JP2000183041A - 処理終了検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハの処理に用いられるプラズマ装
置の反応の終点を検出するようにすること。 【解決手段】 投光部２２より光を半導体ウエハ６に照
射し、その反射光を受光部２３で受光する。受光出力を
信号処理回路２６に入力する。信号処理回路２６では入
力信号を微分する。そしてプロセス開始後に微分値の変
化幅が徐々に大きくなり、プロセスの終了後に微分値が
変化しなくなることに基づいて、半導体の表面のエッチ
ングやアッシング処理の終了を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエッチングやアッシ
ング等の半導体プロセスの薄膜の除去処理の終点を検出
するための処理終了検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空のチャンバー中に低圧の反応性ガス
や不活性ガスを導入し、直流や高周波の放電によりそれ
らのガスのプラズマを発生させ、プラズマにより容器内
に設置した基板の表面をエッチングするプラズマエッチ
ング装置は、半導体集積回路の製造工程で用いられる。
このような装置を使用する際には、加工工程を監視する
ことが重要である。従来は加工工程を監視するためにプ
ラズマ光を分光し、その波長からプラズマの状態を判別
することが行われている。

【０００３】図１８（ａ）はプラズマを用いてエッチン
グ処理を行うプラズマエッチング装置の概略図である。
本図に示すようにチャンバー１内には電極２，３が設け
られ、一方の電極２にはダクト４より反応ガスが供給さ
れる。チャンバー１の他端からはガスが吸引され、これ
らの電極間に電源５より高周波電圧を印加してプラズマ
を発生させる。電極３上には半導体ウエハ６を配置し、
プラズマによりウエハの上層部のエッチングを行う。こ
のときプラズマを発光させてエッチング処理を行うと、
ビューポート１ａ又は１ｂ越しにプラズマの基線スペク
トルが図１９（ａ）に示すように確認される。そしてエ
ッチングが終了すると、プラズマのスペクトルが図１９
（ｂ）に示すように変化する。従ってその基線となる波
長の光量変化や変化レベルの大きい波長帯域での光量の
変化に基づいて、エッチングの終了を検出するようにし
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】又図１８（ｂ）に示す
ようにチャンバー１外でのプラズマを励起してチャンバ
ー内に誘導するようにしたプラズマエッチング装置も知
られている。図１８（ｂ）においてチャンバー１の外部
に高周波電源又はマイクロ波によって励起されるプラズ
マの励起部７が設けられ、ここで発生したプラズマが輸
送管８を介してチャンバー１に導入される。この場合に
はチャンバー１内での発光量が小さく、図２０にその発
光スペクトルを示すように、プラズマの基線が確認でき
ない場合もある。

【０００５】又特定の波長のウエハ６からの反射光を受
光し、その光量の変化によるプラズマの終了を検出する
ようにしたものもある。この場合にはほぼ単一波長を利
用するから、干渉現象のため図２１に示すようにプロセ
スの開始後、プロセスの終了まで受光レベルがほぼ一定
の振幅範囲内で大きく変動し、プロセスの終了を検出す
ることが難しいという欠点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであって、チャンバー内のプラズマ発光
量が小さいプラズマ装置においても処理の終了を認識で
きるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、チャンバー内でプラズマ作用により半導体ウエハの
表面の層の除去処理をするプラズマ装置に用いられる処
理終了検出装置であって、前記チャンバー内に置かれた
半導体ウエハの表面に所定の帯域幅の波長の光を照射す
る光源手段と、前記半導体ウエハの表面に照射した光の
反射光を受光し、その受光量の大きさを表す信号を出力
する受光手段と、前記受光手段からの出力の時間的変化
に基づいて前記除去処理の終了を検出する信号処理手段
と、を具備することを特徴とするものである。

【０００８】ここで半導体ウエハの表面の所定の層の除
去処理は、プラズマが除去すべき層に衝突することによ
る物理的作用により除去する場合や、プラズマと除去す
べき層との化学反応により除去する場合とが含まれる。
この除去処理には半導体材料や金属材料からなる層を除
去するエッチング処理や、レジスト材料からなる層を除
去するアッシング処理が含まれる。又この受光手段の出
力はアナログ信号であってもよく、又デジタル信号であ
ってもよい。

