JP2002270574A

JP2002270574A - プラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP2002270574A
Application number: JP2001063604A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Ishimaru; 信雄石丸
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】光学系や測定計の経時変化、観測窓の汚れ等
の影響を受けずに、エッチングの終点を高精度に検出で
きるようにする。【解決手段】高周波電源３からの高周波電力を真空槽
１内の電極に加え、エッチングガスを供給してプラズマ
を発生させる。高周波電力はパルス発生器２のパルス周
波数に同期してオン／オフさせて、プラズマ発光を変化
させる。プラズマ発光の変化を光学検出器４でスペクト
ル信号として検出する。同期検波器５で、このプラズマ
発光の変化の差を計測してノイズを除去し、この差に基
づいてエッチングの終点を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマエッチン
グ装置に係り、特にエッチングの終点を検出するものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体やＬＣＤ素子等の製造工程に使用
される半導体製造装置では、半導体成膜処理の過程で処
理室内物質の検出が必要になる。例えば、プラズマエッ
チング装置では、処理室内のプラズマが出すスペクトル
発光を検出することにより、ウェハ等のエッチング終点
検出が行われている。

【０００３】図２は従来のエッチング終点検出装置を含
むプラズマエッチング装置を示す。この装置は、ウェハ
に対してプラズマエッチングを行う真空槽１と、パルス
発生器２と、真空槽１内の電極に高周波電力を印加する
高周波電源３と、プラズマが出すスペクトル発光を真空
槽１の観測窓からスペクトル信号として検出する光学検
出器４とから構成される。光学検出器４は、真空槽１内
の発光種の量的把握をするためにスペクトル強度の絶対
値を測定している。

【０００４】ここで、（スペクトル強度）＝（処理室内の発光種量）＊（プラ
ズマ強度）である。エッチング終了時にはウェハから発生する発光
種が減少し、スペクトル強度が減少する。従来の方法で
は、このスペクトル強度の減少ポイントを検出してい
る。

【０００５】しかし、スペクトルの全体強度に比べて、
エッチングに関与したウェハ上の反応物の発光強度は時
間の経緯とともに僅かに変化するだけである。これはス
ペクトル信号のうち、真空槽内のウェハからの発光種の
寄与分がごくわずかであることが原因している。このよ
うにスペクトルの全体強度に対して、エッチング終点の
信号変換はかなり微弱であり、全体強度の中に埋もれて
しまい、充分なＳ／Ｎ比が得られているとは言い難い。
このため、スペクトル強度の絶対値測定では、エッチン
グ終点が分からない。また、スペクトル強度を直接測定
しているため、温度変化等による光学系や測定系のドリ
フト、観測窓の汚れ等がそのまま発光種量の測定誤差と
なって現われる。通常、終点検出器の検出しきい値は、
観測窓が正常な状態のときに設定される。この検出しき
い値でスペクトル光の減少を検出し、エッチング終点を
判断している。観測窓が汚れてくると、検出するスペク
トル光が減少し、実際のエッチング終点にくる前に検出
しきい値を越えてしまい、ウェハ上の膜残り（削り残
し）の状態で、エッチング終了と判断してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
技術では、発光種のスペクトル信号（信号成分）に対し
てエッチング終点の信号変換はかなり微弱であり、ま
た、光学検出器のドリフトや観測窓の汚れ等が測定時の
ノイズ成分となり測定誤差の要因になる。そのため、充
分なＳ／Ｎ比が得られているとは言い難く、スペクトル
強度の絶対値を測定する方法で、的確なエッチング終点
を得ることが難しかった。

【０００７】本発明の課題は、プラズマ状態を意図的に
変化させ、そのときのプラズマ発光の相対値を検出する
ことによって、上述した従来技術の問題点を解消して、
エッチングの終点を高精度に検出することが可能なプラ
ズマエッチング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】本発明のプラズマエッチ
ング装置は、エッチングガスを供給し高周波電力を印加
して内部にプラズマを生成し、このプラズマにより内部
をエッチングする処理室と、前記高周波電力または前記
エッチングガスの流量を周期的に変化させて前記プラズ
マの発光を変化させる制御手段と、前記プラズマ発光の
変化の差を求め、この差に基づいて前記エッチングの終
点を検出する終点検出器とを備えたものである。なお、
エッチング対象はＳｉウェハやＬＣＤ用ガラス基板の他
に、広く処理室内に堆積した反応生成物も含まれる。

