JPH06338477A - エッチング終点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッチング終点を正確に検出することができ
るエッチング終点検出装置を提供する。 【構成】 エッチング処理により反応室に生成される反
応生成物の発光強度を計測することでエッチング終点を
検出するエッチング終点検出装置であり、被処理基板４
上における反応生成物の発光強度を計測する第１の計測
手段５ａ，７と、被処理基板４から所定距離だけ離れた
空間における反応生成物の発光強度を計測する第２の計
測手段５ｂ，７と、第１の計測手段５ａ，７によって計
測された反応生成物の発光強度と第２の計測手段５ｂ，
７によって計測された反応生成物の発光強度とに基づい
てエッチング終点を検出する検出回路９とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被処理基板にエッチン
グ処理を施すためのエッチング装置に係わり、特にエッ
チング終点を検出する際に用いて好適な技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エッチング終点検出方法として
は、発光分光分析法、質量分析法、圧力モニタ法、探針
法など、種々の方法が知られているが、その中でも発光
分光分析法は、信頼性、経済性の点で他の方法より優れ
ており、現在でも多く利用されている。因みに、発光分
光分析法とは、熱、電気、光などのエネルギーを外部か
ら分析試料に与えて成分元素を励起し、放射された光を
分光して得られる発光スペクトルのエネルギ準位から成
分元素の種類を判定し、同時にその発光強度から各元素
の含有量を求める分析方法であり、この方法には主とし
てスペクトルメータが用いられる。

【０００３】ところで、例えばＯ（酸素元素）やＮ（窒
素元素）を含むレジストのエッチング処理では、被エッ
チング材料であるレジストが存在している間、反応室に
はＣＯやＮＯといった反応生成物が存在する。一方、エ
ッチング処理によってレジストが完全に除去される、す
なわちエッチングが終了すると、上記反応生成物は反応
室に存在しなくなる。これを基に従来では、被処理基板
上における反応生成物（例えばＣＯやＮＯ）の発光強度
をスペクトルメータによって計測し、その発光強度が所
定の変化量で減少した時点をエッチング終点として検出
していた。

【０００４】図４は従来のエッチング装置におけるエッ
チング終点検出装置を説明する概略構成図である。図示
したエッチング装置は、プラズマエッチング装置と総称
されるもので、その反応室１内には、プラズマを発生さ
せるために高周波が印加される陰極側の高周波電極２
と、この高周波電極２と相対して配置される陽極側の接
地電極３とが設けられている。また、エッチング終点検
出装置としては、まず反応室１の側壁に設けられたポー
ト１ａに、被処理基板４上における反応生成物の発光強
度を計測するためのスペクトルメータ受光部５が取り付
けられている。さらにこのスペクトルメータ受光部５は
光ファイバ６を介してスペクトルメータ本体７に接続さ
れている。

【０００５】上記従来のエッチング装置においては、陽
極側の接地電極３上に載置された被処理基板４に対し、
高周波電極２によって生成された中性活性種の作用によ
って所定のエッチング処理が施されるようになってい
る。また、このエッチング処理に際して被処理基板４か
ら生成される反応生成物の強度がスペクトルメータ受光
部５及びスペクトルメータ本体７によって計測され、こ
の計測結果に基づいてエッチング終点が検出されるよう
になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来装置においては、反応室１側壁のポート１ａに取り
付けられたスペクトルメータ受光部５が、被処理基板４
上の反応生成物の発光強度を受光すると同時に、被処理
基板４から離れたポート１ａ近傍における反応生成物の
発光強度やプラズマの発光強度をも受光してしまう。こ
のため、被処理基板４上、もしくはその近傍における発
光スペクトルの変化量は、ポート１ａ近傍におけるプラ
ズマ発光等の影響を受けて相対的に小さくなり、正確な
エッチング終点の検出が困難となっていた。さらに、エ
ッチング装置或いはプロセスガス等の諸条件によって安
定かつ均一な放電が得られない場合や、経時的或いは空
間的にプラズマの発光強度が変動する場合などは、スペ
クトルメータによって得られる発光強度曲線が図５に示
すように経時的に不安定となるため、エッチング終点の
検出が一層困難なものとなっていた。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、エッチング終点を正確に検出
することができるエッチング終点検出装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、反応室にセットされた被
処理基板に所定のエッチング処理を施すエッチング装置
において、エッチング処理により反応室に生成される反
応生成物の発光強度を計測することでエッチング終点を
検出するエッチング終点検出装置であって、被処理基板
上における反応生成物の発光強度を計測する第１の計測
手段と、被処理基板から所定距離だけ離れた空間におけ
る反応生成物の発光強度を計測する第２の計測手段と、
第１の計測手段によって計測された反応生成物の発光強
度と第２の計測手段によって計測された反応生成物の発
光強度とに基づいてエッチング終点を検出する検出手段
とを具備したものである。さらに詳しくは、上記検出手
段は、第１の計測手段によって計測された反応生成物の
発光強度と第２の計測手段によって計測された反応生成
物の発光強度との差に基づいてエッチング終点を検出す
るものである。また、これとは別に、上記検出手段は、
第１の計測手段によって計測された反応生成物の発光強
度と第２の計測手段によって計測された反応生成物の発
光強度との比に基づいてエッチング終点を検出するもの
である。

