JP2001237231A - プラズマエッチング終点検出方法、プラズマエッチング終点検出装置及びプラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口率が小さい、特に１％以下の開口率でも
精度良く、かつノイズ等の影響を抑制して安定してプラ
ズマエッチング終点を検出する技術を提供する。 【解決手段】 分光器４２のスリット４２ａ，４２ｃの
幅を制御し、光電子増倍管４３に与えられる光の光量が
所定の範囲にあるように設定される。これによりバック
グラウンドに対するショットノイズの比Ｎ／Ｂの方が信
号にバックグラウンドに対する信号の比Ｓ／Ｂよりも大
きく減少し、よってＳ／Ｎを向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はプラズマエッチン
グ処理の終点を検出する技術に関し、特にプラズマに伴
う発光を分光することによって上記終点を検出する技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩ（大規模集積回路）の製造
に用いられるプラズマエッチング装置におけるエッチン
グ処理の終点（以下「プラズマエッチング終点」とい
う）を検出する方法として、プラズマの特定波長の発光
を分光し、その光量の変化を検出するタイプの終点検出
装置が広く用いられてきた。

【０００３】図６は従来のプラズマエッチング終点検出
装置の構成を示すブロック図である。図示されないプラ
ズマエッチング装置のプラズマの発光は、光ファイバ４
１の図示されない一端に導入される。光ファイバ４１の
他端は、特定の波長の光を分光するための分光器４２に
接続される。分光器４２は本体４２ｂと、本体４２ｂの
入射口及び出射口にそれぞれ設けられるスリット４２
ａ，４２ｃとを備えている。スリット４２ａ，４２ｃの
スリット幅が狭いほど、分光される光の波長の幅が狭
く、即ち分解能は高くなる。

【０００４】分光器４２の出射口には、スリット４２ｃ
を介して光電子増倍管４３が取り付けられる。光電子増
倍管４３は高電圧電源４４から供給される−１０００Ｖ
程度の高電圧が印加され、スリット４２ｃを介して得ら
れる光を電流に変換する機能を有する。

【０００５】光電子増倍管４３の出力は、増幅器４５に
よって所定の増幅率で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４６
によりデジタル信号に変換される。このようにして得ら
れたデジタルデータは、コンピュータ４７に取り込まれ
て所定の処理を受ける。コンピュータ４７は、増幅器４
５の増幅率の設定をも行い、あるいは更に光ファイバ４
１の一端に連結されるエッチング装置全体をも制御す
る。

【０００６】このようなプラズマエッチング終点検出器
では、エッチング処理に先立ち、まず分光器４２の分光
波長を、エッチング処理の対象及びエッチング処理に基
づいて設定しておく。ここでは、エッチング処理の例と
して、エッチングの対象が、シリコン基板上にシリコン
酸化膜を形成し、更にその上にポリシリコン及びパター
ン付きのフォトレジストを形成した試料であり、これを
塩素ガスを用いてエッチング処理を行う場合を例にとっ
て説明する。この場合には、シリコン（Ｓｉ）の発光波
長、例えば、２８８．２ｎｍを分光器４２の分光波長に
採用する。

【０００７】次にプラズマエッチング装置において、プ
ラズマを用いたエッチング処理を行う。塩素ガスにより
ポリシリコンをエッチングすると、シリコンが塩素と反
応した化合物が試料からガスとして離脱する。この離脱
したガスがプラズマ中で再度励起・分解されて励起シリ
コン原子が得られ、その発光がエッチングガスのプラズ
マの発光（以下「エッチングガス発光」）と共に観測さ
れる。

【０００８】プラズマエッチング終点検出装置は、エッ
チング処理の開始後、所定の時間が経過してから（但し
エッチングが終了するよりも十分早期に）発光の測定を
開始する。そして、その測定値がＡ／Ｄ変換器４６の最
大出力値に近い一定の値、例えば、１２ｂｉｔ出力のＡ
／Ｄ変換器であれば３５００程度になるように、増幅器
４５の増幅率を設定する。これにより、測定値が低す
ぎ、Ａ／Ｄ変換誤差が相対的に大きくなって正確に終点
を検出できなくなることや、測定値が高すぎ、Ａ／Ｄ変
換器４６の最大出力値を越えて測定ができなくなるこ
と、が防止できる。

【０００９】エッチング処理を続けると、ポリシリコン
が完全にエッチングされ、その下にあるシリコン酸化膜
が露出する。塩素は酸化シリコンをあまりエッチングし
ないので、試料からのシリコン化合物の離脱が抑制さ
れ、プラズマ光中にはシリコン原子による発光がほとん
ど検出されなくなる。

【００１０】プラズマエッチング終点検出装置は、発光
の強さを測定し続けることにより、測定値が所定の条件
を満たしたときに、例えばエッチング処理の条件を切り
替える等の制御を行う。上述の例ではシリコン原子の発
光の強さが、例えば当初の測定値の１０％以下になった
ときに、ポリシリコンのエッチング処理が終了したと判
断し、所定の時間オーバーエッチングした後、エッチン
グを終了する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年のＬＳＩ
の微細化に伴い、ＬＳＩの設計がより困難になってい
る。そしてＬＳＩを製造する各工程においても設計値か
らの許容範囲が小さくなり、正確に製造処理を行う必要
性がますます高くなっている。そのため、エッチング処
理においても、エッチング終点を精度良く検出する必要
性が高くなっている。

