JP2000124198A - Device and method for plasma etching - Google Patents
Device and method for plasma etchingInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマエッチン
グ装置及びプラズマエッチング方法に関し、特に半導体
デバイス等の製造に適したプラズマエッチング装置及び
プラズマエッチング方法に関する。The present invention relates to a plasma etching apparatus and a plasma etching method, and more particularly to a plasma etching apparatus and a plasma etching method suitable for manufacturing a semiconductor device and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子等の電子デバイスは、高集積
化に伴い、加工には高い精度が要求され、微細パターン
の精密なエッチングが求められている。微細パターンを
形成する方法として、プラズマエッチングによるドライ
エッチングが知られている。一般に、電子デバイスの製
造では、プラズマエッチングによって、異なる材質の積
層物を層間の境界までエッチングすることによって行
う。2. Description of the Related Art With high integration of electronic devices such as semiconductor elements, high precision is required for processing, and precise etching of fine patterns is required. As a method for forming a fine pattern, dry etching by plasma etching is known. In general, in manufacturing an electronic device, a stack of different materials is etched to a boundary between layers by plasma etching.
【０００３】プラズマエッチングでは、処理装置の処理
室内でエッチング等の処理ガスをプラズマ化して主とし
てラジカル種を生成し、これによってエッチング対象物
をエッチングしている。エッチングで除去された成分
は、反応生成物として処理ガスと共に排気される。In plasma etching, a processing gas for etching or the like is turned into plasma in a processing chamber of a processing apparatus to mainly generate radical species, thereby etching an object to be etched. The components removed by the etching are exhausted together with the processing gas as a reaction product.
【０００４】プラズマエッチングの処理は処理室内で行
われるため、エッチングの精度を保ち、かつ高い再現性
を得るには、エッチング処理の終点を検出する等のエッ
チングの処理状態をモニタする必要がある。被エッチン
グ膜のエッチングが終了した時点でエッチング処理を終
了させないと、オーバーエッチングが発生して下地膜が
ダメージを受けたり、エッチング寸法が横方向に広がっ
て正確なパターンの形成ができなくなるといった問題が
発生する。Since the plasma etching process is performed in a processing chamber, it is necessary to monitor the etching process such as detecting the end point of the etching process in order to maintain the etching accuracy and obtain high reproducibility. If the etching process is not completed when the etching of the film to be etched is completed, over-etching occurs and the underlying film is damaged, and the etching dimension spreads in the horizontal direction, making it impossible to form an accurate pattern. appear.
【０００５】エッチングの終点検出方法として、エッチ
ング対象物の物理的特性や化学的特性の変化を観察する
方法があり、物理的特性を利用する方法として光の干渉
を用いた光学的方法が知られ、また、化学的特性を利用
する方法としてガスの化学分析方法が知られている。ガ
スの化学分析によるエッチングの終点検出は、エッチン
グ対象物の組成の違いやプラズマエッチング速度の違い
による気体生成物の変化を検出するものであり、吸光分
析法、発光分光分析法、質量分析法等が知られてる。As a method of detecting the end point of etching, there is a method of observing a change in a physical property or a chemical property of an object to be etched, and an optical method using light interference is known as a method of utilizing the physical property. As a method utilizing chemical characteristics, a chemical analysis method of gas is known. Detection of the end point of etching by chemical analysis of gas detects changes in gas products due to differences in the composition of the etching target and differences in the plasma etching rate, such as absorption spectroscopy, emission spectroscopy, and mass spectrometry. Is known.
【０００６】吸光分析法は、光の微小変化の検出が困難
であるため、極微量分析には不適である。また、発光分
光分析法は、反応速度が低い場合や極微細パターンの場
合に、検出物質物の低い濃度に検出感度が対応できない
問題がある。また、エッチングガスとエッチング対象物
の発光スペクトルが重なる場合には、エッチングガスの
発光スペクトルに隠れてエッチング対象物の発光分光分
析が困難となるという問題がある。[0006] The absorption spectroscopy is unsuitable for micro-trace analysis because it is difficult to detect minute changes in light. Further, the emission spectroscopy has a problem that the detection sensitivity cannot correspond to a low concentration of a substance to be detected when the reaction rate is low or the pattern is extremely fine. Further, when the emission spectrum of the etching object and the emission spectrum of the etching object overlap, there is a problem that the emission spectrum of the etching object becomes difficult because the emission spectrum of the etching gas is hidden.
【０００７】一方、近年の半導体素子の高集積化によっ
て、ウェハの面積に対する被エッチング面積の比率が低
下して終点検出信号のレベルが下がり、終点検出信号が
ノイズに埋もれて終点検出が困難となっている。質量分
析法は、吸光分析法、発光分光分析法と比較して高い分
析感度を備えており、この高感度の質量分析法でエッチ
ング終点を検出する要求が高まっている。On the other hand, due to the recent high integration of semiconductor elements, the ratio of the area to be etched to the area of the wafer is reduced, and the level of the end point detection signal is lowered. The end point detection signal is buried in noise, making it difficult to detect the end point. ing. The mass spectrometry has higher analysis sensitivity than the absorption spectroscopy and the emission spectroscopy, and there is an increasing demand for detecting the etching end point by this high sensitivity mass spectrometry.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エッチ
ング終点検出等のエッチング処理のモニタにおいて、単
に検出感度を高めるだけでは解決できない問題がある。
例えば、シリコン酸化膜（ＳiＯ2）をＣＦ4 ガスでエッ
チングする場合において、終点検出を反応生成物である
ＣＯの生成量の変化を検出することによって行うことが
ある。However, there is a problem that monitoring of an etching process such as detection of an etching end point cannot be solved by simply increasing the detection sensitivity.
For example, in the case where a silicon oxide film (SiO 2 ) is etched with CF 4 gas, the end point may be detected by detecting a change in the amount of CO that is a reaction product.
【０００９】エッチング処理の処理室内に導入されるエ
ッチング対象物には、基板（例えばＳｉやＧａＡｓ）
と、その基板上に生成された膜、パターン形成のための
マスク等が含まれる。A substrate to be introduced into the processing chamber of the etching process includes a substrate (for example, Si or GaAs).
And a film formed on the substrate, a mask for pattern formation, and the like.
【００１０】ＣＯを終点検出の検出物質とする場合、Ｃ
ＯはＳiＯ2のＣＦ4 ガスによるエッチングで発生する以
外に、例えばマスク材料であるレジストの様にエッチン
グ対象物に含まれる物質から発生する場合や、チャンバ
ー内壁に付着したＣＯガス等が熱によって再放出するこ
とによって発生する場合がある。When CO is used as a detection substance for end point detection, C
O is generated not only by etching of SiO 2 with CF 4 gas but also by a substance contained in an etching target such as a resist which is a mask material, or by a CO gas or the like adhering to the inner wall of the chamber due to heat. May be caused by release.
【００１１】ＳiＯ2がＣＦ4 によってエッチングされて
発生する以外に継続して発生するＣＯは終点検出のノイ
ズ成分となり、終点検出が困難となる問題がある。すな
わち、マスク材料や処理室の壁面材中に炭素原子Ｃや酸
素原子Ｏが含まれ、これら原子がプラズマにさらされる
ことよってＣＯを発生するためである。The CO that is continuously generated other than the SiO 2 that is generated by being etched by CF 4 becomes a noise component of the end point detection, and there is a problem that the end point detection becomes difficult. That is, carbon atoms C and oxygen atoms O are contained in the mask material and the wall material of the processing chamber, and these atoms are exposed to plasma to generate CO.