【０００９】

【作用】本発明のエッチング終点検出装置においては、
第１の計測手段によって計測された反応生成物の発光強
度と第２の計測手段によって計測された反応生成物の発
光強度とに基づいて、検出手段が、双方の差あるいは比
を算出して発光強度の不安定要因を排除し、これにより
被処理基板近傍における反応生成物の発光強度の経時的
変化だけを抽出してエッチング終点を検出するため、正
確なエッチング終点の検出が可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明のエッチング装置
におけるエッチング終点検出装置を説明する概略構成図
である。図示したエッチング装置において、１は反応室
（チャンバ）、２は高周波電極、３は接地電極であり、
これらの構成については従来例とほぼ同様である。本発
明は、エッチング処理により反応室１に生成される反応
生成物の発光強度を計測することでエッチング終点を検
出するエッチング終点検出装置に係わるものであり、以
下にその構成を述べる。

【００１１】まず、反応室１の側壁には、例えば高さ方
向に位置をずらして２つのポート１ａ、１ｂが設けられ
ており、このうち、一方のポート１ａには第１の計測手
段を構成するスペクトルメータ受光部５ａが取り付けら
れ、もう一方のポート１ｂには第２の計測手段を構成す
るスペクトルメータ受光部５ｂが取り付けられている。
そして、一方のスペクトルメータ受光部５ａは、接地電
極３上に載置される被処理基板４に向けて設置され、こ
れに対し他方のスペクトルメータ受光部５ｂは、被処理
基板４の上方空間を通過するかたちで反対側の側壁に向
けて設置されている。

【００１２】また、これらのスペクトルメータ受光部５
ａ、５ｂは光ファイバー６ａ、６ｂを介してスペクトル
メータ本体７に接続されており、このスペクトルメータ
本体７と一方のスペクトルメータ受光部５ａとの組合せ
によって第１の計測手段が構成され、同様にスペクトル
メータ本体７と他方のスペクトルメータ受光部５ｂとの
組合せによって第２の計測手段が構成されている。さら
に、上述したスペクトルメータ本体７は信号線８を介し
て検出手段である検出回路９に接続され、この検出回路
９によってエッチング終点が検出されるようになってい
る。

【００１３】続いて、上記構成からなるエッチング終点
検出装置の動作機能について説明する。なお本実施例で
は、図２に示すように、基材１０上に下層レジスト１１
と上層レジスト１２とが積層された被処理基板４をエッ
チングする場合について述べる。まず、反応室１に接続
された図示せぬ排気装置を作動させながら反応室１に反
応ガスを供給し、この状態から高周波電極２に高周波を
印加すると、中性活性種の作用によって被処理基板４の
下層レジスト１１のエッチングが開始し、これに伴って
反応生成物が反応室１内に生成される。ここで、一方の
スペクトルメータ受光部５ａは、被処理基板４上におけ
る発光スペクトルを受光し、また第２の計測手段である
他方のスペクトルメータ受光部５ｂは、被処理基板４か
ら所定距離（被処理基板４から生成される反応生成物の
影響を大きく受けない程度の距離）だけ離れた空間、つ
まり被処理基板４のバックグラウンドにおける発光スペ
クトルを受光する。

【００１４】さらに、各スペクトルメータ受光部５ａ、
５ｂによって受光された発光スペクトルはそれぞれ光フ
ァイバ６ａ、６ｂを介してスペクトルメータ本体７に取
り込まれ、このスペクトルメータ本体７によって反応生
成物の発光強度が計測される。ここで、第１の計測手段
によって計測された反応生成物の発光強度と第２の計測
手段によって計測された反応生成物の発光強度の変化を
図３を用いて説明しておく。図３において、二点鎖線で
描かれている発光強度曲線Ａは第１の計測手段によって
計測された反応生成物の発光強度の経時的変化を示して
おり、また一点鎖線で描かれている発光強度曲線Ｂは第
２の計測手段によって計測された反応生成物の発光強度
の経時的変化を示している。図から明らかなように、双
方の発光強度曲線Ａ、Ｂは、共に時間的な変動が大き
く、このままの状態でエッチング終点を正確に検出する
ことはきわめて困難である。

【００１５】そこで検出回路９では、第１の計測手段に
よって計測された反応生成物の発光強度と第２の計測手
段によって計測された反応生成物の発光強度との差に基
づいてエッチング終点を検出する。

