JP2004079727A - エッチング終点検出方法、エッチング終点検出システム、エッチング装置、およびエッチング終点検出プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチング時に発生する信号の変化量が小さい場合にも高い精度でエッチングの終点を検出する。
【課題を解決するための手段】
まず、被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号が取得される。次に、取得した第１信号に対して多項式による線形モデルまたは非線形モデルが求められる。この後、第１信号と求めたモデルの計算値との誤差が求められる。そして、誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えるときにエッチングの終点が検出される。終点の検出はエッチング装置の制御部に伝えられ、エッチングが停止される。実測値とモデルとのずれは、エッチングの終点付近でのみ大きくなる。このため、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にも高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。
【解決手段】
【選択図】 図１
【課題を解決するための手段】
まず、被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号が取得される。次に、取得した第１信号に対して多項式による線形モデルまたは非線形モデルが求められる。この後、第１信号と求めたモデルの計算値との誤差が求められる。そして、誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えるときにエッチングの終点が検出される。終点の検出はエッチング装置の制御部に伝えられ、エッチングが停止される。実測値とモデルとのずれは、エッチングの終点付近でのみ大きくなる。このため、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にも高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。
【解決手段】
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の製造工程で使用されるドライエッチング装置に関する。特に、本発明は、エッチング処理の終了時期を高い精度で検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライエッチングは、ガスプラズマ中のイオンと反応成分（ラジカル）とを利用して、ウエハ状態の半導体集積回路上の被エッチング材料をエッチングする技術である。半導体集積回路上の薄膜をホトレジストパターンをマスクとして選択的にエッチングすることにより、トランジスタのゲート、配線等の回路パターンおよびコンタクトホールが形成される。
ドライエッチングにおいては、被エッチング材料（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリシリコン、金属など）のエッチングの終了時期を正確に検出することが重要である。一般に、エッチングの終了時期は、被エッチング材料の下地が露出したことを光学的または電気的に検出することで判定される。
【０００３】
光学的な検出手法の一つである発光分光法は、ドライエッチング時の反応ガスプラズマの発光を利用し、エッチングガス中に放出される特定波長の時間に対する発光強度の変化の度合いからエッチングの終点を検出する。
電気的な検出手法では、ドライエッチング装置の高周波電力の供給線における高周波信号の変化（例えば、電圧、インピーダンス等）を計測して、その度合いの変化からエッチングの終点を検出する。具体的には、発光強度または電気信号の一次微分値や二次微分値を求め、求めた値に基づいて終点が判定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体装置上に形成されるパターンの微細化に伴い、被エッチング面積が小さくなってきている。このため、ホトレジストの開口率は、減少する傾向にある。特に、コンタクトホールの形成工程は、他の工程に比べ、ホトレジストの開口率は小さい。ホトレジストの開口率が減少すると、被エッチング材料のエッチング量が減る。このため、終点での信号の変化量は小さくなり、変化も緩やかになる。上述したような発光強度または高周波信号の一次微分値や二次微分値に基づいて終点を検出する手法では、Ｓ／Ｎ比が小さくなる。したがって、エッチングの終点を検出することが困難になってきている。
【０００５】
本発明の目的は、被エッチング材料のドライエッチングに伴って変化する信号の変化量が小さい場合にも高い精度でエッチングの終点を検出することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のエッチング終点検出方法、請求項５のエッチング終点検出システム、請求項７のエッチング装置および請求項９のエッチング終点検出プログラムでは、まず、被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号が取得される。次に、取得した第１信号に対して多項式による線形モデルまたは非線形モデルが求められる。この後、第１信号と求めたモデルの計算値との誤差が求められる。そして、誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点が検出される。終点の検出はエッチング装置の制御部に伝えられ、エッチングが停止される。
【０００７】
エッチングを行うエッチング終点検出システムおよびエッチング装置において、例えば、第１信号は計測部で取得され、線形モデルまたは非線形モデルは第１演算部で求められ、誤差は第２演算部求められ、エッチングの終点の検出および制御部への終点の伝達は検出部で行われる。また、エッチングを行うエッチング装置は、被エッチング材が載置される第１電極と、第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路とを有している。
【０００８】
上記エッチングの終点検出の手順は、エッチング終点検出システムが実行し、またはエッチング装置が実行するエッチング終点検出プログラムに含まれている。例えば、第１信号は計測プログラムの実行によって取得され、線形モデルまたは非線形モデルは第１演算プログラムの実行によって求められ、誤差は第２演算プログラムによって求められ、エッチングの終点の検出および制御部への終点の伝達は検出プログラムによって実行される。
