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JPH0261140B2 - - Google Patents
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JPH0261140B2 - - Google Patents

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JPH0261140B2
JPH0261140B2 JP55068960A JP6896080A JPH0261140B2 JP H0261140 B2 JPH0261140 B2 JP H0261140B2 JP 55068960 A JP55068960 A JP 55068960A JP 6896080 A JP6896080 A JP 6896080A JP H0261140 B2 JPH0261140 B2 JP H0261140B2
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JP
Japan
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high frequency
vacuum container
frequency power
plasma
etching
Prior art date
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JP55068960A
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Yoshimichi Hirobe
Hiromitsu Enami
Yoshinori Kureishi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00Etching of wafers, substrates or parts of devices

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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスプラズマにより物品の表面にエツ
チング処理を施こす場合、特に半導体装置の製造
工程において半導体表面をプラズマエツチング処
理する場合に、エツチング終了点を検出するプラ
ズマエツチング方法および装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a plasma etching method for detecting the end point of etching when etching the surface of an article using gas plasma, particularly when performing plasma etching on the surface of a semiconductor in the manufacturing process of a semiconductor device. and regarding equipment.

従来、この種のプラズマエツチング終了点の検
出を行う場合には、第1図に示すようなプラズマ
モニタ装置を使用することが考えられている。こ
の装置において、符号1はプラズマ発生用の高周
波電源、2は高周波電界印加用の電極、3は真空
容器、4は反応ガス供給管、5は反応ガス排気
管、6は真空容器3内のガス圧力測定用ゲージ、
7は被エツチング用の半導体基板、8は真空容器
3からの光取出口、9は真空容器3から光取出口
8を通つて放射されるプラズマ放射スペクトル、
10は分光器、11は分光器10の入口スリツ
ト、12は分光器10の出口スリツト、13はス
ペクトル光を電気信号に変換するための光電変換
装置、14は増巾器、15は自記記録計である。
すなわち、この装置の真空容器3内で励起された
ガスプラズマから放射されたプラズマ放射スペク
トル9は分光器10内で分光した後、光電変換装
置13内に入射されて電気信号に変換され、増巾
器14で適当に増巾され、その後自記記録計15
によりスペクトル波長と強度が記録される。
Conventionally, when detecting the end point of this type of plasma etching, it has been considered to use a plasma monitor device as shown in FIG. In this device, 1 is a high-frequency power source for plasma generation, 2 is an electrode for applying a high-frequency electric field, 3 is a vacuum container, 4 is a reaction gas supply pipe, 5 is a reaction gas exhaust pipe, and 6 is a gas inside the vacuum container 3. pressure measurement gauge,
7 is a semiconductor substrate to be etched; 8 is a light extraction port from the vacuum container 3; 9 is a plasma radiation spectrum emitted from the vacuum container 3 through the light extraction port 8;
10 is a spectrometer, 11 is an entrance slit of the spectrometer 10, 12 is an exit slit of the spectrometer 10, 13 is a photoelectric conversion device for converting spectral light into an electric signal, 14 is an amplifier, and 15 is a self-recording recorder. It is.
That is, the plasma radiation spectrum 9 emitted from the gas plasma excited in the vacuum chamber 3 of this device is separated into spectra in the spectrometer 10, and then input into the photoelectric conversion device 13 where it is converted into an electrical signal and amplified. Appropriately amplified with device 14, then recorded with recorder 15
The spectral wavelength and intensity are recorded.

このようなプラズマモニタ装置を用いてシリコ
ン酸化膜をCF4、C2F6、C3F3、CHF3等のフロン
ガスでエツチング処理する場合、エツチング中お
よびエツチング完了後における発光スペクトル強
度の経時変化は第2図に示すようになり、エツチ
ング終了点で発光スペクトル強度が急激に変化す
るので、それを検出すればエツチング終了点を知
ることができる。なお、第2図において、aは高
周波放電開始点、bはエツチング終了点、cは高
周波放電停止点をそれぞれ示している。
When etching a silicon oxide film with a fluorocarbon gas such as CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 3 , or CHF 3 using such a plasma monitoring device, the emission spectrum intensity changes over time during etching and after etching is completed. As shown in FIG. 2, the emission spectrum intensity changes rapidly at the etching end point, and by detecting this, the etching end point can be known. In FIG. 2, a indicates a high frequency discharge starting point, b indicates an etching end point, and c indicates a high frequency discharge stopping point.

