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JP4845816B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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JP4845816B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造に用いられるプラズマ処理装置およびこのプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus used for semiconductor manufacturing and a plasma processing method using the plasma processing apparatus.

半導体装置の製造工程において、弱電離プラズマを用いたプラズマエッチング、プラズマCVD、或いはプラズマアッシングが用いられている。半導体製造工程における安定性を向上させるには、これらのプラズマ処理に際して、ラジカル組成の変動やチャンバ壁の経時変化を把握することが求められている。プラズマ処理において、プラズマ中の組成に変動があった場合、エッチング形状の寸法変動を引き起こす恐れがある。したがって、処理時間の進展に伴うプラズマ中の組成変化を把握することは極めて重要である。また、必ずしも経時変化だけではなく、ガス流量比や入力電力等、プロセス条件を積極的に変化させた場合、所望のプラズマ組成比となっているかを確認する上でも重要である。さらに、モニタリングした値に基づいてフィードバックすることで、プラズマの変動を抑制する技術が求められている。   In the manufacturing process of a semiconductor device, plasma etching, plasma CVD, or plasma ashing using weakly ionized plasma is used. In order to improve the stability in the semiconductor manufacturing process, it is required to grasp the fluctuation of the radical composition and the change with time of the chamber wall during the plasma processing. In plasma processing, if there is a change in the composition in the plasma, there is a risk of causing a dimensional change in the etching shape. Therefore, it is extremely important to grasp the composition change in the plasma with the progress of the processing time. In addition, it is important not only to change with time but also to confirm that the desired plasma composition ratio is obtained when the process conditions such as the gas flow rate ratio and input power are positively changed. Furthermore, there is a need for a technique that suppresses fluctuations in plasma by providing feedback based on monitored values.

一方、半導体製造装置の微細化の進展に伴い、レジストの薄膜化に伴うエッチング時のレジストの消耗速度低減(選択比向上)や高アスペクト比ホール内部への十分なエッチャント供給等の要求から、堆積性の強い処理ガスがますます多用されることが予想される。しかしながら、堆積性の強い処理ガスを用いると、真空チャンバ内には堆積物が付着する。前記堆積物が真空チャンバ側壁より剥がれ落ちた場合には、この堆積物は異物粒子として半導体の製造ラインを汚染し、歩留まり低下を引き起こすことになる。このため、長期安定性の観点から、真空チャンバ内の堆積膜量を常に把握し、前記堆積物が真空チャンバ側壁より剥がれ落ちる前に全掃するタイミングを見極めることは極めて重要である。   On the other hand, with the progress of miniaturization of semiconductor manufacturing equipment, deposition is required due to demands such as reduction of resist consumption rate (improvement of selection ratio) during etching accompanying etching of resist thin films and supply of sufficient etchant inside high-aspect ratio holes. It is expected that processing gas with strong characteristics will be used more and more. However, when a process gas having a strong deposition property is used, deposits adhere to the vacuum chamber. When the deposits are peeled off from the side walls of the vacuum chamber, the deposits contaminate the semiconductor production line as foreign particles and cause a decrease in yield. For this reason, from the viewpoint of long-term stability, it is extremely important to always grasp the amount of deposited film in the vacuum chamber and determine the timing of sweeping out the deposit before peeling off from the side wall of the vacuum chamber.

これまでにもプラズマ中のラジカル組成の変動を計測する手段や真空チャンバ側壁の堆積物測定に関するアイデアが考案されている。例えば、フィルタの後段に質量分析器を設置し、フィルタを通過する化学種の同定を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、フィルタ後段に質量分析器を設置する手法においては、測定手法そのものが観測するラジカル種の組成に影響を与えてしまう恐れがある上、コストや長期的安定性の観点から、量産装置に設置して継続的に測定することは困難である。また、フィルタをサセプタ上に設置する場合では、フィルタを通過するのは化学種のみならずイオンも通過するため、フィルタを通過して形成される堆積膜は、イオン照射による膜厚や組成変化の影響を受けてしまう。また、フィルタを真空槽の側壁に設置し、イオン電流測定器によるプラズマからの電子やイオン電流の減衰から堆積物の付着量を計測する場合では、堆積物がある一定値以上に達した場合に、電流を計測することが困難となりメンテナンスが必要となることや、堆積物の膜厚や質量を計測することを目的とするものではない。   So far, ideas have been devised for measuring the variation of radical composition in plasma and for measuring deposits on the side walls of the vacuum chamber. For example, a method has been proposed in which a mass analyzer is installed in the subsequent stage of a filter and chemical species that pass through the filter are identified (see, for example, Patent Document 1). However, in the method of installing a mass spectrometer after the filter, the measurement method itself may affect the composition of the radical species observed, and it is installed in a mass production device from the viewpoint of cost and long-term stability. Therefore, it is difficult to measure continuously. In addition, when the filter is installed on the susceptor, not only chemical species but also ions pass through the filter, so the deposited film formed through the filter has a film thickness and composition change caused by ion irradiation. It will be affected. In addition, when a filter is installed on the side wall of the vacuum chamber and the amount of deposit deposited is measured from the decay of electrons and ion current from the plasma by an ion current measuring instrument, However, it is difficult to measure current and require maintenance, and is not intended to measure the film thickness or mass of a deposit.

また、振動子を用いた膜厚モニタにより真空チャンバ内に堆積した膜厚を測定し、クリーニングの終点検出を行うことが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この手法によれば、クリーニングの終点検出の観点から真空チャンバ内に堆積した膜厚の増減を測定することは可能であるが、堆積物の膜質まで把握するものではない。   In addition, it has been proposed to detect the end point of cleaning by measuring the film thickness deposited in the vacuum chamber by a film thickness monitor using a vibrator (see, for example, Patent Document 2). According to this method, it is possible to measure the increase or decrease of the film thickness deposited in the vacuum chamber from the viewpoint of detecting the end point of cleaning, but it does not grasp the film quality of the deposit.

さらに、ドライエッチング装置のチャンバ内におけるコンディション変化の要因となるCF系重合物の堆積量を監視し、膜厚を制御するためのフィードバック機能を有するドライエッチング装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)が、堆積物の膜質までは考慮していないことから、今後ますます求められる微細化や寸法精度の向上に対応することができないという問題がある。また、発光に基づいてエッチングチャンバー内の状態を測定する手段が提案されている(例えば、特許文献4参照)が、プラズマの発光からラジカルの変化を測定する手段においても、発光による測定が困難であるラジカル種に関しては、その変化を把握することは難しい。   Furthermore, there has been proposed a dry etching apparatus having a feedback function for monitoring the amount of CF-based polymer deposited that causes a change in conditions in the chamber of the dry etching apparatus and controlling the film thickness (for example, Patent Documents). However, since the film quality of the deposit is not taken into consideration, there is a problem that it is not possible to cope with miniaturization and improvement in dimensional accuracy that will be required more and more in the future. In addition, a means for measuring the state in the etching chamber based on light emission has been proposed (see, for example, Patent Document 4). However, even in a means for measuring radical change from light emission from plasma, measurement by light emission is difficult. It is difficult to grasp the change of certain radical species.

