JPH1079375A - プラズマエッチング方法及び装置 - Google Patents
プラズマエッチング方法及び装置Info
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- JPH1079375A JPH1079375A JP25371496A JP25371496A JPH1079375A JP H1079375 A JPH1079375 A JP H1079375A JP 25371496 A JP25371496 A JP 25371496A JP 25371496 A JP25371496 A JP 25371496A JP H1079375 A JPH1079375 A JP H1079375A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＦＣＮのスペクトル強度からエッチング状態
を把握し、高精度でシリコン窒化物の薄膜等を選択エッ
チングする。 【解決手段】 フルオロカーボン又はハロゲンガスを含
む反応性ガスＡをプラズマ化し、窒素原子を含む被処理
基体Ｗを反応性プラズマでエッチングする際、発光素子
３４及び受光素子３５を用いた赤外吸収分光分析法でプ
ラズマ中のＦＣＮ分子を計測する。計測されたＦＣＮ分
子の密度に基づいて、プラズマ強度や圧力を制御する。
プラズマから生じるラジカルのみを真空容器１０内に送
り込み、被処理基体をエッチングする場合にも適用でき
る。被処理基体Ｗとしては、シリコン窒化物の薄膜又は
基体が使用される。
を把握し、高精度でシリコン窒化物の薄膜等を選択エッ
チングする。 【解決手段】 フルオロカーボン又はハロゲンガスを含
む反応性ガスＡをプラズマ化し、窒素原子を含む被処理
基体Ｗを反応性プラズマでエッチングする際、発光素子
３４及び受光素子３５を用いた赤外吸収分光分析法でプ
ラズマ中のＦＣＮ分子を計測する。計測されたＦＣＮ分
子の密度に基づいて、プラズマ強度や圧力を制御する。
プラズマから生じるラジカルのみを真空容器１０内に送
り込み、被処理基体をエッチングする場合にも適用でき
る。被処理基体Ｗとしては、シリコン窒化物の薄膜又は
基体が使用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン窒化物薄膜等
を高選択性でプラズマエッチングする方法及び装置に関
する。
を高選択性でプラズマエッチングする方法及び装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程では、反応性プラズマで
半導体ウェハ，ＬＣＤ用ガラス基板等の被処理基体をエ
ッチングしている。半導体材料としては種々の材料薄膜
があるが、緻密な構造をもつシリコン窒化物（ＳｉＮ
x ）の薄膜も、たとえばＬＳＩプロセスにおける酸化，
拡散によるマスク材料，ＬＤＤ構造におけるゲート電極
の保護膜，ＬＣＤ等の電子デバイスにおける保護膜とし
て使用されている。マスクの形成に際しては、レジスト
パターンに沿った方向性エッチングが要求される。酸化
や拡散プロセスを経た後の剥離工程では方向性が必要と
されないが、エッチング工程では、シリコン酸化膜，ア
ルミニウム等の下地材料に対してシリコン窒化物（Ｓｉ
Ｎx ）の薄膜を選択的にエッチングする必要がある。
半導体ウェハ，ＬＣＤ用ガラス基板等の被処理基体をエ
ッチングしている。半導体材料としては種々の材料薄膜
があるが、緻密な構造をもつシリコン窒化物（ＳｉＮ
x ）の薄膜も、たとえばＬＳＩプロセスにおける酸化，
拡散によるマスク材料，ＬＤＤ構造におけるゲート電極
の保護膜，ＬＣＤ等の電子デバイスにおける保護膜とし
て使用されている。マスクの形成に際しては、レジスト
パターンに沿った方向性エッチングが要求される。酸化
や拡散プロセスを経た後の剥離工程では方向性が必要と
されないが、エッチング工程では、シリコン酸化膜，ア
ルミニウム等の下地材料に対してシリコン窒化物（Ｓｉ
Ｎx ）の薄膜を選択的にエッチングする必要がある。
【０００３】また、ＬＳＩの微細化に伴ってコンタクト
ホールでは自己整合コンタクト構造（ＳＡＣ）が採用さ
れており、ゲート材料を囲むように形成されたシリコン
窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜に対してシリコン酸化物（Ｓ
ｉＯx ）等の材料薄膜を選択的にエッチングするプロセ
スが要求されている。しかも、要求される加工精度が高
度に微細化している最近の傾向に対応して、高速，高選
択比，高精度で選択エッチングする技術の開発が望まれ
ている。
ホールでは自己整合コンタクト構造（ＳＡＣ）が採用さ
れており、ゲート材料を囲むように形成されたシリコン
窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜に対してシリコン酸化物（Ｓ
ｉＯx ）等の材料薄膜を選択的にエッチングするプロセ
スが要求されている。しかも、要求される加工精度が高
度に微細化している最近の傾向に対応して、高速，高選
択比，高精度で選択エッチングする技術の開発が望まれ
ている。
【０００４】従来では、プラズマ源に印加される電力，
圧力等の各種パラメータを制御すること、添加するガス
種の選択，添加量を変化させること等による選択エッチ
ングの開発及び制御が進められている。しかし、これら
のパラメータは相互に相対的に変化するため、高精度制
御が困難であった。また、ウェハの大口径化及びデバイ
ス構造の複雑化に伴って、ウェハ全域にわたって均一に
エッチングするプロセスの開発においては、従来のエッ
チング後に形状，エッチング速度等の特性を評価する方
法によると、膨大なコスト及び時間がかかり、しかも信
頼性が乏しくなる。エッチングの経時変化等によって
も、大口径のウェハに対して高精度にシリコン窒化物
（ＳｉＮx ）の薄膜を選択エッチングすることが困難に
なる。
圧力等の各種パラメータを制御すること、添加するガス
種の選択，添加量を変化させること等による選択エッチ
ングの開発及び制御が進められている。しかし、これら
のパラメータは相互に相対的に変化するため、高精度制
御が困難であった。また、ウェハの大口径化及びデバイ
ス構造の複雑化に伴って、ウェハ全域にわたって均一に
エッチングするプロセスの開発においては、従来のエッ
チング後に形状，エッチング速度等の特性を評価する方
法によると、膨大なコスト及び時間がかかり、しかも信
頼性が乏しくなる。エッチングの経時変化等によって
も、大口径のウェハに対して高精度にシリコン窒化物
（ＳｉＮx ）の薄膜を選択エッチングすることが困難に
なる。
【０００５】下地材料に対してシリコン窒化物（ＳｉＮ
x ）を選択的にエッチングし、或いはシリコン窒化物
（ＳｉＮx ）に対してシリコン酸化物（ＳｉＯx ）等の
材料薄膜を選択的にエッチングするプロセスにおいて、
従来は、シリコン窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜から発生す
るエッチング生成ガス、たとえばＮ2 ガス等の解離から
生じたＮ原子の発光線を分光器で計測している。しか
し、感度が十分でないため、高精度にエッチングの終点
を検出したり、経時変化をモニタリングすることへの利
用が困難であった。また、エッチングガスとして窒素含
有ガスを使用する場合、エッチングガスからの発光とシ
リコン窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜から発生する窒素から
の発光の両者が検出されるため、従来から使用されてい
るＮ原子の発光線を用いるプロセス制御は不可能であ
る。更に、プラズマから離れた処理室に被処理基体を配
置し、プラズマから輸送されてきたラジカルのみを用い
て被処理基体をエッチングするプロセスでは、適当な発
光種が存在しない。そのため、従来の発光線を用いたモ
ニタリング法は適用できない。
x ）を選択的にエッチングし、或いはシリコン窒化物
（ＳｉＮx ）に対してシリコン酸化物（ＳｉＯx ）等の
材料薄膜を選択的にエッチングするプロセスにおいて、
従来は、シリコン窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜から発生す