【０００９】
実測された第１信号値と線形モデルまたは非線形モデルの計算値との誤差を用いると、実測値とモデルとのずれ（＝誤差）は、エッチングの終点付近でのみ大きくなる。このため、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にも高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。特に、ホトレジストの開口率が小さい場合に有効である。また、誤差を求めることで第１信号の変化率が平均化されるため、第１信号に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
【００１０】
請求項２のエッチング終点検出方法、請求項６のエッチング終点検出システム、請求項８のエッチング装置および請求項１０のエッチング終点検出プログラムでは、まず、被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号が取得される。次に、取得した第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数が求められる。この後、第１信号と求めたモデルの計算値との誤差がそれぞれ求められる。次に、誤差の積が求められる。そして、積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点が検出される。終点の検出はエッチング装置の制御部に伝えられ、エッチングが停止される。
【００１１】
エッチングを行うエッチング終点検出システムおよびエッチング装置において、例えば、第１信号は計測部で取得され、線形モデルおよび非線形モデルの少なくともいずれかは第１演算部で求められ、誤差は第２演算部で求められ、誤差の積は第３演算部で求められ、エッチングの終点の検出および制御部への終点の伝達は検出部で行われる。また、エッチングを行うエッチング装置は、被エッチング材が載置される第１電極と、第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路とを有している。
【００１２】
上記エッチングの終点検出の手順は、エッチング終点検出システムで実行され、またはエッチング装置が実行するエッチング終点検出プログラムに含まれている。例えば、第１信号は計測プログラムの実行によって取得され、線形モデルおよび非線形モデルの少なくともいずれかは第１演算プログラムの実行によって求められ、誤差は第２演算プログラムによって求められ、誤差の積は演算プログラムによって求められ、第３エッチングの終点の検出および制御部への終点の伝達は検出プログラムによって実行される。
【００１３】
誤差の積は、エッチングの終点付近でのみ大きくなり、終点以外では小さくなる。このため、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にもさらに高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。特に、ホトレジストの開口率が小さい場合に有効である。また、誤差を求めることで第１信号の変化率が平均化されるため、第１信号に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
【００１４】
請求項３のエッチング終点検出方法では、第１信号は、エッチング装置における高周波電力の供給線路で計測される（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち、少なくとも１つ以上の信号である。電気的信号は、従来より一般に使用されているセンサおよび計測装置により検出および計測できる。このため、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、センサおよび計測装置を、既にあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【００１５】
請求項４のエッチング終点検出方法では、第１信号は、エッチング処理中に発生する光の発光強度信号である。発生する光は、例えば、従来より一般に使用されている分光器によって検出でき、検出した光を発光強度信号に変換できる。このため、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、分光器等を、既にあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７および請求項９に対応している。
ドライエッチング装置は、真空チャンバ１０、整合器１２、プラズマを発生させるための高周波電源１４、流量制御器１６、１８、ガス圧力制御器２０、整合器２２、半導体ウエハ等の被エッチング材１０ａへのイオンの入射エネルギーを制御する高周波電源２４、ＶＩセンサ２６、計測部２８、終点検出部３０および制御部３２を有している。ＶＩセンサ２６、計測部２８および終点検出部３０により、終点検出システムＳＹＳが構成されている。本発明のドライエッチング装置は、既存のドライエッチング装置に終点検出システムＳＹＳを付加することで構成される。
【００１７】
真空チャンバ１０は、半導体ウエハ等の被エッチング材１０ａが載置される下部電極（第１電極）１０ｂと、下部電極１０ｂに対向して配置される上部電極（第２電極）１０ｃとを有している。整合器１２は、上部電極１０ｃと高周波電源１４とを接続する高周波電力の供給線路ＳＬ１のインピーダンスを合わせる。高周波電源１４は、所定の周波数の高周波電圧を供給線路ＳＬ１に出力する。
【００１８】
流量制御器１６、１８は、制御部３２からの制御信号に応じて、真空チャンバ１０にそれぞれ導入されるエッチング用の反応ガスの流量を調整する。流量制御器１６、１８は、ガスボンベなどの反応ガスの供給源にそれぞれ接続されている。エッチング時に制御部３２により流量制御器１６、１８の弁が調整されることで、所定の混合比の反応ガスが真空チャンバ１０に導入される。
【００１９】
制御ガス圧力制御器２０は、制御部３２からの制御信号に応じて、真空チャンバ１０内を所定の圧力に保持する。ガス圧力制御器２０は、真空ポンプに接続されている。
整合器２２は、下部電極１０ｂと高周波電源２４とを接続する高周波電力の供給線路ＳＬ２のインピーダンスを合わせる。高周波電源２４は、制御部３２からの制御信号に応じて、所定の周波数の高周波電圧を供給線路ＳＬ２に出力する。
【００２０】
