JPH05114586A - ドライエツチングの終点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同時に複数の波長の発光強度を計測して、エ
ッチングに関与する発光のみを終点検出のために利用す
るようにする。かつ測定対象波長に対する制約を大幅に
緩めて、反応ガスとエッチング対象の組み合わせを自由
に選べるようにする。 【構成】 処理室１内の低温プラズマの発光を窓ガラス
２，レンズ３，ピンホール４，コリメートレンズ５を通
して平行光にし平面回折格子６で回折させてマルチチャ
ンネルディテクタ８で検出する。以上のことにより低温
プラズマの発光光を分光してエッチング処理に関与する
光強度を測定することで終点を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路を始めとする
微細パターンを必要とする部品の製造に使用し、低温ガ
スプラズマ中の荷電粒子や活性種とエッチング対象との
化学反応を利用してエッチングする形式のドライエッチ
ング装置に付加する、低温ガスプラズマの発光現象に着
目したエッチング終点を検出するドライエッチングの終
点検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】低温ガスプラズマの化学反応を利用する
ドライエッチング装置におけるエッチングの終了を検出
するには、第１の方法として低温ガスプラズマ中の荷電
粒子や活性種を質量分析する方法と、第２の方法として
光学手段でエッチング対象の厚さを計測する方法と、第
３の方法として低温ガスプラズマの発光の特定波長に着
目する方法とがある。

【０００３】第１の方法は質量分析器が高価であり、第
２の方法は厚さ測定のための比較的広い領域が確保され
ていなければならないという欠点があり、第３の方法が
一般的である。この第３の方法による終点検出装置の１
例を図５の構成図に示す。

【０００４】図５において、１は低温ガスプラズマを発
生させるとともにエッチング対象を収容しエッチング処
理を実行するエッチング装置のエッチング処理室、２は
エッチング処理室１に取付けられたガラス窓、６ｂは特
定波長を透過する光学フィルタ、８ａは光を電気信号に
変換するフォトダイオード、９ａはフォトダイオード８
ａを駆動制御するとともに、得られた信号を処理してエ
ッチング装置にフィードバックする制御回路である。

【０００５】エッチング処理を行なっているとき、処理
室１の内部では低温ガスプラズマが存在し、処理室１に
導入されているエッチングガスとエッチング対象の組み
合わせで決定されるスペクトルの発光が生じる。生じた
光はガラス窓２と光学フィルタ６ｂを透過することによ
り特定の波長の光だけとなり、フォトダイオード８ａに
入射する。

【０００６】フォトダイオード８ａは入射した光の強度
に比例した電気信号を出力し、その信号を受けた制御回
路９ａはその信号強度によりエッチング処理の時間を制
御する。

【０００７】例えば有機レジストを酸素ガスプラズマで
エッチングする場合、両者の化学反応によって生成され
る一酸化炭素は、波長２８３．０nm，２９７．７nm等に
ピークを持つ発光スペクトルを示す。また多結晶シリコ
ンを４弗化炭素と酸素の混合ガスのプラズマでエッチン
グする場合には、エッチングによる反応生成物であるＳ
ｉＦから波長７７７nmの強い発光がある。

【０００８】これらの光を光学フィルタ６ｂによって所
定の光だけを透過させ、フォトダイオード８ａに入射さ
せる。フォトダイオード６ｂに入射した光は電気信号に
変換され制御回路９ａに送られ、信号を受けた制御回路
９ａは信号の変化により終点を検出してエッチング処理
の終点を制御する。

【０００９】従来の装置の他の例を示す図６において、
３は集光レンズ、６ｃは分光器、８ｂは光電子増倍管、
９ｂは光電子増倍管８ｂを駆動するとともに得られた信
号を処理してエッチング装置にフィードバックする制御
回路である。