るエッチング生成ガス、たとえばＮ2 ガス等の解離から
生じたＮ原子の発光線を分光器で計測している。しか
し、感度が十分でないため、高精度にエッチングの終点
を検出したり、経時変化をモニタリングすることへの利
用が困難であった。また、エッチングガスとして窒素含
有ガスを使用する場合、エッチングガスからの発光とシ
リコン窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜から発生する窒素から
の発光の両者が検出されるため、従来から使用されてい
るＮ原子の発光線を用いるプロセス制御は不可能であ
る。更に、プラズマから離れた処理室に被処理基体を配
置し、プラズマから輸送されてきたラジカルのみを用い
て被処理基体をエッチングするプロセスでは、適当な発
光種が存在しない。そのため、従来の発光線を用いたモ
ニタリング法は適用できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来のプラズマ処理における問題を解消すべく案出され
たものであり、エッチング時に発生するＦＣＮがエッチ
ング進行状況と密接に関係していることを利用すること
により、処理室内の反応性プラズマ又はリモートプラズ
マで処理されるシリコン窒化物（ＳｉＮx ）薄膜等を高
精度で再現性良く高速に選択エッチングし、しかも大口
径のウェハも均一処理が可能なプラズマエッチング法及
び装置を提供することを目的とする。
従来のプラズマ処理における問題を解消すべく案出され
たものであり、エッチング時に発生するＦＣＮがエッチ
ング進行状況と密接に関係していることを利用すること
により、処理室内の反応性プラズマ又はリモートプラズ
マで処理されるシリコン窒化物（ＳｉＮx ）薄膜等を高
精度で再現性良く高速に選択エッチングし、しかも大口
径のウェハも均一処理が可能なプラズマエッチング法及
び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマエッチ
ング方法は、その目的を達成するため、フルオロカーボ
ン又はハロゲンガスを含むエッチングガスをプラズマ化
し、窒素原子を含む被処理基体をプラズマ化したエッチ
ングガスでエッチングする際、プラズマ中のＦＣＮ分子
を赤外吸収分光分析法で計測し、計測されたＦＣＮ分子
の密度に基づいてプラズマ強度を制御することを特徴と
する。プラズマから生じるラジカルのみを真空容器内に
送り込み、被処理基体をエッチングする場合にも適用で
きる。被処理基体としては、シリコン窒化物の薄膜又は
基体が使用される。
ング方法は、その目的を達成するため、フルオロカーボ
ン又はハロゲンガスを含むエッチングガスをプラズマ化
し、窒素原子を含む被処理基体をプラズマ化したエッチ
ングガスでエッチングする際、プラズマ中のＦＣＮ分子
を赤外吸収分光分析法で計測し、計測されたＦＣＮ分子
の密度に基づいてプラズマ強度を制御することを特徴と
する。プラズマから生じるラジカルのみを真空容器内に
送り込み、被処理基体をエッチングする場合にも適用で
きる。被処理基体としては、シリコン窒化物の薄膜又は
基体が使用される。
【０００８】また、プラズマエッチング装置は、放電室
から放出されるプラズマに対向して真空容器内に配置さ
れる窒素原子含有被処理基体を支持する電極と、真空容
器に接続された真空排気装置と、フルオロカーボン又は
ハロゲンガスを含むエッチングガスを真空容器に導入す
る反応性ガス導入口と、被処理基体の上方域に向けて所
定波長の赤外光を発射する発光素子と、被処理基体の上
方域を通過した赤外光が入射する受光素子と、ＦＣＮス
ペクトルを測定する赤外吸収分光分析手段とを備えてい
る。反応性ガスをプラズマ化した反応性プラズマから生
じたラジカルを放電室から真空容器内の被処理基体に導
くように、誘導管で放電室と真空容器を接続しても良
い。赤外吸収分光分析手段で測定されたＦＣＮの分子密
度は、メインコントローラで演算され、制御信号として
プラズマ制御用電源又は圧力制御系に出力される。
から放出されるプラズマに対向して真空容器内に配置さ
れる窒素原子含有被処理基体を支持する電極と、真空容
器に接続された真空排気装置と、フルオロカーボン又は
ハロゲンガスを含むエッチングガスを真空容器に導入す
る反応性ガス導入口と、被処理基体の上方域に向けて所
定波長の赤外光を発射する発光素子と、被処理基体の上
方域を通過した赤外光が入射する受光素子と、ＦＣＮス
ペクトルを測定する赤外吸収分光分析手段とを備えてい
る。反応性ガスをプラズマ化した反応性プラズマから生
じたラジカルを放電室から真空容器内の被処理基体に導
くように、誘導管で放電室と真空容器を接続しても良
い。赤外吸収分光分析手段で測定されたＦＣＮの分子密
度は、メインコントローラで演算され、制御信号として
プラズマ制御用電源又は圧力制御系に出力される。
【０００９】
【作用】プラズマエッチングプロセスにおける反応性プ
ラズマ中には、多数のラジカル，イオン，中性粒子が存
在しており、種々の材料と反応してエッチングが進行す
る。エッチング中には、材料表面との反応で生成した反
応生成物が発生する。したがって、反応生成物をリアル
タイムで高精度に計測できると、被処理基体のエッチン
グ状態を詳しく把握することが可能である。また、これ
らの情報をプラズマエッチング装置の制御系にフィード
バックするとき、リアルタイムで高精度のエッチングプ
ロセス制御が可能となる。
ラズマ中には、多数のラジカル，イオン，中性粒子が存
在しており、種々の材料と反応してエッチングが進行す
る。エッチング中には、材料表面との反応で生成した反
応生成物が発生する。したがって、反応生成物をリアル
タイムで高精度に計測できると、被処理基体のエッチン
グ状態を詳しく把握することが可能である。また、これ
らの情報をプラズマエッチング装置の制御系にフィード
バックするとき、リアルタイムで高精度のエッチングプ
ロセス制御が可能となる。
【００１０】本発明者等は、このような観点から多岐に
わたってシリコン窒化物のプラズマエッチングを調査・
研究した。その結果、エッチングガスとして種々のフル
オロカーボンガス又はハロゲンガスを用いてシリコン窒
化膜，シリコン酸化膜，シリコン等をエッチングし、エ
ッチング中の活性種を赤外半導体レーザ吸収分光分析法
で計測したところ、シリコン窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜
をエッチングした場合のみに波長１０６０ｃｍ-1付近に
鋭い吸収スペクトルがみられることを見い出した。解析
の結果、この吸収スペクトルはＦＣＮ分子に起因するこ
とが判明した。
わたってシリコン窒化物のプラズマエッチングを調査・
研究した。その結果、エッチングガスとして種々のフル
オロカーボンガス又はハロゲンガスを用いてシリコン窒
化膜，シリコン酸化膜，シリコン等をエッチングし、エ
ッチング中の活性種を赤外半導体レーザ吸収分光分析法
で計測したところ、シリコン窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜
をエッチングした場合のみに波長１０６０ｃｍ-1付近に
鋭い吸収スペクトルがみられることを見い出した。解析
の結果、この吸収スペクトルはＦＣＮ分子に起因するこ
とが判明した。
【００１１】すなわち、シリコン窒化物（ＳｉＮx ）を
エッチングする場合にのみ極めて高感度でＦＣＮのスペ
クトルが発現するため、このスペクトルをモニタリング
し、プラズマエッチング装置にフィードバックすると
き、エッチング状態を詳細に把握できる。したがって、
シリコン窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜等、少なくとも窒素
原子を含む材料をフルオロカーボンガス又はハロゲンガ
スを用いてエッチングするプロセスの開発及びプロセス
の高精度制御，信頼度の高いプロセスの構築等が可能に
なる。
エッチングする場合にのみ極めて高感度でＦＣＮのスペ
クトルが発現するため、このスペクトルをモニタリング
し、プラズマエッチング装置にフィードバックすると
き、エッチング状態を詳細に把握できる。したがって、