【００１２】このようなノイズ信号による検出信号のＳ
／Ｎ比の低下は、被エッチング面積が小さくなるほど顕
著となる。図７は、従来のプラズマエッチングにおける
問題点を説明するための図であり、シリコン酸化膜（Ｓ
iＯ2）をＣＦ4 のエッチングガスでエッチングする場合
について示している。図７（ａ）はエッチングの途中段
階を示し、図７（ｂ）はエッチングの終点段階を示して
いる。S of the detection signal due to such a noise signal
The decrease in the / N ratio becomes more remarkable as the area to be etched becomes smaller. FIG. 7 is a view for explaining a problem in the conventional plasma etching, and shows a silicon oxide film (S
The case where TiO 2 ) is etched with CF 4 etching gas is shown. FIG. 7A shows an intermediate stage of the etching, and FIG. 7B shows an end point stage of the etching.
【００１３】図７（ａ）に示すエッチングの途中段階で
は、ＣＦ4 のエッチングガスとシリコン酸化膜（Ｓi
Ｏ2）６２が反応してＳiＦ4とＣＯ等が生成され、ま
た、マスク材料であるレジスト６３からもＣＯ等が放出
される。なお、ＣＦ4 中のＣには12Ｃと少量の13Ｃが含
まれ、シリコン酸化膜（ＳiＯ2）中のＯには16Ｏと少量
の17Ｏ，18Ｏが含まれている。そのため、生成されるＣ
Ｏ中のＣには12Ｃ及び13Ｃが含まれ、Ｏには16Ｏ，
17Ｏ，及び18Ｏが含まれている。レジストに含まれるＣ
Ｏも同様である。In the middle of the etching shown in FIG. 7A, an etching gas of CF 4 and a silicon oxide film (Si
O 2 ) 62 reacts to produce SiF 4 and CO and the like, and CO and the like are also released from the resist 63 which is a mask material. Note that C in CF 4 contains 12 C and a small amount of 13 C, and O in the silicon oxide film (SiO 2 ) contains 16 O and a small amount of 17 O and 18 O. Therefore, the generated C
C in O includes 12 C and 13 C, and O includes 16 O,
17 O and 18 O are contained. C contained in resist
The same applies to O.
【００１４】図７（ｂ）に示すエッチングの終点段階で
は、シリコン酸化膜（ＳiＯ2）６２は除去されているた
め前記のＳiＦ4とＣＯはほとんど生成されないが、レジ
ストからはＣＯが継続して生成される。At the end point of the etching shown in FIG. 7B, since the silicon oxide film (SiO 2 ) 62 has been removed, the above-mentioned SiF 4 and CO are scarcely generated, but the CO continues from the resist. Generated.
【００１５】エッチングにおいて、レジストに覆われず
に露出するシリコン酸化膜（ＳiＯ2）の面積が小さい場
合には、シリコン酸化膜（ＳiＯ2）から生成されるＣＯ
の量は少なくなる。ＣＯの発生量の変化によってエッチ
ング終点を検出する場合には、レジスト等から生成され
るＣＯがノイズ分となり、検出のＳ／Ｎ比が低下する。
エッチング対象物やエッチングガス（ＣＦ4 ）が異なる
場合においても、同様の問題が発生することがある。な
お、発生ガスとしてＣＯのみを表記し、ＣＯ2，ＣxＨy
等のガスについては省略している。In the etching, if the area of the silicon oxide film (SiO 2 ) exposed without being covered with the resist is small, the CO generated from the silicon oxide film (SiO 2 )
Amount is reduced. When the etching end point is detected based on a change in the amount of generated CO, the CO generated from the resist or the like becomes a noise component, and the S / N ratio of the detection decreases.
The same problem may occur even when the etching target and the etching gas (CF 4 ) are different. Note that only CO is described as the generated gas, and CO 2 , C x H y
Etc. are omitted.
【００１６】そこで、本発明は、エッチングの処理状態
を高いＳ／Ｎ比でモニタすることができるプラズマエッ
チング装置及びプラズマエッチング方法を提供すること
を目的とする。また、エッチングの終点検出を高いＳ／
Ｎ比で行うことができるプラズマエッチング装置及びプ
ラズマエッチング方法を提供することを他の目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma etching apparatus and a plasma etching method capable of monitoring an etching state at a high S / N ratio. In addition, a high S / S
It is another object to provide a plasma etching apparatus and a plasma etching method which can be performed at an N ratio.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマエッ
チングにおいて、エッチングガスを天然に存在する元素
の同位体組成比と異ならせる、あるいは、検出物質に含
まれる元素の少なくとも一つの種類の元素について、エ
ッチングガス、エッチング対象物や処理室内の気体中に
含まれる元素の同位体組成比を異ならせる。質量分析に
おいて、同位体組成比が異なる場合には、同一種の元素
であってもマススペクトルが異なる。本発明は、同位体
組成比を異ならせることによって、質量分析で測定され
るマススペクトルについてエッチング処理の段階に応じ
て差を生じさせ、この差からエッチング処理の状態を判
定する。According to the present invention, in plasma etching, an etching gas is made different from an isotope composition ratio of a naturally occurring element, or at least one kind of element contained in a detection substance is contained. In addition, an isotope composition ratio of an element contained in an etching gas, an etching object, or a gas in a processing chamber is made different. In mass spectrometry, when the isotope composition ratio is different, the mass spectrum is different even for the same kind of element. According to the present invention, by making the isotope composition ratio different, a difference occurs in a mass spectrum measured by mass spectrometry according to the stage of the etching process, and the state of the etching process is determined from the difference.
【００１８】例えば、マスクを用いて被エッチング膜を
エッチングする場合、被エッチング膜とレジストやエッ
チングガスとで同位体組成比を異ならせておき、質量分
析計でマススペクトル測定を行うことによって、被エッ
チング膜のエッチングの間に発生あるいは消滅するガス
成分と、被エッチング膜以外のレジストやチャンバー内
壁との反応の間に発生あるいは消滅するガス成分とを区
別して測定することができる。従来の光を用いたモニタ
では、同位体が異なるガス成分を区別して測定すること
はできない。For example, when a film to be etched is etched using a mask, the isotope composition ratio of the film to be etched is different from that of a resist or an etching gas, and the mass spectrum is measured by a mass spectrometer. The gas component generated or extinguished during the etching of the etching film and the gas component generated or extinguished during the reaction with the resist or the inner wall of the chamber other than the film to be etched can be separately measured. A conventional monitor using light cannot distinguish and measure gas components having different isotopes.
【００１９】本発明がモニタするエッチングの処理状態
は、被エッチング膜のエッチング終点や、エッチング対
象物においてエッチングによって除去が行われる深さ方
向の変化とすることができる。また、本発明は酸化膜や
金属等の被エッチング膜をエッチング対象物とする場合
には、目的の被エッチング膜に応じてエッチングガスを
選択する。The state of the etching process monitored by the present invention can be the end point of the etching of the film to be etched, or the change in the depth direction at which the object to be etched is removed by etching. Further, according to the present invention, when a film to be etched such as an oxide film or a metal is to be etched, an etching gas is selected according to a target film to be etched.
【００２０】本発明のプラズマエッチング装置は、真空
を保持する構造を有する処理室と、処理室にエッチング
ガスを導入し、処理室を所定の圧力に制御するガス供給
系及び真空排気系と、処理室にプラズマを発生し維持す
る手段と、処理室内のガスを質量分析する質量分析計と
を備えた構成とし、ガス供給系は、天然に存在する元素
の同位体組成比と異なる原子組成を含むエッチングガ
ス、あるいは、エッチング対象物を構成する元素の同位
体組成比と異なる同位体組成比を含むエッチングガスを
供給し、同位体組成比の差によるマススペクトルの変化
に基づいてエッチング処理をモニタする。A plasma etching apparatus according to the present invention includes a processing chamber having a structure for holding a vacuum, a gas supply system for introducing an etching gas into the processing chamber and controlling the processing chamber to a predetermined pressure, and a vacuum exhaust system. A means for generating and maintaining plasma in the chamber, and a mass spectrometer for mass spectrometric analysis of gas in the processing chamber, wherein the gas supply system contains an atomic composition different from the isotope composition ratio of a naturally occurring element An etching gas or an etching gas containing an isotope composition ratio different from the isotope composition ratio of the elements constituting the object to be etched is supplied, and the etching process is monitored based on a change in the mass spectrum due to the difference in the isotope composition ratio. .