ＶＩセンサ２６は、供給線路ＳＬ２の電圧および電流を電気信号として計測部２８に出力する。計測部２８は、ＶＩセンサ２６から伝えられる電気信号に基づいて供給線路ＳＬ２の電圧値、電流値、および電圧と電流の位相を計測し、計測した値を終点検出部３０に出力する。
終点検出部３０は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されている。換言すれば、パーソナルコンピュータは、終点検出用プログラムを実行することで終点検出部３０として機能する。終点検出用プログラムは、ＣＤＲＯＭあるいはフロッピーディスク等の記録媒体に格納されている。パーソナルコンピュータは、操作者の指示に応じて、終点検出用プログラムを自身のメモリにロードする。メモリ内の終点検出プログラムが実行されると、終点検出部３０（パーソナルコンピュータ）は、計測部２８から伝えられる電圧、電流、あるいは位相からなる電気的信号値を用いて演算し、ドライエッチングの終点を検出する。エッチングの終点の検出方法については後述する。終点検出部３０は、終点を検出したときに、制御部３２に検出信号ＤＥＴを出力する。
【００２１】
制御部３２は、ドライエッチング装置全体を制御する中枢部である。制御部３２は、検出信号ＤＥＴを受信したとき、高周波電源１４、２４をオフし、エッチングを停止する。
図２は、図１に示した終点検出部３０の動作を示している。図２のフローは、終点検出プログラムにより実行される。すなわち、このフローは、終点検出プログラムを示している。
【００２２】
まず、終点検出部３０は、計測部２８から転送される高周波信号（この実施形態では高周波電圧）を所定の間隔でサンプリングする（処理（ａ））。サンプリング間隔は、ドライエッチング装置の操作者により設定可能な可変パラメータである。なお、終点検出部３０がサンプリングする高周波信号は、高周波電圧に限らず、供給線路ＳＬ２の（電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のいずれかでもよい。
【００２３】
次に、終点検出部３０は、サンプリングした信号のうち、予め設定されているモデル化区間長に含まれる信号を使用して、線形モデルまたは非線形モデルを計算する（処理（ｂ））。ここで、モデル化区間長は、最新にサンプリングされた信号から過去のある時点にサンプリングされた所定数の信号を含む区間である。線形または非線形モデルは、モデル化区間長の他、必要に応じて、サンプリングされた高周波信号を平均化処理したデータを使用して求められる。ただし、データ点数（信号平均化データ点数）がパラメータとなる。
【００２４】
式（１）は、モデルを求めるための多項式を示している。ここで、ｎはデータ点数、ｔは時間、ａｉは係数である。
【数１】
モデル化区間長およびデータ点数は、ドライエッチング装置の操作者により設定可能な可変パラメータである。モデルを計算する処理（ｂ）は、第１演算部および第１演算プログラムに対応している。
【００２５】
次に、終点検出部３０は、サンプリングされた実測信号値と処理（ｂ）で求めたモデルの計算値との誤差を計算する（処理（ｃ））。誤差として、例えば、式（２）に示す平均２乗誤差が使用される。ここで、ｎはデータ点数（モデル化区間長）、ｙｉは、モデル化区間のｉ番目の測定値、ｙｉｍｏｄｅｌは、モデル化区間のｉ番目のモデルの計算値である。
【００２６】
【数２】
誤差を計算する処理（ｃ）は、第２演算部および第２演算プログラムに対応している。
次に、終点検出部３０は、終点検出遅延時間および終点判定しきい値を使用して、誤差の時間変化率からエッチングの終点を検出する（処理（ｄ））。終点検出遅延時間は、プラズマ放電の開始から予め設定した時間を示している。この時間には、終点は判定されない。そして、終点検出遅延時間後に誤差の時間変化率がしきい値を超えたときに、エッチングが終点に達したと判定される。誤差の時間変化率がしきい値を超えない場合、終点検出部３０は、誤差がしきい値を超えるまで、処理（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を繰り返し実行する。終点検出遅延時間および終点判定しきい値は、ドライエッチング装置の操作者により設定可能な可変パラメータである。終点を判定する処理（ｄ）は、検出部および検出プログラムに対応している。
【００２７】
終点が検出された場合、終点検出部３０は、検出信号ＤＥＴを出力する（処理（ｅ））。図１に示した制御部３２は、検出信号ＤＥＴを受信したとき、エッチングを停止し、あるいはオーバエッチングの処理を実行する。
図３は、線形モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示している。
この例では、ドライエッチング装置の真空チャンバ１０には、反応ガスとしてＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２（＝１８／４２０／１１ｓｃｃｍ）が導入され、ガス圧は、３５ｍＴｏｒｒに設定される。上部電極１０ｃおよび下部電極１０ｂの印加電力は、１２５０Ｗおよび８５０Ｗにそれぞれ設定されている。真空チャンバ１０には、ホトレジストの開口率が１％の酸化膜付きシリコンウエハが収納される。そして、ホトレジストの開口部の酸化膜がエッチングされ、下地のシリコンが露出したときにエッチングの終点が検出される。
【００２８】
図１に示した終点検出部３０は、２００ｍｓのサンプリング間隔で高周波信号の電圧をサンプリングする。モデル化区間長は３０データ点数（＝６秒）に設定されている。終点検出遅延時間は、２８秒に設定されている。すなわち、ドライエッチングの開始から２８秒が経過するまでは終点検出は行われない。終点判定しきい値は、例えば、４０×１０４（平均２乗誤差×係数）に設定されている。また、計測部２８で計測した電圧値のノイズを除去するため、例えば、１０点の移動平均による平均化処理が行われる。なお、ノイズの除去処理は、生信号波形に含まれるノイズの大きさに応じて行えばよい。
【００２９】
図３に示すように、エッチングの終点に対応する６７秒付近において、平均２乗誤差は大きく変化し、それ以外の時間では変化は小さい。このため、大きなＳＮ比で終点を検出できる。したがって、ドライエッチングの終点を確実かつ正確に検出できる。終点は、平均２乗誤差×係数が、しきい値を超えたとき、または一度しきい値を超えてから再びしきい値以下になったときに検出される。すなわち、終点は、誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答して検出される。
【００３０】