シリコン窒化物（ＳｉＮx ）の薄膜等、少なくとも窒素
原子を含む材料をフルオロカーボンガス又はハロゲンガ
スを用いてエッチングするプロセスの開発及びプロセス
の高精度制御，信頼度の高いプロセスの構築等が可能に
なる。
【００１２】
実施例１：本実施例では、設備構成を図１に示すＥＣＲ
プラズマ処理装置を使用した。このプラズマ処理装置
は、処理室を形成する真空容器１０を備え、真空容器１
０の上部にＥＣＲ放電を発生させる放電室２０が連結さ
れている。真空容器１０の内部には、電極として働く載
置台１１が設けられている。載置台１１上に、ポリイミ
ド樹脂等の絶縁材料製の環状薄膜でできた静電チャック
１２に板状電極１３を介装して配置している。板状電極
１３に電源１４から直流高電圧を印加すると、被処理基
体Ｗを吸着するクーロン力が発生する。載置台１１に
は、被処理基体Ｗの温度を調節するため、液体窒素を循
環させることができる冷却ジャケット等の冷却機構１５
やヒータ等の加熱機構１６が設けられている。載置台１
１から被処理基体Ｗへ効率よく伝熱するため、静電チャ
ック１２に形成された複数の孔からヘリウム等のバック
クリーンガスを被処理基体Ｗの裏面に供給する伝熱ガス
供給機構１７が載置台１１に組み込まれている。
プラズマ処理装置を使用した。このプラズマ処理装置
は、処理室を形成する真空容器１０を備え、真空容器１
０の上部にＥＣＲ放電を発生させる放電室２０が連結さ
れている。真空容器１０の内部には、電極として働く載
置台１１が設けられている。載置台１１上に、ポリイミ
ド樹脂等の絶縁材料製の環状薄膜でできた静電チャック
１２に板状電極１３を介装して配置している。板状電極
１３に電源１４から直流高電圧を印加すると、被処理基
体Ｗを吸着するクーロン力が発生する。載置台１１に
は、被処理基体Ｗの温度を調節するため、液体窒素を循
環させることができる冷却ジャケット等の冷却機構１５
やヒータ等の加熱機構１６が設けられている。載置台１
１から被処理基体Ｗへ効率よく伝熱するため、静電チャ
ック１２に形成された複数の孔からヘリウム等のバック
クリーンガスを被処理基体Ｗの裏面に供給する伝熱ガス
供給機構１７が載置台１１に組み込まれている。
【００１３】放電室２０には、石英等の誘電体からなる
窓２１を介してたとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
導入するための導波管２２が接続されている。導波管２
２は、マイクロ波電源２３に接続されている。放電室２
０の外壁は、冷却機構の給水管２４から送り込まれた冷
却水で水冷される。冷却に使用された水は、排水管２５
から排出される。冷却機構２４の外側に、放電室２０を
取り囲む磁気コイル２６が取り付けられている。マイク
ロ波の照射によって放電室２０内に放電が発生し、その
放電中で電子がサイクロトロン運動するように、たとえ
ば８７５ガウス程度の磁場が磁気コイル２６により与え
られる。これにより、高密度のプラズマが生起する。載
置台１１には、マッチング回路３１を介してバイアス用
高周波電力印加用の高周波電源３２が接続されている。
被処理基体Ｗには、高周波電源３２からの高周波の印加
によってマイナス数十からマイナス３００Ｖ程度のバイ
アスが印加される。
窓２１を介してたとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
導入するための導波管２２が接続されている。導波管２
２は、マイクロ波電源２３に接続されている。放電室２
０の外壁は、冷却機構の給水管２４から送り込まれた冷
却水で水冷される。冷却に使用された水は、排水管２５
から排出される。冷却機構２４の外側に、放電室２０を
取り囲む磁気コイル２６が取り付けられている。マイク
ロ波の照射によって放電室２０内に放電が発生し、その
放電中で電子がサイクロトロン運動するように、たとえ
ば８７５ガウス程度の磁場が磁気コイル２６により与え
られる。これにより、高密度のプラズマが生起する。載
置台１１には、マッチング回路３１を介してバイアス用
高周波電力印加用の高周波電源３２が接続されている。
被処理基体Ｗには、高周波電源３２からの高周波の印加
によってマイナス数十からマイナス３００Ｖ程度のバイ
アスが印加される。
【００１４】放電室２０には、たとえばＡｒ等の不活性
ガス及び三フッ化メタン（ＣＨＦ3）等の反応性ガスＡ
を導入するための導入口４１が開口している。また、同
様な反応性ガスＢを導入するため、第２の導入口４２が
真空容器１０に開口している。真空容器１０から延びた
排気管４３は、真空ポンプ等の真空は域装置（図示せ
ず）に接続されている。フルオロカーボンを含む反応性
ガスＡ，Ｂ等の原料ガスは、導入口４１，４２から一定
量が送り込まれ、排気管４３を介して排気される。これ
により、真空容器１０の雰囲気圧が所定値に制御され
る。
ガス及び三フッ化メタン（ＣＨＦ3）等の反応性ガスＡ
を導入するための導入口４１が開口している。また、同
様な反応性ガスＢを導入するため、第２の導入口４２が
真空容器１０に開口している。真空容器１０から延びた
排気管４３は、真空ポンプ等の真空は域装置（図示せ
ず）に接続されている。フルオロカーボンを含む反応性
ガスＡ，Ｂ等の原料ガスは、導入口４１，４２から一定
量が送り込まれ、排気管４３を介して排気される。これ
により、真空容器１０の雰囲気圧が所定値に制御され
る。
【００１５】真空容器１０の外側には、ＮａＣｌ等の赤
外光が透過する材料で作られた少なくとも二つの窓３
３，３３が相対向する位置に設けられている。それぞれ
の窓３３，３３から真空容器１０の内部を覗くように、
所定波長の赤外半導体レーザを出射する発光素子３４
と、発光素子３４から出射され真空容器１０内を通過し
た赤外半導体レーザを検出する受光素子３５が設けられ
ている。発光素子３４及び受光素子３５は、赤外半導体
レーザのスペクトル変化に基づいて真空容器１０内にあ
るラジカル，イオン，原子，分子等のプラズマ粒子の密
度や組成を計測する。受光素子３５で計測されたプラズ
マ粒子の密度や組成に関する計測データは、メインコン
トローラ３０に入力され、演算結果を高周波電源３２又
はマイクロ波電源２３に出力する。メインコントローラ
３０からは圧力制御系３６にも制御信号が出力され、真
空容器１０内の雰囲気圧が制御される。
外光が透過する材料で作られた少なくとも二つの窓３
３，３３が相対向する位置に設けられている。それぞれ
の窓３３，３３から真空容器１０の内部を覗くように、
所定波長の赤外半導体レーザを出射する発光素子３４
と、発光素子３４から出射され真空容器１０内を通過し
た赤外半導体レーザを検出する受光素子３５が設けられ
ている。発光素子３４及び受光素子３５は、赤外半導体
レーザのスペクトル変化に基づいて真空容器１０内にあ
るラジカル，イオン，原子，分子等のプラズマ粒子の密
度や組成を計測する。受光素子３５で計測されたプラズ
マ粒子の密度や組成に関する計測データは、メインコン
トローラ３０に入力され、演算結果を高周波電源３２又
はマイクロ波電源２３に出力する。メインコントローラ
３０からは圧力制御系３６にも制御信号が出力され、真
空容器１０内の雰囲気圧が制御される。
【００１６】以上のプラズマ処理装置を用い、フルオロ
カーボンをプラズマ化した反応性ガスでシリコン，シリ
コン酸化膜，シリコン窒化膜を次のようにエッチング処
理した。先ず、被処理基体Ｗとして、直径１２インチの
シリコン基板，シリコン基板上に形成したシリコン窒化
膜及びシリコン基板上に形成したシリコン酸化膜をそれ
ぞれ真空容器１０内の載置台１１上にセットした。放電
室２０に三フッ化メタン（ＣＨＦ3 ）ガスを含む反応性
ガスを導入し、圧力０．４Ｐａに維持した。反応性ガス
の導入量は、ＣＨＦ3 換算で５０ｓｃｃｍに設定した。
そして、マイクロ波出力１０００Ｗで放電を生起させ
た。
カーボンをプラズマ化した反応性ガスでシリコン，シリ
コン酸化膜，シリコン窒化膜を次のようにエッチング処
理した。先ず、被処理基体Ｗとして、直径１２インチの
シリコン基板，シリコン基板上に形成したシリコン窒化
膜及びシリコン基板上に形成したシリコン酸化膜をそれ
ぞれ真空容器１０内の載置台１１上にセットした。放電
室２０に三フッ化メタン（ＣＨＦ3 ）ガスを含む反応性