【００２１】処理室は、例えばＲＦプラズマを用いたプ
ラズマエッチング装置では、真空室内に電極を備え、こ
の電極に高周波電圧を印加することによってプラズマを
発生し維持する。処理室内は粗引きポンプやターボ分子
ポンプ等で構成する真空排気系によって排気が行われ、
処理室内にはエッチングガスがガス供給系から供給され
る。The processing chamber is provided with an electrode in a vacuum chamber, for example, in a plasma etching apparatus using RF plasma, and generates and maintains plasma by applying a high-frequency voltage to the electrode. The processing chamber is evacuated by a vacuum exhaust system composed of a roughing pump, a turbo molecular pump, etc.
An etching gas is supplied from a gas supply system into the processing chamber.
【００２２】質量分析計は処理室内のガスを質量分析
し、分析により得られるマススペクトルの変化に基づい
てエッチング処理の状態を検出する。The mass spectrometer mass-analyzes the gas in the processing chamber and detects the state of the etching process based on the change in the mass spectrum obtained by the analysis.
【００２３】本発明のプラズマエッチング装置によれ
ば、ガス供給系は、天然に存在する元素の同位体組成比
と異なる原子組成を含むエッチングガス、あるいは、エ
ッチング対象物を構成する元素の同位体組成比と異なる
同位体組成比を含むエッチングガスを処理室内に供給す
る。According to the plasma etching apparatus of the present invention, the gas supply system comprises an etching gas containing an atomic composition different from the isotope composition ratio of a naturally occurring element, or an isotope composition of an element constituting an etching object. An etching gas containing an isotope composition ratio different from the ratio is supplied into the processing chamber.
【００２４】エッチング対象物がエッチング処理されて
いる途中段階では、質量分析計が測定したマススペクト
ルには、エッチングガスに含まれる元素の同位体組成比
とエッチング対象物と処理室内の残留ガスに含まれる元
素の同位体組成比とに対応した質量数が検出される。ま
た、エッチング終点段階ではエッチングは行われないた
め、質量分析計が測定するマススペクトルは、エッチン
グガスやマスク材料や処理室内の残留ガスに含まれる元
素の同位体組成比に対応した質量数のみが検出される。During the etching process of the object to be etched, the mass spectrum measured by the mass spectrometer indicates that the isotope composition ratio of the element contained in the etching gas and the content of the isotope contained in the object to be etched and the residual gas in the processing chamber. The mass number corresponding to the isotope composition ratio of the element to be detected is detected. In addition, since etching is not performed at the end point of etching, the mass spectrum measured by the mass spectrometer indicates only the mass number corresponding to the isotope composition ratio of the elements contained in the etching gas, the mask material, and the residual gas in the processing chamber. Is detected.
【００２５】通常、エッチング対象物中の同位体組成比
は天然の存在比となっているため、エッチングガスとし
て、天然に存在する元素の同位体組成比と異なる原子組
成を含むもの、あるいは、エッチング対象物を構成する
元素の同位体組成比と異なる同位体組成比を含むものを
供給すると、エッチングガスとエッチング対象物に共通
する元素の同位体組成比は異なり、質量分析で検出され
るマススペクトルのパターンは、エッチング処理の途中
段階とエッチング終点段階とでは異なるものとなる。し
たがって、生成ガス及び該ガスの発生元を区別して検出
することができ、エッチング処理の状態を良好に検出す
ることができる。Usually, the isotope composition ratio in the object to be etched is a natural abundance ratio. Therefore, an etching gas containing an atomic composition different from the isotope composition ratio of a naturally occurring element or an etching gas is used. If a material containing an isotope composition ratio that is different from the isotope composition ratio of the constituent elements of the object is supplied, the isotope composition ratio of the etching gas and the element common to the etching object is different, and the mass spectrum detected by mass spectrometry Is different between the middle stage of the etching process and the etching end point stage. Therefore, the generated gas and the generation source of the gas can be detected separately, and the state of the etching process can be detected well.
【００２６】また、エッチングの状態を検出する物質の
質量数がチャンバー内の残留ガス成分と重なっている場
合においても、同位体組成比を天然の存在比率と違うも
のとすることで、区別して検出することができる。Further, even when the mass number of the substance whose etching state is to be detected overlaps with the residual gas component in the chamber, the isotope composition ratio is determined differently from the natural abundance ratio so as to be detected separately. can do.
【００２７】本発明のプラズマエッチング方法は、処理
室内に供給されるエッチングガスによってエッチング対
象物をエッチングする工程において、エッチングガス、
エッチング対象物の少なくとも一つは、構成する元素の
少なくとも一種の元素について同位体組成比を異なら
せ、プラズマエッチング処理中に得られるガスを質量分
析し、マススペクトルの変化と同位体組成比に基づいて
エッチング処理をモニタする。According to the plasma etching method of the present invention, in the step of etching an object to be etched with an etching gas supplied into a processing chamber, an etching gas,
At least one of the objects to be etched has different isotope composition ratios for at least one of the constituent elements, mass-analyzes a gas obtained during the plasma etching process, and is based on a change in the mass spectrum and the isotope composition ratio. To monitor the etching process.
【００２８】処理室内はプラズマ状態となるため、処理
室中に含まれるガス成分は、エッチングガス，エッチン
グ対象物，及び処理室内の残留ガスに含まれる元素の種
々の組み合わせとなる。そのため、エッチングガス，エ
ッチング対象物，及び処理室に含まれる元素に共通する
元素があり、その元素を含む検出物質の質量数が同じ場
合には、ガスを生成する元素の発生元を識別することは
困難となる。この場合には、ガスの質量分析によってエ
ッチング処理の状態をモニタすることは困難である。Since the processing chamber is in a plasma state, the gas components contained in the processing chamber are various combinations of the elements contained in the etching gas, the object to be etched, and the residual gas in the processing chamber. Therefore, if there is an element common to the elements contained in the etching gas, the object to be etched, and the processing chamber, and the mass number of the detection substance containing the element is the same, identify the source of the element generating the gas. Will be difficult. In this case, it is difficult to monitor the state of the etching process by gas mass analysis.
【００２９】本発明のプラズマエッチング方法は、エッ
チングガス、エッチング対象物の少なくとも一つについ
て、構成する元素の少なくとも一種の元素について同位
体組成比を異ならせることによって、エッチング処理に
何らかの変化が生じたときに検出物質のマススペクトル
に変化が生じるようにする。そして、この検出物質のマ
ススペクトルの変化を測定することによって、エッチン
グ処理の状態をモニタする。In the plasma etching method according to the present invention, the etching process is changed by changing the isotope composition ratio of at least one of the constituent elements of at least one of the etching gas and the etching object. Sometimes, a change occurs in the mass spectrum of the detection substance. Then, the state of the etching process is monitored by measuring the change in the mass spectrum of the detection substance.
【００３０】エッチング対象物が、基板上に被エッチン
グ膜及びマスク材料であるレジストを積層させた積層体
である場合では、以下に示す第１，２，３の実施形態で
測定することができる。When the object to be etched is a laminate in which a film to be etched and a resist as a mask material are laminated on a substrate, the measurement can be performed in the following first, second, and third embodiments.