【００１２】しかし、従来のプラズマエッチング終点検
出装置は、プラズマの発光からエッチングされるべき材
料（以下「被エッチング部」と称す）に含まれる元素の
発光を単に分光するだけであった。従って、試料の全体
の面積に対して被エッチング部の面積の割合（開口率）
が小さい場合には、エッチングガス発光に対する被エッ
チング部の元素の発光が少なく、プラズマエッチング終
点の前後での光量の変化も小さく、ノイズの影響を受け
やすい。よって、安定して高い精度でプラズマエッチン
グ終点を検出することが困難であるという問題点があっ
た。

【００１３】そのため、従来のプラズマエッチング終点
検出装置は、開口率が比較的大きいポリシリコンのエッ
チングやアルミニウム配線のエッチングにおいては有効
であるものの、開口率が通常は数％以下の小さい値であ
るシリコン酸化膜のホールエッチング（穴あけ）等には
有効ではなく、ほとんど利用されてこなかった。

【００１４】本発明の目的は、このような課題を解決
し、開口率が小さい、特に１％以下の開口率でも精度良
く、かつノイズ等の影響を抑制して安定してプラズマエ
ッチング終点を検出する方法及びその装置、並びにプラ
ズマエッチング装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明のうち請求項１
にかかるものは、プラズマエッチングに伴う発光を分光
する分光工程と、前記分光された光を光電変換器に与え
て電気信号を得るとともに、前記プラズマエッチングの
終点前における前記光電変換器に与えられる光の量が所
定範囲に入るように調節される光電変換工程と、前記電
気信号を処理して前記プラズマエッチングの終点を検出
する処理工程とを備えるプラズマエッチング終点検出方
法である。

【００１６】この発明のうち請求項２にかかるものは、
請求項１記載のプラズマエッチング終点検出方法であっ
て、前記所定範囲は、前記光電変換器において前記電気
信号に含まれるノイズ量の割合が最小となる光の量の範
囲に基づいて設定されることを特徴とする。

【００１７】この発明のうち請求項３にかかるものは、
請求項１または２記載のプラズマエッチング終点検出方
法であって、前記発光の強度が測定され、これと前記電
気信号とを処理した結果を用いて前記プラズマエッチン
グの終点を検出する。

【００１８】この発明のうち請求項４にかかるものは、
請求項１乃至３のいずれか一つに記載のプラズマエッチ
ング終点検出方法であって、前記分光工程は、回折格子
またはプリズムを使用した分光器により行い、前記光電
変換器に与えられる前記光の量の調節は、前記分光器の
スリット幅を変えることにより行うことを特徴とする。

【００１９】この発明のうち請求項５にかかるものは、
プラズマエッチング装置からプラズマエッチングに伴う
発光を取り込み、前記発光を分光する分光器と、前記分
光された光を電気信号に変換する光電変換器と、前記プ
ラズマエッチングの終点前における前記光電変換器に与
えられる光の量が所定範囲に入るように調節する制御を
し、その後に前記電気信号を処理して前記プラズマエッ
チングの終点を検出する制御装置とを備えるプラズマエ
ッチング終点検出装置である。

【００２０】この発明のうち請求項６にかかるものは、
請求項５記載のプラズマエッチング終点検出装置であっ
て、前記所定範囲は、前記光電変換器において前記電気
信号に含まれるノイズ量の割合が最小となる光の量の範
囲に基づいて設定されることを特徴とする。

【００２１】この発明のうち請求項７にかかるものは、
請求項５または６記載のプラズマエッチング終点検出装
置であって、前記発光の強度が測定され、これと前記電
気信号とを処理した結果を用いて前記プラズマエッチン
グの終点を検出する。

【００２２】この発明のうち請求項８にかかるものは請
求項５乃至７のいずれか一つに記載のプラズマエッチン
グ終点検出装置であって、前記分光器は回折格子または
プリズムを有し、前記光電変換器に与えられる前記光の
量の調節は、前記分光器のスリット幅を変えることによ
り行うことを特徴とする。

【００２３】この発明のうち請求項９にかかるものは請
求項５乃至８のいずれか一つに記載のプラズマエッチン
グ終点検出装置を備えるプラズマエッチング装置であっ
て、前記プラズマエッチング終点検出装置により検出さ
れたプラズマエッチング終点に基づいてエッチング処理
の制御を行う。

【００２４】

【作用】この発明にかかるプラズマエッチング終点検出
方法、プラズマエッチング終点検出装置、及びプラズマ
エッチング装置においては、プラズマエッチングの終点
検出前に光電変換器に与えられる光量が所定範囲に入る
ように調節され、その後にプラズマエッチングの終点を
検出するので、電気信号においてノイズ対バックグラウ
ンドを小さくし、以てＳＮ比を改善し、微小な信号の変
化の検出を可能にする。

