JPH05102086A - Dry etching method - Google Patents
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は半導体基板等のドライ
エッチング方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method for semiconductor substrates and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
製造工程において、ドライエッチングは微細なパターン
を形成するために欠くことのできない技術となってい
る。このエッチングは、真空中で反応ガスを用いてプラ
ズマを生成し、プラズマ中のイオン、中性ラジカル、原
子、分子などを用いて対象物を除去していく方法であ
る。2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, dry etching is an indispensable technique for forming a fine pattern. This etching is a method in which plasma is generated using a reactive gas in a vacuum and an object is removed by using ions, neutral radicals, atoms, molecules and the like in the plasma.
【0003】ところで、エッチング対象物が完全に取り
去られた後においてもエッチングが継続されると、下地
材料が不必要に削られていったり、或いはエッチング形
状が変ってしまうため、これを防止するためにエッチン
グの終点を正確に検出することは非常に重要な事項であ
る。このため従来エッチングの終点を検出する代表的な
方法としては、エッチングによる生成物の発光強度を監
視し、この発光強度の変化を基に終点を判断していた。
例えば二酸化珪素をCF系のエッチングガスによりエッ
チングする場合には、反応生成物である一酸化炭素の発
光強度を監視し、この発光強度変化を基に終点を判断す
る方法が提案されている(特開昭63−81929号、
特開平1−230236号等)。即ち、反応生成物はエ
ッチング中には反応容器内に存在するがエッチング対象
物がなくなると生成されなくなるので、反応生成物の発
光強度は急激に減少する。従って、反応生成物に由来す
る特定波長の光強度の減少を捉えればエッチングの終点
を検出することができる。By the way, if the etching is continued even after the object to be etched is completely removed, the underlying material is unnecessarily scraped or the etching shape is changed, and this is prevented. Therefore, it is very important to detect the etching end point accurately. Therefore, as a typical method for detecting the end point of etching in the related art, the emission intensity of a product by etching is monitored and the end point is determined based on the change in the emission intensity.
For example, when etching silicon dioxide with a CF-based etching gas, a method has been proposed in which the emission intensity of carbon monoxide, which is a reaction product, is monitored and the end point is determined based on this emission intensity change (special feature. Kaisho 63-81929,
JP-A-1-230236). That is, the reaction product exists in the reaction container during etching, but is not generated when the etching target is exhausted, so that the emission intensity of the reaction product sharply decreases. Therefore, the end point of etching can be detected by catching the decrease in the light intensity of the specific wavelength derived from the reaction product.
【0004】ところで、エッチングを行なうに当って、
プラズマの安定化を図るために、或いは下地膜やレジス
トに対する選択性を大きくするために、エッチングガス
以外の添加ガスを、エッチングガスに比べて多量に加え
ることが行なわれている。例えばプラズマの安定化を図
るためにCF系ガスにアルゴンを添加することがある
が、このアルゴンガス自体の発光スペクトルは帯状に広
がっており、このスペクトル中に反応生成物である一酸
化炭素のスペクトルが重なって埋れてしまうことがあ
る。By the way, in performing etching,
In order to stabilize the plasma or to increase the selectivity with respect to the underlying film and the resist, a large amount of additive gas other than the etching gas is added as compared with the etching gas. For example, argon may be added to a CF-based gas in order to stabilize plasma, but the emission spectrum of the argon gas itself spreads in a band shape, and the spectrum of carbon monoxide as a reaction product is contained in this spectrum. May be overlaid and buried.
【0005】従来分光光度計等の検出装置の感度等の要
請から発光強度は約300〜900nmの範囲内で監視
されており、特に一酸化炭素のスペクトルのピークが認
められる482.0nmが好適に用いられている。しか
し、このような波長の範囲はアルゴンの強い発光波長範
囲である300〜800nmと非常に近似しているた
め、上述のように一酸化炭素の発光スペクトルは、プラ
ズマ自体の発光スペクトル中に埋れてしまい、一酸化炭
素の発光強度を正確に検出することができない。[0005] Conventionally, the emission intensity is monitored within the range of about 300 to 900 nm in order to meet the requirements of the sensitivity of a detection device such as a spectrophotometer, and particularly 482.0 nm where the peak of the carbon monoxide spectrum is recognized is preferable. It is used. However, since such a wavelength range is very close to the strong emission wavelength range of 300 to 800 nm of argon, the emission spectrum of carbon monoxide is buried in the emission spectrum of plasma itself as described above. Therefore, the emission intensity of carbon monoxide cannot be accurately detected.
【0006】しかも、近年の微細化の傾向の推進によっ
てエッチング対象領域が非常に小さくなる傾向にあり、
例えばエッチング対象物の全面積に対するエッチング対
象領域の面積の比率即ち開口率が10%以下、場合によ
っては2、3%程度になっている。このため、発生する
一酸化炭素のガス量は導入するアルゴンガス量は比べて
微量、例えば100分の1以下となり、一酸化炭素の発
光強度を正確に検出することできずエッチングの終点を
特定することが困難であった。一般にプラズマ反応系か
らの発光スペクトルの強度は、電源出力のわずかな変
動、質量流用コントローラの影響、処理圧力の変動、プ
ラズマに起因する基板温度の上昇等により絶えずゆらい
でおり、このゆらぎが原因でさらに生成ガス等の発光強
度の変化を監視することは困難であった。Moreover, with the recent trend toward miniaturization, the area to be etched tends to be extremely small.
For example, the ratio of the area of the etching target region to the total area of the etching target, that is, the aperture ratio is 10% or less, and in some cases, about 2 or 3%. Therefore, the amount of carbon monoxide gas generated is smaller than the amount of argon gas introduced, for example, 1/100 or less, and the emission intensity of carbon monoxide cannot be accurately detected, and the etching end point is specified. Was difficult. In general, the intensity of the emission spectrum from the plasma reaction system constantly fluctuates due to slight fluctuations in the power output, effects of the mass flow controller, fluctuations in processing pressure, and rises in the substrate temperature due to plasma. Furthermore, it has been difficult to monitor changes in the emission intensity of the produced gas and the like.