上記に述べたこれまでの発明は、いずれも、クリーニングの終点検出の観点から真空チャンバ内に堆積した膜厚の増減を測定することは可能であるが、主に堆積膜の増減に主眼を置いたものであり、堆積物の膜質まで把握するものではない。また、チャンバ内の堆積膜厚の測定結果からフィードバックする手法についても、堆積物の膜質までは考慮していないことから、今後ますます求められる微細化や寸法精度の向上対応することができないという問題がある。さらに、プラズマの発光からラジカルの変化を測定する手段においても、発光による測定が困難であるラジカル種に関しては、その変化を把握することは難しい。
特開平8−138887号公報 特開2000−293829号公報 特開平10−64886号公報 特開2002−367958号公報
In any of the previous inventions described above, it is possible to measure the increase or decrease of the film thickness deposited in the vacuum chamber from the viewpoint of detecting the end point of cleaning, but the main focus is on the increase or decrease of the deposited film. However, it does not grasp the film quality of the deposit. Also, the method of feeding back from the measurement result of the deposited film thickness in the chamber does not take into account the quality of the deposited film, so it will not be possible to cope with further miniaturization and improved dimensional accuracy that will be required in the future. There is. Furthermore, even in the means for measuring radical change from light emission of plasma, it is difficult to grasp the change of radical species that are difficult to measure by light emission.
Japanese Patent Laid-Open No. 8-138887 JP 2000-293829 A JP-A-10-64886 JP 2002-367958 A

本発明は、このような従来の事情に対処したもので、特殊な測定装置やプラズマからの発光を利用することもなく、実際のプラズマ処理条件において、プラズマ中のラジカル種を分離して直接測定することが可能であり、真空チャンバ内のコンディションの変化を正確に把握することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention addresses such a conventional situation and does not use a special measurement device or light emission from plasma, and directly measures radical species in plasma by separating them under actual plasma processing conditions. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of accurately grasping a change in condition in a vacuum chamber.

本発明は、処理室と、前記処理室に処理ガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する真空排気手段と、被処理体を載置する被処理体戴置台と、プラズマ生成手段と、プラズマ処理を制御する制御系を有するプラズマ処理装置において、前記処理室側壁に、複数の膜厚モニタが設置され、前記複数の膜厚モニタのそれぞれは、孔径と深さの比が0以上30以下の範囲内で特定のアスペクト比の微細孔を有するフィルタと前記フィルタのそれぞれの後段に薄膜膜厚または堆積物の質量を計測する薄膜膜厚計測手段を有し、前記フィルタのアスペクト比がそれぞれ異なるようにした。   The present invention includes a processing chamber, means for supplying a processing gas to the processing chamber, vacuum evacuation means for depressurizing the processing chamber, an object mounting table on which the object to be processed is placed, plasma generation means, In the plasma processing apparatus having a control system for controlling plasma processing, a plurality of film thickness monitors are installed on the side wall of the processing chamber, and each of the plurality of film thickness monitors has a hole diameter to depth ratio of 0 to 30. And a filter having fine pores with a specific aspect ratio within the range of, and a thin film thickness measuring means for measuring the thickness of the thin film or the mass of the deposit at the subsequent stage of each of the filters, the aspect ratios of the filters being different I did it.

本発明は、上記プラズマ処理装置において、薄膜膜厚計測手段が水晶振動子の振動周波数、またはその変化量により堆積膜厚または堆積膜厚速度の測定を行うようにした。   According to the present invention, in the above plasma processing apparatus, the thin film thickness measuring means measures the deposited film thickness or the deposited film thickness rate based on the vibration frequency of the crystal resonator or the amount of change thereof.

本発明は、上記プラズマ処理装置において、微細孔を有するフィルタの後段にガラス基板を載置し、そのガラスに堆積した膜厚を光学的手法により測定するようにした。   According to the present invention, in the plasma processing apparatus, a glass substrate is placed after the filter having fine holes, and the film thickness deposited on the glass is measured by an optical method.

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記制御系を、薄膜膜厚計測手段および微細孔を有するフィルタの温度を制御する制御系とした。   According to the present invention, in the plasma processing apparatus, the control system is a control system for controlling the temperature of the thin film thickness measuring means and the filter having the fine holes.

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記制御系を、薄膜膜厚計測手段および微細孔を有するフィルタの電位を制御する制御系とした。   According to the present invention, in the above plasma processing apparatus, the control system is a control system that controls the potential of the thin film thickness measuring means and the filter having micropores.

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記フィルタ部材の材質を、SUS、Si、SiC、SiO、Al、Cのいずれか一つから構成した。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, the material of the filter member is any one of SUS, Si, SiC, SiO 2 , Al 2 O 3 , and C.

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記制御系を、微細孔を有するフィルタ後段の薄膜膜厚計測手段にて計測される膜厚情報に従い、処理ガス供給条件を制御する制御系とした。   According to the present invention, in the plasma processing apparatus, the control system is a control system that controls processing gas supply conditions in accordance with film thickness information measured by a thin film thickness measuring means in the latter stage of the filter having micropores.

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記制御系を、微細孔を有するフィルタ後段の薄膜膜厚計測手段にて計測される膜厚情報に従い、プラズマ生成手段におけるプラズマ生成条件を制御する制御系とした。   According to the present invention, in the plasma processing apparatus, the control system is configured to control a plasma generation condition in the plasma generation unit according to film thickness information measured by the thin film thickness measurement unit downstream of the filter having micropores. did.

本発明は、上記プラズマ処理装置において、前記制御系を、微細孔を有するフィルタ後段の薄膜膜厚計測手段にて計測される膜厚情報に従い、処理室内のクリーニング時期を警告または告知する制御系とした。   According to the present invention, in the above plasma processing apparatus, the control system is configured to warn or notify the cleaning timing in the processing chamber according to the film thickness information measured by the thin film thickness measuring means downstream of the filter having micropores. did.

本発明は、上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、エッチングに用いる絶縁膜は、該プラズマ処理装置を用いて被処理体であるシリコン基板上のSiO、SiC、SiOC、SiOCH、SiN、Siのいずれか一種類を主成分とする単一の膜または二種類以上の膜によって構成される多層膜をエッチング処理する。 In the plasma processing method using the plasma processing apparatus according to the present invention, an insulating film used for etching is SiO 2 , SiC, SiOC, SiOCH, SiN on a silicon substrate which is a target object using the plasma processing apparatus, Etching is performed on a single film mainly composed of any one of Si 3 N 4 or a multilayer film composed of two or more kinds of films.

本発明は、上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、プラズマの原料ガスにフロロカーボン系ガスを主成分とするプロセスにおいて、被処理体であるシリコン基板上のSiO、SiC、SiOC、SiOCH、SiN、Siのいずれか一種類を主成分とする単一の膜または二種類以上の膜によって構成される多層膜をエッチング処理する。 The present invention relates to a plasma processing method using the above plasma processing apparatus, in a process in which a fluorocarbon-based gas is a main component of plasma source gas, SiO 2 , SiC, SiOC, SiOCH, Etching is performed on a single film mainly composed of one of SiN and Si 3 N 4 or a multilayer film composed of two or more kinds of films.