【００３１】第１の実施形態では、エッチング対象物の
被エッチング膜を構成する元素の少なくとも一種の元素
について同位体組成比を異ならせる。これによって、被
エッチング膜のエッチング処理中の段階とエッチング終
点段階とで検出物質の質量を変化させ、エッチング処理
中及びエッチング終点を検出することができる。また、
第１の実施形態において、エッチング対象物の被エッチ
ング膜をエッチングの深さ方向で多層とし、少なくとも
隣接する層間で、元素の少なくとも一種の元素について
同位体組成比を異ならせる。これによって、エッチング
の深さ方向で検出物質のマススペクトルを変化させ、エ
ッチング処理状態の深さ方向の変化を検出することがで
きる 第２の実施形態では、エッチング対象物の基板あるいは
被エッチング膜の下地の膜を構成する元素の少なくとも
一種の元素について同位体組成比を異ならせる。これに
よって、エッチングが基板あるいは下地の膜に到達する
前後で検出物質のマススペクトルを変化させ、エッチン
グ処理中及びエッチング終点等の処理状態を検出するこ
とができる。In the first embodiment, the isotope composition ratio of at least one of the elements constituting the film to be etched is different. Thus, the mass of the detection substance is changed between the stage during the etching process of the film to be etched and the stage at the end point of the etching, and the end point of the etching process and the etching process can be detected. Also,
In the first embodiment, a film to be etched as an etching target is formed in multiple layers in the etching depth direction, and at least one of the elements has a different isotope composition ratio between at least adjacent layers. Thereby, it is possible to change the mass spectrum of the detection substance in the etching depth direction and to detect the change in the etching direction in the depth direction. In the second embodiment, the substrate to be etched or the film to be etched is The isotope composition ratio of at least one element constituting the base film is made different. This makes it possible to change the mass spectrum of the detection substance before and after the etching reaches the substrate or the underlying film, and detect the processing state such as the etching process and the etching end point.
【００３２】第３の実施形態では、エッチング対象物の
マスク材料を構成する元素の少なくとも一種の元素につ
いて同位体組成比を異ならせる。これによって、被エッ
チング膜のエッチング処理中の段階とエッチング終点段
階とで検出物質のマススペクトルを変化させ、エッチン
グ処理中及びエッチング終点を検出することができる。In the third embodiment, the isotope composition ratio of at least one of the elements constituting the mask material of the etching target is made different. This makes it possible to change the mass spectrum of the detection substance between the stage during the etching process of the film to be etched and the stage at the end point of the etching, thereby detecting the etching process and the etching end point.
【００３３】また、エッチング対象物が、金属である場
合において、金属元素の少なくとも一種の元素について
同位体組成比を異ならせる。これによって、エッチング
処理の状態変化の前後において、生成物のマススペクト
ルが同一となることを防ぎ、エッチング処理の状態変化
を良好に検出する。なお、この検出は、生成物の原子組
成が同じ場合でも異なる場合についても適用することが
できる。When the object to be etched is a metal, the isotope composition ratio of at least one of the metal elements is made different. This prevents the mass spectrum of the product from becoming the same before and after the change in the state of the etching process, and detects the change in the state of the etching process satisfactorily. This detection can be applied to the case where the atomic composition of the product is the same or different.
【００３４】[0034]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明のプ
ラズマエッチング装置の一構成例を示す概略図である。
エッチングを行う真空のエッチングチャンバー１は、内
部に平行平板の上部電極１１及び下部電極１２を備え
る。各電極１１，１２にはそれぞれマッチング回路１
４，１６でインピーダンス整合されたＲＦ電源１５，１
７が接続され、発振周波数が１３．５７ＭＨZ と４００
ＫＨZ の高周波電力が供給され、プラズマ１３が形成さ
れる。プラズマ１３で生成されたラジカル種は、エッチ
ング対象物６０と反応してエッチングを行う。なお、Ｒ
Ｆ電源１５は主としてプラズマ１３を発生するための電
源であり、ＲＦ電源１７はエッチング対象物６０に入射
するプラズマ中のイオンのエネルギーを調整する電源で
ある。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing one configuration example of the plasma etching apparatus of the present invention.
The vacuum etching chamber 1 for performing etching includes a parallel plate upper electrode 11 and a lower electrode 12 inside. Each electrode 11, 12 has a matching circuit 1
RF power supplies 15, 1 whose impedances are matched at 4, 16
7 is connected and the oscillation frequency is 13.57 MHz and 400
A high frequency power of KHZ is supplied, and a plasma 13 is formed. The radical species generated by the plasma 13 react with the etching target 60 to perform etching. Note that R
The F power supply 15 is a power supply for mainly generating the plasma 13, and the RF power supply 17 is a power supply for adjusting the energy of ions in the plasma incident on the etching target 60.
【００３５】エッチングチャンバー１にはガス源４が接
続される。ガス源４は、マスフローコントローラ５１に
より流量制御を行ってエッチングガス４１をエッチング
チャンバー１内に導入する。また、エッチング処理にお
いてＳi 及びＳiＯ2の選択比を調節する場合には、マス
フローコントローラ５２，５３を介して酸素ガス４２及
び水素ガス４３をエッチングチャンバー１内に導入する
構成とすることができる。A gas source 4 is connected to the etching chamber 1. The gas source 4 controls the flow rate by the mass flow controller 51 to introduce the etching gas 41 into the etching chamber 1. In the case where the selectivity of Si and SiO 2 is adjusted in the etching process, the oxygen gas 42 and the hydrogen gas 43 can be introduced into the etching chamber 1 via the mass flow controllers 52 and 53.
【００３６】エッチングチャンバー１内の圧力は、真空
排気系３を構成する粗引きポンプ３２及びターボ分子ポ
ンプ３１により制御される。また、真空排気系３は粗引
きポンプ３４及びターボ分子ポンプ３３を備える。流量
調整用のバルブ２１及びオリフィス２２を介して、エッ
チングチャンバー１内のガスを質量分析計２内に導入す
る。質量分析計２の分析結果は図示しない演算処理装置
で処理され、図示しない表示装置や出力装置に出力する
ことができる。The pressure in the etching chamber 1 is controlled by a roughing pump 32 and a turbo molecular pump 31 constituting the vacuum evacuation system 3. The evacuation system 3 includes a roughing pump 34 and a turbo molecular pump 33. The gas in the etching chamber 1 is introduced into the mass spectrometer 2 via the flow rate adjusting valve 21 and the orifice 22. The analysis result of the mass spectrometer 2 is processed by an arithmetic processing device (not shown) and can be output to a display device or an output device (not shown).
【００３７】エッチングガス４１は、エッチング対象物
６０と共通に有する元素種の少なくとも一つの元素につ
いて、エッチング対象物６０の元素の同位体組成比と異
なる同位体組成比とする。The etching gas 41 has an isotope composition ratio different from the isotope composition ratio of the elements of the etching object 60 with respect to at least one of the element species common to the etching object 60.
【００３８】質量分析計２は、チャンバー内のガスのマ
ススペクトルを測定し、マススペクトルからいずれの同
位体組成比の検出対象物を検出したかを識別し、エッチ
ング処理の状態を検出する。なお、質量分析計２は、図
１の示すようにエッチングチャンバー１に直接取り付け
ることも、また、ターボ分子ポンプと３３と粗引きポン
プ３４との間に取り付けることもできる。The mass spectrometer 2 measures the mass spectrum of the gas in the chamber, identifies which isotope composition ratio of the object to be detected from the mass spectrum, and detects the state of the etching process. The mass spectrometer 2 can be directly attached to the etching chamber 1 as shown in FIG. 1, or can be attached between the turbo molecular pump 33 and the roughing pump 34.
【００３９】図２は、本発明のプラズマエッチング装置
によってエッチングの終点を検出する例を説明する図で
ある。図２の例では、シリコンＳi の基板６１の上に酸
化シリコンＳiＯ2の被エッチング膜６２とレジスト６３
を備えたエッチング対象物６０を、エッチングガスＣＦ
4 によってエッチングを行う。一般に、マスク材料であ
るレジスト６３は有機物で形成され、炭素Ｃ及び酸素Ｏ
の元素を含んでいる。通常、炭素Ｃの同位体組成比は、
質量１２の炭素12Ｃが９８．９０％で、質量１３の炭素
13Ｃが１．１０％である。なお、いずれの同位体組成比
も、原子百分率である存在度で示している。FIG. 2 is a view for explaining an example in which the end point of etching is detected by the plasma etching apparatus of the present invention. In the example shown in FIG. 2, a silicon oxide SiO 2 etching target film 62 and a resist 63 are formed on a silicon Si substrate 61.
