JPH07169741A

JPH07169741A - プラズマエッチング終点検出方法およびプラズマエッチング装置

Info

Publication number: JPH07169741A
Application number: JP31298293A
Authority: JP
Inventors: Arihiro Hasebe; 有弘長谷部; Akihiro Miyake; 明廣三宅
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマエッチング終点検出の高精度化。【構成】プラズマエッチング装置の処理室１内には、
一対の平行平板電極となるステージ３（半導体ウエハ２
を載置）と電極４が配設されている。ガスボンベ１６か
ら処理室１内に処理用ガス２０が供給され、真空ポンプ
１７で排気され、処理室１内は所望の圧力となる。電極
４には整合器６を介して高周波電源５が印加される。電
極４には高圧プローブ３５が接続されてプラズマインピ
ーダンスが検出される。この検出情報は終点検出器１２
で判定される。プラズマインピーダンスはエッチング途
中とエッチング終点時では異なる。そこで、この変化時
点を捕らえてエッチング終点と判定する。プラズマ光の
チラツキによってエッチング終点が左右されず、高精度
な検出が可能となる。整合器の可動時点やプラズマ光２
９の発光強度を検出（モノクロメータ２７）する手段も
有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマエッチング終点
検出方法およびプラズマエッチング装置に関し、たとえ
ば半導体装置の製造に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造における薄膜形成時、
この薄膜をパターニングする手段として、プラズマエッ
チングが多用されている。プラズマエッチングについて
は、オーム社発行「エレクトロニクス」1986年８月号、
同年８月１日発行、Ｐ73〜Ｐ78に記載されている。この
文献には、等方性エッチングとなるプラズマエッチング
装置として、板状電極を対向させた容量結合形，電極の
形状をコイル状にした誘導結合形が記載されているとと
もに、異方性エッチングとなる反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）装置について記載されている。この文献に
は、典型的なプラズマエッチング装置が開示されてい
る。このプラズマエッチング装置の構造については、
「円筒形の石英製反応容器の片側からガスを流し込み，
反対側から真空ポンプ（油回転ポンプが主）で排気す
る。ガス流量を調整して容器内の圧力を加減する。容器
の外側に電極を設け，ここに高周波電圧を加えて容器内
にプラズマを発生させる。・・・反応容器内には，穴の
多数開いたアルミ製の円筒を入れ，その内側にウエハを
置くようにしている。この円筒は二つの作用がある。ひ
とつは，ガスを分散しエッチングの均一性を向上させる
ことである。もうひとつは，ウエハが直接プラズマ中に
さらされるのを防ぎ，ウエハの温度上昇を抑えてエッチ
ングの再現性等を向上させるためである。」旨記載され
ている。また、電極に加えられる高周波（ＲＦ）電源
は、コイルや可変コンデンサによって整合をとるように
なっている。

【０００３】一方、前記文献には、前記ＲＩＥ装置につ
いて「ウエハに負電位を加え，例えばプラズマ中の反応
性Ｆイオンをウエハ表面に垂直方向に引っぱり込んで，
エッチングを行うものである。」旨記載されている。ま
た、この文献には、エッチング終点検出について、「一
方，選択性をより完全にするためには，被加工層のエッ
チングが終了した時点で，エッチングを停止すればよ
い。ドライエッチングでは，エッチングの進行状況を
“その場”で観測できることも大きな魅力である。エッ
チングの終点を検出する方法として，次のような方法が
ある。（１）試料にＨｅ−Ｎｅレーザ光等をあて，反射
光の干渉を利用して膜厚を測定する方法。（２）質量分
析器を用いて，反応容器内の分子を質量から判断し，何
がエッチングされているかを知る方法。（３）プラズマ
からの発光を分光し検出する方法。プラズマ中に存在す
る原子や分子の種類によって，色が異なる。例えばＦ原
子は，波長７０４ｎｍの光を強く出す。さまざまな色の
ネオンサインは，中のガスの種類を変えて作り出してい
る。したがって，プラズマからの発光の色を検出すれ
ば，何がエッチングされているかを知ることができ
る。」旨記載されている。