【0007】これに対し、エッチングガスはエッチング
中はほぼ一定であるがエッチングの終了に伴い増加する
と考えられるので、生成物の発光強度とともにエッチャ
ントの発光強度を監視し、これら発光強度の差又は比を
監視する方法(特開昭63−91929号)なども提案
されている。しかし、エッチングガスや生成ガスは必ず
しもエッチング中一定ではなく、エッチング装置の種類
によっては、エッチング中にその光量が減少することが
ある。この原因としては排気系の条件、温度変化等が考
えられるが定かではなく、この場合単純に2つの発光強
度と差や比の変化を監視していても正確にエッチング終
点を求めることはできない。On the other hand, since the etching gas is almost constant during the etching but increases with the end of the etching, the emission intensity of the etchant is monitored together with the emission intensity of the product, and the difference or ratio of these emission intensities is monitored. A method of monitoring the temperature (Japanese Patent Laid-Open No. 63-91929) has also been proposed. However, the etching gas and the generated gas are not always constant during etching, and the light amount thereof may decrease during etching depending on the type of etching apparatus. The cause of this may be the condition of the exhaust system, the temperature change, etc., but it is not clear. In this case, the etching end point cannot be accurately determined even by simply monitoring the change in the two emission intensities and the difference or ratio.
【0008】特にエッチングガスの発光がエッチングの
経過に伴い徐々に減少する系において、その変化量がエ
ッチング終点に起因する変化量より大きい場合には、こ
れらの変化を判別することが困難であり、開口率が小さ
い場合には後者の変化の絶対値が小さいためさらに困難
になっている。本発明はこのような従来の問題点を解決
するためになされたもので、シリコンまたはシリコン化
合物をドライエッチングするに際し、正確にエッチング
終点を検出することができるドライエッチング方法を提
供することを目的とする。特に開口率の小さいエッチン
グにおいても、確実にエッチング終点を検出することが
でき、オーバーエッチング等のコントロール、深さが2
段の2層配線へのエッチング等にも適用できるドライエ
ッチング方法を提供することを目的とする。Particularly in a system in which the light emission of the etching gas gradually decreases with the progress of etching, if the amount of change is larger than the amount of change due to the etching end point, it is difficult to distinguish these changes. When the aperture ratio is small, it is more difficult because the absolute value of the latter change is small. The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide a dry etching method capable of accurately detecting an etching end point when dry etching silicon or a silicon compound. To do. In particular, even in the case of etching with a small aperture ratio, the etching end point can be detected with certainty, and control of over-etching, etc., with a depth of 2
It is an object of the present invention to provide a dry etching method which can be applied to etching of two-layer wiring in steps.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明のドライエッチング方法は、被処理体をエッチ
ングガスによりドライエッチングするに際し、エッチン
グガスの活性種の発光強度及び反応生成物の発光強度を
それぞれ検出し、これら活性種の発光強度と反応生成物
の発光強度を所定の演算をして変換係数を求め、得られ
た発光強度をこの変換係数に基づき演算した後、2つの
発光強度の比を求め、この比に基づいてドライエッチン
グの終点を決定するものである。The dry etching method of the present invention which achieves such an object is such that when the object to be processed is dry-etched with the etching gas, the emission intensity of the active species of the etching gas and the emission of the reaction product are increased. Intensities of the active species and the luminescence intensities of the reaction products are detected, the conversion coefficient is calculated, and the obtained luminescence intensity is calculated based on this conversion coefficient. Is obtained, and the end point of dry etching is determined based on this ratio.
【0010】[0010]
【作用】エッチングガスの活性種の量及び反応生成物の
量はエッチングの経過に伴い、漸次ゆらぎを生じながら
変化しており、これに伴い発光強度が変化する。所定の
波長のスペクトル強度の変化を監視することによりこれ
ら活性種及び反応生成物に対応する発光強度の変化を求
める。両者の発光強度の変化曲線は、アルゴン等添加ガ
スの寄与率、分光器の精度、その他の原因によって傾き
が異なる。The amount of active species in the etching gas and the amount of reaction products change with the progress of etching, with gradual fluctuations, and the emission intensity changes accordingly. The change in emission intensity corresponding to these active species and the reaction product is determined by monitoring the change in spectral intensity at a given wavelength. The slopes of the two emission intensity change curves differ depending on the contribution rate of the additive gas such as argon, the accuracy of the spectroscope, and other causes.
【0011】本発明者は、これら両者の発光強度の変化
曲線の傾きを一致させる演算を行ない、一致させるため
の変換係数を求め、しかる後にこの変換係数で演算した
発光強度の比を求めた場合、比が一定の値を示しエッチ
ングの終了により、急激に変化して後また他の一定値を
取ることを見出した。従って、一定期間発光強度の変化
を監視して、これらの変化曲線から所定の変換係数を求
め、以後はその変換係数に基づき発光強度を演算して比
を求め、比の値の変化を監視することにより、エッチン
グ終点を確実に検出することができる。またエッチング
終了後も比の値は一定であるので、この値を監視してオ
ーバーエッチングの時間を制御することができる。ま
た、深さが2段の2層配線へのエッチングの場合にも、
比の値が段階的に一定値をとるので、それぞれ段階での
終点を検出できる。In the case where the present inventor performs an operation for matching the inclinations of the change curves of these two emission intensities, obtains a conversion coefficient for making them coincide, and thereafter obtains the ratio of the emission intensities calculated by this conversion coefficient. It has been found that the ratio shows a constant value, and after the etching is completed, it rapidly changes and then takes another constant value. Therefore, the change in the emission intensity is monitored for a certain period of time, a predetermined conversion coefficient is obtained from these change curves, and thereafter, the emission intensity is calculated based on the conversion coefficient to obtain the ratio, and the change in the ratio value is monitored. As a result, the etching end point can be reliably detected. Further, since the value of the ratio is constant even after the etching is completed, it is possible to monitor this value and control the overetching time. Also, in the case of etching a two-layer wiring with a depth of two,
Since the ratio value takes a constant value stepwise, the end point at each step can be detected.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明のドライエッチング方法につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明のドライエッ
チング方法が適用されるエッチング装置1を示す図で、
主としてエッチャントを導入してプラズマを発生させ被
処理体2例えば半導体基板をエッチングするための真空
チャンバ3と、真空チャンバ3に対向して設置された一
対の電極4、5と、真空チャンバ3内の発光スペクトル
を監視するための制御部6とから成る。エッチングは、
被処理体2例えばシリコンウェハ上に形成された二酸化
珪素膜を選択的にエッチングするものとする。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The dry etching method of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an etching apparatus 1 to which the dry etching method of the present invention is applied.