【０００９】エッチング中に、印加する高周波電圧を変
化させると、その変化に起因してプラズマ状態が変動
し、この変動に応じてプラズマ発光も変化する。そのプ
ラズマ発光の変化は発光種量の相違として現れる。この
プラズマ発光の変化の差を求めることによって、エッチ
ング対象のスペクトル信号成分のみを取り出すことがで
き、光学系や測定系のドリフト、観測窓の汚れなどによ
る検出信号の誤差の影響を受けずに、エッチングの終点
を高精度に検出できる。なお、高周波電圧を変化させる
代わりに、ガス流量を変化させても、処理室内の発光種
量を高精度に検出できる。

【００１０】なお、エッチングの終点を検出したとき、
前記制御手段により前記高周波電力の印加または前記エ
ッチングガスの供給を停止させ、エッチングを終了させ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。ここでは、エッチング対象は基板である。

【００１２】図１はプラズマエッチング装置の構成図で
ある。プラズマエッチング装置は、処理室としての真空
槽１、パルス発生器２、高周波電源３、光学検出器４、
同期検波器５とから主に構成される。

【００１３】真空槽１は、槽内部へＮＦ₃ガスなどのエ
ッチングガスを供給しつつ排気して、電極に高周波電力
を印加することによりプラズマを発生する。発生したプ
ラズマにより基板表面をエッチングする。

【００１４】パルス発生器２は、所定の周波数のパルス
を発生して高周波電源３をオン・オフ変調させる。ま
た、パルス発生器２から同期検波器５へ、高周波印加時
と高周波非印加時とを識別する同期信号を出力する。光
学検出器４の信号の差分を取るために、現在の信号が高
周波印加時なのか非印加時なのかを判別するためであ
る。

【００１５】高周波電源３は、パルス発振仕様のプラズ
マ用高周波電源で構成する。ＲＦ高周波電力を発生し、
パルス発生器２のパルスによりオン・オフ変調されて、
真空槽１内の電極に高周波電力を印加したり印加しなか
ったりする。

【００１６】光学検出器４は、真空槽１に設けた観測窓
に取り付けられ、真空槽１内で発生したプラズマが出す
スペクトル発光をスペクトル信号として検出する。光学
検出器には、例えば多数のセンサで一度に全ての波長の
光を測ることができるポリクロメータを用いる。

【００１７】同期検波器５は、光学検出器４からの信号
のうち、高周波電源のパルス周波数に同期した信号成分
を選択的に増幅して検出する。具体的には、高周波印加
（パルスオン）時の光学検出器４からの信号強度と、高
周波非印加（パルスオフ）時の光学検出器４からの信号
強度との差分をとることで、高周波に起因するスペクト
ル強度のみを取り出す。

【００１８】同期検波は、一般的に「ロックインアン
プ」の名称で、微弱信号を測定する方法として広く用い
られており、同期検波器５は、この方法を使用した公知
のものが使用できる。

【００１９】なお、上述したパルス発生器２は制御手段
を構成し、また光学検出器４と同期検波器５とから終点
検出器を構成する。

【００２０】次に上記したような構成により、基板表面
に形成された反応生成物をエッチング除去する場合につ
いて説明する。

【００２１】プラズマ強度を意図的に変化させるため
に、高周波電源３からの高周波電圧をパルス発生器２の
パルスによってオン／オフ変調（ａ）する。これを真空
槽１内の電極に印加する。エッチングガスを真空槽１内
に供給しつつ排気してプラズマを生成する。このプラズ
マによって基板上の反応生成物をエッチングする。エッ
チング中、プラズマのスペクトル光を光学検出器４によ
り検出する（ｂ）。同期検波器５では、この検出された
スペクトル光の信号のうち、パルス周波数と同一周波数
の信号のみを選択的に検出する。すなわち、高周波電源
３のオン期間のスペクトル光と、高周波電源３のオフ期
間のスペクトル光の差（信号強度の差分）を取る。な
お、信号強度の差分の検出は常時実行する。