【０００４】一方、工業調査会発行「電子材料別冊号」
1991年11月15日発行、P121〜P125には、プラズマエッチ
ングにおける有磁場エッチング装置について記載されて
いる。有磁場エッチング装置としてはマグネトロン方
式，ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式，ヘリコン
波方式，高周波誘導方式がある。同文献には、マグネト
ロン方式にはバンドマグネトロン形，磁石偏心回転形，
ＲＦ位相可変結合電極間電子トラップ形，回転磁界形，
平板磁石回転形などがあり、原理的には、電界と磁界の
相互作用によりドリフトするガンマ効果による２次電子
の増殖現象を応用するものであること、ＥＣＲ方式には
ソースプラズマ形，拡散プラズマ形，ＥＣＲポイント
形，磁場勾配形，ＥＣＲ源分配形，周辺磁石ＥＣＲ形，
２磁石対向形，マイクロ波周辺高磁場導入形，平面リジ
ターノコイル磁石結合形，２マイクロ波源磁石結合形な
どがあり、原理的には、マイクロ波と磁場を相互作用さ
せ，プラズマ密度を高めるものであることが記載されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エッチング終点検出は
現在、発光強度をモニタする方法が主流である。このモ
ニタ方法では、プラズマの発光強度の変化をある特定波
長に関し、干渉フィルタ、モノクロメータを介して取り
込み、この変化をモニタし、データ処理してエッチング
終点を検出する方法である。この方法ではプラズマ光取
り込み用窓の劣化により、プラズマ光の透過性が悪化し
てしまい、終点検出に影響を及ぼしてしまう。またプラ
ズマの不安定によるプラズマ光のチラツキなども大きく
影響を及ぼしてしまう。更に、新材料のエッチングの際
には、終点検出可能な程度の変化幅のある特定波長を探
さなくてはならないという課題があった。

【０００６】本発明の目的は高精度なエッチング終点検
出が行えるプラズマエッチング装置を提供することにあ
る。本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴
は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになる
であろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明のプラズマエッチ
ング終点検出方法は、高周波を印加する電極に接続され
た高圧プローブを接続させてプラズマインピーダンスを
モニタし、終点検出器によってプラズマインピーダンス
の変化時点をエッチング終点と判定するようになってい
る。

【０００８】本発明のプラズマエッチング装置は、プラ
ズマエッチング終点検出機構を有するプラズマエッチン
グ装置であって、プラズマ発光強度のモニタによってプ
ラズマエッチングのエッチング終点を検出する等の従来
の検出手段と、プラズマインピーダンスをモニタしてプ
ラズマインピーダンスの変化時点をエッチング終点と判
定する手段と、高周波電源の整合を行う整合器の整合調
整時点をエッチング終点と判定する手段とを有し、これ
ら三手段の比較判定によってプラズマエッチングにおけ
るエッチング終点や異常を検出する構造となっている。
このプラズマエッチング装置は、プラズマインピーダン
スをモニタする手段によってプラズマインピーダンスの
変化時点を捕らえてエッチング終点と判定することがで
きる。また、高周波電源の整合を行う整合器を使用する
手段では、整合器を構成する可変コイルおよび／または
可変コンデンサの整合調整時点を捕らえてエッチング終
点と判定することができる。

【０００９】本発明の他の実施例によるプラズマエッチ
ング装置は、プラズマエッチング終点検出機構を有する
プラズマエッチング装置であって、プラズマ発光強度の
モニタによってプラズマエッチングのエッチング終点を
検出する等の従来の検出手段と、プラズマインピーダン
スをモニタしてプラズマインピーダンスの変化時点をエ
ッチング終点と判定する手段と、マイクロ波が通過する
導波管に取り付けたチューナのマイクロ波整合調整時点
をエッチング終点と判定する手段とを有し、これら三手
段の比較判定によってプラズマエッチングにおけるエッ
チング終点や異常を検出することを特徴とするプラズマ
エッチング装置。このプラズマエッチング装置は、プラ
ズマインピーダンスをモニタする手段によってプラズマ
インピーダンスの変化時点を捕らえてエッチング終点と
判定することができる。また、マイクロ波が通過する導
波管に取り付けたチューナを使用する手段では、前記チ
ューナのマイクロ波整合の調整を行うスタブの可動時点
を捕らえてエッチング終点と判定することができる。