A vacuum chamber 3 for mainly introducing an etchant to generate plasma to etch the object 2 to be processed, for example, a semiconductor substrate, a pair of electrodes 4 and 5 installed to face the vacuum chamber 3, and the inside of the vacuum chamber 3 And a control unit 6 for monitoring the emission spectrum. Etching
The object 2 to be processed, for example, a silicon dioxide film formed on a silicon wafer is selectively etched.
【0013】真空チャンバ3は、ゲートバルブ7を介し
て、また必要に応じてロードロック室8を介して被処理
体2を収納する図示しないカセットチャンバに連結され
ており、ゲートバルブ7を開いて搬送機構により被処理
体2を搬送することができる。また真空チャンバ3は、
エッチャント例えばCHF3、CF4等のCF系ガス及び
アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを導入するガス導入
管9及び余剰ガスや反応生成ガス等を排気するための排
気管10が接続され、所定の真空度、例えば200mTo
rr程度に真空チャンバ3内を保つことができる。The vacuum chamber 3 is connected via a gate valve 7 and, if necessary, a load lock chamber 8 to a cassette chamber (not shown) for accommodating the object 2 to be processed, and the gate valve 7 is opened. The workpiece 2 can be transported by the transport mechanism. The vacuum chamber 3 is
An etchant, for example, a gas introduction pipe 9 for introducing a CF-based gas such as CHF 3 or CF 4 and an inert gas such as argon or helium, and an exhaust pipe 10 for exhausting a surplus gas, a reaction product gas, etc. Vacuum degree, eg 200mTo
The inside of the vacuum chamber 3 can be maintained at about rr.
【0014】電極4、5は、平行平板電極を構成してお
り、一方例えば上部電極4が接地され、他方の下部電極
5がコンデンサ11を介して高周波電源12に接続され
ており、両電極間に高周波電圧を印加する。また下部電
極5には被処理体2を載置され、この被処理体2を確実
に固定するために、例えばクランバ等が設けられてい
る。The electrodes 4 and 5 form a parallel plate electrode. One electrode, for example, the upper electrode 4 is grounded, and the other lower electrode 5 is connected to a high frequency power source 12 via a capacitor 11. Apply a high frequency voltage to. The object 2 to be processed is placed on the lower electrode 5, and a clamper or the like is provided to surely fix the object 2 to be processed.
【0015】更に真空チャンバ3の側面には、電極4、
5間に発生したプラズマの発光を外部に透過させるため
に石英等から成る窓13が形成されている。この窓13
に近接して、窓13を透過した光を集光するためのレン
ズ14が設置される。レンズ14で集光された光は光フ
ァイバ15を通して2つに分岐されて制御部6に送付さ
れる。200nm付近までの低い波長の発光を検出する
ために、ガラスに代って石英から成る窓13、レンズ1
4及び光ファイバ15を用いる。Further, on the side surface of the vacuum chamber 3, electrodes 4,
A window 13 made of quartz or the like is formed in order to transmit the emitted light of the plasma generated between 5 to the outside. This window 13
A lens 14 for condensing the light that has passed through the window 13 is installed close to. The light condensed by the lens 14 is branched into two through the optical fiber 15 and sent to the control unit 6. A window 13 made of quartz instead of glass, a lens 1 to detect low wavelength emission up to around 200 nm.
4 and the optical fiber 15 are used.
【0016】制御部6は光を所定範囲のスペクトルに分
光する分光器61、62と、分光器61、62によって
得られた特定波長の光を電気に変換する光電変換器6
3、64と、増幅器65、66と、上記特定波長の光に
対応する電気信号を所定の演算を行なうとともに演算結
果からエッチング終点を判定する判定部67とから成
る。一方の分光器61及び光電変換器63は、エッチャ
ント例えばCF1やCF2ラジカル用の系でCF2ラジカ
ルであれば240〜350nmの範囲の波長、例えば2
55.06nm、259.5nm、262.8nm、2
71.1nm等の光を監視する。CF2の発光波長帯の
240nm〜350nmでは添加ガスのアルゴンの発光
が特に少ない。またCF2はエッチングガスであるから
その発光は反応生成物の発光よりはるかに強いので、分
解能が比較的悪い安価な干渉フィルタを使ってこの波長
帯の光を分光することができる。特に干渉フィルタの透
過中心波長を260nm〜270nmとし半値幅10n
m〜20nmのものを使用すれば高感度で高価なフォト
マルを使用せずに安価なシリコンフォトダイオードで光
電変換することができる。The control unit 6 divides the light into a spectrum of a predetermined range by the spectroscopes 61 and 62, and the photoelectric converter 6 that converts the light of the specific wavelength obtained by the spectroscopes 61 and 62 into electricity.
3, 64, amplifiers 65 and 66, and a determination unit 67 that performs a predetermined operation on the electric signal corresponding to the light of the specific wavelength and determines the etching end point from the operation result. On the other hand, the spectroscope 61 and the photoelectric converter 63 are a system for etchants such as CF 1 and CF 2 radicals, and a wavelength in the range of 240 to 350 nm, for example, 2 for CF 2 radicals.