ところで、第1図に示す従来のプラズマモニタ
装置は、プラズマからの発光スペクトルの分光の
ために分光器を用いているが、このような分光器
は大型、複雑、かつ操作が不便である等の問題が
ある上に、極めて高価なもので、装置全体のコス
トも高くなるという欠点もある。
By the way, the conventional plasma monitoring device shown in Fig. 1 uses a spectroscope to separate the emission spectrum from the plasma, but such a spectrometer has problems such as being large, complicated, and inconvenient to operate. Besides being problematic, it also has the disadvantage that it is extremely expensive, increasing the overall cost of the device.

本発明は前記従来技術の欠点を解消するために
なされたもので、構造が簡単かつ小型で、操作も
簡便である上に、安価で、信頼性の高いプラズマ
エツチング用モニタ方法および装置を提供するこ
とを目的としている。
The present invention has been made to eliminate the drawbacks of the prior art, and provides a plasma etching monitoring method and device that is simple and compact in structure, easy to operate, inexpensive, and highly reliable. The purpose is to

この目的を達成するために、本発明は、真空容
器内の試料に対してガスプラズマによりエツチン
グするプラズマエツチング方法において、試料の
エツチング処理中の真空容器内のガス圧力の安定
状態からの急激な変化を測定し、このガス圧力の
急激な変化に基づいてエツチング終了点を検知す
ることを特徴とするプラズマエツチング方法とす
るものである。
In order to achieve this object, the present invention provides a plasma etching method in which a sample in a vacuum container is etched with gas plasma. This plasma etching method is characterized in that the etching end point is detected based on the rapid change in gas pressure.

また、本発明によるプラズマエツチング装置
は、高周波電源と、試料を収容する真空容器と、
この真空容器内に設けられ、前記高周波電源から
の高周波電力により該真空容器内でガス放電によ
るプラズマを発生させる電極と、前記真空容器に
取付けられ、該真空容器内のガス圧力を測定する
ガス圧力検出機構と、このガス圧力検出機構から
の電気信号を処理する信号処理装置と、この信号
処理装置からの信号により前記高周波電源を制御
する高周波電源制御装置とからなるものである。
Further, the plasma etching apparatus according to the present invention includes a high frequency power source, a vacuum container containing a sample,
An electrode is provided in the vacuum container and generates plasma by gas discharge in the vacuum container using high frequency power from the high frequency power source, and a gas pressure is attached to the vacuum container and measures the gas pressure in the vacuum container. It consists of a detection mechanism, a signal processing device that processes electrical signals from the gas pressure detection mechanism, and a high frequency power source control device that controls the high frequency power source using the signals from this signal processing device.

以下、図面に示す実施例にしたがつて本発明を
さらに説明する。
The present invention will be further described below with reference to embodiments shown in the drawings.

第3図は本発明によるプラズマエツチング装置
の一実施例を示す概略的説明図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an embodiment of a plasma etching apparatus according to the present invention.