【００１０】

【作用】本発明のプラズマエッチング終点検出方法は、
プラズマインピーダンスをモニタしてプラズマインピー
ダンスの変化時点を捕らえてエッチング終点と判定する
ことから、高精度な検出が達成できる。すなわち、プラ
ズマ光の発光強度をモニタする場合に起こるプラズマ光
取り込み用窓の劣化による発光強度の変化（経時変化）
は起きなくなる。

【００１１】本発明のプラズマエッチング装置は、プラ
ズマ発光強度のモニタによる従来のプラズマエッチング
終点検出手段以外に、プラズマインピーダンスのモニタ
によってエッチング終点を判定する手段と、高周波電源
の整合を行う整合器の整合調整時点をエッチング終点と
判定する手段とを有していることから、三手段の比較判
定によってエッチング終点を高精度に検出することがで
きる。すなわち、本発明のプラズマエッチング装置で
は、外部からのノイズなどの影響による終点誤認も起き
なくなる。また、本発明のプラズマエッチング装置で
は、前記三手段の比較判定による結果、あらかじめ設定
してある基準とモニタ値を比較することによって、前記
基準値からある範囲内から外れた場合を異常とすること
で、エッチング中にリアルタイムで異常検出ができるモ
ニタリングシステムともなっている。なお、本発明のプ
ラズマエッチング装置では、プラズマインピーダンスを
モニタする手段によってエッチング終点を判定すること
ができるとともに、高周波電源の整合を行う整合器を使
用する手段を使用してエッチング終点を検出することが
できる。

【００１２】本発明の他の実施例によるプラズマエッチ
ング装置は、プラズマ発光強度のモニタによる従来のプ
ラズマエッチング終点検出手段以外に、プラズマインピ
ーダンスのモニタによってエッチング終点を判定する手
段と、マイクロ波の整合を行うチューナを使用するエッ
チング終点検出手段とを有していることから、三手段の
比較判定によってエッチング終点を高精度に検出するこ
とができる。すなわち、本発明のプラズマエッチング装
置では、外部からのノイズなどの影響による終点誤認も
起きなくなる。また、本発明のプラズマエッチング装置
では、前記三手段の比較判定による結果、あらかじめ設
定してある基準とモニタ値を比較することによって、前
記基準値からある範囲内から外れた場合を異常とするこ
とで、エッチング中にリアルタイムで異常検出ができる
モニタリングシステムともなっている。なお、本発明の
プラズマエッチング装置では、プラズマインピーダンス
をモニタする手段によってエッチング終点を判定するこ
とができるとともに、マイクロ波の整合を行うチューナ
を使用するエッチング終点検出手段を使用してエッチン
グ終点を検出することができる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明の一実施例によるプラズマエ
ッチング装置の概要を示す模式図、図２は被処理物であ
る半導体ウエハの要部を示す一部の断面図、図３は本発
明によるプラズマエッチング装置におけるエッチング終
点検出機構での検出波形を示す波形図、図４は本発明に
よるプラズマエッチング装置における整合器を用いるエ
ッチング終点検出機構において、可変コンデンサの整合
調整時点を検出する検出機構の概要を示す模式図であ
る。

【００１４】本実施例では、平行平板電極形プラズマエ
ッチング装置に本発明を適用した例について説明する。
図１は本発明の一実施例によるプラズマエッチング装置
の模式図である。本発明のプラズマエッチング装置は、
処理室１を有する。前記処理室１内には、平行平板電極
が配設されている。下方の電極は、被処理物である半導
体ウエハ２を載置するステージ３となり、上方の電極４
は前記ステージ３に対面している。前記ステージ３と電
極４には、高周波電源５によって所望の電圧の高周波が
印加されるようになっている。高周波電源５と電極４間
において、半導体ウエハ２に加わるバイアスの整合をと
るために整合器６が設けられる。整合器６は、直列に配
線される可変コイル７と、グランド１０間に亘って設け
られる可変コンデンサ１１とからなっている。前記整合
器６の可変コイル７および可変コンデンサ１１は終点検
出器１２にケーブル１３，１４によって接続されてい
る。また、前記ステージ３はグランド１０に接地されて
いる。