以上説明したように、本発明では、微細孔のアスペクト比が異なる複数のフィルタを介して堆積する膜厚を測定することにより、エッチング処理中にプラズマ中のラジカル種を分離して直接測定することができる。   As described above, in the present invention, by measuring the film thickness deposited through a plurality of filters having different aspect ratios of micropores, radical species in the plasma are separated and directly measured during the etching process. Can do.

本発明によれば、半導体製造工程において歩留りを向上させることができる。   According to the present invention, the yield can be improved in the semiconductor manufacturing process.

[実施例1] 以下、本発明の第1の実施例について図面を参照して説明する。図1に本発明の膜厚モニタの概略図を示す。膜厚モニタは、微細孔を有するフィルタ101と、水晶振動子支持体103に支持された水晶振動子102と、水晶振動子支持体103に温度制御媒体を供給する導入路104と、通信線105と、水晶振動子支持体103にバイアス電圧を印加するDCバイアス電源106が接続されている。   Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of a film thickness monitor of the present invention. The film thickness monitor includes a filter 101 having fine holes, a crystal resonator 102 supported by the crystal resonator support 103, an introduction path 104 for supplying a temperature control medium to the crystal resonator support 103, and a communication line 105. And a DC bias power source 106 for applying a bias voltage to the crystal resonator support 103 is connected.

微細孔を有するフィルタ101の後段には、膜厚または質量を測定するための水晶振動子102が設置されている。フィルタ101は、プラズマ中のラジカルの付着係数の違いを利用し、付着性ラジカルの組成を分離できるように、フィルタの厚さHを微細孔の穴径Dで除した値(アスペクト比)を選択する。水晶振動子102は、発振回路、電源、通信線等と接続されており、振動周波数を真空チャンバ外部から通信線105を介してモニタできるようになっている。   A crystal resonator 102 for measuring the film thickness or mass is installed at the subsequent stage of the filter 101 having fine holes. For the filter 101, a value (aspect ratio) obtained by dividing the thickness H of the filter by the hole diameter D of the fine hole is selected so that the composition of the adhering radical can be separated using the difference in the adhesion coefficient of radicals in the plasma. To do. The crystal unit 102 is connected to an oscillation circuit, a power source, a communication line, and the like, and can monitor the vibration frequency from the outside of the vacuum chamber via the communication line 105.

フィルタ101は、水晶振動子102に直接固定せず、水晶振動子支持体103と接合することで、水晶振動子102の発振周波数に影響を与えない構造とする。また、フィルタ101を通過せずに到達するラジカルの堆積を避けるために、フィルタ101と支持体103との間隔Lは、限りなく小さいことが望ましい。さらに、フィルタ101と水晶振動子支持体103は、物理的な接触だけではなく、電気的に接触していることが望ましい。   The filter 101 is not directly fixed to the crystal unit 102 but is bonded to the crystal unit support 103 so that the oscillation frequency of the crystal unit 102 is not affected. Further, in order to avoid the accumulation of radicals that reach without passing through the filter 101, it is desirable that the distance L between the filter 101 and the support 103 is as small as possible. Furthermore, it is desirable that the filter 101 and the crystal resonator support 103 are in electrical contact as well as physical contact.

水晶振動子支持体103の内部には温度制御用媒体の流路が設けてあり、導入路104を通じてフロリナートなどの温度制御用媒体を流すことができる構造となっており、水晶振動子支持体103の温度を制御することが可能である。流路に流す温度制御用媒体は、水、空気等であっても良いのは勿論である。また、水晶振動子支持体103を昇温するために、水晶振動子支持体103自体をヒーターによって加熱しても構わない。さらに、ペルチェ素子を用いることにより、水晶振動子支持体103自体の加熱または冷却の温度制御をしても良いのは勿論である。以上のように水晶振動子支持体103を温度制御することにより、該水晶振動子支持体103と密着しているフィルタ101の温度も同時に制御できることは勿論である。   A temperature control medium flow path is provided inside the crystal resonator support 103, and the temperature control medium such as florinate can flow through the introduction path 104. It is possible to control the temperature. Needless to say, the temperature control medium flowing in the flow path may be water, air, or the like. Further, in order to raise the temperature of the crystal resonator support 103, the crystal resonator support 103 itself may be heated by a heater. Furthermore, it is of course possible to control the temperature of heating or cooling of the crystal resonator support 103 itself by using a Peltier element. Of course, by controlling the temperature of the crystal resonator support 103 as described above, the temperature of the filter 101 in close contact with the crystal resonator support 103 can also be controlled simultaneously.

堆積性ラジカルの付着係数は温度に依存するため、フィルタ101の温度を制御することにより水晶振動子102に到達するラジカル種や堆積量をコントロールすることができる。さらに、水晶振動子支持体103およびフィルタ101にはDCバイアス電圧をDCバイアス電源106から印加することが可能にされている。特に、水晶振動子支持体103およびフィルタ102に正バイアスを印加することにより、プラズマからフィルタ102に入射する正イオンを減少させることが可能になる。このことによって正イオン入射の影響を極力低減した状態でラジカルの堆積膜の測定が可能になる。また、DCバイアス電源106からのDCバイアス電圧の極性を変化させて負バイアスを印加すれば、負イオンの入射を抑制することができる。   Since the deposition coefficient of the deposition radical depends on the temperature, the radical species reaching the crystal unit 102 and the amount of deposition can be controlled by controlling the temperature of the filter 101. Further, a DC bias voltage can be applied from the DC bias power source 106 to the crystal resonator support 103 and the filter 101. In particular, by applying a positive bias to the crystal resonator support 103 and the filter 102, it is possible to reduce positive ions incident on the filter 102 from the plasma. This makes it possible to measure the deposited film of radicals while minimizing the influence of positive ion incidence. Further, if a negative bias is applied by changing the polarity of the DC bias voltage from the DC bias power supply 106, the incidence of negative ions can be suppressed.

図2は、主にエッチング処理で用いることを想定したプラズマ処理装置において本発明を適用した実施例を示している。プラズマ処理装置は、処理室201と、アンテナ203と、被処理体202とフォーカスリング210とを戴置するための被処理体戴置台204と、静電チャック用電極205と、高周波電源206と、整合器207と、排気手段208と、シャワープレート209と、膜厚モニタ211とを有している。   FIG. 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to a plasma processing apparatus which is assumed to be used mainly in an etching process. The plasma processing apparatus includes a processing chamber 201, an antenna 203, a processing object mounting table 204 for mounting a processing object 202 and a focus ring 210, an electrostatic chuck electrode 205, a high frequency power source 206, A matching unit 207, an exhaust unit 208, a shower plate 209, and a film thickness monitor 211 are provided.