【０００９】本願の請求項２の発明は、請求項１の処理
終了検出装置において、前記光源手段は、プラズマが前
記チャンバー外で励起された際に発生する光を前記半導
体ウエハの表面に照射することを特徴とするものであ
る。

【００１０】光源手段の発光源としては、発光ダイオー
ドやランプ等の発光デバイスを用いることができるほ
か、プラズマチャンバー外で励起された際に生じる光を
利用することができる。光源手段は光源からの光を半導
体ウエハの表面に直接入射し、受光手段はその正反射光
を直接受光できる位置に夫々配置することが好ましい。
光源の光がチャンバー内面やハーフミラー等で反射さ
れ、間接的に反射光を受光するようにしてもよい。

【００１１】本願の請求項３の発明は、請求項１又は２
の処理終了検出装置において、前記光源手段は、前記半
導体ウエハの近傍において生じるプラズマ発光の波長と
は異なる波長を含む所定の帯域幅の波長の光を前記半導
体ウエハに照射することを特徴とするものである。

【００１２】プラズマ発光と異なる波長とは、プラズマ
発光の基線スペクトルを除く波長又はプラズマ発光の反
射光として得られるスペクトルのプロセス除去処理に伴
う発光量変化が少ない波長領域をいう。

【００１３】本願の請求項４の発明は、請求項１の処理
終了検出装置において、前記受光手段は、前記半導体ウ
エハ近傍において生じるプラズマ発光の波長を含まない
所定の帯域幅の波長の光を受光することを特徴とするも
のである。

【００１４】ここで受光手段はプラズマ発光の波長を受
光しないようにするため、その帯域の波長を吸収又は反
射する光学フィルタを設けたり、回折格子やプリズム等
によってプラズマ発光の波長を受光しないようにしても
よい。又受光素子自体がプラズマ発光の波長について低
い感度の素子を用いるようにしてもよい。

【００１５】本願の請求項５の発明は、請求項１〜４の
いずれか１項の処理終了検出装置において、前記信号処
理手段は、前記受光手段の出力について微分演算を行う
微分算出手段を有し、前記微分算出手段の出力の変化量
に基づいて所定層の除去処理の終了を検出することを特
徴とするものである。

【００１６】本願の請求項６の発明は、請求項１〜４の
いずれか１項の処理終了検出装置において、前記信号処
理手段は、前記受光手段より得られる出力の周波数分析
処理に基づいて前記所定層の除去処理が終了したことを
判定することを特徴とするものである。

【００１７】本願の請求項７の発明は、チャンバー内で
プラズマ作用により半導体ウエハの表面の層の除去処理
をするプラズマ装置に用いられる処理終了検出装置であ
って、前記チャンバー内に置かれた半導体ウエハの表面
に所定の帯域幅の波長の光を照射する光源手段と、前記
半導体ウエハの表面の除去される層が設けられた領域に
入射した光の反射光を受光し、その受光量の大きさを表
す信号を出力する第１の受光手段と、前記半導体ウエハ
の除去される層が設けられていない領域に入射した光の
反射光を受光し、その受光量の大きさを表す信号を出力
する第２の受光手段と、前記第１及び第２の受光手段の
出力を用いて演算された演算結果の時間的変化に基づい
て前記除去処理の終了を検出する信号処理手段と、を具
備することを特徴とするものである。