55.06 nm, 259.5 nm, 262.8 nm, 2
Monitor light such as 71.1 nm. In the emission wavelength band of CF 2 of 240 nm to 350 nm, the emission of argon as the additive gas is particularly small. Further, since CF 2 is an etching gas, its light emission is much stronger than that of the reaction product, so that light in this wavelength band can be separated by using an inexpensive interference filter having relatively low resolution. Particularly, the transmission center wavelength of the interference filter is set to 260 nm to 270 nm and the half width is 10 n.
If the m-thickness of 20 nm is used, photoelectric conversion can be performed with an inexpensive silicon photodiode without using a highly sensitive and expensive photomultiplier.
【0017】他方の分光器62及び光電変換器64は、
生成ガス例えば一酸化炭素用の系で、従来のように48
2.7nmの波長でもよいが、好適には210nm〜2
36nmの範囲内の所望波長から選ばれた特定波長、更
に好適には219.0nm、230.0nm、211.
2nm、232.5nm及び224〜229nmのいず
れかを監視する。210nm〜236nmの範囲の光
は、アルゴンの発光スペクトルとエッチャントCF1と
の重なりが比較的少なく、またエッチャントCF2の発
光とは重ならないため、開口率が小さく生成ガスが少な
い場合でも正確に変化を監視することができる。The other spectroscope 62 and photoelectric converter 64 are
Generated gas, for example, a system for carbon monoxide.
The wavelength may be 2.7 nm, but is preferably 210 nm to 2
Specific wavelengths selected from desired wavelengths within the range of 36 nm, more preferably 219.0 nm, 230.0 nm, 211.
Monitor 2 nm, 232.5 nm and any of 224-229 nm. The light in the range of 210 nm to 236 nm has a relatively small overlap between the emission spectrum of argon and the etchant CF 1, and does not overlap with the emission of the etchant CF 2 , so that the light emission changes accurately even when the aperture ratio is small and the generated gas is small. Can be monitored.
【0018】図6にエッチング時の200nm〜400
nmにおける発光スペクトルを示す。なお図中、太線は
ベアウェハを、細線は全面二酸化珪素膜付ウェハを、そ
れぞれ高周波電力600W、250mTorr(mt)、アル
ゴン400SCCM、CHF320SCCM、CF420SCCMの条
件でエッチングした時のスペクトルを示す。また、点線
はベアウェハを用いて、高周波電力600W、250mT
orr(mt)、アルゴン400SCCMでアルゴンプラズマを
同一チャンバで行なった結果を示す。図6から240n
m〜350nmは、CF2の発光のピークにアルゴンの
発光がのっているのがわかる。また200nm〜240
nmではCF1とベタウェハからのCOが確認できる。FIG. 6 shows 200 nm to 400 during etching.
The emission spectrum in nm is shown. In the figure, a thick line shows a spectrum of a bare wafer, and a thin line shows a spectrum of a wafer with a full-scale silicon dioxide film etched under the conditions of high-frequency power of 600 W, 250 mTorr (mt), argon 400 SCCM, CHF 3 20 SCCM, and CF 4 20 SCCM, respectively. In addition, the dotted line uses a bare wafer, high frequency power 600 W, 250 mT
The results of performing argon plasma in the same chamber with orr (mt) and argon 400 SCCM are shown. 6 to 240n
From m to 350 nm, it can be seen that the emission of argon is on the emission peak of CF 2 . 200 nm to 240
In nm, CF 1 and CO from the solid wafer can be confirmed.
【0019】このような範囲の波長を検出するためには
分光器61、62は、300nm以下の光に対する感度
の良好なものを用いることが好ましい。判定部67は、
例えばA/D変換器やCPUなどから成り、発光強度を
監視してその変化を捉え、後述するような演算を行な
い、エッチングの終点を検出する。次に以上のように構
成されるエッチング装置1における本発明に係るドライ
エッチング方法について説明する。In order to detect the wavelength in such a range, it is preferable that the spectroscopes 61 and 62 have good sensitivity to light of 300 nm or less. The determination unit 67
For example, it is composed of an A / D converter, a CPU, and the like, and monitors the light emission intensity to catch the change and performs the calculation as described later to detect the end point of etching. Next, the dry etching method according to the present invention in the etching apparatus 1 configured as above will be described.
【0020】まず、被処理体2である半導体基板は図示
しない搬送機構によってロードロック室8から搬送され
下部電極5に載置される。この半導体基板の二酸化珪素
膜上には所定のパターン形状のマスクが露光工程を経て
形成されている。次いでバルブ7を閉じ排気管10を介
して真空チャンバ3内を所定の真空度に真空引きした
後、ガス導入管9からエッチングガスとしてCF系ガ
ス、例えばCF3ガス及びCF4系ガスとアルゴンガス等
の不活性ガスを所定の流量で導入して所定のガス圧に維
持するとともに両電極4、5間に所定周波数例えば1
3.56MHz、所定電力値例えば数100wの高周波
電力を印加しながら、プラズマを発生させて被処理体2
表面の二酸化珪素膜部分をエッチングする。First, the semiconductor substrate to be processed 2 is transferred from the load lock chamber 8 by a transfer mechanism (not shown) and placed on the lower electrode 5. A mask having a predetermined pattern is formed on the silicon dioxide film of the semiconductor substrate through an exposure process. Next, the valve 7 is closed and the inside of the vacuum chamber 3 is evacuated to a predetermined degree of vacuum via the exhaust pipe 10, and then a CF type gas such as a CF 3 gas or a CF 4 type gas and an argon gas is used as an etching gas from the gas introducing pipe 9. An inert gas such as is introduced at a predetermined flow rate to maintain a predetermined gas pressure, and a predetermined frequency between the electrodes 4 and 5, for example, 1
While applying high frequency power of 3.56 MHz and a predetermined power value, for example, several 100 w, plasma is generated and the object to be processed 2 is processed.