処理室201には、電磁波放射のためのアンテナ203が設置されている。アンテナ203にはプラズマ生成のための高周波電源206が整合器207を介して接続されている。アンテナの下にはシャワープレート209が設置されており、処理ガスがシャワープレートに設けられたガス孔を介して処理室201内に導入される。また、処理室201内を所定の圧力に減圧するため、例えば、ターボ分子ポンプなどの排気手段208と、処理室内を所定の圧力値に調節するためのバルブなど(図示せず)が排気手段208の前段に設置されている。処理室201内には被処理体202およびフォーカスリング210を戴置するための被処理体戴置台204が設置されている。該戴置台には被処理体202を吸着するための静電チャック用電極205と被処理体を上に持ち上げるためのプッシャーピン(図示せず)が設置されている。膜厚モニタ211は、真空チャンバ内部の側壁に設置している。   An antenna 203 for electromagnetic wave radiation is installed in the processing chamber 201. A high frequency power source 206 for plasma generation is connected to the antenna 203 via a matching unit 207. A shower plate 209 is installed under the antenna, and a processing gas is introduced into the processing chamber 201 through a gas hole provided in the shower plate. Further, in order to depressurize the inside of the processing chamber 201 to a predetermined pressure, for example, an exhaust unit 208 such as a turbo molecular pump and a valve (not shown) for adjusting the inside of the processing chamber to a predetermined pressure value are provided. It is installed in the front stage. In the processing chamber 201, a processing object mounting table 204 for mounting the processing object 202 and the focus ring 210 is installed. On the mounting table, an electrostatic chuck electrode 205 for attracting the object to be processed 202 and a pusher pin (not shown) for lifting the object to be processed are installed. The film thickness monitor 211 is installed on the side wall inside the vacuum chamber.

次に、微細孔のアスペクト比が異なる複数のフィルタ101を用いることにより、フルオロカーボンプラズマ中のラジカル種を分離計測する原理について説明する。フルオロカーボンガスを用いたプラズマ中にはC、CF、CF、CF等の堆積性ラジカルが発生する。エッチングにおいて、これらのラジカルの役割は大きく異なる。ここで、対象とする堆積性ラジカルは付着係数がそれぞれ異なる点を利用し、ラジカル種を分離することが可能になる。 Next, the principle of separating and measuring radical species in fluorocarbon plasma by using a plurality of filters 101 having different aspect ratios of micropores will be described. Depositionable radicals such as C, CF, CF 2 , and CF 3 are generated in the plasma using the fluorocarbon gas. In etching, the role of these radicals is very different. Here, it is possible to separate radical species by utilizing the fact that the target depositional radicals have different adhesion coefficients.

図3は、ホールのアスペクト比とホール側壁での堆積量の関係を堆積性ラジカルの輸送に基づきシミュレーションした結果である。アスペクト比は、フィルタの厚さHを穴径Dで除した値である。ここでは、付着確率の高い炭素の付着係数を0.1、炭素に比べ付着確率の低いCFの付着係数を0.02としたラジカルについて考える。 FIG. 3 shows the result of a simulation of the relationship between the hole aspect ratio and the deposition amount on the side wall of the hole based on the transport of sedimentary radicals. The aspect ratio is a value obtained by dividing the filter thickness H by the hole diameter D. Here, let us consider a radical in which the adhesion coefficient of carbon having a high adhesion probability is 0.1, and the adhesion coefficient of CF 2 having a low adhesion probability compared to carbon is 0.02.

図3に示すシミュレーション結果より、アスペクト比が高くなればなるほど側壁に到達するフラックスは指数関数的に減少する。また、付着係数の高いラジカルほど低アスペクト比部で堆積し、高アスペクト比部へ輸送されるラジカル量は急激に減衰する。一方、付着係数の低いラジカルでは、低アスペクト比部での堆積量から大きく減衰することなく、高アスペクト比部に輸送される。したがって、低アスペクト比部においては付着確率の高いCを主に測定することが可能になり、また高アスペクト比部ではFの含有率の高いCF等のラジカルを測定することができる。 From the simulation results shown in FIG. 3, the flux reaching the side wall decreases exponentially as the aspect ratio increases. In addition, radicals having a higher adhesion coefficient are deposited at a low aspect ratio portion, and the amount of radicals transported to the high aspect ratio portion is rapidly attenuated. On the other hand, radicals having a low adhesion coefficient are transported to a high aspect ratio portion without being greatly attenuated from the amount deposited in the low aspect ratio portion. Therefore, it is possible to mainly measure C having a high adhesion probability in the low aspect ratio portion, and it is possible to measure radicals such as CF 2 having a high F content in the high aspect ratio portion.

また、図3より、アスペクト比が30以上になると、ラジカルの多くはフィルタ101に堆積してしまい、孔底まで到達するラジカルは僅かとなり、誤差による影響が大きくなるため、微細孔のアスペクト比はラジカルが孔底まで達する量が誤差の影響を受けず計測可能である量となる30以下であることが望ましい。   In addition, as shown in FIG. 3, when the aspect ratio is 30 or more, most of the radicals are deposited on the filter 101, and few radicals reach the bottom of the hole. It is desirable that the amount of radicals reaching the hole bottom is 30 or less, which is an amount that can be measured without being affected by errors.

図4は、フルオロカーボンプラズマ中に微細孔のアスペクト比が異なる複数のフィルタを設置し、フィルタを通過して堆積した膜を分析した例である。フィルタは、直径100μmの穴を有し、厚さが1mmおよび2mmの2種類を使用した場合と、フィルタ未使用(アスペクト比が0)の3条件で行った。堆積膜の分析には、X線光電子分光(XPS)を用いた。この結果、シミュレーションで得られた結果と同様に、フィルタ101の微細孔のアスペクト比が高くなるほど、堆積膜に含有するフッ素の比率が高くなり、アスペクト比が低いほど堆積膜に含有する炭素の比率が高くなることを確認した。   FIG. 4 shows an example in which a plurality of filters having different micropore aspect ratios are installed in fluorocarbon plasma, and a film deposited through the filters is analyzed. The filter had a hole with a diameter of 100 μm, and was used under three conditions: two types having a thickness of 1 mm and 2 mm, and no filter (with an aspect ratio of 0). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used for analysis of the deposited film. As a result, similarly to the result obtained by the simulation, the higher the aspect ratio of the micropores of the filter 101, the higher the ratio of fluorine contained in the deposited film, and the lower the aspect ratio, the percentage of carbon contained in the deposited film. Was confirmed to be high.