【００１８】又請求項７の発明についても請求項２〜６
に示された限定要素を適用することができる。光源手段
からの光は、夫々の受光手段によって受光される半導体
ウエハ上の各反射部位を含むように一括して照射するこ
とができる。この場合は各受光手段の受光対象領域の相
違によって分離受光される。又光源手段を複数設けて前
記各反射部位に夫々別々の光源手段からの光を照射して
もよい。この場合は各受光手段の受光対象領域の相違に
よって分離受光できるほか、各光源手段からの光の波長
を互いに異ならせて波長の相違によって分離受光した
り、各光源手段を時分割点灯させて受光タイミングの相
違によって分離受光することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず本発明の処理終了検出の手法
について説明する。図１（ａ）は厚さｄの薄膜１１に入
射角θ１で光が入射したときの光の反射及び透過特性を
示している。空気層の屈折率をｎ１、薄膜１１の屈折率
をｎ２、その下層の薄膜１２の屈折率をｎ３とする。又
入射角をθ１、屈折角を夫々θ２，θ３とすると、反射
率Ｒは入射Ｉｉと反射光Ｉｒの比であり、次式で表され
る。

【数１】

【００２０】半導体の製造過程では図１（ｂ）に示すよ
うに多数の膜が積層していることが多い。例えばＡ層１
３の下方には図示のようにＢ層１４，Ｃ層１５がシリコ
ンウエハ１６上に積層しており、あるプロセスにおいて
最上部のＡ層１３をエッチング処理において除去するも
のとする。この場合プロセスの前後において反射光を受
光すると、Ｃ層１５より下層からの反射光量はほとんど
等しく、最上層のＡ層１３による干渉効果のみを考慮す
れば足りる。そしてエッチング処理でＡ層１３の膜厚を
順次減少させていくにつれて、反射光の干渉に伴って受
光量が変動するが、その変動は波長に応じて異なる。例
えば相異なった波長λ１，λ２，λ３について、Ａ層１
３の膜厚の変化に対して受光量は図２（ａ）に示すよう
に変化する。従って波長λ１〜λ３の範囲の光を同時に
受光するものとすると、これらを積分して得られる受光
レベルは、Ａ層１３の膜厚の減少に伴い図２（ｂ）に示
すものとなる。図中実線は光の波長帯域幅が広い、即ち
λ１，λ３の差が大きい場合、破線は光源の波長帯域幅
の狭い場合を示している。本発明では、シリコンウエハ
等のサブストレート上に薄膜が積層された状態で上面の
層の除去処理を行う場合に、受光レベルの変動の幅が膜
厚の減少につれて徐々に大きくなっていくことに基づい
て、エッチングやアッシングの終了を検出できるように
したものである。

【００２１】（実施の形態１）図３は本発明の実施の形
態１による処理終了検出装置の全体構成を示すブロック
図である。この実施の形態において投光回路２１は一定
の周期毎に得られる投光パルスに基づいて投光部２２の
投光素子を駆動するものである。投光回路２１，投光部
２２は光源手段を構成しており、投光部２２からの光は
半導体ウエハ６上に照射される。受光部２３はエッチン
グで所定の層を除去する際にその層からの反射光を受光
して電流信号に変換するものである。受光回路２４はこ
の信号を電圧信号に変換するものであり、受光部２３と
共に受光手段を構成している。受光回路２４の出力は増
幅回路２５を介して信号処理回路２６に与えられる。信
号処理回路２６は増幅出力に基づいて後述するようにそ
の変化量を算出する。そして算出された出力と閾値に基
づいて比較処理を行い、プロセスの終了を判別すると共
に、一定周期で投光パルスを発生させるものである。又
信号処理回路２６には出力部２７及び入力部２８が接続
される。出力部２７は信号処理回路２６で算出された受
光量の微分値を出力するものである。又入力部２８は出
力されたその微分値のレベルを判別するための閾値やタ
イミングのデータを入力するものである。

【００２２】さて信号処理回路２６は図４に示すように
一定の周期の投光パルスを発生する発振部３１を有して
いる。又増幅回路２５からの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／
Ｄ変換部３２，Ａ／Ｄ変換値を一旦保持する記憶部３３
が設けられている。Ａ／Ｄ変換部３２，記憶部３３の出
力は微分処理部３４に入力される。微分処理部３４は一
定のクロックタイミング毎にこれらの差分値を算出する
ことによって、受光信号の微分出力を得るものである。
この演算出力は閾値設定・記憶部３５，判別部３６及び
出力部２７に入力される。又プロセスの開始後からの時
間を計数すると共に一定のクロックタイミングを出力す
るタイマ３７が設けられている。閾値設定・記憶部３５
は、入力部２８から設定される閾値を保持し、又は一旦
正常にプロセスの処理が終了した段階で微分処理部３４
の出力に基づいて閾値を算出し、その閾値を保持するも
のである。