図４は、２次式モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示している。
サンプリング間隔は、２００ｍｓに設定されている。モデル化区間長は４０データ点数（＝８秒）に設定されている。終点判定しきい値は、２０×１０４（平均２乗誤差×係数）に設定されている。また、計測部２８で計測した電圧値のノイズを除去するため、例えば、１５点の移動平均による平均化処理が行われる。その他の条件は図３と同じである。
【００３１】
この例では、平均２乗誤差は６５秒付近および６７秒付近でピークが高くなっている。６７秒のピークの方が、６５秒のピークより大きいため、６７秒付近で終点が検出される。なお、本実施形態のように終点付近に２つのピークができる場合には、しきい値を１５×１０４に設定し、平均２乗誤差がしきい値を２回超えたときに終点を検出してもよい。
【００３２】
図５は、３次式モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示している。
サンプリング間隔は、２００ｍｓに設定されている。モデル化区間長は６０データ点数（＝１２秒）に設定されている。終点判定しきい値は、１８×１０４（平均２乗誤差）に設定されている。その他の条件は図３と同じである。３次式モデルを使用した場合にも、終点付近で大きなピークが現れるため、図３（線形モデル）および図４（２次式モデル）と同様に、終点の検出を確実にできる。
【００３３】
なお、線形モデル、２次式モデル、３次式モデルは、ドライエッチング装置の操作者により選択される。また、４次式以上のモデルでは、誤差の変化率が大きくなるため、ＳＮ比が小さくなり終点のピークを判定しにくくなる。このため、使用するモデルは、１次、２次、３次のいずれかが望ましい。
図６は、第１の実施形態における比較例を示している。
【００３４】
この例では、計測部２８により測定された高周波電圧により終点の検出を試みている。６７秒付近で下地のシリコンが露出し、電圧波形がわずかに変化している。しかし、この程度の微弱な信号変化では、終点を検出できない。
図７は、第１の実施形態における別の比較例を示している。
この例では、高周波電圧の１次微分値により終点の検出を試みている。しかし、終点付近での信号変化は、終点以外での信号変化と同じレベルであり、終点を確実に検出することは困難である。
【００３５】
以上、本実施形態では、エッチング時に供給される高周波電圧の実測値（電気的信号）と、実測値に対する多項式による線形モデルまたは非線形モデルの計算値との平均２乗誤差を求め、誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えるときにエッチングの終点を検出した。このとき、実測値とモデルとのずれ（＝誤差）は、エッチングの終点付近でのみ大きくなる。このため、高周波電圧の変化が小さく緩やかな場合にも高いＳＮ比で終点を検出できる。特に、半導体ウエハ上にエッチング用のマスクとして形成されるホトレジストの開口率が小さい場合に、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、誤差を求めることで高周波電圧の変化率が平均化されるため、高周波電圧に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
【００３６】
高周波電圧は、従来より一般に使用されているセンサおよび計測装置（この例では、ＶＩセンサ２６および計測部２８）により測定できる。このため、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、ＶＩセンサ２６および計測部２８（終点検出システムＳＹＳ）を、既に設置してあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【００３７】
図８は、本発明の第２の実施形態を示している。この実施形態は、請求項２、請求項３、請求項６、請求項８および請求項１０に対応している。第１の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
この実施形態のドライエッチング装置は、第１の実施形態（図１）の終点検出部３０の代わりに終点検出部３０Ａを有している。その他の構成は、第１の実施形態とほぼ同じである。
【００３８】
終点検出部３０Ａは、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されている。換言すれば、パーソナルコンピュータは、終点検出用プログラムを実行することで終点検出部３０Ａとして機能する。終点検出用プログラムは、ＣＤＲＯＭあるいはフロッピーディスク等の記録媒体に格納されている。パーソナルコンピュータは、操作者の指示に応じて、終点検出用プログラムを自身のメモリにロードする。終点検出プログラムが実行されると、終点検出部３０Ａ（パーソナルコンピュータ）は、計測部２８から伝えられる電圧、電流、あるいは位相からなる電気的信号値を用いて演算し、複数のモデル式を求め、これ等モデル式に基づいてドライエッチングの終点を検出する。エッチングの終点の検出方法については後述する。終点検出部３０Ａは、終点を検出したときに、制御部３２に検出信号ＤＥＴを出力する。
【００３９】
図９は、図８に示した終点検出部３０Ａの動作を示している。図９のフローは、終点検出プログラムにより実行される。すなわち、このフローは、終点検出プログラムを示している。第１の実施形態（図２）と同じ処理については、詳細な説明を省略する。
まず、終点検出部３０Ａは、計測部２８から転送される高周波信号（この実施形態では高周波電圧）を所定の間隔でサンプリングする（処理（ａ））。なお、終点検出部３０Ａがサンプリングする高周波信号は、高周波電圧に限らず、供給線路ＳＬ２の（電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のいずれかでもよい。
【００４０】
次に、終点検出部３０Ａは、サンプリングした信号のうち、予め設定されているモデル化区間長に含まれる信号を使用して、線形モデルおよび非線形モデルを複数求める（処理（ｂ））。この例では、線形モデルと２次式モデルが求められる。
次に、終点検出部３０Ａは、サンプリングされた実測信号値と処理（ｂ）で求めた線形モデルの計算値との誤差、および実測信号値と処理（ｂ）で求めた２次式モデルの計算値との誤差をそれぞれ計算する（処理（ｃ））。誤差として、例えば、平均２乗誤差が使用される。誤差を計算する処理（ｃ）は、第２演算部および第２演算プログラムに対応している。
【００４１】