The silicon dioxide film portion on the surface is etched.
【0021】真空チャンバ3内に導入されたCF系ガス
は、プラズマ中で解離して多種類の活性種を発生し、こ
れがエッチング反応に関与する。例えば活性種としてC
F2ガスを例にとると、このCF2ラジカルによる反応は
次のように進行し、 2CF2+SiO2→SiF4+2CO 一酸化炭素、CO+イオン、水素ラジカル、フッ素ラジ
カル等の生成物が発生する。The CF type gas introduced into the vacuum chamber 3 is dissociated in plasma to generate various kinds of active species, which participate in the etching reaction. For example, C as an active species
Taking F 2 gas as an example, the reaction by this CF 2 radical proceeds as follows, and products such as 2CF 2 + SiO 2 → SiF 4 + 2CO carbon monoxide, CO + ions, hydrogen radicals, and fluorine radicals are generated. To do.
【0022】これら生成ガスである一酸化炭素やCO+
イオン、またプラズマ安定化ガスであるアルゴンガス、
エッチングガスであるCFガスはそれぞれ特有のスペク
トルをもって発光するが、この発光は真空チャンバ3の
窓13及びレンズ14を通して光ファイバ15を介して
制御部6に送付されここで検出される。分光器61、6
2は送付された光を分光し、スペクトルとして表示し特
定波長の光をそれぞれ光電変換器63、64に送付す
る。ところで得られる発光スペクトルは上記複数のガス
のそれぞれの発光スペクトルの合成されたものである
が、一酸化炭素やCO+イオンの発光スペクトルは35
0〜860nmの範囲では最も多量に存在するアルゴン
ガスのスペクトルとほぼ完全に重なってしまう。しかし
210nm〜236nmの範囲では、特に波長219.
0nm、230.0nm、211.2nm、232.5
nm及び224〜229nmのところでは一酸化炭素又
はCO+イオンに由来する発光が認められる。一方活性
種であるCF2ガスは、アルゴンガスのスペクトル領域
から外れた波長255nm及び259.5nm等に発光
ピークを有している。従って、これらのいずれかの波長
における発光を追跡することによりエッチング終点にお
ける生成ガスの変動を検出することができる。Carbon monoxide and CO + which are these generated gases
Ions, and argon gas, which is a plasma stabilizing gas,
The CF gas, which is an etching gas, emits light with a unique spectrum, and the emitted light is sent to the control unit 6 through the optical fiber 15 through the window 13 and the lens 14 of the vacuum chamber 3 and detected there. Spectrometer 61, 6
Reference numeral 2 disperses the sent light, displays it as a spectrum, and sends the light of a specific wavelength to the photoelectric converters 63 and 64, respectively. By the way, the emission spectrum obtained is a combination of the emission spectra of the above-mentioned plurality of gases, and the emission spectra of carbon monoxide and CO + ions are 35.
In the range of 0 to 860 nm, the spectrum of the most abundant argon gas almost completely overlaps. However, in the range of 210 nm to 236 nm, the wavelength 219.
0 nm, 230.0 nm, 211.2 nm, 232.5
nm and 224 to 229 nm, emission originating from carbon monoxide or CO + ions is observed. On the other hand, CF 2 gas, which is an active species, has emission peaks at wavelengths such as 255 nm and 259.5 nm which are out of the spectral range of argon gas. Therefore, by tracking the light emission at any of these wavelengths, it is possible to detect the fluctuation of the generated gas at the etching end point.
【0023】即ち、分光器61は例えば波長255nm
に、また分光器62は210nm〜236nmの範囲内
の所望波長から選ばれた特定波長に設定されており、光
電変換器63、64はこれら分光器61、62からの光
をそれら光強度に対応する強さの電気に変換する。この
ようなエッチングガスの活性種及び生成ガスの変化に伴
う発光強度の変化は、光電変換器63、64から出る電
気信号の大きさとして増幅器65、66を介して判定部
64に送出され、判定部64はこの電気信号に基づき所
定の演算を行ない、エッチング終点を判定する。即ち両
者の発光強度の変化曲線の傾きを一致させる演算を行な
い、係数を求める。次いで得られる発光強度にこの係数
を用いて所定の演算を行なった後、発光強度の比を求
め、比の値が所定量変化したところをエッチング終点と
判定する。That is, the spectroscope 61 has, for example, a wavelength of 255 nm.
Further, the spectroscope 62 is set to a specific wavelength selected from a desired wavelength within the range of 210 nm to 236 nm, and the photoelectric converters 63 and 64 correspond the light from these spectroscopes 61 and 62 to their light intensity. Convert it to the strength of electricity. The change in the emission intensity due to the change in the active species of the etching gas and the generated gas is sent to the determination unit 64 via the amplifiers 65 and 66 as the magnitude of the electric signal output from the photoelectric converters 63 and 64, and the determination is performed. The unit 64 performs a predetermined calculation based on this electric signal to determine the etching end point. That is, the calculation is performed to match the slopes of the change curves of the emission intensity of both, and the coefficient is obtained. Then, after performing a predetermined calculation on the obtained emission intensity using this coefficient, the ratio of the emission intensity is obtained, and the point where the value of the ratio changes by a predetermined amount is determined as the etching end point.