The etching target 60 provided with the etching gas CF
Etching is performed according to 4 . In general, the resist 63, which is a mask material, is formed of an organic material, and contains carbon C and oxygen O.
Contains the element. Usually, the isotope composition ratio of carbon C is
98.90% of carbon 12 C in mass 12 and carbon 13 in mass 13
13 C is 1.10%. In addition, all isotope composition ratios are represented by abundance, which is an atomic percentage.
【００４０】本発明は、エッチングガスＣＦ4 中の炭素
Ｃの同位体組成比を通常の存在度と異なる比率とし、エ
ッチングガスＣＦ4 （12ＣＦ4 が９８．９０％、13ＣＦ
4 が１．１０％）に代えてエッチングガス13ＣＦ4 を用
いる。エッチングガス13ＣＦ4 は質量１３の炭素13Ｃの
比率を高めたガス、あるいは13Ｃが１００％のガスを用
いる。質量１３の炭素を用いたエッチングガスを13ＣＦ
4 で表す。図２（ａ）はエッチング処理中の状態を示
し、エッチングガス13ＣＦ4 と被エッチング膜６２のＳ
iＯ2との反応によって、例えばＳiＦ4，13ＣＯが生成さ
れる。また、プラズマにさらされることによってレジス
ト６３中の例えば12ＣＯが生成される。なお、エッチン
グチャンバーの壁から12ＣＯが生成される場合もある。The present invention, the isotope composition ratio of carbon C of the etching gas CF 4 as normal abundance and different ratios, an etching gas CF 4 (12 CF 4 is 98.90%, 13 CF
4 is 1.10%) and an etching gas 13 CF 4 is used. As the etching gas 13 CF 4 , a gas in which the ratio of carbon 13 C in the mass 13 is increased or a gas in which 13 C is 100% is used. The etching gas using the carbon mass 13 13 CF
Represented by 4 . FIG. 2A shows a state during the etching process, in which the etching gas 13 CF 4 and the S
The reaction with iO 2 produces, for example, SiF 4 , 13 CO. Further, for example, 12 CO in the resist 63 is generated by exposure to the plasma. Note that 12 CO may be generated from the walls of the etching chamber.
【００４１】質量分析計は、これら生成ガスの質量分析
を行う。エッチング処理をモニタする検出物質としてＣ
Ｏを用い、マススペクトルを測定する。エッチング処理
中では、主として12Ｃ16Ｏ及び13Ｃ16Ｏと、少量の12Ｃ
17Ｏ，13Ｃ17Ｏ，12Ｃ18Ｏ，13Ｃ18Ｏが検出され、２８
〜３１の質量数が検出される。The mass spectrometer performs mass analysis of these generated gases. C as a detection substance to monitor the etching process
The mass spectrum is measured using O. During the etching process, mainly 12 C 16 O and 13 C 16 O and a small amount of 12 C
17 O, 13 C 17 O, 12 C 18 O, and 13 C 18 O are detected, and 28
A mass number of ~ 31 is detected.
【００４２】図２（ｂ）はエッチング終点時の状態を示
す。この段階では、被エッチング膜６２のＳiＯ2がエッ
チングによって除かれ、エッチングガス13ＣＦ4 との反
応生成物は減少する。したがって、このエッチング終点
時では、レジスト６３から主として12Ｃ16Ｏと、少量の
12Ｃ17Ｏ，13Ｃ17Ｏ，12Ｃ18Ｏ，13Ｃ18Ｏが検出され
る。即ち、エッチング終点時では、質量数２９の13Ｃ16
Ｏの量が急激に減少する。なお、図２において、ＣＯ2
及び少量の12Ｃ17Ｏ，13Ｃ17Ｏ，12Ｃ18Ｏ，13Ｃ18Ｏに
ついては図示していない。FIG. 2B shows the state at the end of the etching. At this stage, the SiO 2 of the film 62 to be etched is removed by etching, and the reaction products with the etching gas 13 CF 4 are reduced. Therefore, at the end of the etching, the resist 63 mainly contains 12 C 16 O and a small amount.
12 C 17 O, 13 C 17 O, 12 C 18 O, and 13 C 18 O are detected. That is, at the end of etching, 13 C 16 having a mass number of 29
The amount of O decreases sharply. In FIG. 2, CO 2
Also, small amounts of 12 C 17 O, 13 C 17 O, 12 C 18 O, and 13 C 18 O are not shown.
【００４３】質量分析計は、同位体組成比が異なるＣＯ
の質量数を検出し、この質量数の変化からエッチング状
態の変化を検出することができる。図３（ａ），（ｂ）
は、図２の例の場合（ＳｉＯ2 を13ＣＦ4 のガスでエッ
チングする場合）のエッチング中とエッチング終了時で
のマススペクトルをＣＯの部分についてのみ示してい
る。図３（ａ）に示すエッチング中のマススペクトルで
は、12Ｃ16Ｏの質量数２８と13Ｃ16Ｏの質量数２９が主
に検出される。これに対して、図３（ｂ）に示すエッチ
ング終了時のマススペクトルでは、13Ｃ16Ｏの質量数２
９は大幅に減少し、主に12Ｃ16Ｏの質量数２８が検出さ
れる。したがって、13ＣＯの質量と12ＣＯの質量は同位
体組成比が異なるため、マススペクトルにおいて質量数
２９の13Ｃ16Ｏの急激な減少によってエッチング終了時
を検出することができる。なお、13ＣＦ4 に代えて13Ｃ
ＨＦ3 ，13Ｃ4Ｆ3等の他のエッチングガスを用いること
もできる。[0044] The mass spectrometer detects CO with different isotope composition ratios.
Can be detected, and a change in the etching state can be detected from the change in the mass number. FIG. 3 (a), (b)
2 shows mass spectra during the etching and at the end of the etching only in the case of CO in the case of the example of FIG. 2 (when SiO 2 is etched with 13 CF 4 gas). The mass spectrum in the etching shown in FIG. 3 (a), 12 C 16 O a mass number of 28 and 13 C 16 O having a mass number of 29 is mainly detected. In contrast, in the mass spectrum of the etching termination shown in FIG. 3 (b), 13 C 16 O having a mass number 2
9 is greatly reduced, and mainly a mass number of 28 of 12 C 16 O is detected. Therefore, since the mass of 13 CO and the mass of 12 CO have different isotope composition ratios, the end of etching can be detected by a sharp decrease of 13 C 16 O having a mass number of 29 in the mass spectrum. Note that 13 C instead of 13 CF 4
Other etching gases such as HF 3 and 13 C 4 F 3 can be used.
【００４４】また、ＳiＯ2がエッチングされてできる13
Ｃ16Ｏと、レジストからの12Ｃ17Ｏは同じ質量数となる
が、12Ｃ17Ｏの比率は小さいのでマススペクトルの変化
の検出の支障は生じない。また、ＳｉＦ4 ガスを分析す
る際、検出物質ＣＯと同じ質量数が２８、２９、３０の
Ｓｉガスが発生するが、発生量は少量であるためマスス
ペクトルの変化の検出の支障は生じない。The SiO 2 is formed by etching the SiO 2 13
C 16 O and 12 C 17 O from the resist have the same mass number. However, since the ratio of 12 C 17 O is small, there is no problem in detecting a change in mass spectrum. Further, when analyzing the SiF 4 gas, Si gas having the same mass number as 28, 29, and 30 as the detection substance CO is generated. However, since the generated amount is small, there is no problem in detecting a change in the mass spectrum.