【００１５】一方、前記処理室１の上部には供給系１５
が接続されている。この供給系１５の先端には、ガスボ
ンベ１６が取り付けられている。また、処理室１には真
空ポンプ１７に繋がる排気系１９が設けられている。し
たがって、前記ガスボンベ１６から一定流量のエッチン
グ処理用ガス２０を流し、真空ポンプ１７により真空排
気をして処理室１内を一定圧力に保つことができる。こ
の例では、図２に示すように、半導体ウエハ２の表面に
設けられかつホトレジスト膜８に選択的に被われたＳｉ
Ｏ₂膜９をプラズマエッチングするものとする。したが
って、前記処理用ガス２０は、四フッ化炭素（ＣＦ₄）
と水素（Ｈ₂）の混合ガスとなる。なお、前記供給系１
５および排気系１９においては弁等の部品は省略してあ
る。

【００１６】本発明のプラズマエッチング装置には、プ
ラズマエッチング終点検出方法として、三手段が配設さ
れている。第一の手段は、従来使用されている発光分光
法によるプラズマエッチング終点検出機構（従来手段）
である。すなわち、この第一の手段においては、前記処
理室１の一部に設けたプラズマ光取り込み用窓２５から
光ファイバ２６を介してモノクロメータ２７にプラズマ
光２９を取り込み、所望波長の光を検出してエッチング
終点を検出するようになっている。すなわち、この発光
分光法では、エッチングに寄与する物質から発光される
光、あるいは反応生成物から発光される光をモニタする
ものであり、その立ち上がり時点あるいは立ち下がり時
点をエッチング終点と判定するものである。この第一の
手段としては、従来公知の他の手段であってもよい。

【００１７】プラズマエッチング終点検出方法の第二の
手段は、プラズマインピーダンス検出手段であり、高周
波を印加する電極４に接続した高圧プローブ３５と、こ
の高圧プローブ３５の検出情報を管理する終点検出器１
２とで構成されている。高圧プローブ３５では、前記ス
テージ３と電極４との間に発生するプラズマ３６のイン
ピーダンス（プラズマインピーダンス）を検出する。プ
ラズマインピーダンスＺは、Ｚ＝Ｘ＋ｉＹなる式で与え
られる。ここでＸは進行波であり、ｉＹは反射波とな
る。また、プラズマインピーダンスの絶対値は（Ｘ²＋
Ｙ²）^1/2となる。このプラズマインピーダンスは、前
記終点検出器１２のオシログラフに、図３に示すような
波形となって表される。この波形図において、Ｖ_dcは前
記整合器６による初期設定値であり、プラズマエッチン
グが進行している間は一定の波形となるが、ＳｉＯ₂膜
９が選択的にエッチングされる（終点）と、前記波形が
変化し、波形のピーク電圧が変化（電圧変位ΔＶ）す
る。したがって、この変化時点、すなわちプラズマイン
ピーダンスの変化時点として捕らえ、エッチング終点と
判定するものである。なお、波形の変化によって波形の
下部ピークと上部ピークの電圧幅（Ｖ_PP）が変化するの
で、このＶ_PPの変化時点を捕らえてエッチング終点と判
定するようにしてもよい。このような第二の手段、すな
わち、プラズマインピーダンス検出手段は、前記第一の
手段、すなわち、発光分光法（発光強度検出手段）のよ
うにプラズマ光取り込み用窓２５が劣化して正確にプラ
ズマ光を検出でき難くなるようなことがなく、高精度な
プラズマエッチング終点検出が達成できることになる。
したがって、基本的には、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終点検出機構として、プラ
ズマインピーダンス検出手段のみを備えていればよい。
しかしながら、第一の手段と第二の手段を備えたプラズ
マエッチング装置では、プラズマインピーダンス変化と
発光強度変化を同時にモニタしていることから、この二
手段の併用により、プラズマ光のチラツキによる終点検
出困難が生じなくなる。