【0024】判定部64の行なう演算の一例を次に説明
する。分光器61、62によって得られる光の発光強度
はエッチングの経過とともに図2に示すような変化曲線
を描いて漸次変化する。図2(a)は活性種に関する発
光強度の変化(光電変換器63の出力Ch0)及び生成
ガスに関する発光強度の変化(光電変換器64の出力C
h1)を示したものである。判定部67は、まず(1)この
ような変化曲線の指定された区間の平均値Ave0、A
ve1を計算し、(2)指定区間内のN個の測定値Ch0、
Ch1と平均値Ave0、Ave1との差の絶対値を計算
し指定区間平均A0、A1をとる(面積計算)。An example of the calculation performed by the determination unit 64 will be described below. The emission intensity of light obtained by the spectroscopes 61 and 62 gradually changes with the progress of etching in a change curve as shown in FIG. FIG. 2A shows changes in emission intensity related to active species (output Ch 0 of photoelectric converter 63) and changes in emission intensity related to generated gas (output C of photoelectric converter 64).
h 1 ) is shown. The determination unit 67 first (1) averages Ave 0 , Ave in the designated section of such a change curve.
ve 1 is calculated, and (2) N measured values Ch 0 in the specified section,
The absolute value of the difference between Ch 1 and the average values Ave 0 and Ave 1 is calculated and the specified section averages A 0 and A 1 are taken (area calculation).
【0025】 A0=Σ|Ch0−Ave0|/N A1=Σ|Ch1−Ave1|/N (3)指定区間平均A0、A1の比Rをとる。 R=A0/A1 以上のように指定区間につき平均値Ave0、Ave1及
び比Rを演算した後、これら係数を基に光電変換器63
の出力Ch0に対し、以下のような演算を行ない、求め
られた計算値と光電変換器64の出力Ch1との比を計
算する。 (4)測定値Ch0から平均値Ave0を引く。A 0 = Σ | Ch 0 −Ave 0 | / NA 1 = Σ | Ch 1 −Ave 1 | / N (3) The ratio R of the designated section averages A 0 and A 1 is calculated. R = A 0 / A 1 After calculating the average values Ave 0 , Ave 1 and the ratio R for the designated section as described above, the photoelectric converter 63 is calculated based on these coefficients.
The following calculation is performed on the output Ch 0 of the above, and the ratio between the calculated value obtained and the output Ch 1 of the photoelectric converter 64 is calculated. (4) Subtract the average value Ave 0 from the measured value Ch 0 .
【0026】Ch'0=Ch0−Ave0 Ch'0は図2(b)の曲線eで示される。 (5)Ch'0を比Rで割る。これによりCh0の曲線とCh
1の曲線の傾きが一致する。 Ch''0=Ch'0/R Ch''0は図2(b)の曲線fで示される。 (6)Ch''0にCh1の平均値Ave1を加える。これによ
りCh1の曲線と一致する。Ch ' 0 = Ch 0 -Ave 0 Ch' 0 is shown by the curve e in FIG. 2 (b). (5) Divide Ch ′ 0 by the ratio R. This gives the Ch 0 curve and Ch
The slopes of the curves of 1 match. Ch ″ 0 = Ch ′ 0 / R Ch ″ 0 is shown by the curve f in FIG. (6) Add the average value Ave 1 of Ch 1 to Ch ″ 0 . This agrees with the curve of Ch 1 .
【0027】Ch'''0=Ch''0+Ave1 (7)計算値Ch'''0と出力Ch1との比rを計算する。そ
して比の値が予め設定された所定の閾値以上に変化しと
きを判定し、これをエッチング終点とする。 なお、この演算例では出力Ch0を係数によって変換す
るようにしたが、出力Ch1を変換してもよいことはい
うまでもない。また、判定部64の演算は、上述した方
法に限定されるものではなく、例えば両出力の変化曲線
の近似曲線を求め、これら近似曲線の傾きを一致させて
比を求めるなど適当な変更を加えることができる。Ch ″ ′ 0 = Ch ″ 0 + Ave 1 (7) The ratio r between the calculated value Ch ′ ″ 0 and the output Ch 1 is calculated. Then, it is determined when the ratio value has changed to a preset threshold value or more, and this is set as the etching end point. Although the output Ch 0 is converted by the coefficient in this calculation example, it goes without saying that the output Ch 1 may be converted. Further, the calculation of the determination unit 64 is not limited to the above-described method, and an appropriate change is made, for example, by obtaining approximate curves of change curves of both outputs and obtaining a ratio by matching the inclinations of the approximate curves. be able to.
【0028】以上の判定部64の判定に基づき、自動的
に或いは手動でエッチングを終了する。また、被処理体
によってオーバーエッチングが必要な場合には判定部6
4が終点を判定したときから、所定のオーバーエッチン
グ時間の後、エッチングを終了する。 実施例1 エッチングガスとしてCHF3を60SCCM、CF4を60
SCCM及びアルゴンガスを800SCCMで真空チャンバ内に
導入し、750mTorr(mt)、RF13.56MHz、
600W、ウェハ温度−25℃でプラズマエッチングを
行なった。被処理体は、シリコン上に10000オング
ストロームの酸化シリコン膜を形成したウェハ(開口率
10%及び2.5%)である。Based on the judgment of the judgment unit 64, the etching is finished automatically or manually. Further, when overetching is required depending on the object to be processed, the determination unit 6
Etching is terminated after a predetermined overetching time from when the end point 4 is determined. Example 1 CHF 3 is 60 SCCM and CF 4 is 60 as etching gases.
SCCM and argon gas were introduced into the vacuum chamber at 800 SCCM, 750 mTorr (mt), RF 13.56 MHz,
Plasma etching was performed at 600 W and a wafer temperature of -25 ° C. The object to be processed is a wafer (aperture ratio of 10% and 2.5%) in which a silicon oxide film of 10,000 angstrom is formed on silicon.