ガスを導入し、圧力０．４Ｐａに維持した。反応性ガス
の導入量は、ＣＨＦ3 換算で５０ｓｃｃｍに設定した。
そして、マイクロ波出力１０００Ｗで放電を生起させ
た。
【００１７】被処理基体Ｗに４００ＫＨｚの高周波を印
加し、バイアス５００Ｗの電力を被処理基体Ｗの表面に
印加し、シリコン，シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜
をそれぞれエッチングした。エッチング中、被処理基体
Ｗは、基板温度２５℃に保持した。また、真空容器１０
に設置した発光素子３４及び受光素子３５を用い、被処
理基体Ｗの上方１０ｍｍの位置にあるＣＦ，ＣＦ2 ，Ｃ
Ｆ3 等のラジカル及びエッチング中に存在する粒子の密
度を測定した。各材料のエッチング中にラジカル密度の
エッチング速度依存性を調査した。なお、エッチング速
度は、バイアスの印加電力を調整することにより変化さ
せた。調査の結果、エッチング中に主としてＣＦ，ＣＦ
2 ，ＣＦ3 等のラジカルが存在するが、エッチング速度
の上昇に応じてラジカル密度が減少する傾向にあった。
加し、バイアス５００Ｗの電力を被処理基体Ｗの表面に
印加し、シリコン，シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜
をそれぞれエッチングした。エッチング中、被処理基体
Ｗは、基板温度２５℃に保持した。また、真空容器１０
に設置した発光素子３４及び受光素子３５を用い、被処
理基体Ｗの上方１０ｍｍの位置にあるＣＦ，ＣＦ2 ，Ｃ
Ｆ3 等のラジカル及びエッチング中に存在する粒子の密
度を測定した。各材料のエッチング中にラジカル密度の
エッチング速度依存性を調査した。なお、エッチング速
度は、バイアスの印加電力を調整することにより変化さ
せた。調査の結果、エッチング中に主としてＣＦ，ＣＦ
2 ，ＣＦ3 等のラジカルが存在するが、エッチング速度
の上昇に応じてラジカル密度が減少する傾向にあった。
【００１８】更に、種々の実験を重ねたところ、シリコ
ン窒化膜のエッチング中においてのみ、図２に示すよう
に１０６０ｃｍ-1付近に強度の大きなスペクトルが観察
された。これらのスペクトルは、スペクトル解析の結果
からシアン化フッ素（ＦＣＮ）の分子に起因することが
判明した。すなわち、赤外吸収分光分析法を用いること
により、シリコン窒化膜のエッチングプラズマ中にＦＣ
Ｎ分子が多量に存在することを見い出した。次いで、Ｆ
ＣＮ分子の発生機構を明らかにするため、この条件下に
おけるエッチング特性を評価したところ、エッチング速
度がシリコンで０．１μｍ／分，シリコン窒化膜で０．
３μｍ／分，シリコン酸化膜で０．７μｍ／分であっ
た。また、各材料におけるウエハ内のエッチング速度の
均一性は、約±１５％であった。
ン窒化膜のエッチング中においてのみ、図２に示すよう
に１０６０ｃｍ-1付近に強度の大きなスペクトルが観察
された。これらのスペクトルは、スペクトル解析の結果
からシアン化フッ素（ＦＣＮ）の分子に起因することが
判明した。すなわち、赤外吸収分光分析法を用いること
により、シリコン窒化膜のエッチングプラズマ中にＦＣ
Ｎ分子が多量に存在することを見い出した。次いで、Ｆ
ＣＮ分子の発生機構を明らかにするため、この条件下に
おけるエッチング特性を評価したところ、エッチング速
度がシリコンで０．１μｍ／分，シリコン窒化膜で０．
３μｍ／分，シリコン酸化膜で０．７μｍ／分であっ
た。また、各材料におけるウエハ内のエッチング速度の
均一性は、約±１５％であった。
【００１９】更に、ＦＣＮ分子のエッチング時間依存性
を調査した。図３の調査結果にみられるように、ＦＣＮ
分子の強度は、エッチング時間５０秒で大きく減衰し、
それ以降は一定値を示していた。このときの吸収強度の
減衰速度は、図４に示すように、エッチング速度の均一
性と密接な関係にあることが判った。しかも、ＦＣＮ分
子密度の減衰点はシリコン窒化膜のエッチング終了時間
に対応しているので、ＦＣＮ分子は、エッチング中にラ
ジカル（ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ）とシリコン窒化膜との
反応により形成されることが判った。すなわち、シリコ
ン窒化膜がエッチングされるときにおいてのみＦＣＮ分
子が発生し、赤外半導体レーザ吸収分光分析法によりＦ
ＣＮ分子を極めて高い感度で計測できることが判明し
た。したがって、赤外半導体レーザ吸収分光分析法を用
いてＦＣＮ分子の密度を観測することにより、シリコン
窒化膜のエッチング終点を高精度で検出できる。
を調査した。図３の調査結果にみられるように、ＦＣＮ
分子の強度は、エッチング時間５０秒で大きく減衰し、
それ以降は一定値を示していた。このときの吸収強度の
減衰速度は、図４に示すように、エッチング速度の均一
性と密接な関係にあることが判った。しかも、ＦＣＮ分
子密度の減衰点はシリコン窒化膜のエッチング終了時間
に対応しているので、ＦＣＮ分子は、エッチング中にラ
ジカル（ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ）とシリコン窒化膜との
反応により形成されることが判った。すなわち、シリコ
ン窒化膜がエッチングされるときにおいてのみＦＣＮ分
子が発生し、赤外半導体レーザ吸収分光分析法によりＦ
ＣＮ分子を極めて高い感度で計測できることが判明し
た。したがって、赤外半導体レーザ吸収分光分析法を用
いてＦＣＮ分子の密度を観測することにより、シリコン
窒化膜のエッチング終点を高精度で検出できる。
【００２０】そこで、更にシリコン窒化物及びシリコン
酸化物の薄膜が形成されたシリコン基板を被処理基体Ｗ
として使用し、シリコン及びシリコン窒化膜に対するシ
リコン酸化膜の選択比を向上させる方法を検討した。使
用した被処理基体Ｗは、直径１２インチのシリコン基板
上の一部にシリコン窒化物の薄膜が形成され、シリコン
窒化物薄膜を覆うように膜厚０．３〜１．３μｍのシリ
コン酸化物薄膜が基板全面に形成され、有機質レジスト
で膜厚０．５μｍ，直径０．３μｍのホールパターンを
シリコン酸化物薄膜上に形成したシリコン基板である。
流量１０ｓｃｃｍのシクロサイクロオクタフッ化ブテン
（Ｃ4 Ｆ8 ）及び流量１５０ｓｃｃｍのＡｒを含む反応
性ガスを放電室２０に導入し、放電室２０を圧力１Ｐａ
の雰囲気に維持した。この条件下でマイクロ波パワー出
力１２００Ｗにより放電を生起させた。
酸化物の薄膜が形成されたシリコン基板を被処理基体Ｗ
として使用し、シリコン及びシリコン窒化膜に対するシ
リコン酸化膜の選択比を向上させる方法を検討した。使
用した被処理基体Ｗは、直径１２インチのシリコン基板
上の一部にシリコン窒化物の薄膜が形成され、シリコン
窒化物薄膜を覆うように膜厚０．３〜１．３μｍのシリ
コン酸化物薄膜が基板全面に形成され、有機質レジスト
で膜厚０．５μｍ，直径０．３μｍのホールパターンを
シリコン酸化物薄膜上に形成したシリコン基板である。
流量１０ｓｃｃｍのシクロサイクロオクタフッ化ブテン
（Ｃ4 Ｆ8 ）及び流量１５０ｓｃｃｍのＡｒを含む反応
性ガスを放電室２０に導入し、放電室２０を圧力１Ｐａ
の雰囲気に維持した。この条件下でマイクロ波パワー出
力１２００Ｗにより放電を生起させた。
【００２１】被処理基体Ｗに４００ＫＨｚの高周波を印
加し、バイアス８００Ｗの電力を被処理基体Ｗの表面に
印加し、レジストパターンをマスクにしてシリコン及び
シリコン窒化物薄膜に対してシリコン酸化物の薄膜を選
択エッチングした。このときのエッチング速度は、シリ
コンで０．０３μｍ／分，シリコン窒化膜で０．０５μ
ｍ／分，シリコン酸化膜で０．８μｍ／分であった。す
なわち、シリコン酸化物薄膜に対する選択比は、シリコ
ンが２７，シリコン窒化物が１６であった。また、各材
料におけるウエハ内のエッチング速度の均一性は、約±
５％以下であった。
加し、バイアス８００Ｗの電力を被処理基体Ｗの表面に
印加し、レジストパターンをマスクにしてシリコン及び
シリコン窒化物薄膜に対してシリコン酸化物の薄膜を選
択エッチングした。このときのエッチング速度は、シリ
コンで０．０３μｍ／分，シリコン窒化膜で０．０５μ
ｍ／分，シリコン酸化膜で０．８μｍ／分であった。す