【００４５】図４は、本発明のプラズマエッチング装置
によってエッチングの終点を検出する他の例を説明する
図であり、被エッチング膜の同位体組成比を異ならせた
例である。FIG. 4 is a view for explaining another example in which the end point of etching is detected by the plasma etching apparatus of the present invention, in which the isotope composition ratio of the film to be etched is changed.
【００４６】図４の例のエッチング対象物６０は、シリ
コンＳi の基板６１の上に酸化シリコンＳiＯ2の被エッ
チング膜６２とレジスト６３を備え、エッチングガスＣ
Ｆ4によってエッチングを行う。図３の例では、被エッ
チング膜６２に含まれる酸素Ｏの同位体組成比を通常の
同位体組成比と異なるものとする。The etching target 60 in the example of FIG. 4 includes a silicon oxide SiO 2 film 62 to be etched and a resist 63 on a silicon Si substrate 61.
Etched by F 4. In the example of FIG. 3, the isotope composition ratio of oxygen O contained in the film to be etched 62 is assumed to be different from the normal isotope composition ratio.
【００４７】通常、酸素Ｏの同位体組成比は、質量１６
の酸素16Ｏが９９．７６２％で、質量１７の酸素17Ｏが
０．０１８％で、質量１８の酸素18Ｏが０．２００％で
ある。なお、いずれの同位体組成比も、原子百分率であ
る存在度で示している。Usually, the isotope composition ratio of oxygen O is 16
Of oxygen 16 O of 99.762%, oxygen 17 O of mass 17 is 0.018%, and oxygen 18 O of mass 18 is 0.200%. In addition, all isotope composition ratios are represented by abundance, which is an atomic percentage.
【００４８】本発明は、被エッチング膜６２に含まれる
酸素Ｏの同位体組成比を通常の存在度と異なる比率と
し、例えば質量１７の酸素17Ｏの比率を１００％とした
ものあるいは比率を高めたものを用いる。質量１７の酸
素17Ｏの比率を高めた酸化シリコンをＳi17Ｏ2で表す。According to the present invention, the isotope composition ratio of oxygen O contained in the film 62 to be etched is set to a ratio different from the normal abundance, for example, the ratio of oxygen 17 O of mass 17 is set to 100% or the ratio is increased. Used. Silicon oxide having an increased ratio of oxygen 17 O of mass 17 is represented by Si 17 O 2 .
【００４９】図４（ａ）はエッチング処理中の状態を示
し、エッチングガスＣＦ4 と被エッチング膜６２のＳi
17Ｏ2との反応によって、例えばＳiＦ4，Ｃ17Ｏが生成
される。また、レジストがプラズマにさらされることに
よって、例えばＣ16Ｏが生成される。なお、エッチング
チャンバーの壁からＣ16Ｏが生成される場合もある。質
量分析計は、これら生成ガスの質量分析を行う。エッチ
ング処理をモニタする検出物質としてＣＯを用いる。エ
ッチング処理中において検出されるＣＯは、主として12
Ｃ17Ｏ及び12Ｃ16Ｏによる質量数２９，２８と、少量の
13Ｃ16Ｏ，13Ｃ17Ｏ，12Ｃ18Ｏ，13Ｃ18Ｏによる２９〜
３１の質量数が検出される。FIG. 4A shows a state during the etching process. The etching gas CF 4 and the Si of the film 62 to be etched are formed.
The reaction with 17 O 2 produces, for example, SiF 4 , C 17 O. Also, by exposing the resist to plasma, for example, C 16 O is generated. Note that C 16 O may be generated from the walls of the etching chamber. The mass spectrometer performs mass analysis of these generated gases. CO is used as a detection substance for monitoring the etching process. CO detected during the etching process is mainly 12
A mass number of 29, 28 by C 17 O and 12 C 16 O,
29 to 13 C 16 O, 13 C 17 O, 12 C 18 O, and 13 C 18 O
A mass number of 31 is detected.
【００５０】図４（ｂ）はエッチング終点時の状態を示
す。この段階では、被エッチング膜６２のＳi17Ｏ2がエ
ッチングによって除かれ、エッチングガスＣＦ4 との反
応生成物は生成されない。一方、レジスト６３中の12Ｃ
16Ｏが主として発生する。質量分析計は検出物質ＣＯと
して同位体組成比の多い12Ｃ16Ｏの質量数２８を最も多
く検出する。12Ｃ16Ｏの質量数２８と12Ｃ17Ｏの質量数
２９は異なるため、マススペクトルの変化からエッチン
グの終点時点を検出することができる。エッチング終点
時には、12Ｃ17Ｏの量が急激に減少し、12Ｃ16Ｏが主と
なる。なお、図４では、ＣＯ2 及び少量の13Ｃ16Ｏ，13
Ｃ17Ｏ，12Ｃ18Ｏ，13Ｃ18Ｏは図示していない。なお、
13ＣＦ4 に代えて13ＣＨＦ3 ，13Ｃ4Ｆ3等の他のエッチ
ングガスを用いることもできる。FIG. 4B shows the state at the end of the etching. At this stage, Si 17 O 2 of the film to be etched 62 is removed by etching, and no reaction product with the etching gas CF 4 is generated. On the other hand, 12 C in the resist 63
16 O is mainly generated. The mass spectrometer detects the largest number 28 of 12 C 16 O having a large isotope composition ratio as the detection substance CO. Since the mass number 28 of 12 C 16 O is different from the mass number 29 of 12 C 17 O, the end point of the etching can be detected from the change in the mass spectrum. At the end point of the etching, the amount of 12 C 17 O sharply decreases, and 12 C 16 O mainly becomes. In FIG. 4, CO 2 and a small amount of 13 C 16 O, 13 C
C 17 O, 12 C 18 O, and 13 C 18 O are not shown. In addition,
Other etching gases such as 13 CHF 3 and 13 C 4 F 3 can be used instead of 13 CF 4 .
【００５１】次に、図５，６を用いて深さ方向のエッチ
ング処理の状態を検出する態様について説明する。図
５，６はエッチング対象物を同位体組成比を異ならせた
層を深さ方向に積層して形成した例である。Next, a mode for detecting the state of the etching process in the depth direction will be described with reference to FIGS. 5 and 6 show examples in which an object to be etched is formed by laminating layers having different isotope composition ratios in the depth direction.
【００５２】図５のエッチング対象物６０は、シリコン
Ｓi の基板６１の上に酸化シリコンＳiＯ2の被エッチン
グ膜６２とレジスト６３を備え、エッチングガスＣＦ4
によってエッチングを行う。被エッチング膜６２は、酸
化シリコンＳiＯ2に含まれる酸素Ｏの同位体組成比を通
常の同位体組成比と異ならせた層を順に積層させて形成
する。例えば質量１８の酸素18Ｏの比率を高めた層、及
び質量１７の酸素17Ｏの比率を高めた層を、順次積層さ
せる。The etching object 60 shown in FIG. 5 includes a silicon oxide SiO 2 film to be etched 62 and a resist 63 on a silicon Si substrate 61, and an etching gas CF 4.
Etching is performed. The film to be etched 62 is formed by sequentially stacking layers in which the isotope composition ratio of oxygen O contained in silicon oxide SiO 2 is different from the normal isotope composition ratio. For example, a layer with an increased ratio of oxygen 18 O of mass 18 and a layer with an increased ratio of oxygen 17 O of mass 17 are sequentially laminated.
【００５３】図５（ａ），（ｂ）はエッチング処理中の
状態を示し、図５（ａ）は被エッチング膜６２のＳi17
Ｏ2 の層が露出し、図５（ｂ）は被エッチング膜６２の
Ｓi18Ｏ2の層が露出している。FIGS. 5A and 5B show a state during the etching process, and FIG. 5A shows the Si 17 of the film 62 to be etched.
The O 2 layer is exposed, and FIG. 5B shows the Si 18 O 2 layer of the film 62 to be etched.