したがって、処理室201を上から見た断面図である図5に示すように、複数の図1に示す膜厚モニタ211a〜cを被処理体202とその外側に位置するフォーカスリング210のさらに外周の処理室の周壁201に設置し、それぞれの膜厚モニタ211a〜211cのラジカルの堆積する水晶振動子の前面に、それぞれアスペクト比の異なるフィルタを設置することで、F/C比の異なるラジカル毎の膜厚を同時に測定することも可能となる。使用するフィルタ101のアスペクト比は、0から50の範囲においては、如何なる値をとることも可能である。また、フィルタ101の厚さを一定とした場合には、微細孔の直径を変化させることでアスペクト比を変化させることができる。さらに、微細孔の数を調整してフィルタ101の開口面積を一定にすることによって、アスペクト比の違いによる効果を簡単に比較することができる。但し、フィルタ101の開口面積が異なる場合でも、その面積により規格化することにより、同様な比較ができることは勿論である。さらに、この膜厚モニタは、発光を利用せずに直接堆積する量を測定するので、発光を伴わないラジカルについてもラジカルの堆積量(膜厚)を測定することが可能である。図5の例では、膜厚モニタ211aは、アスペクト比が0のフィルタを用い(フィルタなし)、膜厚モニタ211bは、アスペクト比が10のフィルタを用い、膜厚モニタ211cは、アスペクト比が20のフィルタを用いている。   Therefore, as shown in FIG. 5 which is a cross-sectional view of the processing chamber 201 as viewed from above, a plurality of film thickness monitors 211a to 211c shown in FIG. For each radical having a different F / C ratio, a filter having a different aspect ratio is placed on the front surface of the crystal resonator on which the radicals of the film thickness monitors 211a to 211c are deposited. It is also possible to measure the film thickness at the same time. The aspect ratio of the filter 101 to be used can take any value in the range of 0 to 50. Further, when the thickness of the filter 101 is constant, the aspect ratio can be changed by changing the diameter of the micropore. Furthermore, by adjusting the number of fine holes to make the opening area of the filter 101 constant, the effect of the difference in aspect ratio can be easily compared. However, even if the opening area of the filter 101 is different, it is needless to say that the same comparison can be made by normalizing the area. Further, since the film thickness monitor measures the amount of direct deposition without using light emission, it is possible to measure the amount of radical deposition (film thickness) even for radicals that do not emit light. In the example of FIG. 5, the film thickness monitor 211a uses a filter with an aspect ratio of 0 (no filter), the film thickness monitor 211b uses a filter with an aspect ratio of 10, and the film thickness monitor 211c has an aspect ratio of 20 This filter is used.

なお、上記の実施形態では、膜厚モニタの構造および機構について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更にも適用できることは勿論である。   In the above embodiment, the structure and mechanism of the film thickness monitor have been described. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, the present invention can also be applied.

また、上記の実施形態では、プラズマの生成手段が被処理体の対面に配置された電極に被処理体と別の高周波電力を印加してプラズマを生成する手段について説明したが、プラズマの生成が被処理体の載置台に高周波電力を印加することでプラズマを生成する手段あるいはプラズマ生成手段が誘導結合方式または磁場と高周波電界の相互作用によってプラズマが生成されることを特徴とするプラズマ処理装置であっても同様の効果が得られることは言うまでも無い。   In the above-described embodiment, the plasma generation means has been described with respect to the means for generating plasma by applying high-frequency power different from that of the target object to the electrode disposed on the opposite side of the target object. A plasma processing apparatus characterized in that means for generating plasma by applying high-frequency power to a mounting table of an object to be processed or plasma generating means is inductively coupled or plasma is generated by the interaction of a magnetic field and a high-frequency electric field. Needless to say, the same effect can be obtained.

なお、上記の調査の対象とした具体的なプロセスは、絶縁膜にコンタクトホール等を形成するプロセスであり、ガス系がC/O/Ar=30/30/500ccm、圧力が約2Pa、半導体ウエハの設定温度が−20℃、ウエハバイアスが約1800Wの条件で行なった。ガス種、ガス流量、圧力、ウエハの設定温度およびウエハバイアスがこの条件から大きく逸脱しない範囲において、同様の効果が得られることは言うまでも無い。また、プラズマの原料ガスにフルオロカーボン系ガスを主成分とするプロセスにおいて、被処理体であるシリコン基板上のSiO、SiC、SiOC、SiOCH、SiN、Siのいずれか一つを主原料とする膜をエッチング処理するプロセスに適用できることは勿論である。なお、エッチングに用いる絶縁膜は、該プラズマ処理装置を用いて被処理体であるシリコン基板上のSiO、SiC、SiOC、SiOCH、SiN、Siの二種類以上の多層構造をエッチング処理することにも適用できることは勿論である。 The specific process targeted for the above investigation is a process of forming a contact hole or the like in the insulating film, the gas system is C 4 F 6 / O 2 / Ar = 30/30/500 ccm, and the pressure is about The measurement was performed under the conditions of 2 Pa, a semiconductor wafer set temperature of −20 ° C., and a wafer bias of about 1800 W. It goes without saying that the same effect can be obtained within the range where the gas type, gas flow rate, pressure, wafer set temperature and wafer bias do not deviate significantly from these conditions. Further, in a process in which a fluorocarbon-based gas is a main component of a plasma source gas, any one of SiO 2 , SiC, SiOC, SiOCH, SiN, and Si 3 N 4 on a silicon substrate, which is an object to be processed, is a main raw material. Of course, the present invention can be applied to a process of etching the film. Note that the insulating film used for etching is an etching process of two or more types of multilayer structures of SiO 2 , SiC, SiOC, SiOCH, SiN, and Si 3 N 4 on a silicon substrate that is an object to be processed using the plasma processing apparatus. Of course, the present invention can also be applied.

[実施例2] 本発明の第2の実施例にかかる膜厚モニタの構造を、図6を用いて説明する。この実施例は、膜厚モニタに光学式測定を用いた場合である。この実施例の膜厚モニタは、フィルタ101と、窓301と、光学センサシステム302とから構成される。フィルタ101の後段にはフィルタ101を介してラジカルが堆積する窓301が設けてある。また、窓301の後段には従来から用いられている光学センサシステム302が設置されており、プラズマの発光あるいは光学センサシステム302から照射された光の反射、吸収、干渉等により膜厚を測定することが可能である。窓301の材料は、石英等、光の透過率の高い材質を使用することが望ましい。また、窓301の表面には、プラズマ耐性のある保護膜によりコーティングされている。窓301の前面には実施例1と同様に、微細孔のアスペクト比が異なる複数のフィルタ101を設置することにより、フルオロカーボンプラズマ中のラジカル種を分類することが可能である。   Example 2 The structure of a film thickness monitor according to a second example of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, optical measurement is used for the film thickness monitor. The film thickness monitor of this embodiment includes a filter 101, a window 301, and an optical sensor system 302. A window 301 in which radicals accumulate through the filter 101 is provided at the subsequent stage of the filter 101. Further, a conventionally used optical sensor system 302 is installed behind the window 301, and the film thickness is measured by plasma emission or reflection, absorption, interference, or the like of light emitted from the optical sensor system 302. It is possible. As the material of the window 301, it is desirable to use a material having a high light transmittance such as quartz. In addition, the surface of the window 301 is coated with a plasma-resistant protective film. By installing a plurality of filters 101 having different micropore aspect ratios on the front surface of the window 301 as in the first embodiment, it is possible to classify radical species in the fluorocarbon plasma.

[実施例3] 実施例1または実施例2に記載したフィルタを複数(但し、アスペクト比0の場合は、フィルタ未使用を意味する)用いて、それぞれの堆積性ラジカルの堆積速度の変化を観測し、堆積性ラジカル種の変動を測定するシステムについて説明する。   [Example 3] Using a plurality of the filters described in Example 1 or Example 2 (however, when the aspect ratio is 0, the filter is not used), the change in the deposition rate of each depositing radical is observed. A system for measuring fluctuations in the deposition radical species will be described.