なわち、シリコン酸化物薄膜に対する選択比は、シリコ
ンが２７，シリコン窒化物が１６であった。また、各材
料におけるウエハ内のエッチング速度の均一性は、約±
５％以下であった。
【００２２】エッチング形状を走査型電子顕微鏡で観察
したところ、シリコン酸化膜はほぼ垂直形状でエッチン
グされていた。また、エッチング中におけるＦＣＮ分子
のスペクトルを測定したところ、極めて小さな強度であ
った。このことから、ＦＣＮ分子の吸収スペクトルを計
測することにより、シリコン窒化物の薄膜に対するシリ
コン酸化物の薄膜の選択比やエッチング特性をリアルタ
イムでモニタリングできることが判る。すなわち、ＦＣ
Ｎ分子のスペクトルを常時計測し、スペクトル変化に応
じてマイクロ波電力の強度，基板に印加する高周波電力
強度，圧力等を制御するとき、高選択比の選択エッチン
グ，経時変化に対するフィードバックが可能になる。
したところ、シリコン酸化膜はほぼ垂直形状でエッチン
グされていた。また、エッチング中におけるＦＣＮ分子
のスペクトルを測定したところ、極めて小さな強度であ
った。このことから、ＦＣＮ分子の吸収スペクトルを計
測することにより、シリコン窒化物の薄膜に対するシリ
コン酸化物の薄膜の選択比やエッチング特性をリアルタ
イムでモニタリングできることが判る。すなわち、ＦＣ
Ｎ分子のスペクトルを常時計測し、スペクトル変化に応
じてマイクロ波電力の強度，基板に印加する高周波電力
強度，圧力等を制御するとき、高選択比の選択エッチン
グ，経時変化に対するフィードバックが可能になる。
【００２３】次いで、同様な構造を持つウェハ５０００
枚について、同じ条件下でシリコン窒化物の薄膜及びシ
リコンに対してシリコン酸化物の薄膜を選択エッチング
し、経時変化を調査した。その結果、２０００枚あたり
からＦＣＮ密度の増加が観察された。このときのエッチ
ング特性を評価したところ、選択比の低下（選択比１
０）が検出され、経時変化を高精度でモニタリングでき
ることが判った。
枚について、同じ条件下でシリコン窒化物の薄膜及びシ
リコンに対してシリコン酸化物の薄膜を選択エッチング
し、経時変化を調査した。その結果、２０００枚あたり
からＦＣＮ密度の増加が観察された。このときのエッチ
ング特性を評価したところ、選択比の低下（選択比１
０）が検出され、経時変化を高精度でモニタリングでき
ることが判った。
【００２４】実施例２：本実施例では、設備構成を図５
に示すマイクロ波励起ダウンストリーム型エッチング装
置を使用した。このエッチング装置は、処理室を形成す
る真空容器５０の上側に２．４５ＧＨｚのマイクロ波励
起放電を発生する放電室６０を連結している。真空容器
５０の内部には、実施例１と同様に載置台５１が配置さ
れている。載置台５１上に、ポリイミド樹脂等の絶縁材
料製の環状薄膜でできた静電チャック５２に板状電極５
３を介装して配置している。板状電極５３に電源５４か
ら直流高電圧を印加すると、被処理基体Ｗを吸着するク
ーロン力が発生する。載置台５１には、被処理基体Ｗの
温度を調節するため、液体窒素を循環させることができ
る冷却ジャケット等の冷却機構５５やヒータ等の加熱機
構５６が設けられている。載置台５１から被処理基体Ｗ
へ効率よく伝熱するため、静電チャック５２に形成され
た複数の孔からヘリウム等のバッククリーンガスを被処
理基体Ｗの裏面に供給する伝熱ガス供給機構５７が載置
台５１に組み込まれている。
に示すマイクロ波励起ダウンストリーム型エッチング装
置を使用した。このエッチング装置は、処理室を形成す
る真空容器５０の上側に２．４５ＧＨｚのマイクロ波励
起放電を発生する放電室６０を連結している。真空容器
５０の内部には、実施例１と同様に載置台５１が配置さ
れている。載置台５１上に、ポリイミド樹脂等の絶縁材
料製の環状薄膜でできた静電チャック５２に板状電極５
３を介装して配置している。板状電極５３に電源５４か
ら直流高電圧を印加すると、被処理基体Ｗを吸着するク
ーロン力が発生する。載置台５１には、被処理基体Ｗの
温度を調節するため、液体窒素を循環させることができ
る冷却ジャケット等の冷却機構５５やヒータ等の加熱機
構５６が設けられている。載置台５１から被処理基体Ｗ
へ効率よく伝熱するため、静電チャック５２に形成され
た複数の孔からヘリウム等のバッククリーンガスを被処
理基体Ｗの裏面に供給する伝熱ガス供給機構５７が載置
台５１に組み込まれている。
【００２５】放電室６０には、たとえば２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を導入するための導入管６１が石英等の誘
電体でできた導波管６２を介して接続されている。導入
管６１は、マイクロ波電源６３に接続されている。放電
室６０は、冷却機構の給水管６４から送り込まれた冷却
水で冷却される。冷却水は、排水管６５から系外に送り
出される。Ａｒ等の不活性ガス及び四フッ化メタン（Ｃ
Ｆ4 ）等の反応性ガスＡは、導入口８１から放電室６０
に送り込まれる。真空容器５０は、排気管８３を介して
真空ポンプ等の真空排気装置（図示せず）に接続されて
いる。導入口８１からフルオロカーボン等を含む反応性
ガスを一定量導入すると共に、排気管８３を介して排気
することにより、真空容器５０及び放電室６０内が所定
のガス圧力に維持される。
のマイクロ波を導入するための導入管６１が石英等の誘
電体でできた導波管６２を介して接続されている。導入
管６１は、マイクロ波電源６３に接続されている。放電
室６０は、冷却機構の給水管６４から送り込まれた冷却
水で冷却される。冷却水は、排水管６５から系外に送り
出される。Ａｒ等の不活性ガス及び四フッ化メタン（Ｃ
Ｆ4 ）等の反応性ガスＡは、導入口８１から放電室６０
に送り込まれる。真空容器５０は、排気管８３を介して
真空ポンプ等の真空排気装置（図示せず）に接続されて
いる。導入口８１からフルオロカーボン等を含む反応性
ガスを一定量導入すると共に、排気管８３を介して排気
することにより、真空容器５０及び放電室６０内が所定
のガス圧力に維持される。
【００２６】真空容器５０の外側には、ＮａＣｌ等の赤
外光が透過する材料で作られた少なくとも二つの窓７
３，７３が相対向する位置に設けられている。それぞれ
の窓７３，７３から真空容器５０の内部を覗くように、
所定波長の赤外半導体レーザを出射する発光素子７４
と、発光素子７４から出射され真空容器１０内を通過し
た赤外半導体レーザを検出する受光素子７５が設けられ
ている。
外光が透過する材料で作られた少なくとも二つの窓７
３，７３が相対向する位置に設けられている。それぞれ
の窓７３，７３から真空容器５０の内部を覗くように、
所定波長の赤外半導体レーザを出射する発光素子７４
と、発光素子７４から出射され真空容器１０内を通過し
た赤外半導体レーザを検出する受光素子７５が設けられ
ている。
【００２７】発光素子７４及び受光素子７５は、赤外半
導体レーザのスペクトル変化に基づいて真空容器５０内
にあるラジカル，イオン，原子，分子等のプラズマ粒子
の密度や組成を計測する。受光素子７５で計測されたプ
ラズマ粒子の密度や組成に関する計測データは、メイン
コントローラ７０に入力され、演算結果をマイクロ波電
源６３に出力する。メインコントローラ７０からは圧力
制御系７６にも制御信号が出力され、真空容器５０の雰
囲気圧が制御される。以上のプラズマ処理装置を用い、
シリコン，シリコン酸化膜，シリコン窒化膜をエッチン
グ処理し、シリコン酸化物の薄膜に対するシリコン窒化
物の薄膜のエッチング選択性を調査した。
導体レーザのスペクトル変化に基づいて真空容器５０内
にあるラジカル，イオン，原子，分子等のプラズマ粒子
の密度や組成を計測する。受光素子７５で計測されたプ
ラズマ粒子の密度や組成に関する計測データは、メイン
コントローラ７０に入力され、演算結果をマイクロ波電
源６３に出力する。メインコントローラ７０からは圧力
制御系７６にも制御信号が出力され、真空容器５０の雰
囲気圧が制御される。以上のプラズマ処理装置を用い、
シリコン，シリコン酸化膜，シリコン窒化膜をエッチン
グ処理し、シリコン酸化物の薄膜に対するシリコン窒化
物の薄膜のエッチング選択性を調査した。
【００２８】エッチングされる被処理基体Ｗとしては、
基板上にシリコン酸化物の薄膜が形成され、シリコン酸