【００２５】また、プラズマの発光の強度を測定し、こ
れと前記電気信号とを比較した結果を用いて前記プラズ
マエッチングの終点を検出することにより、プラズマの
変動をキャンセルし、より一層安定して終点を検出する
ことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態．図１は本発明
の第１の実施の形態にかかるプラズマエッチング終点検
出装置４の構成を示すブロック図である。また、図２は
プラズマエッチング終点検出装置４によってその終了が
検出されるべきエッチング処理が実行される、プラズマ
エッチング装置１００の構成を模式的に示す断面図であ
る。そして図３は本発明の第１の実施の形態にかかるプ
ラズマエッチング終点を検出する方法を示すフローチャ
ートである。

【００２７】図２において、導電性の反応容器１１には
ガス導入管２５及び排気口２６が連通している。そして
導電性の基台１６及びこれとの間に挟まれる絶縁部材１
８と共に、反応容器１１は反応室１２を囲む。

【００２８】反応室１２には試料台１５が基台１６上に
配設されており、試料台１５及び基台１６の周囲は絶縁
性のプラズマシールド部材１７によって覆われている。
試料台１５上にはエッチング処理を受ける試料Ｗが載置
される。

【００２９】反応容器１１の上部にはマイクロ波導入窓
１４が試料台１５と対面するように設けられ、反応容器
１１とマイクロ波導入窓１４とはＯリング２３を介して
反応室１２を気密に封止している。マイクロ波導入窓１
４としては、例えば石英ガラス（ＳｉＯ₂）が用いられ
る。

【００３０】マイクロ波導入窓１４に対向して、マイク
ロ波導入窓１４と反対側がアルミニウムなどの金属板３
３で覆われた誘電体層３２が設けられている。マイクロ
波導入窓１４及び誘電体層３２は導波管３４を介してマ
イクロ波発振器３５に接続されている。

【００３１】エッチング処理を行うには、まず試料台１
５上に試料Ｗを搬送する。そして反応室１２を排気口２
６を介して排気しながら、エッチングガスをガス導入管
２５から反応室１２へ導入し、反応室１２の圧力を所定
の値に制御する。そしてマイクロ波発振器３５がマイク
ロ波を発振し、導波管３４を介して誘電体層３２に導入
される。誘電体層３２を伝播するマイクロ波により誘電
体層３２の下方に電界が形成され、この電界がマイクロ
波導入窓１４を透過して、反応室１２に導入される。こ
の電界によりエッチングガスが励起され、プラズマが生
成される。一方、試料台１５と反応容器１１との間には
高周波電源１９によって高周波が印加される。上記のプ
ラズマと高周波とによって、試料Ｗの表面にエッチング
処理が施される。

【００３２】プラズマエッチング装置１００の反応容器
１１には測定孔２１が貫通しており、例えばサファイア
製の検出窓２２が装着される。そして検出窓２２には光
ファイバ４１の一端が装着される。これにより、反応室
１２におけるプラズマの発光及び被エッチング部に含ま
れる元素の発光を、光ファイバ４１の他端へと導くこと
ができる。

【００３３】図１に示されるプラズマエッチング終点検
出装置４は、図６に示されたプラズマエッチング終点検
出装置に対し、コンピュータ４７によって制御されるス
リット制御器４８が追加された構成を有している。スリ
ット４２ａ，４２ｃのスリット幅は可変であって、スリ
ット制御器４８はスリット４２ａ，４２ｃのスリット幅
を、通常は等しく設定する。光ファイバ４１の他端はプ
ラズマエッチング終点検出装置４の備える分光器４２の
入射口側のスリット４２ａに接続される。

【００３４】プラズマエッチング終点検出器４において
も従来の技術と同様に、図３のステップＳ１においてエ
ッチング処理に先立って分光器４２の分光波長を、エッ
チング処理の対象及びエッチング処理に基づいて設定し
ておく。ここでは、エッチング処理の例として、エッチ
ング処理の対象が、シリコン基板上にシリコン酸化膜を
形成し、その上にパターン付きフォトレジストを形成し
た試料Ｗであり、これをＣＨＦ₃ガスを用いてエッチン
グ処理を行う場合を例にとって説明する。この場合に
は、シリコン（Ｓｉ）の発光波長、例えば、２５１．６
ｎｍを分光器４２の分光波長に採用する。

【００３５】次にステップＳ２に進み、コンピュータ４
７は増幅器４５の増幅率を所定の値に固定する。

【００３６】そしてステップＳ３に進み、プラズマエッ
チング装置１００においてプラズマを用いたエッチング
処理を開始する。エッチングによりプラズマ中に放出さ
れたシリコン原子の発光がエッチングガス発光と共に観
測される。そしてステップＳ４において所定の時間の経
過を待って、ステップＳ５に進んで反応室１２内でのプ
ラズマエッチングに伴う発光を測定する。ステップＳ６
において、その測定値が後述する所定範囲内にある場合
にはステップＳ８へと進み、発光の測定を継続する。