次に、終点検出部３０Ａは、処理（ｃ）で求めた誤差の積を、時間毎に計算する（処理（ｆ））。誤差の積を計算する処理（ｆ）は、第３演算部および第３演算プログラムに対応している。
次に、終点検出部３０Ａは、終点検出遅延時間および終点判定しきい値を使用して、誤差の積の時間変化率からエッチングの終点を検出する（処理（ｄ））。終点検出部３０Ａは、誤差の積がしきい値を超えるまで、処理（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｆ）、（ｄ）を繰り返し実行する。終点を判定する処理（ｄ）は、検出部および検出プログラムに対応している。
【００４２】
終点が検出された場合、終点検出部３０は、検出信号ＤＥＴを出力する（処理（ｅ））。図１に示した制御部３２は、検出信号ＤＥＴを受信したとき、エッチングを停止し、あるいはオーバエッチングの処理を実行する。
図１０は、線形モデルおよび２次式モデルを使用した平均２乗誤差の積の時間変化率を利用してエッチングの終点を検出する例を示している。
【００４３】
ドライエッチングの条件は、第１の実施形態とほぼ同じである。図１０に示すように、エッチングの終点に対応する６７秒付近において、平均２乗誤差の積は大きく変化し、それ以外の時間の変化は、第１の実施形態（図３、４、５）より小さくなる。すなわち、第１の実施形態よりさらに大きなＳＮ比を得ることができる。したがって、ドライエッチングの終点をさらに確実かつ正確に検出できる。
【００４４】
この実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、平均２乗誤差の積が、所定のしきい値を超えたときにエッチングの終点を検出した。誤差の積はエッチングの終点付近でのみ大きくなり、終点以外では小さくなる。このため、高周波電圧の実測値（電気的信号）の変化が小さく緩やかな場合に、第１の実施形態よりさらに高いＳＮ比で終点を検出できる。
【００４５】
図１１は、本発明の第３の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１〜請求項３、請求項５〜請求項１０に対応している。第１および第２の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
この実施形態のドライエッチング装置は、終点検出システムＳＹＳの構成が第１の実施形態（図１）と相違している。
【００４６】
終点検出システムＳＹＳは、高周波電力の供給線路ＳＬ２に順次接続されたＶＩセンサ２６ａおよび計測部２８ａと、高周波電力の供給線路ＳＬ１に順次接続されたＶＩセンサ２６ｂおよび計測部２８ｂと、計測部２８ａ、２８ｂの出力を受ける終点検出部３０Ｂとで構成されている。その他の構成は、第１の実施形態とほぼ同じである。
【００４７】
終点検出部３０Ｂは、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されている。換言すれば、パーソナルコンピュータは、終点検出用プログラムを実行することで終点検出部３０Ｂとして機能する。終点検出部３０Ｂ（パーソナルコンピュータ）は、計測部２８ａ、２８ｂから伝えられる電圧、電流、あるいは位相からなる電気的信号値を用いて演算し、線形モデル式および非線形モデル式の少なくともいずれかを求め、求めたモデル式に基づいてドライエッチングの終点を検出する。エッチングの終点の検出方法は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様である。終点検出部３０Ｂは、終点を検出したときに、制御部３２に検出信号ＤＥＴを出力する。
【００４８】
この実施形態においても、上述した第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１２は、本発明の第４の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７および請求項９に対応している。第１および第２の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【００４９】
この実施形態のドライエッチング装置は、終点検出システムＳＹＳの構成が第１の実施形態（図１）と相違している。終点検出システムＳＹＳは、供給線路ＳＬ２ではなく供給線路ＳＬ１に接続されている。終点検出システムＳＹＳは、第３の実施形態と同様に、ＶＩセンサ２６ｂ、計測部２８ｂおよび終点検出部３０Ｃを有している。本実施形態では、供給線路ＳＬ１の高周波信号を利用して終点が検出される。
【００５０】
終点検出部３０Ｃの機能は、第１の実施形態の終点検出部３０または第２の実施形態の終点検出部３０Ａと同じである。すなわち、エッチングの終点の検出方法は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様である。
この実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
図１３は、本発明の第５の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７および請求項９に対応している。第１の実施形態（図２）で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
この実施形態のドライエッチング装置では、終点検出部は、複数の高周波信号をサンプリングし、線形および非線形モデルのいずれかを求める。高周波信号として、高周波電力の供給線路の（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち複数が使用される。そして、第１の実施形態と同様に、実測信号値と求めたモデルの計算値との誤差の変化率により終点が検出される。
【００５２】
この実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１４は、本発明の第６の実施形態を示している。この実施形態は、請求項２、請求項３、請求項６、請求項８および請求項１０に対応している。第２の実施形態（図９）で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【００５３】
この実施形態のドライエッチング装置では、終点検出部は、複数の高周波信号をサンプリングし、線形および非線形モデルの複数を求める。高周波信号として、高周波電力の供給線路の（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち複数が使用される。そして、複数のモデルについて、実測信号値と求めたモデルの計算値との誤差がそれぞれ求められる。この後、第２の実施形態と同様に、これ等誤差の積が時間毎に求められ、誤差の積の変化率により終点が検出される。