【００５４】図５（ａ）のエッチング状態では、エッチ
ングガスＣＦ4 と被エッチング膜６２ｂのＳi17Ｏ2の反
応により例えばＳiＦ4，Ｃ17Ｏが検出され、また、レジ
ストから発生するＣ16Ｏが検出される。質量分析計は、
これらのガスの質量分析を行う。また、図５（ｂ）のエ
ッチング状態では、エッチングガスＣＦ4 と被エッチン
グ膜６２ａのＳi18Ｏ2 の反応により例えばＳiＦ4，Ｃ
18Ｏが検出され、また、レジストから発生するＣ16Ｏが
検出される。質量分析計は、これら生成ガスの質量分析
を行う。In the etching state shown in FIG. 5A, for example, SiF 4 and C 17 O are detected by the reaction between the etching gas CF 4 and Si 17 O 2 of the film 62b to be etched, and C 16 O generated from the resist. Is detected. The mass spectrometer
The mass analysis of these gases is performed. In the etching state shown in FIG. 5B, the reaction between the etching gas CF 4 and Si 18 O 2 of the film 62a to be etched, for example, SiF 4 ,
18 O is detected, and C 16 O generated from the resist is detected. The mass spectrometer performs mass analysis of these generated gases.
【００５５】エッチング処理をモニタする検出物質とし
てＣＯを用い、マススペクトルを測定する。エッチング
処理中において検出されるＣＯは、13Ｃ16Ｏ，12Ｃ
16Ｏ，13Ｃ17Ｏ，12Ｃ17Ｏ，13Ｃ18Ｏ，12Ｃ18Ｏとな
り、２８〜３１の質量数が検出される。図５（ａ）及び
図５（ｂ）のエッチング状態において、エッチング処理
をモニタする検出物質としてＣＯを用いてマススペクト
ルを測定すると、同様に、エッチング処理中において検
出されるＣＯは、13Ｃ16Ｏ，12Ｃ16Ｏ，13Ｃ17Ｏ，12Ｃ
17Ｏ，13Ｃ18Ｏ，12Ｃ18Ｏとなり、２８〜３１の質量数
が検出される。しかし、被エッチング膜６２ｂのＳi17
Ｏ2 から得られる12Ｃ17Ｏと、被エッチング膜６２ａの
Ｓi18Ｏ2から得られる12Ｃ18Ｏとでは質量数が異なるた
め、マススペクトルの変化を検出することが可能とな
る。A mass spectrum is measured using CO as a detection substance for monitoring the etching process. CO detected during the etching process is 13 C 16 O, 12 C
16 O, 13 C 17 O, 12 C 17 O, 13 C 18 O, and 12 C 18 O, and the mass numbers of 28 to 31 are detected. 5A and 5B, when a mass spectrum is measured using CO as a detection substance for monitoring the etching process, similarly, CO detected during the etching process is 13 C 16 O, 12 C 16 O, 13 C 17 O, 12 C
It becomes 17 O, 13 C 18 O, and 12 C 18 O, and the mass number of 28 to 31 is detected. However, the Si 17 of the film to be etched 62b
Since the 12 C 17 O obtained from O 2, the mass number of between 12 C 18 O obtained from Si 18 O 2 film to be etched 62a differs, it becomes possible to detect the change in the mass spectrum.
【００５６】なお、図５の例では、ＳiＯ2 中のＯを通
常の同位体組成比と異なる場合について示しているが、
ＳiＯ2 中のＳiを通常の同位体組成比と異なるものとす
ることもできる。In the example shown in FIG. 5, the case where O in SiO 2 is different from the normal isotope composition ratio is shown.
Si in SiO 2 may be different from a normal isotope composition ratio.
【００５７】図６に示す態様は、レジスト中の元素の同
位体組成比を異ならせる例である。図６のエッチング対
象物６０は、シリコンＳi の基板６１の上に酸化シリコ
ンＳiＯ2の被エッチング膜６２とレジスト６３ｂを備
え、エッチングガスＣＦ4 によってエッチングを行う。
レジスト６３ｂはレジスト材に含まれる炭素Ｃの同位体
組成比を通常の同位体組成比と異ならせて形成する。例
えば質量１３の炭素13Ｃの比率を高める。The embodiment shown in FIG. 6 is an example in which the isotope composition ratios of the elements in the resist are different. The etching target 60 in FIG. 6 includes a silicon oxide SiO 2 film 62 to be etched and a resist 63b on a silicon Si substrate 61, and is etched by an etching gas CF 4 .
The resist 63b is formed by changing the isotope composition ratio of carbon C contained in the resist material from a normal isotope composition ratio. For example, the ratio of carbon 13 C having a mass of 13 is increased.
【００５８】図６（ａ），（ｂ）はエッチング処理中の
状態を示し、図６（ａ）は被エッチング膜６２のＳiＯ2
の層が露出し、図６（ｂ）は基板６１のＳiが露出して
いる。図６（ａ）のエッチング状態では、エッチングガ
スＣＦ4 と被エッチング膜６２のＳiＯ2との反応、及び
レジスト６３ｂからの発生により、例えばＳiＦ4，12Ｃ
Ｏ，Ｃ12Ｏ2 及び13ＣＯのガスが検出される。質量分析
計は、これら生成ガスの質量分析を行う。エッチング処
理中において検出されるＣＯは、12ＣＯ，13ＣＯとな
り、２８〜３１の質量数が検出される。FIGS. 6A and 6B show a state during the etching process, and FIG. 6A shows the SiO 2 of the film 62 to be etched.
6B, the Si of the substrate 61 is exposed in FIG. In the etching state shown in FIG. 6A, the reaction between the etching gas CF 4 and SiO 2 of the film to be etched 62 and the generation from the resist 63b, for example, SiF 4 , 12 C
O, C 12 O 2 and 13 CO gases are detected. The mass spectrometer performs mass analysis of these generated gases. The CO detected during the etching process is 12 CO, 13 CO, and a mass number of 28 to 31 is detected.
【００５９】図６（ｂ）のエッチング状態では、レジス
ト６３ｂを発生源とする13ＣＯが主に生成される。質量
分析計による質量分析によって得られるＣＯは、12Ｃ
Ｏ，13ＣＯとなり、２８〜３１の質量数が検出される
が、13ＣＯが主であるため、被エッチング膜６２のＳi
Ｏ2の層が除去され基板６１のＳiが露出したことを検出
することができる。In the etching state shown in FIG. 6B, 13 CO mainly generated from the resist 63b is generated. CO obtained by mass spectrometry using a mass spectrometer is 12 C
O and 13 CO are obtained, and the mass number of 28 to 31 is detected. However, since 13 CO is mainly used, Si of the film 62 to be etched is Si.
It can be detected that the O 2 layer is removed and Si of the substrate 61 is exposed.
【００６０】したがって、レジスト中の炭素の同位体組
成比を異ならせることによって、被エッチング膜６２の
エッチング処理の終点を検出することができる。Therefore, by changing the carbon isotope composition ratio in the resist, the end point of the etching process of the film 62 to be etched can be detected.
【００６１】上記した各例では説明上から、レジストか
ら発生するガスはＣＯのみとして説明しているが、ＣＯ
2 ，ＣｘＨｙ等も発生する。In each of the above examples, the gas generated from the resist is described as only CO for the sake of explanation.
2 , CxHy, etc. also occur.