【００３７】プラズマエッチング終点検出装置４は、ス
テップＳ９において終点条件が満足されるまで待つ。こ
の間も発光の強さを測定し続ける。

【００３８】エッチング処理を続けると、シリコン酸化
膜が完全にエッチングされ、その下にあるシリコン基板
が露出する。すると、ＣＨＦ₃によるシリコンのエッチ
ングレートが酸化シリコンのエッチングレートに比べて
低いので、試料Ｗから放出されるシリコン原子が減って
シリコン原子による発光が少なくなる。そこで、ステッ
プＳ８においては、例えば測定値が、ステップＳ５での
当初の測定値から１．０％変化したとき、あるいは、測
定値の１次微分値が負の最小値を記録し、その後測定値
の１次微分値の絶対値がその１次微分値の負の最小値の
絶対値の１０％以下になったときに、シリコン酸化膜の
エッチング処理が終了したと判断する。図４は測定値の
時間変化を例示するグラフであり、当初の測定値から
１．０％（図中Ｄとして示す）低下した時点を以てプラ
ズマエッチングの終点時刻ｔ_eとしている。なお、測定
値には振幅Ｙのノイズが重畳されている様子が示されて
いる。

【００３９】そして測定値が終点の条件を満たせばステ
ップＳ１０へ進み、例えばエッチングを終了したり、エ
ッチング処理の条件を切り替える等の次の処理へと移行
する制御を行う。

【００４０】ステップＳ６にいう「所定範囲」は、以下
のように説明される初期入射光量範囲をいう。そもそも
光電子増倍管４３の出力電流は、時間的に変化しない信
号成分と、時間的に変化するパルス的なノイズ成分とを
有する。このノイズ成分に対する信号成分の比（Ｓ／
Ｎ）は、入射光量が増加するに従って増大するが、ある
光量以上でＳ／Ｎが増大しなくなる。この時の入射光量
をノイズ飽和光量と定義する。ノイズ飽和光量は光電子
増倍管４３に供給される電圧に依存する。

【００４１】そして初期入射光量範囲とは、光電子増倍
管４３のノイズ飽和光量に基づいて定められるＡ／Ｄ変
換器４６の出力範囲値として、コンピュータに設定され
ている値およびその値に相当する光量を指す。光電子増
倍管４３のノイズ飽和光量に対応するＡ／Ｄ変換器４６
の出力値をＶｓとすると、初期入射光量範囲は、Ａ／Ｄ
変換器の出力範囲値として例えばＶｓ以上に設定され
る。この範囲は、被エッチング部の材質や構造、エッチ
ング処理の内容、プラズマエッチング装置の構成等によ
り適宜に設定できる。しかし、測定される信号中のノイ
ズ分を減らしてエッチング終点の検出の精度を向上させ
るためには、初期入射光量範囲はなるべくノイズ飽和光
量以上であることが好ましい。また、このノイズ飽和光
量の範囲は、プラズマエッチング装置１００の使用開始
時に一度設定し、以降は同一の値を用いても良い。ま
た、分光する波長を変えた場合等、必要に応じて行って
も良い。

【００４２】なお、光電子増倍管４３に供給される高電
圧値は低い方が望ましい。例えば直径２８ｍｍサイドオ
ン型光電子増倍管を採用する場合、高電圧の定格は３０
０〜１２００Ｖであり、安全性を見込んで４００Ｖに設
定することが望ましい。しかし、スリット４２ａ，４２
ｃのスリット幅が最大限度に開いても入射光量が初期入
射光量範囲に届かない場合には、Ａ／Ｄ変換誤差を小さ
くするため、高電圧を上げることが望ましい。

【００４３】図３のステップＳ６において、コンピュー
タ４７がＡ／Ｄ変換器４６の出力は初期入射光量範囲に
入ると判断すれば、前述のようにステップＳ８へと進
む。入らないと判断した場合にはステップＳ７へと進
む。ステップＳ７において、コンピュータ４７はスリッ
ト制御器４８に、スリット４２ａ，４２ｃのスリット幅
を調整させる（ステップＳ７）。例えば、Ａ／Ｄ変換器
４６の出力が初期入射光量範囲よりも小さいとき、即ち
光電子増倍管４３へ入射する光量が少ないときには、ス
リット幅を増加させる。これにより、波長分解能は悪く
なるが、光電子増倍管４３に入射する光量は増加する。
そして再度ステップＳ６の判断が行われる。

【００４４】従来は、波長分解能を高めるべく、スリッ
ト４２ａ，４２ｃのスリット幅は狭く固定されていた。
しかし狭いスリット幅では分光器４２が分光する光の全
体量が減少し、相対的にノイズが増加して微少な光量変
化を精度良く検出できない。これに対し、本発明では光
量に応じてスリット幅を制御することにより、光電子増
倍管４３に入射する光量の所定量を確保するので、微少
な光量変化を精度良検出できる。従って、開口率が小さ
い試料でも精度良く、かつノイズ等の影響を抑制し、安
定してプラズマエッチングの終点を検出することができ
る。

【００４５】さらに、単に開口率が小さいのみならず、
被エッチング部がプラズマエッチング装置１００のプラ
ズマに接する構成要素と共通の物質を含んでいる際にも
良好な効果を得ることができる。