本実施例において、符号20はプラズマ発生用
の高周波電源であり、この高周波電源20はプラ
ズマ発生用の真空容器21内に設けた一対の高周
波高電界印加用の電極22に接続され、下側の電
極22上には試料23が載置されている。真空容
器21は、プラズマエツチング用のガス、たとえ
ばCF4、C2H6、C3H8、CHF3等のフツ化炭素ガス
を導入するためのガス供給管24と、そのガスを
排出するためのガス排出管25とが設けられてい
る。さらに、真空容器21には、該真空容器21
内のガス圧力を測定するための真空ゲージ26が
取り付けられている。この真空ゲージ26は、該
真空ゲージ26からの電気信号の整形、増巾、演
算、記録を行う信号処理装置27に接続されてい
る。なお、前記高周波電源20は、エツチング終
了後における該高周波電源20から電極22への
高周波電力の印加を停止させるための高周波電源
制御装置29と接続され、この高周波電源制御装
置29と前記信号処理装置27との間には継続器
28が設けられている。
In this embodiment, reference numeral 20 is a high frequency power source for plasma generation, and this high frequency power source 20 is connected to a pair of electrodes 22 for applying a high frequency and high electric field provided in a vacuum vessel 21 for plasma generation, and A sample 23 is placed on the electrode 22 . The vacuum container 21 has a gas supply pipe 24 for introducing a gas for plasma etching, for example, a carbon fluoride gas such as CF 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CHF 3 , etc., and a gas supply pipe 24 for discharging the gas. A gas exhaust pipe 25 is provided. Furthermore, the vacuum container 21 includes
A vacuum gauge 26 is attached to measure the gas pressure within. This vacuum gauge 26 is connected to a signal processing device 27 that shapes, amplifies, calculates, and records the electrical signal from the vacuum gauge 26. The high frequency power supply 20 is connected to a high frequency power supply control device 29 for stopping the application of high frequency power from the high frequency power supply 20 to the electrode 22 after etching is completed, and this high frequency power supply control device 29 and the signal processing device A continuator 28 is provided between the two and 27.

次に、本実施例の作用について説明する。電極
22上に載置された試料23にエツチングを施こ
す場合、ガス供給管24を通して真空容器21内
にガスを供給する一方、高周波電源20からの高
周波電力を電極22に印加すると、試料23は電
極22のガス放電で発生されたガスプラズマによ
りエツチング処理される。その際、真空容器21
内のガス圧力の経時的変化は、モニタ機構を構成
する真空ゲージ26と信号処理装置27により測
定および記録される。
Next, the operation of this embodiment will be explained. When etching the sample 23 placed on the electrode 22, the sample 23 is The etching process is performed by gas plasma generated by gas discharge of the electrode 22. At that time, the vacuum container 21
Changes in the gas pressure inside are measured and recorded by a vacuum gauge 26 and a signal processing device 27, which constitute a monitoring mechanism.

たとえば、試料23のSiO2膜をCF4、C2F6
C3F8、CHF3等のフツ化炭素ガスを用いてエツチ
ングする場合、真空容器21内のガス圧力は第4
図に示すように変化する。すなわち、第4図にお
いて、A点は高周波放電の開始時点であり、ガス
圧力はエツチング中は高く安定な状態に保たれる
が、エツチング終了点Bにおいては急激に低下す
るので、この変化を監視することによりエツチン
グ終了点Bを検知することができる。
For example, the SiO 2 film of sample 23 can be treated with CF 4 , C 2 F 6 ,
When etching is performed using a carbon fluoride gas such as C 3 F 8 or CHF 3 , the gas pressure inside the vacuum chamber 21 is
Changes as shown in the figure. In other words, in Fig. 4, point A is the start point of high-frequency discharge, and the gas pressure is kept high and stable during etching, but it drops rapidly at etching end point B, so this change must be monitored. By doing so, the etching end point B can be detected.

エツチングの終了後には、信号処理装置27に
接続された継続器28を介して信号処理装置27
から高周波電源制御装置29に電気信号を送り、
高周波電源20から電極22への高周波電力の印
加を停止させる。それにより、高周波放電が停止
するが、このような高周波放電の停止時点は第4
図にCで示され、このときにはガス圧力が急激に
低下する。
After the etching is completed, the signal processing device 27 is
sends an electric signal from to the high frequency power supply control device 29,
The application of high frequency power from the high frequency power source 20 to the electrode 22 is stopped. As a result, the high-frequency discharge stops, but the point at which such high-frequency discharge stops is the fourth
This is indicated by C in the figure, and at this time the gas pressure drops rapidly.