【００２３】次にこの実施の形態の光学系について更に
詳細に説明する。図５はプラズマエッチング装置のチャ
ンバーとその両側に設けられたビューポート１ａ，１ｂ
を示している。プラズマエッチング装置の全体構成につ
いては前述した従来例の図１８（ｂ）と同様であり、チ
ャンバー１内に半導体ウエハ６が配置され、プラズマ励
起部７からのプラズマが輸送管８を介してチャンバー１
に導かれる。チャンバー１の一方のビューポート１ａに
は投光部２２が取付けられる。投光部２２はレンズ４１
及び投光素子４２が配置される。この場合には投光素子
４２として発光ダイオードを用いてもよい。又投光素子
４２に加えて図６（ａ）に示すように一定の波長範囲を
透過させる光バンドパスフィルタ４３を用いて投光部２
２を構成してもよい。又図６（ｂ）に示すように、より
広い波長範囲の光を発光するハロゲンランプ４４とその
波長帯域を制限する光バンドパスフィルタ４３を設けて
投光部２２を構成することもできる。そして投光部の投
光素子４２をプラズマ光の基線スペクトルに含まれない
波長の領域、又はエッチング等のプロセスの処理の進行
によってもプラズマ発光の発光量変化が少なく、発光量
自体も小さい領域の波長とする。投光素子自体をこのよ
うな波長帯域の光を出射するものとしてもよく、又フィ
ルタ４３によってこのような波長特性となるようにして
もよい。こうして投光部２２から照射する光を、プラズ
マを用いたエッチング処理中及びエッチング処理後によ
って基線スペクトルが変化しない波長領域、例えば図７
に示すように７８０ｎｍ〜９５０ｎｍの帯域の光とす
る。

【００２４】又受光部２３は図５に示すようにビューポ
ート１ｂに取付けられる。受光部２３はフォトダイオー
ド等の受光素子４５をレンズ４６を介して配置しただけ
であってもよく、又図６（ｃ）に示すように受光素子４
５の前面に受光波長範囲を規定する光バンドパスフィル
タ４７を設けて構成してもよい。又フォトダイオードだ
けでなく他の種々の受光素子を用いることもできる。又
ここで受光素子自体をプラズマの基線スペクトルに入ら
ない領域に波長感度分布を有する素子を用いてもよい。
又回折格子やプリズム等を用いて受光すべき波長の光を
受光素子に、受光すべきでない波長の光を受光素子以外
に導くようにしてもよい。

【００２５】次にこの実施の形態による検出装置の動作
についてタイムチャートを参照しつつ説明する。チャン
バー１内で所定の層のエッチング処理のプロセスが開始
されると、開始時点が入力部２８より検出装置に入力さ
れる。この後発振部３１より連続的に投光パルスが投光
回路２１に出力され、投光部２２の投光素子が駆動され
る。従って投光素子からの光は図５の半導体ウエハ６に
直接照射され、受光部２３にその反射光が得られる。受
光部２３に得られる受光量の変化及びその微分値の変化
を図８（ａ），（ｂ）に示す。図８（ａ）に示されるよ
うにプロセスの開始後、しばらくして受光量はわずかづ
つ低下し、一定の時間を経過すると前述した光の干渉に
より受光量が変動し、その変動幅が徐々に増大する。そ
して変動幅が最大値に達した後、受光量は一定となって
エッチングのプロセスが終了する。従ってその微分値に
ついても図８（ｂ）に示すように、プロセス開始後一定
時間経過後に変動幅が徐々に上昇し、プロセスの終了に
よって０となる。