【００４６】具体的に説明すると、プラズマエッチング
装置１００にはその必要性に応じて種々の材料が使用さ
れ、例えばマイクロ波導入窓１４には、熱ひずみに強く
不純物の少ない絶縁材である石英が使用される。このよ
うなプラズマエッチング装置１００において試料Ｗ中の
シリコン酸化膜をエッチングすると、プラズマは試料Ｗ
をエッチングすると同時に反応室１２に露出している石
英製のマイクロ波導入窓１４をもエッチングする。

【００４７】すると、反応室１２内での発光は、エッチ
ングガス発光及び試料Ｗから放出されたシリコンによる
発光のみならず、マイクロ波導入窓１４から放出された
シリコンによる発光をも含む。そして、開口率１％以下
であるような試料をエッチングする場合には、試料Ｗか
ら放出されるシリコンの量は極めて少ないが、露出面積
が非常に大きいマイクロ波導入窓１４から放出されるシ
リコンの量は極めて多い。すると反応室１２内のシリコ
ン原子による発光量は、大部分がマイクロ波導入窓１４
のエッチングを反映したものであって、プラズマエッチ
ング終点を検出するのに有用な試料Ｗから放出されたシ
リコン原子による発光量は相対的に少なくなる。そのよ
うな状態では、終点前後における信号の変化量は相対的
に小さくなり、従来のプラズマエッチング終点検出器で
はプラズマエッチング終点の測定が困難となる。

【００４８】更に詳細にみるため、分光波長において、
試料Ｗから放出されたシリコン原子による発光量に基づ
く光電子増倍管４３の出力部分を信号Ｓ（当該信号の大
きさをも示す：以下同様）、マイクロ波導入窓１４など
プラズマエッチング装置１００の構成要素から放出され
たシリコン原子による発光量に基づく光電子増倍管４３
の出力部分をバックグラウンドＢ１、エッチングガスが
分解されて得られる原子、分子（例えばエッチングガス
としてＣＨＦ₃を採用する場合にはＣＦ，ＣＦ₂，ＣＦ₃
等）による発光量に基づく光電子増倍管４３の出力部分
をバックグラウンドＢ０とする。バックグラウンドＢ０
は波長分解能を高める程低下するが、バックグラウンド
Ｂ１は分光波長において存在するため波長分解能を上げ
てもあまり低下せず、しかもバックグラウンドＢ０と比
較してバックグラウンドＢ１は非常に大きい。従って、
波長分解能を高めてもＳ／（Ｂ１＋Ｂ０）＝Ｓ／Ｂはあ
まり向上しない。それどころか、波長分解能を高めるべ
く狭いスリット幅が採用されることにより、光電子増倍
管４３の受光する光量が減り、ショットノイズが増加
し、ノイズＮの割合が大きくなる。即ち、Ｎ／（Ｂ１＋
Ｂ０）＝Ｎ／Ｂは増大する。この結果、スリット４２
ａ、４２ｃに採用されるスリット幅が狭く固定される
程、Ｓ／Ｎは却って悪化してしまう。

【００４９】しかし本発明では光量に応じてスリット４
２ａ、４２ｃのスリット幅を制御することにより、光電
子増倍管４３に入射する光量の所定量を確保するので、
Ｎ／Ｂは大きく減少する。バックグラウンドＢ０は分光
波長近傍において小さな値しか持たないので、本発明に
おいてはＳ／（Ｂ１＋Ｂ０）よりもＮ／（Ｂ１＋Ｂ０）
の方が減少率は大きく、よってＳ／Ｎは向上する。これ
らの具体的態様は実施例として後述される。

【００５０】本発明においては更に、入射光量を光電子
増倍管４３のノイズ飽和光量以上に設定することによ
り、プラズマ光のうち、分光すべき光の量のダイナミッ
クレンジを極めて広く取ることが可能となっている。試
料Ｗのエッチングの終了によるバックグラウンドＢ１の
変化は小さいが、本発明においては信号Ｓの変化を正確
に捉えることができる。このように本発明は、一般に開
口率が低いシリコン酸化膜等のエッチングを行う場合
に、しかも一般に石英が多用されるプラズマエッチング
装置において特に有用である。

【００５１】また、検出窓２２の透過率が低下したり、
別の種類の試料を処理したり、他のエッチングプロセス
を使用しても、ステップＳ６，Ｓ７において光電子増倍
管４３の入射光量を制御してＡ／Ｄ変換器４６の出力を
初期入射光量範囲内に収めて測定を行うので、光電子増
倍管４３の出力信号中に含まれるノイズレベルを常に小
さくでき、プラズマエッチング終点前後の微小な光量変
化を精度良く測定することができる。

【００５２】なお、ステップＳ１で設定される波長は、
プラズマエッチング終点の前後で発光強度が変化する必
要がある。更に好ましくは、プラズマエッチング終点の
前後での発光強度の変化が大きい波長であれば良い。例
えばプラズマ処理の前にテスト用の試料を処理し、測定
可能な範囲の波長をスキャンして、プラズマエッチング
の終点前後での発光強度の変化が大きい波長を決定し、
実際の試料の処理にはそのようにして決定された波長を
使用することが好ましい。これにより、各試料、エッチ
ングプロセス等に最適な波長を設定することができ、検
出精度をより向上することができる。ステップＳ１で設
定される波長の選択は、コンピュータ４７を用いて自動
的に行っても良いし、プラズマエッチング終点検出器４
以外の分光器等を用いて別に測定して行っても良い。