【００５４】
この実施形態においても、上述した第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１５は、本発明の第７の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７および請求項９に対応している。第１の実施形態（図１）で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【００５５】
この実施形態では、ドライエッチング装置の終点検出部３０Ｆは、制御部３２Ｆに組み込まれている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
この実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１６は、本発明の第８の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項４、請求項５、請求項７および請求項９対応している。第１の実施形態（図１、図２）および第２の実施形態（図８、図９）で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【００５６】
この実施形態では、ドライエッチング装置の終点検出システムＳＹＳは、ＵＶ分光器３４および終点検出部３０Ｇとを有している。終点検出部３０Ｇの機能は、高周波信号が光の発光強度信号に代わることを除き、第１の実施形態または第２の実施形態とほぼ同様である。また、真空チャンバ１０には、ＵＶ分光器３４における光導入用のファイバの先端に対向する位置に窓１０ｄが形成されている。
【００５７】
終点検出部３０Ｇは、エッチング処理中に真空チャンバ１０内で発する特定の波長の光のプラズマ発光強度信号をＵＶ分光器３４を介して受ける。終点検出部３０Ｇは、発光強度信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングし、多項式による線形モデル・非線形モデルの少なくともいずれかを求める。終点検出部３０Ｇは、実測した発光強度信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める。そして、第１の実施形態（図２）と同様に、誤差の時間変化率からエッチングの終点が検出される。
【００５８】
あるいは、終点検出部３０Ｇは、実測した発光強度信号と求めた複数のモデルの計算値との誤差をそれぞれ求め、さらに、これ等誤差の積を求める。そして、第２の実施形態（図９）と同様に、誤差の積の時間変化率からエッチングの終点が検出される。
この実施形態においても、上述した第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、従来より一般に使用されているＵＶ分光器３４によって特定波長のプラズマ発光強度信号を検出することで、上述した十形態と同様に、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。すなわち、低いコストでエッチングの終点を精度よく検出できる。また、ＵＶ分光器３４を、既に設置してあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【００５９】
なお、上述した第１〜第４の実施形態では、エッチングの終点を検出するために高周波電圧信号を計測した例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、高周波信号として、高周波電力の供給線路の（電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のいずれかを計測して、エッチングの終点を検出してもよい。
【００６０】
以上の実施形態において説明した発明を整理して、付記として開示する。
（付記１） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得し、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求め、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求め、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝えることを特徴とするエッチング終点検出方法。
【００６１】
（付記２） 付記１記載のエッチングの終点検出方法において、
前記モデルは、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求められることを特徴とするエッチング終点検出方法。
（付記３） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得し、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求め、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求め、
前記誤差の積を求め、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝えることを特徴とするエッチング終点検出方法。
【００６２】
（付記４） 付記３記載のエッチングの終点検出方法において、
前記各モデルは、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求められることを特徴とするエッチング終点検出方法。
（付記５） 付記１または付記３記載のエッチング終点検出方法において、
前記モデルの次数は、１次、２次、３次の少なくともいずれかであることを特徴とするエッチング終点検出方法。
【００６３】
（付記６） 付記１または付記３記載のエッチング終点検出方法において、
前記第１信号は、エッチング装置における高周波電力の供給線路で計測される（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち、少なくとも１つ以上の信号であることを特徴とするエッチング終点検出方法。
【００６４】
（付記７） 付記１または付記３記載のエッチング終点検出方法において、