例えば、プラズマ処理中のラジカル組成が変化し、時間と共に付着係数の大きな低F/C比のCF系ラジカルが増加し、付着係数の小さな高F/C比のCF系ラジカルが減少した場合を考える。   For example, consider a case where the radical composition during plasma treatment changes, the CF-based radical with a low F / C ratio having a large adhesion coefficient increases with time, and the CF-based radical with a small F / C ratio having a small adhesion coefficient decreases. .

図7に複数の膜厚モニタを適用した場合のアスペクト比毎の堆積性ラジカルが堆積していく様子を示す。図7(a)は、Δt秒後の堆積膜の様子である。低アスペクト比フィルタfL101aを使用した場合、付着係数の小さな高F/C比のCF系ラジカルは前記フィルタを通過することが出来る。また、付着係数の大きな低F/C比のCF系ラジカルであっても,低アスペクト比フィルタfL101aを使用した場合、前記フィルタを通過することができる。従って、低アスペクト比フィルタfL101aを通過して形成される堆積膜は,高F/C比および低F/C比の堆積性ラジカルによって形成される。一方、高アスペクト比フィルタfH101bを使用した場合、付着係数の大きな低F/C比のCF系ラジカルは、フィルタをほとんど通過することができず、前記フィルタを通過して形成される堆積膜は、主に付着係数の小さな高F/C比のCF系ラジカルからなる。   FIG. 7 shows how depositable radicals are deposited for each aspect ratio when a plurality of film thickness monitors are applied. FIG. 7A shows the state of the deposited film after Δt seconds. When the low aspect ratio filter fL101a is used, a CF radical having a small F and C ratio with a small adhesion coefficient can pass through the filter. Further, even a CF-based radical having a large adhesion coefficient and a low F / C ratio can pass through the filter when the low aspect ratio filter fL101a is used. Therefore, the deposited film formed by passing through the low aspect ratio filter fL101a is formed by depositing radicals having a high F / C ratio and a low F / C ratio. On the other hand, when the high aspect ratio filter fH101b is used, CF-type radicals having a large adhesion coefficient and a low F / C ratio can hardly pass through the filter, and the deposited film formed through the filter is: It consists mainly of CF radicals with a low F / C ratio and a small adhesion coefficient.

今、測定開始からΔt秒後にフィルタfL101aを通過し、堆積した膜厚をDfL_Δt、Δt秒後にフィルタfH101bを通過し堆積した膜厚をDfH_Δtとすると、それぞれの堆積速度は、下記(1)式および(2)式となる。
fL_Δt = DfL_Δt/Δt …(1)
fH_Δt=DfH_Δt/Δt …(2)
Now, let Δf seconds pass through the filter fL101a after the start of measurement, and let D fL_Δt be the deposited film thickness, and let DfH_Δt be the film thickness that has passed through the filter fH101b after Δt seconds, the respective deposition rates are as follows (1) Equation (2) and Equation (2) are obtained.
RfL_Δt = DfL_Δt / Δt (1)
RfH_Δt = DfH_Δt / Δt (2)

図7(b)は、さらにΔt秒後経過した場合、つまり測定開始から2Δt秒後の堆積膜の様子である.ここで,2Δt秒後に低アスペクト比のフィルタfL101aを通過し堆積したトータルの膜厚をDfL_2Δt、高アスペクト比のフィルタfH101bを通過し堆積したトータルの膜厚をDfH_2Δtとすると、堆積速度は、それぞれ、下記(3)式および(4)式となる。
fL_2Δt=(DfL_2Δt−DfL_Δt)/Δt …(3)
fH_2Δt=(DfH_2Δt−DfH_Δt)/Δt …(4)
FIG. 7 (b) shows the state of the deposited film when Δt seconds have elapsed, that is, 2Δt seconds after the start of measurement. Here, if the total film thickness passing through the low aspect ratio filter fL101a after 2 Δt seconds is D fL — 2Δt and the total film thickness passing through the high aspect ratio filter fH101b is D fH — 2Δt , the deposition rate is The following equations (3) and (4) are obtained, respectively.
R fL_2Δt = (D fL_2Δt -D fL_Δt ) / Δt ... (3)
R fH_2Δt = (D fH_2Δt -D fH_Δt ) / Δt ... (4)

ここで、時間とともに付着係数の大きな低F/C比のCF系ラジカルが増加し、付着係数の小さなFリッチのCF系ラジカルが減少した場合、低アスペクト比のフィルタを用いた時の堆積速度は、下記(5)式となり、一方、高アスペクト比のフィルタを用いた時の堆積速度は、下記(6)式となる。
fl_Δt<Rfl_2Δt …(5)
fh_Δt>Rfh_2Δt …(6)
Here, when the number of CF radicals with a low F / C ratio with a large adhesion coefficient increases and the number of F-rich CF radicals with a small adhesion coefficient decreases with time, the deposition rate when a low aspect ratio filter is used is On the other hand, the deposition rate when a high aspect ratio filter is used is the following equation (6).
R fl — Δt <R fl — 2Δt (5)
R fh — Δt > R fh — 2Δt (6)

図8に処理時間と堆積膜厚の関係を示す。プラズマ中の堆積性ラジカルの組成変化のない場合、フィルタのアスペクト比に依存することなく、堆積膜厚は時間に対して線形に増加し、堆積速度は一定となる(破線)。これに対し,プラズマ処理中のラジカル組成が変化し、時間と共に付着係数の大きな低F/C比のCF系ラジカルが増加し、付着係数の小さな高F/C比のCF系ラジカルが減少した場合、低アスペクト比フィルタfL101aを通過する堆積膜の堆積速度は増加していくのに対し、高アスペクト比フィルタfH101bを通過する堆積膜の堆積速度は減少する(実線)。このように、微細孔のアスペクト比が異なる複数のフィルタを使用することで、F/C比の異なる堆積性ラジカルの変化を分離して測定することができる。   FIG. 8 shows the relationship between the processing time and the deposited film thickness. When there is no change in the composition of the deposition radicals in the plasma, the deposition film thickness increases linearly with time and the deposition rate is constant (broken line) without depending on the aspect ratio of the filter. In contrast, when the radical composition during plasma treatment changes, CF radicals with a low F / C ratio with a large adhesion coefficient increase over time, and CF radicals with a low F / C ratio with a small adhesion coefficient decrease. The deposition rate of the deposited film passing through the low aspect ratio filter fL101a increases, whereas the deposition rate of the deposited film passing through the high aspect ratio filter fH101b decreases (solid line). As described above, by using a plurality of filters having different aspect ratios of the micropores, it is possible to separately measure changes in the deposition radicals having different F / C ratios.

図9は、微細孔のアスペクト比が異なる複数のフィルタを介して堆積する膜厚の速度とプラズマ中の堆積性ラジカルの組成変化の関係を示したものである。微細孔のアスペクト比が異なる二種類のフィルタを使用した場合であり、低アスペクト比フィルタおよび高アスペクト比フィルタそれぞれでの堆積速度の変化の組み合わせにより、プラズマ中の堆積性ラジカルの組成変化を判断することができる。   FIG. 9 shows the relationship between the rate of film thickness deposited through a plurality of filters having different aspect ratios of micropores and the compositional change of the deposition radicals in the plasma. This is the case where two types of filters with different aspect ratios of micropores are used, and the composition change of the deposition radicals in the plasma is judged by the combination of the deposition rate changes in the low aspect ratio filter and the high aspect ratio filter, respectively. be able to.