化物の薄膜上の一部にシリコン窒化物の薄膜が形成され
た直径１２インチのシリコン基板を使用した。被処理基
体Ｗを真球容器５０内の載置台５１上にセットし、真空
容器５０を室温に維持した。放電室６０に四フッ化メタ
ン（ＣＦ4 ）及び酸素（Ｏ2 ）を含む反応性ガスＡを導
入し、圧力４９Ｐａに維持した。反応性ガスの導入量
は、ＣＦ4 を１００ｓｃｃｍ，Ｏ2 を７０ｓｃｃｍに設
定した。マイクロ波出力１０００Ｗで放電を生起させ
た。この装置では、放電部に形成されたプラズマにより
四フッ化メタン（ＣＦ4 ）及び酸素（Ｏ2 ）が分解さ
れ、イオン，ラジカル，分子を含む反応性プラズマＣが
生成する。しかし、放電室６０と真空容器５０とが十分
に離れているので、イオン種は真空容器５０に送り込ま
れるまでに全て失活し、寿命の長いラジカルのみが真空
容器５０に輸送される。したがって、シリコン酸化物の
薄膜に対するシリコン窒化物の薄膜をラジカルで選択エ
ッチングすることになる。
基板上にシリコン酸化物の薄膜が形成され、シリコン酸
化物の薄膜上の一部にシリコン窒化物の薄膜が形成され
た直径１２インチのシリコン基板を使用した。被処理基
体Ｗを真球容器５０内の載置台５１上にセットし、真空
容器５０を室温に維持した。放電室６０に四フッ化メタ
ン（ＣＦ4 ）及び酸素（Ｏ2 ）を含む反応性ガスＡを導
入し、圧力４９Ｐａに維持した。反応性ガスの導入量
は、ＣＦ4 を１００ｓｃｃｍ，Ｏ2 を７０ｓｃｃｍに設
定した。マイクロ波出力１０００Ｗで放電を生起させ
た。この装置では、放電部に形成されたプラズマにより
四フッ化メタン（ＣＦ4 ）及び酸素（Ｏ2 ）が分解さ
れ、イオン，ラジカル，分子を含む反応性プラズマＣが
生成する。しかし、放電室６０と真空容器５０とが十分
に離れているので、イオン種は真空容器５０に送り込ま
れるまでに全て失活し、寿命の長いラジカルのみが真空
容器５０に輸送される。したがって、シリコン酸化物の
薄膜に対するシリコン窒化物の薄膜をラジカルで選択エ
ッチングすることになる。
【００２９】真空容器５０内に配置された被処理基体Ｗ
の上方１０ｍｍの位置で、発光素子７４及び受光素子７
５を用いた赤外半導体レーザ吸収分光分析により、Ｃ
Ｆ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 等のラジカル及びエッチング中に存
在する粒子の密度を測定した。エッチング処理中に、ラ
ジカル（ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ）及びフッ素原子の外
に、図２と同様のＦＣＮ分に起因するスペクトルが１０
６０ｃｍ-1付近に観測された。このときのエッチング特
性を評価したところ、エッチング速度がシリコン窒化膜
で０．１μｍ／分，シリコン酸化膜で０．０２μｍ／分
であった。各薄膜におけるウエハ内のエッチング速度の
均一性は、約±５％であった。次いで、ＦＣＮ分子のエ
ッチング時間依存性を調査したところ、エッチング時間
１２０秒でＦＣＮ分子の強度が大きく減衰し、それ以降
は一定値を示していた。このときの吸収強度の減衰速度
は、実施例１と同様に被処理基体Ｗのエッチング速度の
均一性と密接な関係にあった。また、種々の条件下でエ
ッチングの均一性及びＦＣＮ分子のスペクトル強度の減
衰を調査したところ、均一性の高いエッチング条件ほど
ＦＣＮ分子のスペクトルが急峻に減衰することが判っ
た。
の上方１０ｍｍの位置で、発光素子７４及び受光素子７
５を用いた赤外半導体レーザ吸収分光分析により、Ｃ
Ｆ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 等のラジカル及びエッチング中に存
在する粒子の密度を測定した。エッチング処理中に、ラ
ジカル（ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ）及びフッ素原子の外
に、図２と同様のＦＣＮ分に起因するスペクトルが１０
６０ｃｍ-1付近に観測された。このときのエッチング特
性を評価したところ、エッチング速度がシリコン窒化膜
で０．１μｍ／分，シリコン酸化膜で０．０２μｍ／分
であった。各薄膜におけるウエハ内のエッチング速度の
均一性は、約±５％であった。次いで、ＦＣＮ分子のエ
ッチング時間依存性を調査したところ、エッチング時間
１２０秒でＦＣＮ分子の強度が大きく減衰し、それ以降
は一定値を示していた。このときの吸収強度の減衰速度
は、実施例１と同様に被処理基体Ｗのエッチング速度の
均一性と密接な関係にあった。また、種々の条件下でエ
ッチングの均一性及びＦＣＮ分子のスペクトル強度の減
衰を調査したところ、均一性の高いエッチング条件ほど
ＦＣＮ分子のスペクトルが急峻に減衰することが判っ
た。
【００３０】ＦＣＮ分子は、エッチング中にラジカル
（ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ）とシリコン窒化膜との反応に
より形成される。すなわち、シリコン窒化膜がエッチン
グされるときにおいてのみＦＣＮ分子が発生し、赤外半
導体レーザ吸収分光分析法によりＦＣＮ分子を極めて高
い感度で計測できる。したがって、赤外半導体レーザ吸
収分光分析法を用いてＦＣＮ分子の密度を観測すること
により、シリコン窒化膜のエッチング終点を高精度で検
出できる。また、ＦＣＮ分子の吸収スペクトルを計測す
ることにより、シリコン窒化物の薄膜に対するシリコン
酸化物の薄膜の選択比及びエッチング均一性をリアルタ
イムでモニタリングできる。
（ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ）とシリコン窒化膜との反応に
より形成される。すなわち、シリコン窒化膜がエッチン
グされるときにおいてのみＦＣＮ分子が発生し、赤外半
導体レーザ吸収分光分析法によりＦＣＮ分子を極めて高
い感度で計測できる。したがって、赤外半導体レーザ吸
収分光分析法を用いてＦＣＮ分子の密度を観測すること
により、シリコン窒化膜のエッチング終点を高精度で検
出できる。また、ＦＣＮ分子の吸収スペクトルを計測す
ることにより、シリコン窒化物の薄膜に対するシリコン
酸化物の薄膜の選択比及びエッチング均一性をリアルタ
イムでモニタリングできる。
【００３１】更に、ＦＣＮ分子の吸収スペクトルを常時
計測し、スペクトルの変化に応じてマイクロ波電力の強
度や圧力を変化させるとき、選択エッチングプロセスの
開発やエッチング経時変化に対するフィードバックが可
能になる。具体的には、同様な構造を持つウェハ５００
０枚について、同じ条件下でシリコン窒化物の薄膜及び
シリコンに対してシリコン酸化物の薄膜を選択エッチン
グし、経時変化を調査した。その結果、１０００枚あた
りからＦＣＮ密度の減少が観察された。このときのエッ
チング特性を評価したところ、エッチング速度の低下
（０．０５μｍ／分）が検出され、経時変化を高精度で
モニタリングできることが判った。
計測し、スペクトルの変化に応じてマイクロ波電力の強
度や圧力を変化させるとき、選択エッチングプロセスの
開発やエッチング経時変化に対するフィードバックが可
能になる。具体的には、同様な構造を持つウェハ５００
０枚について、同じ条件下でシリコン窒化物の薄膜及び
シリコンに対してシリコン酸化物の薄膜を選択エッチン
グし、経時変化を調査した。その結果、１０００枚あた
りからＦＣＮ密度の減少が観察された。このときのエッ
チング特性を評価したところ、エッチング速度の低下
（０．０５μｍ／分）が検出され、経時変化を高精度で
モニタリングできることが判った。
【００３２】以上の実施例では、ＥＣＲマイクロ波プラ
ズマ処理装置及びマイクロ波励起ダウンストリームエッ
チング装置に適用した場合を説明した。しかし、本発明
はこれに拘束されるものでなく、真空容器内に反応性プ
ラズマを形成し、シリコン窒化物の薄膜を選択エッチン
グし、或いは他の材料，薄膜に対してシリコン窒化物の
薄膜のエッチングを抑制する限り、平行平板型プラズマ
処理装置，誘導結合型プラズマ処理装置等の各種プラズ
マ処理装置にも適用できる。また、プラズマ形成用の周
波数として２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用したが、