【0029】エッチング経過に伴う255nm或いは2
71nmにおける発光強度の変化及び219nmにおけ
る発光強度の変化率を監視した。また、エッチング経過
60秒から100秒の区間についてこれら発光強度を平
均値及び比Rを求め、以後求めた係数の基づき測定値に
所定の演算を行ない、発光強度の比rを求めた。図3に
結果を示す。図中、実線aは255nmにおける発光強
度、実線bは219nmにおける発光強度、及び実線c
は演算後の両者の比rを示す。図3からも明らかなよう
に両波長において発光強度はエッチング開始から漸次減
少し、約120秒経過した時点でから219nmにおけ
る発光強度が急速に減少し、255nmにおける発光強
度はその減少が緩やかになる。これらの曲線ではゆらぎ
が見られ、変化を捉えにくい。これに対し、所定の演算
をして両者の比をとったもの(実線c)は、約120秒
まではほぼ一定であるが、この時点を過ぎると急に上昇
し、また一定になることがわかる。なお、図中光強度お
よび比の値は100秒における値を100として規格化
した値を示した。255 nm or 2 with etching progress
The change in emission intensity at 71 nm and the rate of change in emission intensity at 219 nm were monitored. Further, the average value of these emission intensities and the ratio R were obtained in the section from the etching progress of 60 seconds to 100 seconds, and a predetermined calculation was performed on the measured values based on the coefficients obtained thereafter to obtain the emission intensity ratio r. The results are shown in FIG. In the figure, the solid line a is the emission intensity at 255 nm, the solid line b is the emission intensity at 219 nm, and the solid line c.
Indicates the ratio r of both after the calculation. As is clear from FIG. 3, the emission intensity at both wavelengths gradually decreases from the start of etching, the emission intensity at 219 nm decreases rapidly after about 120 seconds, and the emission intensity at 255 nm decreases gradually. .. Fluctuations are seen on these curves, making it difficult to capture changes. On the other hand, the one obtained by performing the predetermined calculation and taking the ratio of both (solid line c) is almost constant until about 120 seconds, but after this time, it rises sharply and then becomes constant again. Recognize. The values of the light intensity and the ratio in the figure are values standardized with the value at 100 seconds as 100.
【0030】図4は、所定演算後の2つの発光強度の比
rの変化を示したもので、60秒から100秒の指定区
間における値を100としたときの変化率を示した。図
からもわかるようにCF2に関して271nmにおける
発光強度の変化を監視したものでは、開口率10%のと
き5.2%(実線b)、開口率2.5%のときには1.
2%(実線d)の変化が得られた。また、CF2に関し
て255nmにおける発光強度の変化を監視したもので
は、開口率10%のとき5.9%(実線a)、開口率
2.5%のときには1.7%(実線c)の変化が得られ
た。これらの値はいずれも安定に終点を判定できる変化
量であった。なお、指定区間における比rの変動はわず
かに0.13%以内であった。 実施例2 エッチングガスとしてCHF3を20SCCM、CF4を20
SCCM及びアルゴンガスを400SCCMで真空チャンバ内に
導入し、250mTorr(mt)、RF13.56MHz、
600W、ウェハ温度−25℃でプラズマエッチングを
行なった。被処理体は、シリコン上に10000オング
ストロームの酸化シリコン膜を形成したウェハ(開口率
2.5%)である。FIG. 4 shows the change in the ratio r of the two emission intensities after the predetermined calculation, and shows the change rate when the value in the designated section from 60 seconds to 100 seconds is 100. As can be seen from the figure, in the case of monitoring the change of the emission intensity at 271 nm with respect to CF 2 , 5.2% (solid line b) when the aperture ratio is 10%, and 1. 2 when the aperture ratio is 2.5%.
A change of 2% (solid line d) was obtained. In addition, in the case of monitoring the change in emission intensity at 255 nm with respect to CF 2 , a change of 5.9% (solid line a) when the aperture ratio is 10% and 1.7% (solid line c) when the aperture ratio is 2.5%. was gotten. All of these values were changes that could stably determine the end point. The variation of the ratio r in the designated section was within 0.13%. Example 2 CHF 3 was 20 SCCM and CF 4 was 20 as etching gases.
SCCM and argon gas are introduced into the vacuum chamber at 400 SCCM, 250 mTorr (mt), RF 13.56 MHz,
Plasma etching was performed at 600 W and a wafer temperature of -25 ° C. The object to be processed is a wafer (aperture ratio 2.5%) in which a silicon oxide film of 10,000 angstrom is formed on silicon.
【0031】エッチング経過に伴う255nmにおける
発光強度の変化及び219nmにおける発光強度の変化
率を監視するとともに、エッチング経過60秒から10
0秒の区間についてこれら発光強度を平均値及び比Rを
求め、以後求めた係数の基づき測定値に所定の演算を行
ない、発光強度の比rを求めた。図5に結果を示す。図
中、実線aは255nmにおける発光強度、実線bは2
19nmにおける発光強度、及び実線cは演算後の両者
の比rを示す。図5からも明らかなように、実施例1と
同様に所定の演算をして両者の比をとったもの(実線
c)は、約140秒まではほぼ一定であるが、この時点
を過ぎると急に上昇し、また150秒を過ぎると一定に
なることがわかる。なお、図中光強度および比の値は1
20秒における値を100として規格化した値を示し
た。The change in the emission intensity at 255 nm and the rate of change of the emission intensity at 219 nm with the progress of etching were monitored, and the progress of etching was changed from 60 seconds to 10 seconds.
The average value of these emission intensities and the ratio R were obtained for the section of 0 second, and a predetermined calculation was performed on the measured values based on the coefficients obtained thereafter to obtain the emission intensity ratio r. The results are shown in FIG. In the figure, the solid line a is the emission intensity at 255 nm, and the solid line b is 2.
The emission intensity at 19 nm and the solid line c indicate the ratio r of both after the calculation. As is apparent from FIG. 5, the ratio of the two calculated by performing the predetermined calculation as in the first embodiment (solid line c) is almost constant up to about 140 seconds, but beyond this point. It can be seen that it rises sharply and becomes constant after 150 seconds. The values of light intensity and ratio in the figure are 1
The value normalized by setting the value at 20 seconds as 100 is shown.