【００１８】プラズマエッチング終点検出方法の第三の
手段は、整合器６を利用したものである。整合器６は可
変コイル７と可変コンデンサ１１とによって構成されて
いるが、プラズマ３６の状態が変化すると、自動的に可
変コイル７および／または可変コンデンサ１１が可動し
て整合がとられるようになっている。そこで、整合器６
の可動時点、すなわち、可変コイル７および／または可
変コンデンサ１１の可動時点を捕らえて、この可動時点
をエッチング終点と判定する手段となっている。たとえ
ば、可変コンデンサ１１の可動時点を検出する機構とし
ては、たとえば、図４に示されるように、バリコン（バ
リアブルコンデンサ）４０においては、固定翼４１に対
して可動翼４２が回転する。この回転は、モータ４３の
回転軸４４の回転によって行われる。そこで、前記可動
翼４２の回転状態をモニタカメラ４５で直接検出する
か、あるいは前記回転軸４４に設けた検出片４６をモニ
タカメラ４５で検出する。あるいは可動翼の回転軸上に
可変抵抗器を取り付けて可動翼の動きを抵抗値の変化に
よって検出する。プラズマエッチングが安定して行われ
ている状態の可動翼４２が再び可動する時点を検出する
ことにより、プラズマエッチング終点を知ることができ
る。なお、前記バリコン４０は模式的図面であり、固定
翼４１および可動翼４２は１枚のみを記載してある。可
変コイル７においても、その可動部分を検出してプラズ
マエッチング終点を検出すればよい。整合器６において
は可変コイル７または可変コンデンサ１１のみの可動時
点を検出するようにしてもよく、あるいは可変コイル７
および可変コンデンサ１１の両者の可動状況を同時にモ
ニタするようにしてもよい。このプラズマエッチング装
置では、第三の手段のみでもプラズマエッチング終点検
出は可能である。

【００１９】本発明のプラズマエッチング装置において
は、前記処理室１内のステージ３上に半導体ウエハ２を
載置した後、供給系１５から所定の処理用ガス２０を処
理室１内に流し込み、かつ真空ポンプ１７の作動によっ
て処理室１内の圧力を所定値（１００〜５００ｍｔｏｒ
ｒ）とする。また、高周波電源５および整合器６を動作
させて、ステージ３と電極４間にプラズマ３６を発生さ
せ、半導体ウエハ２の表面の所望膜のエッチングを行
う。エッチングによってエッチング対象膜（ＳｉＯ₂膜
９）のエッチングが終わり、エッチング下地膜が現れ
る。この時がエッチング終点であるが、本発明のプラズ
マエッチング装置では、このエッチング終点検出を、モ
ノクロメータ２７を介して取り込んだプラズマ３６の発
光強度の変化時点の検出（第一の手段）、高圧プローブ
３５を介して検出したプラズマ３６のインピーダンスの
変化時点の検出（第二の手段）、整合器６の中の可変コ
イル７および／または可変コンデンサ１１の可動時点の
検出（第三の手段）によって行い、三者のデータの比較
分析によってエッチング終点を確定（判定）している。
この結果、発光強度検出手段におけるプラズマ光のチラ
ツキによる誤った終点検出とならなくなる。また、外部
からのノイズによって誤って終点を判定することもな
い。また、本発明のプラズマエッチング装置では、前記
三手段の比較判定による結果、あらかじめ設定してある
基準とモニタ値を比較することによって、前記基準値か
らある範囲内から外れた場合を異常とすることで、エッ
チング中にリアルタイムで異常検出ができる。

【００２０】

【発明の効果】（１）本発明のプラズマエッチング終点
検出方法は、高周波電圧を印加する電極に高圧プローブ
を接続させてプラズマインピーダンスを検出することか
ら、プラズマ光の変動に起因する従来の発光強度検出手
段に比較して高精度なエッチング終点の検出が達成でき
るという効果が得られる。