さらに、ここで得られた堆積性ラジカルの変動を基に、適宜、処理条件を設定することによって精度の高い加工が可能になる。例えば、寸法変動を抑制するためのフィードバックを行うプラズマ処理装置の構成の概要を、図10を用いて説明する。このプラズマ処理装置は、図2に示したと同様に、処理室201と、アンテナ203と、被処理体202とフォーカスリング210とを戴置するための被処理体戴置台204と、静電チャック用電極205と、高周波電源206と、整合器207と、排気手段208と、シャワープレート209と、膜厚モニタ211とを有している。さらに、この実施例のプラズマ処理装置は、ガス流量制御用フィードバック手段401a、高周波電源制御用フィードバック手段401b、ウエハバイアス制御用フィードバック手段401cと、ガスコントローラ402と、ガス配管403と、ウエハバイアス電源404と、整合器405と、警報装置406を備えている。   Furthermore, high-accuracy processing can be performed by appropriately setting processing conditions based on the fluctuation of the depositing radicals obtained here. For example, an outline of a configuration of a plasma processing apparatus that performs feedback for suppressing dimensional variation will be described with reference to FIG. 2, the plasma processing apparatus includes a processing chamber 201, an antenna 203, a processing object mounting table 204 for mounting a processing object 202 and a focus ring 210, and an electrostatic chuck. An electrode 205, a high frequency power source 206, a matching unit 207, an exhaust unit 208, a shower plate 209, and a film thickness monitor 211 are included. Further, the plasma processing apparatus of this embodiment includes a gas flow rate control feedback unit 401a, a high frequency power source control feedback unit 401b, a wafer bias control feedback unit 401c, a gas controller 402, a gas pipe 403, and a wafer bias power source 404. And a matching unit 405 and an alarm device 406.

このプラズマ装置では、ガス配管403を通じて真空チャンバ内にガスが供給される。また、ガス流量は、ガスコントローラ402により制御されている。今、微細孔のアスペクト比が異なる複数のフィルタを使用した複数の膜厚計測システム211により、プラズマ中のラジカルの変動を測定する。この測定値に基づきガス流量制御用フィードバック手段401aを用いて、被処理基板の処理における寸法変動を抑制するようにガス流量の供給を変化させるように、ガスコントローラ402に指令を与えることができる。例えば、絶縁膜にコンタクトホール等を形成するプロセスでガス系にC、O、Arを使用した場合、エッチングの進展とともに低アスペクト比での堆積速度が増加した時には低F/C比のラジカルが増加しているため、エッチングレートの低下やエッチストップが発生するようになる。この時、膜厚モニタ211での測定値に基づき、ガス流量制御用フィードバック手段401aよりガスコントローラ402へ酸素流量を増加するよう制御されるように設定されている。また、エッチングレートの低下やエッチストップを抑制するだけでなく、プラズマ中のラジカル種の比率が一定となるように、様々なガス流量をフィードバック制御できることは勿論である。 In this plasma apparatus, gas is supplied into the vacuum chamber through the gas pipe 403. The gas flow rate is controlled by the gas controller 402. Now, radical fluctuations in plasma are measured by a plurality of film thickness measurement systems 211 using a plurality of filters having different aspect ratios of micropores. Based on this measured value, a command can be given to the gas controller 402 so as to change the supply of the gas flow rate so as to suppress the dimensional variation in the processing of the substrate to be processed using the gas flow rate control feedback means 401a. For example, when C 4 F 6 , O 2 , Ar is used for the gas system in the process of forming a contact hole or the like in the insulating film, a low F / C ratio is obtained when the deposition rate at a low aspect ratio increases with the progress of etching. As the radicals increase, the etching rate decreases and etch stop occurs. At this time, the gas flow rate control feedback means 401a is controlled to increase the oxygen flow rate to the gas controller 402 based on the measured value by the film thickness monitor 211. In addition to suppressing a decrease in etching rate and etching stop, it is a matter of course that various gas flow rates can be feedback controlled so that the ratio of radical species in plasma is constant.

また、微細孔のアスペクト比が異なる複数のフィルタを使用した複数の膜厚モニタ211により、プラズマ中のラジカルの変動を測定し、この測定値に基づき高周波電源制御用フィードバック手段401bを用いて、寸法変動を抑制するように高周波電源206を制御し、ウエハバイアス制御用フィードバック手段401cを用いて、寸法変動を抑制するようにウエハバイアス電源404を制御することができる。ここでは、主に寸法変動を抑制するための制御手法を述べたが、積極的にプラズマ中の堆積性ラジカル組成比を制御し、加工形状をコントロールすることができるのは勿論である。   Further, the fluctuations of radicals in the plasma are measured by a plurality of film thickness monitors 211 using a plurality of filters having different aspect ratios of micropores, and the high-frequency power source control feedback means 401b is used to measure dimensions based on the measured values. The high frequency power supply 206 can be controlled so as to suppress the fluctuation, and the wafer bias power supply 404 can be controlled so as to suppress the dimensional fluctuation using the wafer bias control feedback means 401c. Although the control method for mainly suppressing the dimensional variation has been described here, it is needless to say that the processing shape can be controlled by positively controlling the deposition radical composition ratio in the plasma.

さらに、膜厚モニタ211により測定した堆積膜厚が、ある閾値を超えた場合に警告を発する警報装置406が接続されている。この機能により、チャンバ内を酸素プラズマ等によるクリーニングやチャンバ内を全掃するタイミングを知ることができる。   Further, an alarm device 406 that issues a warning when the deposited film thickness measured by the film thickness monitor 211 exceeds a certain threshold value is connected. With this function, it is possible to know the timing of cleaning the inside of the chamber with oxygen plasma or the like and sweeping the inside of the chamber.

上記実施例では、Cを用いたSiOエッチングの例を示したが、プラズマの原料ガスにフルオロカーボン系ガスを主成分とするプロセスにおいて、被処理体であるシリコン基板上のSiO、SiC、SiOC、SiOCH、SiN、Siのいずれか一つを主原料とする膜をエッチング処理するプロセスに適用できることは勿論である。なお、エッチングに用いる絶縁膜は、該プラズマ処理装置を用いて被処理体であるシリコン基板上のSiO、SiC、SiOC、SiOCH、SiN、Siの二種類以上の多層構造をエッチング処理することにも適用できることは勿論である。さらには、フルオロカーボン以外の堆積性を持つガスを用いても同様の効果が得られることは勿論である。 In the above embodiment, an example of SiO 2 etching using C 4 F 6 is shown. However, in a process in which a fluorocarbon-based gas is a main component of a plasma source gas, SiO 2 on a silicon substrate as an object to be processed, Of course, the present invention can be applied to a process of etching a film having any one of SiC, SiOC, SiOCH, SiN, and Si 3 N 4 as a main material. Note that the insulating film used for etching is an etching process of two or more types of multilayer structures of SiO 2 , SiC, SiOC, SiOCH, SiN, and Si 3 N 4 on a silicon substrate that is an object to be processed using the plasma processing apparatus. Of course, the present invention can also be applied. Furthermore, it goes without saying that the same effect can be obtained even when a gas having a deposition property other than fluorocarbon is used.