【0032】以上の実施例からも明らかなように、2つ
の発光強度を所定の演算をした後それらの比をとること
により、1つの発光強度を監視する場合に比較してエッ
チング終点が極めて明確に検出可能となる。また、エッ
チング終点を過ぎた後でも比の値が一定であるので、オ
ーバーエッチング時間の制御ができ、さらに深さが2段
の2層配線へのエッチングの場合にも、それぞれの段階
で終点を検出することが可能である。As is clear from the above embodiment, the end point of etching is extremely clear as compared with the case where one emission intensity is monitored by calculating the ratio of the two emission intensities after the predetermined calculation. Can be detected. Further, since the ratio value is constant even after the etching end point, the over-etching time can be controlled, and even in the case of etching a two-layer wiring having a depth of two, the end point is set at each step. It is possible to detect.
【0033】なお以上の実施例では二酸化珪素膜をエッ
チングする場合について説明したが、本発明はこれらの
エッチングに限定されるものではなく、ポリシリコン膜
や、アルミニウム合金膜などをエッチングする場合に適
用してもよく、また被エッチング膜の下地である材質と
しては、単結晶シリコン以外の材質、例えばポリシリコ
ンなどであってもよい。In the above embodiments, the case where the silicon dioxide film is etched has been described, but the present invention is not limited to these etchings and is applied to the case where a polysilicon film or an aluminum alloy film is etched. Alternatively, the material forming the base of the film to be etched may be a material other than single crystal silicon, such as polysilicon.
【0034】また本発明は、陰極側に被処理体を置いた
カソードカップリング形、陽極側に被処理体を置いたア
ノードカップリング形のいずれのエッチング装置にも適
用できるし、別途熱電子源などによって反応性ガスプラ
ズマを放電室で発生させ、これをエッチング領域に導く
といったエッチング方法にも適用できる。Further, the present invention can be applied to both a cathode coupling type etching apparatus in which an object to be processed is placed on the cathode side and an anode coupling type etching apparatus in which an object to be processed is placed on the anode side. It is also applicable to an etching method in which reactive gas plasma is generated in the discharge chamber by the above method and is guided to the etching region.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明
のドライエッチング方法によれば、エッチングの際にエ
ッチングガスと生成物に対応する2つの発光強度の変化
を監視するとともに、これらに所定の演算を行なって比
を求めるようにしたので、発光強度のゆらぎ等の影響を
受けることなく、また開口率が小さく検出すべき生成ガ
ス量が少ない場合でも、さらに終点における変化量がエ
ッチング進行時の全体変化より少ない場合でも、極めて
正確にエッチングの終点を検出することができる。これ
により下地材料が不必要に削られていったり、或いはエ
ッチング形状が変ってしまう等の過剰エッチングを防止
することができる。また、必要に応じオーバーエッチン
グのコントロールが可能である。As is apparent from the above description, according to the dry etching method of the present invention, changes in two emission intensities corresponding to an etching gas and a product are monitored during etching, and predetermined changes are made to these. Since the ratio is calculated by performing the above calculation, the amount of change at the end point is not affected by fluctuations in the emission intensity, even when the aperture ratio is small and the amount of generated gas to be detected is small. Even if the change is smaller than the total change of the above, the end point of etching can be detected extremely accurately. As a result, it is possible to prevent excessive etching such as unnecessary removal of the base material or change in etching shape. In addition, overetching can be controlled if necessary.
【図1】本発明のドライエッチング方法が適用されるエ
ッチング装置の一実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an etching apparatus to which a dry etching method of the present invention is applied.
【図2】本発明のドライエッチング方法における演算の
一例を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of calculation in the dry etching method of the present invention.
【図3】波長255nm及び219nmにおける発光強
度の変化及びこれら発光強度の所定の演算後の比を示す
図。FIG. 3 is a diagram showing changes in emission intensity at wavelengths of 255 nm and 219 nm and a ratio of these emission intensities after a predetermined calculation.
【図4】発光強度の所定の演算後の比の変化率を示す
図。FIG. 4 is a diagram showing a rate of change of a ratio of emission intensity after a predetermined calculation.
【図5】波長255nm及び219nmにおける発光強
度の変化及びこれら発光強度の所定の演算後の比を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing changes in emission intensity at wavelengths of 255 nm and 219 nm and a ratio of these emission intensities after a predetermined calculation.
【図6】波長200nm〜400nmにおける発光強度
をベアウェハ(太線)、全面二酸化珪素膜付ウェハ(細
線)をAr、CHF3、CF4で処理中に測定した場合
と、ベアウェハ(点線)をAr単独で処理中の測定した
場合についての比較を示す図。FIG. 6 shows the emission intensity in the wavelength range of 200 nm to 400 nm when a bare wafer (thick line), a wafer with a full-scale silicon dioxide film (thin line) is measured during treatment with Ar, CHF 3 , and CF 4 , and the bare wafer (dotted line) alone. The figure which shows the comparison about the case where it measures during the process.
1・・・・・・エッチング装置 2・・・・・・被処理体 3・・・・・・真空チャンバ 6・・・・・・制御装置 1 ··· Etching device 2 ·· To-be-processed object 3 ··· Vacuum chamber 6 ··· Control device
Claims (1)
ッチングするに際し、前記エッチングガスの活性種の発
光強度及び反応生成物の発光強度をそれぞれ検出し、前
記活性種の発光強度と前記反応生成物の発光強度を所定
の演算をした後、2つの発光強度の比を求め、この比に
基づいてドライエッチングの終点を決定することを特徴
とするドライエッチング方法。1. When dry etching an object to be processed with an etching gas, the emission intensity of the active species of the etching gas and the emission intensity of the reaction product are respectively detected to detect the emission intensity of the active species and the reaction product. A dry etching method characterized in that after a predetermined calculation of emission intensity, a ratio of two emission intensities is obtained, and the end point of dry etching is determined based on this ratio.
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- 1991-10-09 JP JP3262405A patent/JP2977054B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
USRE39895E1 (en) | 1994-06-13 | 2007-10-23 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit arrangement fabrication method |
WO1999040617A1 (en) * | 1998-02-03 | 1999-08-12 | Tokyo Electron Yamanashi Limited | End point detecting method for semiconductor plasma processing |
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