【００１０】処理室１内のプラズマにより発光した光
は、集光レンズ３で分光器６ｃの入射口に集光し、分光
器６ｃによって着目する波長の光だけが光電子増倍管８
ｂに入射し電気信号に変換される。制御回路９ｂは変換
された電気信号を受けその変化によりエッチング処理時
間を制御する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】低温ガスプラズマの化
学反応を利用して行なうエッチングで使用する真空は、
１０^-1〜１０^-3Torr程度の圧力であり、この真空度では
エッチングに用いる反応ガス及び反応生成物の発光スペ
クトルに、残留大気に起因する発光スペクトルが重畳し
ている。

【００１２】例えば、有機レジストを酸素の低温ガスプ
ラズマでエッチングする場合、化学反応で生じる一酸化
炭素と残留大気か化学反応かのいずれかに起因するＯＨ
基とから、波長２８３nmを中心とする発光が生じる。つ
まり処理をするための低温プラズマによる化学反応で生
成する種は複数にわたり、これらが発する光の波長も複
数になる。

【００１３】また、低温ガスプラズマからの発光は、多
原子からなる荷電粒子や活性種によるものであるため、
そのスペクトルは通常幾つもの帯域幅の広いピークから
なっており、それらの発光すべてがエッチングと相関の
ある変化をするわけではない。

【００１４】このため、図５のフィルタ６ｂの透過特性
を鋭敏にしたり、図６の分光器６ｃの分解能を高くして
も、エッチングに関与する１種類の荷電粒子または活性
種からの発光であると決定できない。つまり、着目する
発光強度を計測できない場合が発生するという問題があ
る。

【００１５】また、構成要素が安価であることから多用
されている図５に示すフィルタ６ｂ，フォトダイオード
８ａ，制御回路９ａからなる検出器では、検出できる波
長は、固定されている。従って、反応ガスとエッチング
対象の組み合わせに自由度がなく、一方自由度を持たせ
るためには複数の検出器を設定しなければならないとい
う問題がある。

【００１６】本発明の目的は、同時に複数の波長の発光
強度を計測して、エッチングに関与する発光のみを終点
検出のために利用でき、かつ測定対象波長に対する制約
を大幅に緩めて、反応ガスとエッチング対象の組み合わ
せを自由に選べる検出装置を提供し、現在の問題点を解
決することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グの終点検出装置は、低温ガスプラズマの発光光から複
数の波長を同時に分光する分光手段と、分光された複数
の波長の各光の強度を電気信号に変換して検出する光検
出手段を有する。

【００１８】

【作用】行なっているエッチング処理の反応に関与する
荷電粒子または活性種からの発光を同時に検知できるた
め、終点検出の精度が向上する。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の１実施例を示すドライエッチングの
終点検出装置の構成図である。

【００２０】１，２，３は従来の例の図６に同じであ
る。４はピンホール、５はコリメトリーレンズ、６は平
面回折格子、７は回折光、８は幅数１０μｍのフォトダ
イオードを幅方向に数百から千数百個並べて構成したマ
ルチチャンネルディテクタ、９はマルチチャンネルディ
テクタ８を駆動するとともに得られた信号を処理してエ
ッチング装置にフィードバックする制御回路である。

【００２１】低温プラズマからの発光光は、集光レンズ
３によりピンホール４に集光されピンホール４を出た光
はコリメトリーレンズ５によって平行光線になる。平行
になった光は平面回折格子６でその光の波長で決まる方
向に回折しその回折光７はマルチチャンネルディテクタ
８に入射して電気信号に変換され制御回路９によって回
折光の強度分布が得られる。

【００２２】有機レジストを反応ガスとして酸素ガスを
用いてエッチングした場合の強度分布を図２の分布図に
示す。波長２８３nmにピークを持つの発光はＣＯとＯＨ
に、波長２９７．７nmの発光はＣＯに、波長３０８．９
nmの発光はＯＨに起因している。ＣＯもＯＨも有機レジ
ストと反応ガスとの化学反応による反応生成物である
が、ＯＨは残留大気物にも含まれておりどちらのものか
は区別できない。

【００２３】したがって、エッチングの終点を検出する
ためには、波長２９７．７nmの発光光の強度を計測すれ
ば良いが、強度が弱い場合はノイズの影響を受けて終点
検出の精度が悪い。しかし本実施例では同時に複数の波
長について計測できるので、波長２８３nmと３０８．９
nmの発光光も計測する。