【００１６】さらに詳述すると、検出回路９は、一方の
スペクトルメータ受光部５ａを介して計測される反応生
成物の発光強度と他方のスペクトルメータ受光部５ｂを
介して計測される反応生成物の発光強度のうち、いずれ
か一方から他方を減算し、これにより一方のスペクトル
メータ受光部５ａを介して計測される発光強度の不安定
要因を排除して、被処理基板４近傍における反応生成物
の発光強度だけを得る。

【００１７】これを図３を用いて説明すると、ある任意
の時間ｔにおいて、例えば発光強度曲線Ａの発光強度値
ａから発光強度曲線Ｂの発光強度値ｂを減算すると、そ
の算出値として発光強度値ｃが得られる。これを所定の
ピッチで各時間毎に行うと、図中実線で描かれたような
安定した発光強度曲線Ｃ、すなわち被処理基板４近傍に
おける反応生成物の発光強度曲線が得られ、これにより
反応生成物の発光強度の減少開始点Ｐ、つまりエッチン
グ終点が正確に検出されるようになる。

【００１８】なお、上記実施例の説明では、第１の計測
手段と第２の計測手段との発光強度差に基づいてエッチ
ング終点を検出するようにしたが、本発明はこれに限定
されるものではなく、検出回路９の機能としては、第１
の計測手段によって計測された反応生成物の発光強度と
第２の計測手段によって計測された反応生成物の発光強
度との比に基づいてエッチング終点を検出するようにし
てもよい。

【００１９】すなわち、図３に示すように、第１の計測
手段によって計測される反応生成物の発光強度の中に
は、第２の計測手段によって計測される反応生成物の発
光強度が含まれたかたちとなっているため、双方の発光
強度の比、つまり双方の発光強度を割り算して得られる
算出値は、被処理基板４からの反応生成物の生成量に応
じて変化することになる。したがって検出回路９として
は、第１の計測手段によって計測された反応生成物の発
光強度と第２の計測手段によって計測された反応生成物
の発光強度との比をとることで発光強度の不安定要因を
排除し、これにより被処理基板４近傍における反応生成
物の発光強度の変化だけを抽出して、エッチング終点を
正確に検出することが可能である。

【００２０】ちなみに、諸々の処理条件によってエッチ
ング終点における反応生成物の発光強度の変化量が小さ
い場合などは、発光強度の差をとるよりも発光強度の比
をとる方が、これによって得られる発光強度の変化量に
顕著な差が現れるため有利である。

【００２１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明のエッチン
グ終点検出装置によれば、第１の計測手段によって計測
された反応生成物の発光強度と第２の計測手段によって
計測された反応生成物の発光強度とに基づいて検出手段
が双方の差あるいは比を算出して発光強度の不安定要因
を排除し、これにより被処理基板近傍における反応生成
物の発光強度の経時的変化だけを抽出して、エッチング
終点を正確に検出することが可能となる。その結果、被
処理基板に対しては、より高い加工精度でしかも安定し
たエッチング加工を施すことが可能となり、特に半導体
ウエハなど精密なエッチング処理が要求される分野にお
いてはきわめて有効なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッチング装置におけるエッチング終
点検出装置を説明する概略構成図である。

【図２】実施例における被処理基板の構成を説明する要
部断面図である。

【図３】実施例における反応生成物の発光強度の変化を
示す図である。

【図４】従来のエッチング装置におけるエッチング終点
検出装置を説明する概略構成図である。

【図５】従来例における反応生成物の発光強度の変化を
示す図である。

【符号の説明】

１ 反応室 ４ 被処理基板 ５ａ スペクトルメータ受光部 ５ｂ スペクトルメータ受光部 ７ スペクトルメータ本体 ９ 検出回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室にセットされた被処理基板に所定
   のエッチング処理を施すエッチング装置において、前記
   エッチング処理により前記反応室に生成される反応生成
   物の発光強度を計測することでエッチング終点を検出す
   るエッチング終点検出装置であって、 前記被処理基板上における反応生成物の発光強度を計測
   する第１の計測手段と、 前記被処理基板から所定距離だけ離れた空間における反
   応生成物の発光強度を計測する第２の計測手段と、 前記第１の計測手段によって計測された反応生成物の発
   光強度と前記第２の計測手段によって計測された反応生
   成物の発光強度とに基づいてエッチング終点を検出する
   検出手段とを具備したことを特徴とするエッチング終点
   検出装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記第１の計測手段に
   よって計測された反応生成物の発光強度と前記第２の計
   測手段によって計測された反応生成物の発光強度との差
   に基づいてエッチング終点を検出することを特徴とする
   請求項１記載のエッチング終点検出装置。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、前記第１の計測手段に
   よって計測された反応生成物の発光強度と前記第２の計
   測手段によって計測された反応生成物の発光強度との比
   に基づいてエッチング終点を検出することを特徴とする
   請求項１記載のエッチング終点検出装置。