本発明の第1実施形態に係る、水晶振動子を用いた膜厚モニタの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the film thickness monitor using the crystal oscillator based on 1st Embodiment of this invention. 本発明をプラズマ処理装置に適用した実施例を示す概略図(断面図)。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic (sectional drawing) which shows the Example which applied this invention to the plasma processing apparatus. 本発明の膜厚モニタを適用した時のアスペクト比と堆積膜厚の関係をシミュレーションにより求めた図。The figure which calculated | required the relationship between the aspect-ratio at the time of applying the film thickness monitor of this invention, and a deposited film thickness by simulation. 本発明の第1実施形態に係る膜厚モニタの効果を説明するための、堆積膜の組成を分析した結果を示す図。The figure which shows the result of having analyzed the composition of the deposited film for demonstrating the effect of the film thickness monitor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る、複数の膜厚モニタを適用した場合の装置構成を説明する図。The figure explaining the apparatus structure at the time of applying the several film thickness monitor based on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る、光学センサシステムを用いた膜厚モニタの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the film thickness monitor using the optical sensor system based on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る、複数の膜厚モニタを適用した場合のアスペクト比毎の堆積膜厚の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of the deposited film thickness for every aspect ratio at the time of applying the several film thickness monitor based on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る、複数の膜厚モニタを適用した場合のアスペクト比毎の堆積性ラジカルが堆積していく様子を示す模式図。The schematic diagram which shows a mode that the depositable radical for every aspect ratio at the time of applying the several film thickness monitor based on 3rd Embodiment of this invention accumulates. 本発明の第3実施形態に係る、複数の膜厚モニタを用いて、堆積速度の変化からプラズマ中の堆積性ラジカル組成比の変化を判別するための表。The table | surface for discriminating the change of the deposition radical composition ratio in plasma from the change of deposition rate using the several film thickness monitor based on 3rd Embodiment of this invention. 本発明をプラズマ処理装置に適用した第3実施形態を示す概略図(断面図)。Schematic (sectional drawing) which shows 3rd Embodiment which applied this invention to the plasma processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

D…フィルタ101の穴の直径、
H…フィルタ101の厚さ、
L…フィルタ101と支持体103との間隔、
101…フィルタ、
102…水晶振動子、
103…支持体、
104…導入路、
105…通信線
106…DCバイアス電源
201…処理室、
202…被処理体、
203…アンテナ、
204…被処理体載置台、
205…静電チャック用電極、
206…高周波電源、
207…整合器、
208…排気手段、
209…シャワープレート、
210…フォーカスリング、
211…膜厚モニタ、
211a…アスペクト比が0のフィルタを用いた膜厚モニタ、
211b…アスペクト比が10のフィルタを用いた膜厚モニタ、
211c…アスペクト比が20のフィルタを用いた膜厚モニタ、
301…石英窓、
302…光学センサシステム、
401…低アスペクト比フィルタfL、
402…高アスペクト比フィルタfH、
501a…フィードバック手段(ガス流量制御)、
501b…フィードバック手段(高周波電源制御)、
501c…フィードバック手段(ウエハバイアス制御)、
502…ガスコントローラ、
503…ガス配管、
504…ウエハバイアス、
505…整合器、
505…警報装置
D: Diameter of the hole in the filter 101,
H: the thickness of the filter 101,
L: the distance between the filter 101 and the support 103,
101 ... filter,
102: Crystal resonator,
103 ... support,
104 ... introduction path,
105 ... Communication line 106 ... DC bias power supply 201 ... Processing chamber,
202 ... object to be processed,
203 ... antenna,
204 ... the object mounting table,
205 ... Electrode for electrostatic chuck,
206 ... high frequency power supply,
207 ... matching device,
208: Exhaust means,
209 ... shower plate,
210: Focus ring,
211 ... Film thickness monitor,
211a: film thickness monitor using a filter with an aspect ratio of 0,
211b ... a film thickness monitor using a filter with an aspect ratio of 10,
211c: a film thickness monitor using a filter with an aspect ratio of 20,
301 ... Quartz window,
302 ... Optical sensor system,
401... Low aspect ratio filter fL,
402... High aspect ratio filter fH,
501a ... feedback means (gas flow rate control),
501b ... feedback means (high frequency power supply control),
501c ... feedback means (wafer bias control),
502 ... Gas controller,
503: Gas piping,
504: Wafer bias,
505 ... matching device,
505 ... Alarm device

Claims (5)

処理室と、前記処理室に処理ガスを供給する手段と、前記処理室を減圧する真空排気手段と、被処理体を載置する被処理体戴置台と、プラズマ生成手段と、プラズマ処理を制御する制御系を有するプラズマ処理装置において、
前記処理室側壁に、複数の膜厚モニタが設置され、前記複数の膜厚モニタのそれぞれは、孔径と深さの比が0以上30以下の範囲内で特定のアスペクト比の微細孔を有するフィルタと前記フィルタのそれぞれの後段に薄膜膜厚または堆積物の質量を計測する手段を有し、前記フィルタのアスペクト比がそれぞれ異なる
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
Controlling the processing chamber, means for supplying a processing gas to the processing chamber, evacuation means for depressurizing the processing chamber, a processing object mounting table for mounting the processing object, a plasma generating means, and plasma processing In a plasma processing apparatus having a control system for
A plurality of film thickness monitors are installed on the side wall of the processing chamber, and each of the plurality of film thickness monitors has a fine hole having a specific aspect ratio within a range of a hole diameter / depth ratio of 0 to 30. And a means for measuring the thickness of the thin film or the mass of the deposit at the subsequent stage of each of the filters, and the aspect ratios of the filters are different from each other.
請求項1記載のプラズマ処理装置において、
前記薄膜膜厚計測手段が水晶振動子の振動周波数またはその変化量により堆積膜厚または堆積膜厚速度の測定を行う
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
The plasma processing apparatus, wherein the thin film thickness measuring means measures a deposited film thickness or a deposited film thickness speed according to a vibration frequency of a crystal resonator or a change amount thereof.
請求項1記載のプラズマ処理装置において、
前記フィルタの後段に光の透過率の高い材質からなる窓を載置し、その窓に堆積した膜厚を光学的手法により測定する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
A plasma processing apparatus, wherein a window made of a material having a high light transmittance is placed behind the filter, and a film thickness deposited on the window is measured by an optical method.
請求項1記載のプラズマ処理装置において、
前記制御系が、薄膜膜厚計測手段および微細孔を有するフィルタの温度を制御する制御系である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
The plasma processing apparatus, wherein the control system is a control system for controlling the temperature of a thin film thickness measuring means and a filter having micropores.
請求項1または請求項2記載のプラズマ処理装置において、
前記制御系が、薄膜膜厚計測手段および微細孔を有するフィルタの電位を制御する制御系である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
The plasma processing apparatus, wherein the control system is a control system for controlling a potential of a filter having a thin film thickness measuring means and fine holes.
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