他の周波数のマイクロ波，１３．５６ＭＨｚ等の高周
波，１００ＭＨｚ付近のＶＨＦ，５００ＭＨｚ付近のＵ
ＨＦ帯の周波数等を用いても実施可能である。エッチン
グされる被処理基体としても、シリコン窒化物の薄膜の
エッチングに限らず、窒素原子を含む材料又は薄膜であ
る限り、窒化ガリウム，窒化カーボン，窒化ゲルマニウ
ム，ポリイミド等に対しても提供可能である。更に、エ
ッチング生成物としてＦＣＮ分子が存在する系である限
り、フルオロカーボン又はハロゲンガスに少なくとも窒
素原子を含むガスを混合したエッチングガスを使用し、
シリコン，シリコン酸化物，金属，絶縁材料等をエッチ
ングすることもできる。
ズマ処理装置及びマイクロ波励起ダウンストリームエッ
チング装置に適用した場合を説明した。しかし、本発明
はこれに拘束されるものでなく、真空容器内に反応性プ
ラズマを形成し、シリコン窒化物の薄膜を選択エッチン
グし、或いは他の材料，薄膜に対してシリコン窒化物の
薄膜のエッチングを抑制する限り、平行平板型プラズマ
処理装置，誘導結合型プラズマ処理装置等の各種プラズ
マ処理装置にも適用できる。また、プラズマ形成用の周
波数として２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用したが、
他の周波数のマイクロ波，１３．５６ＭＨｚ等の高周
波，１００ＭＨｚ付近のＶＨＦ，５００ＭＨｚ付近のＵ
ＨＦ帯の周波数等を用いても実施可能である。エッチン
グされる被処理基体としても、シリコン窒化物の薄膜の
エッチングに限らず、窒素原子を含む材料又は薄膜であ
る限り、窒化ガリウム，窒化カーボン，窒化ゲルマニウ
ム，ポリイミド等に対しても提供可能である。更に、エ
ッチング生成物としてＦＣＮ分子が存在する系である限
り、フルオロカーボン又はハロゲンガスに少なくとも窒
素原子を含むガスを混合したエッチングガスを使用し、
シリコン，シリコン酸化物，金属，絶縁材料等をエッチ
ングすることもできる。
【００３３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、フルオロカーボン又はハロゲンガスを含む反応性ガ
スをプラズマ化して窒素含有薄膜又は基体をエッチング
する際に発生するＦＣＮが極めて感度の高いスペクトル
として観察されることを利用し、エッチングの進行状況
を把握している。そのため、シリコン窒化物の薄膜等の
エッチングプロセスにおいて、プラズマを乱すことなく
エッチング速度，選択比，均一性等のエッチング状態を
リアルタイム且つ高感度で知ることができる。また、こ
れらの情報をプロセス処理装置にフィードバックすると
き、エッチングプロセスの高精度制御が可能となる。こ
のようにして、本発明によるとき、シリコン，シリコン
酸化物等に対してシリコン窒化物の薄膜等が高精度で選
択エッチングされる。
は、フルオロカーボン又はハロゲンガスを含む反応性ガ
スをプラズマ化して窒素含有薄膜又は基体をエッチング
する際に発生するＦＣＮが極めて感度の高いスペクトル
として観察されることを利用し、エッチングの進行状況
を把握している。そのため、シリコン窒化物の薄膜等の
エッチングプロセスにおいて、プラズマを乱すことなく
エッチング速度，選択比，均一性等のエッチング状態を
リアルタイム且つ高感度で知ることができる。また、こ
れらの情報をプロセス処理装置にフィードバックすると
き、エッチングプロセスの高精度制御が可能となる。こ
のようにして、本発明によるとき、シリコン，シリコン
酸化物等に対してシリコン窒化物の薄膜等が高精度で選
択エッチングされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１で使用したプラズマエッチ
ング装置
ング装置
【図２】 フルオロカーボンの反応性プラズマでシリコ
ン窒化物の薄膜をエッチングしたときに発生するＦＣＮ
のスペクトル
ン窒化物の薄膜をエッチングしたときに発生するＦＣＮ
のスペクトル
【図３】 シリコン基体上に形成したシリコン窒化物の
薄膜をプラズマエッチングしたときのＦＣＮスペクトル
の強度変化を示すグラフ
薄膜をプラズマエッチングしたときのＦＣＮスペクトル
の強度変化を示すグラフ
【図４】 シリコン窒化物の薄膜のエッチング速度の均
一性とＦＣＮ分子の吸収強度の減衰速度との間に密接な
相関関係があることを示すグラフ
一性とＦＣＮ分子の吸収強度の減衰速度との間に密接な
相関関係があることを示すグラフ
【図５】 本発明の実施例２で使用したプラズマエッチ
ング装置
ング装置
１０，５０：真空容器 １１，５１：載置台 １
２，５２：静電チャック １３，５３：板状電極 １４，５４：直流電源 １
５，５５：冷却機構 １６，５６：加熱機構 １７，５７：伝熱ガス供給機
構 ２０，６０：放電室 ２１：窓 ６１：マイクロ波
導入管 ２２，６２：導波管 ２３，６３：マイク
ロ波電源 ２４，６４：冷却機構の給水管 ２５，６５：冷却機構の排水管 ２６：磁気コイル ３０，７０：メインコントローラ ３１：マッチング
回路 ３２：高周波電源 ３３，７３：窓 ３
４，７４：発光素子（レーザ光源） ３５，７５：受
光素子 ３６，７６：圧力制御系 ４１，４２，８１：反応ガス導入口 ４３，８３：排
気管 Ａ，Ｂ：反応性ガス Ｃ：反応性プラズマ Ｗ：被
処理基体（シリコン基板）
２，５２：静電チャック １３，５３：板状電極 １４，５４：直流電源 １
５，５５：冷却機構 １６，５６：加熱機構 １７，５７：伝熱ガス供給機
構 ２０，６０：放電室 ２１：窓 ６１：マイクロ波
導入管 ２２，６２：導波管 ２３，６３：マイク
ロ波電源 ２４，６４：冷却機構の給水管 ２５，６５：冷却機構の排水管 ２６：磁気コイル ３０，７０：メインコントローラ ３１：マッチング
回路 ３２：高周波電源 ３３，７３：窓 ３
４，７４：発光素子（レーザ光源） ３５，７５：受
光素子 ３６，７６：圧力制御系 ４１，４２，８１：反応ガス導入口 ４３，８３：排
気管 Ａ，Ｂ：反応性ガス Ｃ：反応性プラズマ Ｗ：被
処理基体（シリコン基板）
Claims (7)
- 【請求項１】 フルオロカーボン又はハロゲンガスを含
むエッチングガスをプラズマ化し、窒素原子を含む被処
理基体をプラズマ化したエッチングガスでエッチングす
る際、被処理基体の上方空間にあるＦＣＮ分子を赤外吸
収分光分析法で計測し、計測されたＦＣＮ分子の密度に
基づいてプラズマ強度又はガス圧力を制御するプラズマ
エッチング方法。 - 【請求項２】 フルオロカーボン又はハロゲンガスを含
むエッチングガスをプラズマ化し、窒素原子を含む被処
理基体がセットされた真空容器にプラズマから生じるラ
ジカルを導入し、被処理基体をラジカルでエッチングす
る際、被処理基体の上方空間にあるＦＣＮ分子を赤外吸
収分光分析法で計測し、計測されたＦＣＮ分子の密度に
基づいてプラズマ強度又はガス圧力を制御するプラズマ
エッチング方法。 - 【請求項３】 シリコン窒化物の薄膜又は基体を被処理
基体とする請求項１又は２記載のプラズマエッチング方
法。 - 【請求項４】 放電室から放出されるプラズマに対向し
て真空容器内に配置される窒素原子含有被処理基体を支
持する電極と、真空容器に接続された真空排気装置と、
フルオロカーボン又はハロゲンガスを含むエッチングガ
スを真空容器に導入する反応性ガス導入口と、被処理基
体の上方域に向けて所定波長の赤外光を出射する発光素
子と、被処理基体の上方域を通過した赤外光が入射する
受光素子と、ＦＣＮスペクトルを測定する赤外吸収分光
分析手段とを備えたプラズマエッチング装置。 - 【請求項５】 プラズマを放出する放電室と、フルオロ
カーボン又はハロゲンガスを含む反応性ガスを放電室に
導入する反応性ガス導入口と、反応性ガスをプラズマ化
した反応性プラズマから生じたラジカルを放電室から真
空容器内の被処理基体に導く誘導管と、誘導管で放電室
に接続された真空容器と、真空容器内に配置される窒素
原子含有被処理基体を支持する電極と、真空容器に接続
された真空排気装置と、被処理基体の上方域に向けて所
定波長の赤外光を出射する発光素子と、被処理基体の上
方域を通過した赤外光が入射する受光素子と、ＦＣＮス
ペクトルを測定する赤外吸収分光分析手段とを備えたプ