【００２６】ここで微分値の０の上下に一定の閾値Ｔｈ
１，Ｔｈ２をあらかじめ設定しておく。又プロセスの開
始から終了までの時間は、エッチングされる層の膜厚や
プロセス温度等で決まるエッチング速度により予想する
ことができる。従って入力部２８よりあらかじめプロセ
スの終了より十分長い時間を終了検出時間Ｔ１として設
定しておく。又プロセスの進行に伴い干渉が検出される
と思われる時間を干渉検出時間Ｔｓとして設定してお
く。この干渉検出時間Ｔｓは半導体ウエハに入射される
光源の波長の帯域幅，エッチングされる層の膜厚、及び
エッチング速度によりあらかじめ定められた時間であ
り、受光する光の波長帯域幅が広いほど長く、帯域幅が
短ければ短くなる。又エッチングされる膜厚が厚ければ
長くなり、エッチング速度が遅い場合には長くなる。更
にプロセス条件をばらつきを考慮して、確実にエッチン
グが終了するように定められた必要最小限の超過エッチ
ング時間をオーバーエッチング時間Ｔｅとして設定す
る。このオーバーエッチング時間Ｔｅは次式を満たすも
のとする。 （受光する波長帯域幅の中心波長×１／４）／（エッチ
ング速度）

【００２７】プロセスを開始すると受光部２３で反射光
を受光し、受光回路２４，増幅回路２５を介して受光信
号を信号処理回路２６に入力する。信号処理回路２６内
の微分処理部３４はその微分値を算出する。そして図８
（ｂ）に示すように判別部３６はプロセスを開始して干
渉検出時間Ｔｓの経過後、終了検出時間Ｔ１の前に、微
分値が閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２の範囲外にあった時間が存在
し、且つ微分値が時間Ｔｅ以上閾値の範囲内にある場合
に、エッチングの終了を検出する。図８（ｂ）の場合に
は時刻ｔ₁ でエッチング終了が検出される。こうすれば
微分値の振幅の変動に基づいてエッチングの終了を確認
することができる。又微分した信号は出力部２７より出
力される。この実施の形態では図７に示すように、比較
的広い波長帯域を受光するようにしているため、高価格
の高感度受光素子を用いる必要がなく、エッチングの終
了を検出することができる。又エッチング面積が狭い低
開口率のエッチングプロセスについても、終了を検出す
ることができるという効果が得られる。

【００２８】尚前述した実施の形態においては光を投光
する投光領域を限定していないが、図９にハッチングで
示すように半導体ウエハ６の端部のエッチングされる膜
の狭い領域に光を照射し、その反射光に基づいてエッチ
ングを終了するようにすればその領域についてのエッチ
ングの終了を検出することができる。

【００２９】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２について説明する。この実施の形態は第１，第２の投
光部に夫々投光素子を設け、図１０にその投光スポット
を示すように、エッチングされる領域ｓ１とエッチング
されない領域ｓ２とに光を照射する。そして夫々の領域
からの反射光を第１，第２の受光部で受光する。これら
の受光信号のレベルを夫々Ａ，Ｂとすると、その比Ａ／
Ｂ若しくは（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）又はその差Ａ−Ｂを
算出し、その微分値によって前述した実施の形態１と同
様の終了検出処理を行う。こうすることにより、投光量
の変動や劣化，周囲環境の変化等による受光量の変動に
対して、あまり影響を受けることなく安定して終点の検
出が可能となる。図１０に示す領域Ｓ１，Ｓ２を含む広
い領域に投光部より光を照射し、領域Ｓ１，Ｓ２の夫々
からのみの反射光を第１，第２の受光部で受光できるよ
うに構成してもよい。