【００２１】（２）本発明のプラズマエッチング装置
は、高周波電圧を印加する電極に高圧プローブを接続さ
せてプラズマインピーダンスを検出する機構を有してい
ることから、プラズマ光の変動に起因する従来の発光強
度検出手段に比較して高精度なエッチング終点の検出が
達成できるという効果が得られる。

【００２２】（３）本発明のプラズマエッチング装置
は、高周波電源の整合を行う整合器における可変コイル
および／または可変コンデンサの整合調整（可動）時点
を検出してエッチング終点と判定する機構を有している
ことから、プラズマ光の変動に起因する従来の発光強度
検出手段に比較して高精度なエッチング終点の検出が達
成できるという効果が得られる。

【００２３】（４）本発明のプラズマエッチング装置
は、従来の発光強度検出手段（第一の手段）と、プラズ
マインピーダンスのモニタによってエッチング終点を判
定する手段（第二の手段）と、高周波電源の整合を行う
整合器の整合調整時点をエッチング終点と判定する手段
（第三の手段）とを有し、前記三手段の比較判定によっ
てエッチング終点を確定することから高精度なエッチン
グ終点が検出できるという効果が得られる。

【００２４】（５）本発明のプラズマエッチング装置
は、従来の発光強度検出手段（第一の手段）と、プラズ
マインピーダンスのモニタによってエッチング終点を判
定する手段（第二の手段）と、高周波電源の整合を行う
整合器の整合調整時点をエッチング終点と判定する手段
（第三の手段）とを有し、前記三手段の比較判定によっ
てエッチング状況をモニタできることから、外部ノイズ
によってエッチング終点を誤る（終点検出の誤動作防
止）ということもなくなるという効果が得られる。

【００２５】（６）本発明のプラズマエッチング装置
は、従来の発光強度検出手段（第一の手段）と、プラズ
マインピーダンスのモニタによってエッチング終点を判
定する手段（第二の手段）と、高周波電源の整合を行う
整合器の整合調整時点をエッチング終点と判定する手段
（第三の手段）とを有し、前記三手段の比較判定によっ
てエッチング状況をモニタできることから、あらかじめ
設定してある基準とモニタ値を比較することによって、
前記基準値からある範囲内から外れた場合を異常とする
ことで、エッチング中にリアルタイムで異常検出ができ
る（モニタリングシステム）という効果が得られる。

【００２６】（７）本発明のプラズマエッチング装置
は、従来の発光強度検出手段（第一の手段）と、プラズ
マインピーダンスのモニタによってエッチング終点を判
定する手段（第二の手段）と、高周波電源の整合を行う
整合器の整合調整時点をエッチング終点と判定する手段
（第三の手段）とを有し、前記三手段の比較判定によっ
てエッチング状況をモニタできることから、多様化する
エッチング対象膜への対応を図ることができるという効
果が得られる。

【００２７】（８）上記（１）〜（７）により、本発明
によれば、プラズマエッチング状況を高精度にモニタで
きかつ高精度にエッチング終点を確定（判定）できるプ
ラズマエッチング装置を提供することができるという相
乗効果が得られる。

【００２８】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、
図５および図６は本発明の他の実施例によるプラズマエ
ッチング装置を示す図であり、図５はプラズマエッチン
グ装置の概要を示す模式図、図６はプラズマエッチング
装置におけるマイクロ波の整合を行うチューナ部分の概
要を示す模式的断面図である。この実施例ではマイクロ
波を使用してプラズマを発生させるプラズマエッチング
装置に本発明を適用した例を示す。本発明のプラズマエ
ッチング装置は、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方
式となり、マグネトロン５０で発生させたマイクロ波５
１を導波管５２で導き、チャンバ５３上に導く構造とな
っている。チャンバ５３内には、半導体ウエハ２を載置
するステージ３が設けられる。また、チャンバ５３の周
囲には電磁コイル４７が配設されている。また、前記ス
テージ３には整合器６を介して高周波電源５が印加され
るようになっている。また、前記ステージ３には高圧プ
ローブ３５が接続され、プラズマインピーダンスを検出
するようになっている。高圧プローブ３５による検出情
報は終点検出器１２に送られ、この終点検出器１２によ
ってプラズマエッチング終点が検出される。この高圧プ
ローブ３５によるプラズマエッチング終点検出機構が、
プラズマエッチング終点検出機構として第二の手段とな
る。