【００２２】このとき、観測窓の汚れによるスペクトル
光の減衰量はオン期間のスペクトル光も、オフ期間のス
ペクトル光も同等に減衰するので、スペクトル光の差
（実際にはスペクトル光の比）は変化せず、観測窓の汚
れによるスペクトル光の信号強度の変化はない。測定系
のドリフト等に対しても同じことが言える。したがっ
て、同期検波器５からは、高周波に起因するスペクトル
強度のみが増幅してスペクトル信号として取り出される
（ｃ）。

【００２３】このように、プラズマ状態変化に伴うスペ
クトル光の変化の差を検出する（信号強度の差分を取
る）ので、高周波起因以外の信号成分（パルス周波数以
外の周波数成分）は相殺され、検出器から出力されなく
なる。したがって、光学系や測定計の経時変化、観測窓
の汚れ等の影響をなくすことができる。

【００２４】また、スペクトル光の信号のうち、プラズ
マ状態変化と同一周波数の信号のみを選択的に検出する
ため、ノイズ成分は基本的に検出されないため、従来方
式に比べて、Ｓ／Ｎ比が大幅に向上し、測定誤差の少な
い測定ができる。

【００２５】スペクトル信号は図示しない後段回路によ
って平均化される。平均化によりパルス発生器２と同一
周波数、同一位相の信号のみが直流成分として得られ
る。このようにして、信号強度の時間変化を検出し、エ
ッチング終点を高精度に検出できる。エッチング終点を
検出したとき、パルス発生器２により高周波電源３を停
止させ、エッチングを終了させる。

【００２６】プラズマ強度を意図的に変化させるため
に、例えば、８００Ｈｚ程度のパルスにて間欠発振する
パルス発生器２及び高周波電源３を使用する。８００Ｈ
ｚ程度で高周波電源３をオン／オフさせる。真空槽１内
の発光種量が８００Ｈｚで変化し、スペクトル光強度も
８００Ｈｚで変動する。真空槽１から観測されるスペク
トル光のうち、８００Ｈｚ成分のみを同期検波器５で選
択検出する。これにより、８００Ｈｚ成分以外のノイズ
成分は除去される。

【００２７】上述したように実施の形態によれば、プラ
ズマ強度を意図的に変化させ、それによるスペクトル強
度変化のみを検出することにより、発光種以外からのス
ペクトル信号を除去し、より高感度に発光種を検出する
ことが可能である。

【００２８】ところで、スペクトル光を変化させるため
に高周波電源を変調する上述した手法は、真空槽１内の
反応がプラズマパワーで律速される場合のみ有効な手段
である。これに対し、反応がエッチング用のガス流量で
律速される場合は、スペクトル光を変化させるために、
エッチングガスの流量を所定周波数で変化させ、その周
波数と同じ周波数のスペクトル光変化を取り出すように
する。ガス流量を変えることによっても、プラズマ状態
を変化させることができるからである。ガス流量を変化
させる制御手段としては、例えば、流量制御弁（ＭＦ
Ｃ）がある。

【００２９】なお、上述した実施の形態では、プラズマ
エッチングする対象を基板としたが、基板に限定されな
い。処理時に内部に堆積した真空槽の反応生成物をクリ
ーニングする場合にも本発明は適用できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ強度を意図的
に変化させ、それによるスペクトル強度変化のみを検出
するようにしたので、エッチングの終点を高精度に検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態によるプラズマエッチング装置の構
成図である。

【図２】従来のプラズマエッチング装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

３高周波電源１真空槽（処理室）２パルス発生器（制御手段）４光学検出器（終点検出器の構成要素）５同期検波器（終点検出器の構成要素）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチングガスを供給し高周波電力を印加
して内部にプラズマを生成し、このプラズマにより内部
をエッチングする処理室と、前記高周波電力または前記エッチングガスの流量を周期
的に変化させて前記プラズマの発光を変化させる制御手
段と、前記プラズマ発光を検出してその変化の差を求め、この
差に基づいて前記エッチングの終点を検出する終点検出
器とを備えたプラズマエッチング装置。