前記第１信号は、エッチング処理中に発生する光の発光強度信号であることを特徴とするエッチング終点検出方法。
（付記８） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算部と、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６５】
（付記９） 付記８記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記第１演算部は、前記モデルを、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求めることを特徴とするエッチング終点検出システム。
（付記１０） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算部と、
前記誤差の積を求める第３演算部と、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６６】
（付記１１） 付記１０記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記第１演算部は、前記各モデルを、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求めることを特徴とするエッチング終点検出システム。
（付記１２） 付記８または付記１０記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記第１演算部が求める前記モデルの次数は、１次、２次、３次の少なくともいずれかであることを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６７】
（付記１３） 付記８または付記１０記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記計測部は、エッチング装置における高周波電力の供給線路で計測した（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号の少なくとも１つ以上を前記第１信号として取得することを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６８】
（付記１４） 付記８または付記１０記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記計測部は、エッチング処理中に発生する光の発光強度信号を前記第１信号として取得することを特徴とするエッチング終点検出システム。
（付記１５） 付記１４記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記計測部は、分光器であることを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６９】
（付記１６） 被エッチング材が載置される第１電極と、前記第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、
前記第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路と、
前記被エッチング材をエッチングするときに発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算部と、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング装置。
【００７０】
（付記１７） 付記１６記載のエッチング装置において、
前記第１演算部は、前記モデルを、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求めることを特徴とするエッチング装置。
（付記１８） 被エッチング材が載置される第１電極と、前記第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、
前記第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路と、
被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算部と、
前記誤差の積を求める第３演算部と、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出する検出部とを備えていることを特徴とするエッチング装置。
【００７１】
（付記１９） 付記１８記載のエッチング装置において、
前記第１演算部は、前記各モデルを、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求めることを特徴とするエッチング装置。
（付記２０） 付記１６または付記１８記載のエッチング装置において、
前記第１演算部が求める前記モデルの次数は、１次、２次、３次の少なくともいずれかであることを特徴とするエッチング装置。
【００７２】
（付記２１） 付記１６または付記１８記載のエッチング装置において、
前記計測部は、高周波電力の前記供給線路の少なくとも一方に接続され、この供給線路上の（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号の少なくとも１つ以上を前記第１信号として取得することを特徴とするエッチング装置。
【００７３】
（付記２２） 付記１６または付記１８記載のエッチング装置において、
前記計測部は、エッチング処理中に前記真空チャンバで発生する光の発光強度信号を前記第１信号として取得することを特徴とするエッチング装置。
（付記２３） 付記２２記載のエッチング装置において、
前記計測部は、分光器であることを特徴とするエッチング装置。
【００７４】
（付記２４） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測プログラムと、
前記第１信号を用いて多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算プログラムと、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算プログラムと、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出プログラムとを備えていることを特徴とするエッチング終点検出プログラム。
【００７５】