【００２９】一方、前記導波管５２の途中には、前記マ
グネトロン５０からチャンバ５３に向かってアイソレー
タ５４，方向性結合器５５，チューナ５６が配設されて
いる。また、前記アイソレータ５４にはダミーロード５
７が取り付けられている。前記アイソレータ５４は進行
波と反射波を分離する役割を果たす。アイソレータ５４
で分離されてダミーロード５７に向かった反射波は熱に
変換されて消滅する。前記方向性結合器５５は、進行波
と反射波をそれぞれモニタする。前記チューナ５６はマ
イクロ波の整合をとる。チューナ５６は、図６に示すよ
うに導波管５２内に３本のスタブ６０を突入させてい
る。前記３本のスタブ６０は、マイクロ波５１の波長
（λ）の１／４の長さの間隔（λ／４）で配設されてい
る。前記各スタブ６０はモータ６１の回転によって前後
動する駆動軸６２によって支持されている。プラズマ密
度はチューナ５６での調整、すなわち、モータ６１によ
るスタブ６０の導波管５２内への突入長さによって整合
調整される。チューナ５６は終点検出器１２に接続され
ている。したがって、プラズマエッチング時の整合状態
が、エッチング終点時に自動的に変化する。そこで、整
合のために回転を開始するモータ６１の開始時点（可動
時点）を前記終点検出器１２でモニタすれば、プラズマ
エッチング終点の検出が可能となる。本発明のプラズマ
エッチング装置では、これがプラズマエッチング終点検
出機構の第三の手段となる。

【００３０】このようなプラズマエッチング装置は、前
記電磁コイル４７によって発生した磁場と、マイクロ波
５１とによって、前記チャンバ５３内にプラズマ３６が
発生し、半導体ウエハ２の表面の所望膜のエッチングが
行われる。本発明のプラズマエッチング装置は、プラズ
マエッチング終点検出機構として、前記実施例と同様に
発光強度検出機構（第一の手段：従来手段）を有してい
る。すなわち、前記チャンバ５３から光ファイバ２６を
介してモノクロメータ２７にプラズマ光２９を導き、モ
ノクロメータ２７の検出情報を終点検出器１２に伝える
ようになっている。これにより、プラズマ光２９を検出
することによってプラズマエッチング終点が検出でき
る。

【００３１】このようなプラズマエッチング装置は、プ
ラズマ発光強度のモニタによる従来のプラズマエッチン
グ終点検出手段以外に、プラズマインピーダンスのモニ
タによってエッチング終点を判定する手段と、マイクロ
波の整合を行うチューナを使用するエッチング終点検出
手段とを有していることから、三手段の比較判定によっ
てエッチング終点を高精度に検出することができる。す
なわち、本発明のプラズマエッチング装置では、外部か
らのノイズなどの影響による終点誤認も起きなくなる。
また、本発明のプラズマエッチング装置では、前記三手
段の比較判定による結果、あらかじめ設定してある基準
とモニタ値を比較することによって、前記基準値からあ
る範囲内から外れた場合を異常とすることで、エッチン
グ中にリアルタイムで異常検出ができるモニタリングシ
ステムともなっている。なお、この実施例のプラズマエ
ッチング装置には、プラズマエッチング終点検出機構の
第四の手段として、高周波電圧を印加する整合器６を前
記実施例と同様に使用してもよい。

【００３２】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半導体
装置の製造技術に適用した場合について説明したが、そ
れに限定されるものではない。本発明は少なくともエッ
チング終点を検出するプラズマエッチング技術には適用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるプラズマエッチング装
置の概要を示す模式図である。