【００６２】本発明は、ＡｌをＳＦ6 やＢＣｌ3 等のガ
スでエッチングする場合や、ＣｕやＴｉ等の金属のエッ
チングに対しても適用することができる。また、本発明
は、エッチング対象物がシリコン半導体の場合、Ａｌの
場合、合金の場合、金属と酸化膜との組み合わせの場合
等に対しても適用することができ、合金を構成する全元
素や金属と酸化膜とに含まれる元素について同位体組成
比を異ならせる態様、あるいはいずれか一方の元素につ
いて同位体組成比を異ならせる態様によって、マススペ
クトルを異ならせることができる。The present invention can be applied to the case where Al is etched by a gas such as SF 6 or BCl 3, or to the etching of a metal such as Cu or Ti. Further, the present invention can be applied to the case where the etching target is a silicon semiconductor, Al, an alloy, a combination of a metal and an oxide film, and the like. The mass spectrum can be made different depending on the mode in which the isotope composition ratio of the elements contained in the metal and the oxide film is different, or the mode in which the isotope composition ratio of either element is different.
【００６３】[0063]
【発明の効果】以上説明したように、エッチングの処理
状態を高いＳ／Ｎ比でモニタすることができ、また、エ
ッチングの終点検出を高いＳ／Ｎ比で行うことができ
る。As described above, the processing state of the etching can be monitored at a high S / N ratio, and the end point of the etching can be detected at a high S / N ratio.
【図１】本発明のプラズマエッチング装置の一構成例を
示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing one configuration example of a plasma etching apparatus of the present invention.
【図２】本発明のプラズマエッチング装置においてエッ
チングガスの同位体組成比を異ならせる例を説明する図
である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which the isotope composition ratio of an etching gas is changed in the plasma etching apparatus of the present invention.
【図３】本発明のプラズマエッチング装置によるガス分
析例である。FIG. 3 is an example of gas analysis by the plasma etching apparatus of the present invention.
【図４】本発明のプラズマエッチング装置において被エ
ッチング膜の同位体組成比を異ならせる例を説明する図
である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which the isotope composition ratio of a film to be etched is changed in the plasma etching apparatus of the present invention.
【図５】本発明のプラズマエッチング装置において同位
体組成比を異ならせた積層体の例を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a laminated body having different isotope composition ratios in the plasma etching apparatus of the present invention.
【図６】レジスト中の元素の同位体組成比を異ならせる
例である。FIG. 6 is an example in which isotope composition ratios of elements in a resist are changed.
【図７】従来のプラズマエッチングにおける問題点を説
明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a problem in the conventional plasma etching.
１…エッチングチャンバー、２…質量分析計、３…真空
排気系、４…ガス源、１１…上部電極、１２…下部電
極、１３…プラズマ、１４，１６…マッチング回路、１
５，１７…ＲＦ電源、２１…バルブ、２２…オリフィ
ス、３１，３３…ターボ分子ポンプ、３２，３４…粗引
きポンプ、４１，４２，４３…エッチングガス、５１，
５２，５３…マスフローコントローラ、６０…エッチン
グ対象物、６１…基板、６２…酸化シリコン膜、６３…
レジスト。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Etching chamber, 2 ... Mass spectrometer, 3 ... Vacuum exhaust system, 4 ... Gas source, 11 ... Upper electrode, 12 ... Lower electrode, 13 ... Plasma, 14, 16 ... Matching circuit, 1
5, 17 RF power supply, 21 valve, 22 orifice, 31, 33 turbo molecular pump, 32, 34 roughing pump, 41, 42, 43 ... etching gas, 51,
52, 53: mass flow controller, 60: etching object, 61: substrate, 62: silicon oxide film, 63 ...
Resist.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K057 DA02 DA11 DA14 DB01 DB04 DB05 DB20 DD01 DD03 DD05 DE04 DE06 DE08 DE20 DG20 DJ06 DM02 DM05 DM40 DN01 5F004 AA06 AA16 BA04 BA09 BB11 BB13 BB18 CA09 CB04 DA01 DA11 DA18 DA24 DA26 DB00 DB03 DB08 DB09 DB16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K057 DA02 DA11 DA14 DB01 DB04 DB05 DB20 DD01 DD03 DD05 DE04 DE06 DE08 DE20 DG20 DJ06 DM02 DM05 DM40 DN01 5F004 AA06 AA16 BA04 BA09 BB11 BB13 BB18 CA09 CB04 DA01 DA11 DA18 DA24 DA26 DB00 DB00 DB08 DB09 DB16
Claims (3)
前記処理室にエッチングガスを導入し、前記処理室を所
定の圧力に制御するガス供給系及び真空排気系と、前記
処理室にプラズマを発生し維持する手段と、前記処理室
内のガスを質量分析する質量分析計とを備え、前記ガス
供給系は、天然に存在する元素の同位体組成比と異なる
原子組成を含むエッチングガスを供給し、同位体組成比
の変化によるガス質量の変化に基づいてエッチング処理
をモニタするプラズマエッチング装置。A processing chamber having a structure for maintaining a vacuum;
A gas supply system and a vacuum exhaust system for introducing an etching gas into the processing chamber to control the processing chamber to a predetermined pressure, a means for generating and maintaining plasma in the processing chamber, and mass spectrometric analysis of the gas in the processing chamber. Mass spectrometer, the gas supply system supplies an etching gas having an atomic composition different from the isotope composition ratio of a naturally occurring element, based on a change in gas mass due to a change in the isotope composition ratio. Plasma etching equipment that monitors the etching process.
前記処理室にエッチングガスを導入し、前記処理室を所
定の圧力に制御するガス供給系及び真空排気系と、前記
処理室にプラズマを発生し維持する手段と、前記処理室
内のガスを質量分析する質量分析計とを備え、前記ガス
供給系は、エッチング対象物を構成する元素の同位体組
成比と異なる原子組成を含むエッチングガスを供給し、
同位体組成比の変化によるガス質量の変化に基づいてエ
ッチング処理をモニタするプラズマエッチング装置。2. A processing chamber having a structure for maintaining a vacuum,
A gas supply system and a vacuum exhaust system for introducing an etching gas into the processing chamber to control the processing chamber to a predetermined pressure, a means for generating and maintaining plasma in the processing chamber, and mass spectrometric analysis of the gas in the processing chamber. Mass spectrometer to be provided, the gas supply system supplies an etching gas containing an atomic composition different from the isotope composition ratio of the elements constituting the etching object,
A plasma etching apparatus that monitors an etching process based on a change in gas mass due to a change in isotope composition ratio.
よりエッチング対象物をプラズマエッチングする工程に
おいて、エッチングガス，エッチング対象物の少なくと
も一つは、構成する元素の少なくとも一種の元素につい
て同位体組成比を異ならせ、プラズマエッチング処理中
に得られるガスを質量分析し、ガスの質量変化と前記同
位体組成比に基づいてエッチング処理をモニタするプラ
ズマエッチング方法。3. The step of plasma-etching an etching target with an etching gas supplied into a processing chamber, wherein at least one of the etching gas and the etching target has an isotope composition ratio of at least one of constituent elements. A plasma etching method in which a gas obtained during a plasma etching process is analyzed by mass spectrometry, and the etching process is monitored based on a change in the mass of the gas and the isotope composition ratio.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10295282A JP2000124198A (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Device and method for plasma etching |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10295282A JP2000124198A (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Device and method for plasma etching |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000124198A true JP2000124198A (en) | 2000-04-28 |
Family
ID=17818594
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10295282A Withdrawn JP2000124198A (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Device and method for plasma etching |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000124198A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007311444A (en) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Keio Gijuku | Ion radiation effect evaluation method, process simulator, and device simulator |
| CN100397038C (en) * | 2005-06-08 | 2008-06-25 | Tdk株式会社 | Etching volume measuring device and method, etching device |
| JP2011040469A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Mitsubishi Electric Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2015510683A (en) * | 2012-01-09 | 2015-04-09 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | Apparatus and method for substrate surface treatment |
-
1998
- 1998-10-16 JP JP10295282A patent/JP2000124198A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100397038C (en) * | 2005-06-08 | 2008-06-25 | Tdk株式会社 | Etching volume measuring device and method, etching device |
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| JP2011040469A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Mitsubishi Electric Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2015510683A (en) * | 2012-01-09 | 2015-04-09 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | Apparatus and method for substrate surface treatment |
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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