【００３０】（実施の形態３）次に本発明の実施の形態
３について説明する。図１１はこの実施の形態の全体構
成を示すブロック図であり、前述した実施の形態と同一
部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実
施の形態においては発光ダイオード，ランプ等の発光デ
バイスを用いず、プラズマがチャンバー外で励起された
際に発生し輸送管８の内面で反射してチャンバー内に導
かれた光を利用する。この実施の形態においては、プラ
ズマの励起部７及びこれを駆動する電気回路が光源信号
を兼ねる。チャンバー内に導かれた光の半導体ウエハ表
面での反射光を受光部２３によって受光して電流信号に
変換し、受光回路２４で電圧信号に変換して増幅回路２
５に与える。増幅回路２５により受光信号を増幅して信
号処理回路２６Ａに出力する。信号処理回路２６Ａは周
期的な投光パルスを発生する発振部３１を持たない点を
除いて実施の形態１の信号処理回路２６と同様であり、
微分信号が出力部２７に与えられる。この場合にも実施
の形態１と同様の信号処理によってプロセスの終了を検
出する。この場合には投光回路や投光部，発振部を有し
ないため構成を簡略化することができる。

【００３１】（実施の形態４）次に信号処理回路内の演
算処理の変形例について説明する。その他の光学系部分
については実施の形態１と同様であるので、詳細な説明
を省略する。図１２は実施の形態４による信号処理回路
２６Ｂの構成を示すブロック図であり、演算処理を周波
数変化に基づいた終点判別処理とするようにしている。
即ち、受光手段からの出力の時間的変化の特徴を抽出す
るために周波数分析の手法を利用している。この実施の
形態では実施の形態１の微分処理部３４の出力側にフー
リエ逆変換部５１を設ける。フーリエ逆変換部５１はプ
ロセスの開始から測定時点までの微分値の出力をフーリ
エ逆変換して周波数領域に変換するものである。判別部
５３は図１３に示すようにフーリエ逆変換した周波数帯
域幅が所定の帯域幅Ｗを越えており、且つそのレベルが
閾値Ｔｈ３を越えている場合にエッチング処理の終了を
判別する。閾値設定・記憶部５２はこれらの閾値Ｔｈ３
及び帯域幅Ｗを閾値として設定・記憶するものである。

【００３２】図１３（ａ）は微分処理部３４より得られ
るプロセス開始後の微分値の変化を示すグラフ、（ｂ）
はその周波数軸上でのグラフである。例えば時刻ｔ₂ で
は範囲１についてフーリエ逆変換しても所定の帯域幅Ｗ
より狭く、又そのピーク値も閾値Ｔｈ３以下であるた
め、エッチングは終了していないと判断する。そして図
１３（ａ）に示す時刻ｔ₃ の時点までの範囲２について
フーリエ逆変換したときには、帯域幅が所定帯域幅Ｗを
越え、且つピーク値も閾値Ｔｈ３を越える場合に、プロ
セスの終了を検出する。このような信号処理を用いれば
プラズマの不規則な揺らぎやノイズ成分を除去できるた
め、より微小な変化を検出することができる。又エッチ
ングの終了をより正確に判別することが可能となる。又
受光出力をそのまま周波数変換して判別処理をするよう
にしてもよい。

【００３３】（変形例）次に信号処理回路の他の変形例
について説明する。前述した実施の形態１では受光出力
を微分してその値に基づいてエッチング終了を検出する
ようにしているが、図１４（ａ）に示す微分値を更に図
１４（ｂ）に示すように微分し、２次微分値を判定の対
象として実施の形態１と同様にして処理の終了を検出す
ることもできる。この場合には終点付近での変化が強調
されるので、より高感度に検出することができるという
効果が得られる。

【００３４】又前述した実施の形態１では微分値のみを
判別しているが、図８（ａ）に示す受光量のプロセス開
始時からのレベル変化が所定の閾値Ｔｈ４を越えたかど
うかを判別し、図８（ｂ）に示す微分値による判別結果
との論理積に基づいてエッチングの終了を検出するよう
にしてもよい。この場合には光源の投光量が変動しても
安定して検出することができる。