【００５３】測定対象となる波長の範囲として、被エッ
チング部に含まれる原子・分子等の発光波長を選択する
場合を例に採って説明したが、エッチングガスと被エッ
チング部との反応により生ずる反応生成物による発光の
波長を選択しても良い。かかる発光もエッチングの終了
によって減少するからである。また、エッチングガスあ
るいはそれが分解されて生じる原子や分子による発光の
波長を選択しても良い。上記２つの場合とは逆に、エッ
チングの終了によってエッチングガスの消費量が減少
し、かかる発光は増加するからである。

【００５４】ステップＳ７におけるスリット幅の調節
は、異なる試料を処理する度に行っても良いし、複数枚
の試料を処理する度に行っても良い。また、上述のよう
にコンピュータ４７によってスリット制御器４８を介し
て自動的にスリット４２ａ，４２ｃのスリット幅の調整
を行うのが望ましいが、処理を通じて受光量があまり変
化しない様な場合や、エッチング処理が１種のみである
ような場合には手動で調節を行い、エッチング処理を通
じて固定したスリット幅を採用しても良い。

【００５５】なお、光電子増倍管４３のダイノード等の
電極に高電圧を印加させるための駆動回路には、通常の
陽極接地型または陰極接地型の抵抗で分圧したデバイダ
回路を用いることができる。更に、終段付近の複数のデ
バイダ抵抗をトランジスタに置き換えたアクティブデバ
イダ回路を用いれば、直線性に優れ、光電子増倍管のノ
イズ飽和光量を増加させることができ、特に開口率が１
％以下であってプラズマエッチング終点前後での光量の
変化が小さい場合には望ましい。

【００５６】また光電子増倍管４３は他の種類の光電変
換器、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、
マイクロチャネルプレート、ＣＣＤ等に変更しても良
い。しかし受光量のダイナミックレンジが広くノイズが
少ない光電子増倍管、マイクロチャネルプレートが望ま
しく、特に光電子増倍管は高ダイナミックレンジと低ノ
イズであって最適である。

【００５７】光電子増倍管４３の代わりにフォトダイオ
ードを採用する場合には、入射光量を相当に増加して
も、その出力の直線性は保たれる。よってノイズの飽和
は主としてアンプ４５の精度に依存する。フォトダイオ
ードの場合においても、入射光量を増加させてもＳ／Ｎ
が増大しなくなる入射光量をノイズ飽和光量として採用
する。ノイズ飽和光量を上げるために精度の高いアンプ
を採用することが望ましく、例えば負帰還型であること
が望ましい。

【００５８】光ファイバ４１の反応容器１１側の端面に
は、なるべく多くの光が導入されるようにすることが望
ましい。具体的には検出窓２２、測定孔２１の径が、光
ファイバ４１の視野角を遮らないように設定されること
が望ましい。また光ファイバ４１の端面と検出窓２２と
の間の距離を短くしても良い。また、光ファイバ４１と
検出窓２２との間にレンズを介在して設置し、光ファイ
バ４１に取り込まれる光の量を増加させても良い。もち
ろん、検出窓２２自身がレンズとして機能する態様も望
ましい。

【００５９】更に、スリット４２ａ，４２ｃが最大限に
開いた際のスリット幅よりも光ファイバ４１のファイバ
径を十分に大きくすることにより、可変可能なスリット
幅の全領域で光電子増倍管４３の入射光量を調整するこ
とができる。これは、プラズマエッチング終点の検出に
おいて測定可能な光量範囲を増大することができるとい
う観点で望ましい。

【００６０】光ファイバ４１は例えばコア径４００μ
ｍ、クラッド径５００μｍのものをバンドルして形成
し、プラズマエッチング装置１００側の端は直径５ｍｍ
の円形とし、分光器４２のスリット４２ａ側の端は幅
１．５ｍｍ×高さ１５ｍｍの矩形に整形する。さらに、
例えば分光器４２の焦点面の高さが１５ｍｍであり、ス
リットの可動最大幅が３ｍｍであった場合、光ファイバ
４１のスリット４２ａ側の端を幅３ｍｍ×高さ１５ｍｍ
より大きく整形するとより望ましい。

【００６１】検出窓２２は反応容器１１の内壁側に設け
ても良く、その場合には光ファイバ４１は反応容器１１
の内壁近くまで挿入する。

【００６２】分光器４２は焦点距離ｆ（ｃｍ）が長く、
かつ明るさＦが大きいものを選ぶことが望ましい。具体
的には回折格子刻線数をＭ（本／ｍｍ）、波長分解能を
Ｄ（ｎｍ）として、Ｆ・Ｍ・Ｄ／１００と最大スリット
幅（ｍｍ）との小さい方の値から収差（μｍ）を引いた
値をｆ²で除した値が大きなものが望ましい。分光器の
スリット４２ａ，４２ｃの可動範囲や焦点面が大きいこ
とも望ましい。