【００２４】その結果、波長３０８．９nmの強度がエッ
チングの進行につれて変化を示さなければＯＨは残留大
気に起因するものと判断でき、波長２９７．７nmの強度
変化が僅かでも少し、しかも波長２８３nmの強度も僅か
であれ同時に減少すればその時点をもってエッチングの
終点と正確に判断できる。

【００２５】また波長３０８．９nmの強度がエッチング
の進行とともに変化すればＯＨは反応生成物と判断で
き、ＣＯの発光である波長２９７．７nmの強度変化が僅
かで終点の判定が困難な場合でも、波長２８３nmと３０
８．９nmの発光強度が著しく低下した時点をもってエッ
チングの終点と判断できる。

【００２６】なお本実施例では、有機レジストと酸素ガ
スの組み合わせについて説明したが、他のエッチング対
象と反応ガスの組み合わせでも図２に示したのとは異な
る位置に強度のピークが現われるだけであり、なんら問
題なく終点検出動作を実行することができる。

【００２７】また、平面回折格子６とマルチチャンネル
ディテクタ８の間にレンズを設置し、マルチチャンネル
ディテクタ８の受光面がそのレンズの焦点面に位置する
ように配置しても良い。

【００２８】図３は本発明の他の実施例を示したドライ
エッチング装置の終点検出装置の構成図である。６ａは
スリット、７ａは回折光であり他は図１と同様である。
スリット６ａは、その長辺方向を紙面に垂直に取ってい
る。低温ガスプラズマからの発光光は平行光線となって
スリット６ａに入射し、波長に応じた回折角で回折され
てマルチチャンネルディテクタ８の受光面に到達する。

【００２９】図４は、低温ガスプラズマからの発光は２
波長からなると仮定したマルチチャンネルディテクタ８
受光面での回折パターンを示す模式図である。

【００３０】１０は０次回折光で２波長の光の強度が足
し合わされている。実線で示した回折パターン１１は長
波長光の回折で生じたもの、破線で示した回折パターン
１２は短波長光の回折で生じたものである。それぞれの
パターンは、０次回折光パターンに対して対称に生じ、
内側からそれぞれの波長光の１次，２次，３次とつづく
回折光のパターンである。

【００３１】マルチチャンネルディテクタ８でそれぞれ
の波長に対し適当な次数の回折光を選択してその強度を
計測すれば、平面回折格子６を使用した実施例と同様に
正確にエッチングの終点を計測できる。

【００３２】なお、マルチチャンネルディテクタ８のフ
ォトダイオード列の前に蛍光板を設けることにより紫外
域の発光光を計測でき、またマイクロチャンネルプレー
トを設けるとより微弱な発光光を計測できる。また、場
合によっては蛍光板とマイクロチャンネルプレートをと
もに設けてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば低
温ガスプラズマからの発光スペクトル中の複数の光強度
を同時に計測できるため、精度の高い終点判定が可能と
なる。さらに波長に対する制限がないため反応ガスとエ
ッチング対象の組み合わせに対する制限がなく１台のエ
ッチング装置を有効に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の終点検出装置の１実施例を示す構成図
である。

【図２】図１の実施例の低温ガスプラズマの発光スペク
トルを表す波長分布図である。

【図３】本発明の終点検出装置の他の実施例を示す構成
図である。

【図４】図３の回折光７ａのマルチチャンネルディテク
タ８の受光面での回折パターンを表す模式図である。

【図５】従来の終点検出装置の１例を示す構成図であ
る。

【図６】従来の終点検出装置のその他の例を示す構成図
である。

【符号の説明】

１ エッチング処理室 ２ ガラス窓 ３ レンズ ４ ピンホール ５ コリメトリーレンズ ６ 平面回折格子 ７ 回折光 ８ マルチチャンネルディテクタ ９ 制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の波長から構成される低温ガスプラ
   ズマ発光光を同時に各構成波長に分光する分光手段と、 分光された光の照射位置と光の強度を検出する光検出手
   段とを有することを特徴とするドライエッチングの終点
   検出装置。