【００３５】又実施の形態１のように干渉検出時間Ｔ
ｓ，終了検出時間Ｔ１を用いることなく、図１５に示す
ように微分値が所定の閾値Ｔｈ５，Ｔｈ６の範囲を越え
た後、この閾値の範囲内に復帰している時間が連続して
Ｔｅ１を越えて連続している場合に、プロセスの終了を
検出することもできる。

【００３６】更に図１６に示すように、微分値が所定の
閾値Ｔｈ５，Ｔｈ６の範囲を越えた後、微分値の符号が
反転した時点から閾値内に復帰して連続して閾値内にあ
る時間が所定時間Ｔｅ２を越えたときに、エッチングの
終了を検出するようにしてもよい。

【００３７】次に前述した各実施の形態に適用される光
学系の変形例について説明する。投光部２２と受光部２
３とは図１７（ａ）に示すように、ハーフミラー６１と
バンドパスフィルタ６２を用いて同軸の投受光部として
構成し、この投受光部をビューポイントから半導体ウエ
ハ６に向けて配置するようにしてもよい。この場合には
投光素子４２からの光をハーフミラー６１に入射し、そ
の反射光を半導体ウエハ６に投光する。そしてその正反
射光を同軸で受光し、ハーフミラー６１を透過した光を
バンドパスフィルタ６２を介して受光素子４５で受光す
る。この場合には図１７（ｂ）に示すようにビューポー
ト１ｂより同軸光学系を用いて光を半導体ウエハ６上に
照射する。又図１７（ｃ）に示すようにチャンバー１の
上部に開口を設け、半導体ウエハ６にほぼ垂直に光を照
射しその反射光を受光してもよい。このように構成した
同軸の投受光器を用いた場合においても、半導体の表面
のパターンの形による散乱反射光や回折反射光が変化
し、非同軸の投受光器を用いた場合と同一の現象で受光
レベルがエッチング中の膜厚変化によって変動する。従
って前述した実施の形態と同様の信号処理によってエッ
チングの終了を検出することができる。

【００３８】又前述した各実施の形態の終了検出装置は
エッチングの終了検出について説明しているが、本発明
の処理終了検出装置はレジスト膜の除去が完全に行われ
たどうかを検出するアッシングの終了検出にも適用する
ことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、チャンバー内でのプラズマの発光量が小さく、プラ
ズマ発光の基線が確認できない装置の場合にも検出すべ
き層の除去処理の終了を検出することができる。又受光
素子についても比較的安価な素子を用いて構成すること
が可能になるという効果が得られる。又請求項２の発明
によれば、プラズマがチャンバー外で励起された際に発
生する光を利用するので、これとは別の光源手段を設け
ることなく反応の終点を検出することができるため、構
成をより簡略化することができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウエハへの光の入射とその反射光を示す
図である。

【図２】反射光の受光量とその表面の層の除去処理によ
る膜厚変化との関係を示すグラフである。

【図３】本発明の実施の形態１による処理終了検出装置
の構成を示すブロック図である。

【図４】本実施の形態による信号処理回路の構成を示す
ブロック図である。

【図５】本実施の形態による処理終了検出装置の光学系
を示す概略図である。

【図６】本実施の形態による投光部及び受光部の他の例
を示す概略図である。

【図７】本実施の形態による投光素子の波長と相対発光
量を示すグラフである。

【図８】（ａ）は本実施の形態におけるプロセスの経過
時間に対する受光量の変化、（ｂ）はその微分値を示す
グラフである。

【図９】本実施の形態による光の入射方向を示す図であ
る。

【図１０】本発明の実施の形態２による処理終了検出装
置の受光スポットを示す図である。

【図１１】本発明の実施の形態３による処理終了検出装
置の構成を示すブロック図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態による信号処理回
路の構成を示すブロック図である。