【００６３】更に、被エッチング部にのみ含まれ、被エ
ッチング部の下にある膜や反応室内部の材料には含まれ
ないような不純物の発光を測定すると、より一層終点検
出精度を向上できる。例えば、被エッチング膜がＢＰＳ
Ｇ（boro-phospho silicateglass:硼酸添加燐酸珪酸ガ
ラス）である場合には、その中に含まれる硼素の発光
（波長が２４９．７ｎｍ）や燐の発光（波長が２５３．
６ｎｍ）を測定することにより、精度良く終点を検出で
きる。

【００６４】第２の実施の形態．図５は本発明の第２の
実施の形態にかかるプラズマエッチング終点検出装置６
の構成を示すブロック図である。光ファイバ４１は２分
岐バンドル光ファイバであって、プラズマエッチング終
点検出装置６側において２つの端４１ａ，４１ｂを有し
ている。一方の端４１ａは第１の実施の形態で示された
プラズマエッチング終点検出装置４において第１の実施
の形態と同様に接続される。他方の端４１ｂは変動キャ
ンセル部５へ接続される。

【００６５】変動キャンセル部５は光ファイバ４１の端
４１ｂに接続されたフォトダイオード（ＰＤ）５１と、
フォトダイオード５１の出力を増幅する増幅器５２と、
増幅器５２の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器５３と
を備えている。Ａ／Ｄ変換器５３の出力も、図１に示さ
れたＡ／Ｄ変換器４６の出力と同様に、コンピュータ４
７に与えられる。

【００６６】通常、プラズマは周期的にあるいはランダ
ムに変動し、それに従ってプラズマ光も変動する。そし
て、その変動はノイズとなって、プラズマエッチングの
終点の検出精度に悪影響を与える。この悪影響をさける
ため、参照用の信号を測定する。具体的には、発光の強
度を分光しないままフォトダイオード５１で検出し、そ
の出力は増幅器５２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器によりデ
ジタル信号に変換され、参照用の信号値としてコンピュ
ータ４７に入力される。

【００６７】そして、プラズマエッチング終点検出装置
４における光電子増倍管４３の出力に基づく測定値と、
フォトダイオード５１の出力に基づく測定値とがコンピ
ュータ４７において処理され、例えば前者を後者で除し
て得られる測定値をプラズマエッチング終点の検出のた
めの信号として使用する。

【００６８】このようにプラズマエッチング終点の検出
のための測定とは別に、プラズマの変動を他の光電変換
器で測定し、前者と後者とについて演算等の処理をする
ことにより、プラズマの変動をキャンセルし、高精度に
プラズマエッチング終点を検出することができる。

【００６９】本実施の形態では、検出窓２２からのプラ
ズマ光を２つに分けるために、２分岐バンドル光ファイ
バを使用したが、これに限られるものではなく、プリズ
ム、ビームスプリッタ等、光を分割するものであれば何
でも良い。また、検出窓２２以外に新たに検出窓を設
け、そこからのプラズマ光を参照用に測定しても良い。
しかしながら、同一視野のプラズマ光を参照用に測定す
ることが、プラズマ光の変動を正確にキャンセルする上
で好ましい。

【００７０】また、フォトダイオード５１の代わりに他
の種類の光電子変換素子、例えば光電増倍管を使用して
も良い。また光ファイバ４１の端４１ｂとフォトダイオ
ード５１との間に分光器、あるいはフィルタ等を入れて
も良い。この場合には、測定する波長範囲はプラズマエ
ッチング終点前後で変化せず、プラズマの変動に従って
変化する光の波長が得られることが必要である。

【００７１】また、上記の処理を正確に行うためには、
Ａ／Ｄ変換器４６，５３は、互いに同一のタイミング、
同一の積分時間等、同一の条件で動作することが望まし
い。プラズマエッチングの終点近傍でのプラズマ変動を
正確にキャンセルするためである。

【００７２】

【実施例】以下に、本発明の第１の実施の形態の手法を
用いてプラズマエッチング終点の検出を行った実施例を
示す。

【００７３】第１実施例． （条件） 分光器：Action Research製 SP-308（焦点距離３０ｃ
ｍ、回折格子：２４００本／ｍｍ） 光電子増倍管：浜松フォトニクス製 R1527 デバイダ回路：浜松フォトニクス製 E5815-01（アクテ
ィブデバイダ回路） 観測波長：Ｓｉ（２５１．６ｎｍ） エッチングガス流量：Ｃ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ｏ₂／Ａｒ＝１５
／３０／５／４００ｍＬ／分 試料：開口率１％のフォトレジスト／ＴＥＯＳ／Ｓｉウ
エハ 初期入射光量範囲をノイズ飽和光量の８０％以上に設
定：Ｓ／Ｂ＝１．０％，Ｎ／Ｂ＝０．０６７％，Ｓ／Ｎ
＝１５ 第２実施例．（光電子増倍等の代わりにフォトダイオー
ドを使用） （条件） 分光器：OMEGAOPTICS製 XB44（波長分解能１０ｎｍ） フォトダイオード：IRD製 UVG-100 観測波長：Ｓｉ（２５１．６ｎｍ） エッチングガス流量：ＣＨ₂Ｆ₂／ＣＨＦ₃／ＣＯ／Ａｒ
＝１０／７０／７０／ ８００ｍＬ／分 試料：開口率１％のフォトレジスト／ＢＰＳＧ／Ｓｉウ
エハ 初期入射光量範囲をノイズ飽和光量の１００％以上に設
定：Ｓ／Ｂ＝０．５％，Ｎ／Ｂ＝０．０３％，Ｓ／Ｎ＝
１７

