2図乃至第4図は本発明の異なる実施例を示す図、第
5図および第6図は本発明による測定結果を示す曲線図
である。 2,6・・・平板電極、4・・・分光器、5・・・覗き
窓、9,12…スリット、15…ガラスフアイバー。 菊r図※2図 豹3図 努4図 菊S図 稀ク図
Figure 1 is a diagram to explain the subordinate plasma monitor.
FIGS. 2 to 4 are diagrams showing different embodiments of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are curve diagrams showing measurement results according to the present invention. 2, 6... Flat plate electrode, 4... Spectrometer, 5... Viewing window, 9, 12... Slit, 15... Glass fiber. Chrysanthemum R *2 Leopard 3 Tsutomu 4 Chrysanthemum S Rare

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 平行平板型電極内に発生したプラズマの所望部分の
発光強度を、上記電極にほぼ平行なスリツトを介して測
定する手段をそなえたプラズマモニター。 2 上記発光強度の測定は分光器によって行なわれる特
許請求範囲第1項記載のプラズマモニター。 3 上記スリツトに入射した光は、ガラスフアイバーを
介して上記発光を測定する手段に導かれる特許請求の範
囲第1項もしくは第2項記載のプラズマモニター。 4 上記ガラスフアイバーの入力端面と出力端面の形状
が互いに異なっている特許請求の範囲第3項記載のプラ
ズマモニター。 5 上記プラズマの発光強度を、順次走査して測定する
手段をそなえた特許請求の範囲第1項、第2項、第3項
もしくは第4項記載のプラズマモニター。 6 上記スリツトに入射した光は、ミラーを介して上記
発光を測定する手段に導かれる特許請求の範囲第1項も
しくは第2項記載のプラズマモニター。
[Scope of Claims] 1. A plasma monitor equipped with means for measuring the emission intensity of a desired portion of plasma generated within a parallel plate type electrode through a slit substantially parallel to the electrode. 2. The plasma monitor according to claim 1, wherein the measurement of the emission intensity is performed using a spectrometer. 3. The plasma monitor according to claim 1 or 2, wherein the light incident on the slit is guided to the means for measuring the luminescence through a glass fiber. 4. The plasma monitor according to claim 3, wherein the input end face and the output end face of the glass fiber have different shapes. 5. The plasma monitor according to claim 1, 2, 3, or 4, comprising means for sequentially scanning and measuring the emission intensity of the plasma. 6. The plasma monitor according to claim 1 or 2, wherein the light incident on the slit is guided to the means for measuring the light emission via a mirror.
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