【図１３】本実施の形態による受光量の微分値の変化と
フーリエ逆変換後の周波数特性を示すグラフである。

【図１４】本発明の信号処理回路の変形例による微分値
と２次微分値を示すグラフである。

【図１５】本発明の信号処理回路の他の変形例によるプ
ロセス経過時間に対する微分値の変化を示すグラフであ
る。

【図１６】本発明の信号処理回路の他の変形例によるプ
ロセス経過時間に対する微分値の変化を示すグラフであ
る。

【図１７】本発明の光学系の変形例を示す概略図であ
る。

【図１８】従来のプラズマエッチング装置を示す概略図
である。

【図１９】プラズマエッチング装置のプラズマ発光によ
る基線スペクトルの変化を示すグラフである。

【図２０】チャンバー外でプラズマを励起する場合のプ
ロセス中及びプロセス後のプラズマスペクトルの変化を
示すグラフである。

【図２１】チャンバー外でプラズマを励起する場合の単
一波長の受光量変化を示すグラフである。

【符号の説明】

２１ 投光回路 ２２ 投光部 ２３ 受光部 ２４ 受光回路 ２６，２６Ａ，２６Ｂ 信号処理回路 ２７ 出力部 ２８ 入力部 ３１ 発振部 ３２ Ａ／Ｄ変換部 ３３ 記憶部 ３４ 微分処理部 ３５，５２ 閾値設定・記憶部 ３６，５３ 判別部 ４１，４６ レンズ ４２ 投光素子 ４３，４７，６２ 光バンドパスフィルタ ４５ 受光素子 ５１ フーリエ逆変換部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバー内でプラズマ作用により半導
   体ウエハの表面の層の除去処理をするプラズマ装置に用
   いられる処理終了検出装置であって、 前記チャンバー内に置かれた半導体ウエハの表面に所定
   の帯域幅の波長の光を照射する光源手段と、 前記半導体ウエハの表面に照射した光の反射光を受光
   し、その受光量の大きさを表す信号を出力する受光手段
   と、 前記受光手段からの出力の時間的変化に基づいて前記除
   去処理の終了を検出する信号処理手段と、を具備するこ
   とを特徴とする処理終了検出装置。
2. 【請求項２】 前記光源手段は、プラズマが前記チャン
   バー外で励起された際に発生する光を前記半導体ウエハ
   の表面に照射することを特徴とする請求項１記載の処理
   終了検出装置。
3. 【請求項３】 前記光源手段は、前記半導体ウエハの近
   傍において生じるプラズマ発光の波長とは異なる波長を
   含む所定の帯域幅の波長の光を前記半導体ウエハに照射
   することを特徴とする請求項１又は２記載の処理終了検
   出装置。
4. 【請求項４】 前記受光手段は、前記半導体ウエハ近傍
   において生じるプラズマ発光の波長を含まない所定の帯
   域幅の波長の光を受光することを特徴とする請求項１記
   載の処理終了検出装置。
5. 【請求項５】 前記信号処理手段は、前記受光手段の出
   力について微分演算を行う微分算出手段を有し、前記微
   分算出手段の出力の変化量に基づいて所定層の除去処理
   の終了を検出することを特徴とする請求項１〜４のいず
   れか１項記載の処理終了検出装置。
6. 【請求項６】 前記信号処理手段は、前記受光手段より
   得られる出力の周波数分析処理に基づいて前記所定層の
   除去処理が終了したことを判定することを特徴とする請
   求項１〜４のいずれか１項記載の処理終了検出装置。
7. 【請求項７】 チャンバー内でプラズマ作用により半導
   体ウエハの表面の層の除去処理をするプラズマ装置に用
   いられる処理終了検出装置であって、 前記チャンバー内に置かれた半導体ウエハの表面に所定
   の帯域幅の波長の光を照射する光源手段と、 前記半導体ウエハの表面の除去される層が設けられた領
   域に入射した光の反射光を受光し、その受光量の大きさ
   を表す信号を出力する第１の受光手段と、 前記半導体ウエハの除去される層が設けられていない領
   域に入射した光の反射光を受光し、その受光量の大きさ
   を表す信号を出力する第２の受光手段と、 前記第１及び第２の受光手段の出力を用いて演算された
   演算結果の時間的変化に基づいて前記除去処理の終了を
   検出する信号処理手段と、を具備することを特徴とする
   処理終了検出装置。