ラズマエッチング装置。 - 【請求項６】 赤外吸収分光分析手段で測定されたＦＣ
Ｎの分子密度が入力されるメインコントローラを備え、
ＦＣＮの分子密度に応じてメインコントローラで演算さ
れたプラズマ強度を制御信号としてプラズマ制御用電源
に出力する請求項４又は５記載のプラズマエッチング装
置。 - 【請求項７】 赤外吸収分光分析手段で測定されたＦＣ
Ｎの分子密度が入力されるメインコントローラを備え、
ＦＣＮの分子密度に応じてメインコントローラで演算さ
れたガス圧を制御信号として圧力制御系に出力する請求
項４又は５記載のプラズマエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25371496A JP3563214B2 (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | プラズマエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25371496A JP3563214B2 (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | プラズマエッチング方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1079375A true JPH1079375A (ja) | 1998-03-24 |
| JP3563214B2 JP3563214B2 (ja) | 2004-09-08 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25371496A Expired - Fee Related JP3563214B2 (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | プラズマエッチング方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3563214B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2374923A (en) * | 2000-12-27 | 2002-10-30 | George Richardson | Real time monitoring of gas phase reactions |
| CH694112A5 (de) * | 2000-09-22 | 2004-07-15 | Tetra Laval Holdings & Finance | Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Plasma-unterstützten Oberflächebehandlung. |
| WO2013094716A1 (ja) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ生成装置及びプラズマ処理装置 |
| JP2013134837A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ生成装置及びプラズマ処理装置 |
| KR20170006278A (ko) * | 2015-07-07 | 2017-01-17 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 에칭 방법 |
| CN115855884A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-03-28 | 陕西谱光微视科技有限公司 | 一种利用等离子体测量有机薄膜断层吸收光谱的装置 |
| JP2025519651A (ja) * | 2022-06-15 | 2025-06-26 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 種の検知のための反応セル |
| JP2025523759A (ja) * | 2022-06-15 | 2025-07-25 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | レーザ吸収種センサからのフィードバックを介したプラズマ源の閉ループ制御 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101935954B1 (ko) * | 2017-03-27 | 2019-04-03 | 세메스 주식회사 | 기판 처리 장치 및 방법 |
-
1996
- 1996-09-04 JP JP25371496A patent/JP3563214B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CH694112A5 (de) * | 2000-09-22 | 2004-07-15 | Tetra Laval Holdings & Finance | Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Plasma-unterstützten Oberflächebehandlung. |
| GB2374923A (en) * | 2000-12-27 | 2002-10-30 | George Richardson | Real time monitoring of gas phase reactions |
| GB2374923B (en) * | 2000-12-27 | 2005-07-20 | George Richardson | A multi-functional enlarged interactive gas phase reactor |
| WO2013094716A1 (ja) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ生成装置及びプラズマ処理装置 |
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| KR20170006278A (ko) * | 2015-07-07 | 2017-01-17 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 에칭 방법 |
| JP2017022154A (ja) * | 2015-07-07 | 2017-01-26 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング方法 |
| US10541147B2 (en) | 2015-07-07 | 2020-01-21 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
| TWI694531B (zh) * | 2015-07-07 | 2020-05-21 | 日商東京威力科創股份有限公司 | 蝕刻方法 |
| JP2025519651A (ja) * | 2022-06-15 | 2025-06-26 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 種の検知のための反応セル |
| JP2025523759A (ja) * | 2022-06-15 | 2025-07-25 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | レーザ吸収種センサからのフィードバックを介したプラズマ源の閉ループ制御 |
| CN115855884A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-03-28 | 陕西谱光微视科技有限公司 | 一种利用等离子体测量有机薄膜断层吸收光谱的装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3563214B2 (ja) | 2004-09-08 |
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