このように、本実施例においては、真空容器2
1内における試料23のエツチング処理中のガス
圧力の安定状態からの急激な変化を真空ゲージ2
6で精密に測定し、該真空ゲージ26からの電気
信号を信号処理装置27で整形、増幅、演算し、
記録することにより、エツチングの終了点を簡単
かつ精確に検知することができるが、モニタ機構
を構成する真空ゲージ26と信号処理装置27は
通常のエツチング装置に使用されるものでよく、
その構造は簡単かつ小型で、操作も簡便である上
に、信頼性も高いものである。しかも、本実施例
においては、エツチング終了点を自動的に検知す
るのみならず、高周波電力の印加も自動的に停止
することができ、作業能率を大幅に向上させるこ
とが可能である。
In this way, in this embodiment, the vacuum container 2
Vacuum gauge 2 detects sudden changes in gas pressure from a stable state during the etching process of sample 23 in
6, and the electric signal from the vacuum gauge 26 is shaped, amplified, and calculated by a signal processing device 27,
By recording the end point of etching, it is possible to easily and accurately detect the end point of etching, but the vacuum gauge 26 and signal processing device 27 that constitute the monitoring mechanism may be those used in ordinary etching equipment.
The structure is simple and compact, the operation is simple, and the reliability is high. Moreover, in this embodiment, not only can the etching end point be automatically detected, but also the application of high frequency power can be automatically stopped, making it possible to significantly improve work efficiency.

以上説明したように、本発明によれば、簡単か
つ小型で、操作の簡単な構造により、精密で、信
頼性の高いモニタリングを低コストで自動的に行
うことができる。
As described above, according to the present invention, accurate and highly reliable monitoring can be automatically performed at low cost with a simple, compact, and easily operated structure.

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

第1図は従来のモニタ装置を示す概略説明図、
第2図は第1図の装置における発光スペクトル強
度の経時変化を示す図、第3図は本発明によるエ
ツチング装置の一実施例を示す概略説明図、第4
図は第3図の実施例におけるガス圧力の経時的変
化を示す図である。 20……高周波電源、21……真空容器、22
……電極、23……試料、26……真空ゲージ、
27……信号処理装置、28……継電器、29…
…高周波電源制御装置、A……高周波放電開始
点、B……エツチング終了点、C……高周波放電
停止点。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing a conventional monitor device;
FIG. 2 is a diagram showing changes over time in the emission spectrum intensity in the apparatus shown in FIG. 1, FIG.
The figure is a diagram showing changes in gas pressure over time in the embodiment of FIG. 3. 20... High frequency power supply, 21... Vacuum container, 22
... Electrode, 23 ... Sample, 26 ... Vacuum gauge,
27... Signal processing device, 28... Relay, 29...
...High frequency power supply control device, A...High frequency discharge start point, B...Etching end point, C...High frequency discharge stop point.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 真空容器内の試料に対してガスプラズマによ
りエツチングするプラズマエツチング方法におい
て、試料のエツチング処理中の真空容器内のガス
圧力の安定状態からの急激な変化を測定し、この
ガス圧力の急激な変化に基づいてエツチング終了
点を検知することを特徴とするプラズマエツチン
グ方法。 2 高周波電源と、試料を収容する真空容器と、
この真空容器内に設けられ、前記高周波電源から
の高周波電力により該真空容器内でガス放電によ
るプラズマを発生させる電極と、前記真空容器に
取り付けられ、該真空容器内のガス圧力を検出す
るガス圧力検出機構と、このガス圧力検出機構か
らの電気信号を処理する信号処理装置と、この信
号処理装置からの信号により前記高周波電源を制
御する高周波電源制御装置とからなるプラズマエ
ツチング装置。
[Claims] 1. In a plasma etching method in which a sample in a vacuum container is etched with gas plasma, a rapid change in gas pressure in the vacuum container from a stable state during etching of the sample is measured, and this A plasma etching method characterized by detecting an etching end point based on a sudden change in gas pressure. 2. A high frequency power source, a vacuum container containing the sample,
An electrode is provided in the vacuum container and generates plasma by gas discharge in the vacuum container using high frequency power from the high frequency power source, and a gas pressure is attached to the vacuum container to detect gas pressure in the vacuum container. A plasma etching apparatus comprising a detection mechanism, a signal processing device for processing electrical signals from the gas pressure detection mechanism, and a high frequency power supply control device for controlling the high frequency power supply using signals from the signal processing device.
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