【００７４】これらの実施例から、本発明においては開
口率が小さくてもＳ／Ｎを１５以上と大きくでき、終点
検出をエッチング処理で実用上要求される誤差１秒以内
で行うことが可能となった。

【００７５】一方、従来の技術を用いて同じプラズマエ
ッチング終点の検出を行ったところ、Ｓ／Ｎが５以下と
なり、安定して、エッチング終点の検出ができなかっ
た。

【００７６】

【発明の効果】この発明にかかるプラズマエッチング終
点検出方法、プラズマエッチング終点検出装置及びプラ
ズマエッチング装置によれば、ＳＮ比を改善できるの
で、被エッチング試料の開口率が小さくても精度良く、
かつノイズ等の影響を抑制して安定してプラズマエッチ
ングの終点を検出することができる。特に、被エッチン
グ部がプラズマエッチングを行う装置のプラズマに接す
る構成要素と共通の物質を含んでいる際にはより一層好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマエ
ッチング終点検出装置の構成を示すブロック図である。

【図２】プラズマエッチング装置の構成を模式的に示す
断面図である。

【図３】本発明の第１実施の形態にかかるプラズマエッ
チング終点検出装置の、プラズマエッチング終点を検出
する方法を示すフローチャートである。

【図４】プラズマエッチング終点の検出を例示するグラ
フである。

【図５】本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマエ
ッチング終点検出装置の構成を示すブロック図である。

【図６】従来のプラズマエッチング終点検出装置の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

４１ 光ファイバ ４２ 分光器 ４２ａ，４２ｃ スリット ４３ 光電子増倍管 ４８ スリット制御器 ５１ フォトダイオード

フロントページの続き (72)発明者 山本 伸彦 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社半導体装置事業部内 Ｆターム(参考） 4K057 DA14 DB06 DB15 DB20 DD01 DE06 DJ03 DM29 DM40 DN01 5F004 AA16 BA20 CB02 CB17 DA00 DA04 DA15 DA16 DA23 DA26 DB02 DB03 DB23

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマエッチングに伴う発光を分光す
   る分光工程と、 前記分光された光を光電変換器に与えて電気信号を得る
   とともに、前記プラズマエッチングの終点前における前
   記光電変換器に与えられる光の量が所定範囲に入るよう
   に調節される光電変換工程と、 前記電気信号を処理して前記プラズマエッチングの終点
   を検出する処理工程とを備えるプラズマエッチング終点
   検出方法。
2. 【請求項２】 前記所定範囲は、前記光電変換器におい
   て前記電気信号に含まれるノイズ量の割合が最小となる
   光の量の範囲に基づいて設定されることを特徴とする、
   請求項１記載のプラズマエッチング終点検出方法。
3. 【請求項３】 前記発光の強度が測定され、これと前記
   電気信号とを処理した結果を用いて前記プラズマエッチ
   ングの終点を検出する、請求項１または２記載のプラズ
   マエッチング終点検出方法。
4. 【請求項４】 前記分光工程は、回折格子またはプリズ
   ムを使用した分光器により行い、 前記光電変換器に与えられる前記光の量の調節は、前記
   分光器のスリット幅を変えることにより行うことを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のプラズマ
   エッチング終点検出方法。
5. 【請求項５】 プラズマエッチング装置からプラズマエ
   ッチングに伴う発光を取り込み、 前記発光を分光する分光器と、 前記分光された光を電気信号に変換する光電変換器と、 前記プラズマエッチングの終点前における前記光電変換
   器に与えられる光の量が所定範囲に入るように調節する
   制御をし、その後に前記電気信号を処理して前記プラズ
   マエッチングの終点を検出する制御装置とを備えるプラ
   ズマエッチング終点検出装置。
6. 【請求項６】 前記所定範囲は、前記光電変換器におい
   て前記電気信号に含まれるノイズ量の割合が最小となる
   光の量の範囲に基づいて設定されることを特徴とする、
   請求項５記載のプラズマエッチング終点検出装置。
7. 【請求項７】 前記発光の強度が測定され、これと前記
   電気信号とを処理した結果を用いて前記プラズマエッチ
   ングの終点を検出する、請求項５または６記載のプラズ
   マエッチング終点検出装置。
8. 【請求項８】 前記分光器は回折格子またはプリズムを
   有し、 前記光電変換器に与えられる前記光の量の調節は、前記
   分光器のスリット幅を変えることにより行うことを特徴
   とする請求項５乃至７のいずれか一つに記載のプラズマ
   エッチング終点検出装置。
9. 【請求項９】請求項５乃至８のいずれか一つに記載のプ
   ラズマエッチング終点検出装置を備え、 前記プラズマエッチング終点検出装置により検出された
   プラズマエッチング終点に基づいてエッチング処理の制
   御を行うプラズマエッチング装置。