【図２】本発明における被処理物である半導体ウエハの
要部を示す一部の断面図である。

【図３】本発明によるプラズマエッチング装置における
エッチング終点検出機構での検出波形を示す波形図であ
る。

【図４】本発明によるプラズマエッチング装置における
整合器を用いるエッチング終点検出機構において、可変
コンデンサの整合調整時点を検出する検出機構の概要を
示す模式図である。

【図５】本発明の他の実施例によるプラズマエッチング
装置の概要を示す模式図である。

【図６】本発明の他の実施例によるプラズマエッチング
装置におけるマイクロ波の整合を行うチューナ部分の概
要を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１…処理室、２…半導体ウエハ、３…ステージ、４…電
極、５…高周波電源、６…整合器、７…可変コイル、８
…ホトレジスト膜、９…ＳｉＯ₂膜、１０…グランド、
１１…可変コンデンサ、１２…終点検出器、１３，１４
…ケーブル、１５…供給系、１６…ガスボンベ、１７…
真空ポンプ、１９…排気系、２０…処理用ガス、２５…
プラズマ光取り込み用窓、２６…光ファイバ、２７…モ
ノクロメータ、２９…プラズマ光、３５…高圧プロー
ブ、３６…プラズマ、４０…バリコン、４１…固定翼、
４２…可動翼、４３…モータ、４４…回転軸、４５…モ
ニタカメラ、４６…検出片、４７…電磁コイル、５０…
マグネトロン、５１…マイクロ波、５２…導波管、５３
…チャンバ、５４…アイソレータ、５５…方向性結合
器、５６…チューナ、５７…ダミーロード、６０…スタ
ブ、６１…モータ、６２…駆動軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマエッチングにおけるエッチング
終点を検出する方法であって、プラズマインピーダンス
をモニタしてプラズマインピーダンスの変化時点をエッ
チング終点と判定することを特徴とするプラズマエッチ
ング終点検出方法。
【請求項２】プラズマエッチング終点検出機構を有す
るプラズマエッチング装置であって、高周波を印加する
電極に接続された高圧プローブと、前記高圧プローブに
よる検出情報によってプラズマインピーダンスの変化時
点を捕らえてエッチング終点と判定する終点検出器とを
有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項３】プラズマエッチング終点検出機構を有す
るプラズマエッチング装置であって、前記プラズマエッ
チング終点検出機構は高周波電源の整合を行う整合器に
おける可変コイルおよび／または可変コンデンサと、前
記可変コイルおよび／または可変コンデンサの整合調整
時点を検出してエッチング終点と判定する終点検出器と
からなっていることを特徴とするプラズマエッチング装
置。
【請求項４】プラズマエッチング終点検出機構を有す
るプラズマエッチング装置であって、前記プラズマエッ
チング終点検出機構はマイクロ波が通過する導波管に取
り付けたチューナと、前記チューナのマイクロ波整合調
整時点をエッチング終点と判定する終点検出器とからな
っていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項５】プラズマエッチング終点検出機構を有す
るプラズマエッチング装置であって、プラズマ発光強度
のモニタによってプラズマエッチングのエッチング終点
を検出する等の従来の検出手段と、プラズマインピーダ
ンスをモニタしてプラズマインピーダンスの変化時点を
エッチング終点と判定する手段と、高周波電源の整合を
行う整合器の整合調整時点をエッチング終点と判定する
手段とを有し、これら三手段の比較判定によってプラズ
マエッチングにおけるエッチング終点や異常を検出する
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項６】プラズマエッチング終点検出機構を有す
るプラズマエッチング装置であって、プラズマ発光強度
のモニタによってプラズマエッチングのエッチング終点
を検出する等の従来の検出手段と、プラズマインピーダ
ンスをモニタしてプラズマインピーダンスの変化時点を
エッチング終点と判定する手段と、マイクロ波が通過す
る導波管に取り付けたチューナのマイクロ波整合調整時
点をエッチング終点と判定する手段とを有し、これら三
手段の比較判定によってプラズマエッチングにおけるエ
ッチング終点や異常を検出することを特徴とするプラズ
マエッチング装置。