（付記２５） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測プログラムと、
前記第１信号を用いて多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算プログラムと、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算プログラムと、
前記誤差の積を求める第３演算プログラムと、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出プログラムとを備えていることを特徴とするエッチング終点検出プログラム。
【００７６】
以上、本発明について詳細に説明してきたが、上記の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１のエッチング終点検出方法、請求項５のエッチング終点検出システム、請求項７のエッチング装置および請求項９のエッチング終点検出プログラムでは、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にも高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。特に、被エッチング材上に形成されるホトレジスト（エッチング用のマスク）の開口率が小さい場合にも、エッチングの終点を精度よく検出できる。
【００７８】
また、誤差を求めることで第１信号の変化率が平均化されるため、第１信号に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
請求項２のエッチング終点検出方法、請求項６のエッチング終点検出システム、請求項８のエッチング装置および請求項１０のエッチング終点検出プログラムでは、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にもさらに高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。また、誤差を求めることで第１信号の変化率が平均化されるため、第１信号に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
【００７９】
請求項３のエッチング終点検出方法では、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、センサおよび計測装置を、既にあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
請求項４のエッチング終点検出方法では、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、分光器等を、既にあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の終点検出部の動作を示すフローチャートである。
【図３】線形モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示すグラフである。
【図４】２次式モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示すグラフである。
【図５】３次式モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態における比較例を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態における別の比較例を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態の終点検出部の動作を示すフローチャートである。
【図１０】２つのモデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】第５の実施形態の終点検出部の動作を示すフローチャートである。
【図１４】第６の実施形態の終点検出部の動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第７の実施形態を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第８の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 真空チャンバ
１０ａ 被エッチング材
１０ｂ 下部電極
１０ｃ 上部電極
１２ 整合器
１４ 高周波電源
１６、１８ 流量制御器
２０ ガス圧力制御器
２２ 整合器
２４ 高周波電源
２６、２６ａ、２６ｂ ＶＩセンサ
２８、２８ａ、２８ｂ 計測部
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｆ、３０Ｇ 終点検出部
３２、３２Ｆ 制御部
３４ ＵＶ分光器
ＳＹＳ 終点検出システム
ＳＬ１、ＳＬ２ 供給線路
ＤＥＴ 検出信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の製造工程で使用されるドライエッチング装置に関する。特に、本発明は、エッチング処理の終了時期を高い精度で検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライエッチングは、ガスプラズマ中のイオンと反応成分（ラジカル）とを利用して、ウエハ状態の半導体集積回路上の被エッチング材料をエッチングする技術である。半導体集積回路上の薄膜をホトレジストパターンをマスクとして選択的にエッチングすることにより、トランジスタのゲート、配線等の回路パターンおよびコンタクトホールが形成される。
ドライエッチングにおいては、被エッチング材料（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリシリコン、金属など）のエッチングの終了時期を正確に検出することが重要である。一般に、エッチングの終了時期は、被エッチング材料の下地が露出したことを光学的または電気的に検出することで判定される。
【０００３】
光学的な検出手法の一つである発光分光法は、ドライエッチング時の反応ガスプラズマの発光を利用し、エッチングガス中に放出される特定波長の時間に対する発光強度の変化の度合いからエッチングの終点を検出する。
電気的な検出手法では、ドライエッチング装置の高周波電力の供給線における高周波信号の変化（例えば、電圧、インピーダンス等）を計測して、その度合いの変化からエッチングの終点を検出する。具体的には、発光強度または電気信号の一次微分値や二次微分値を求め、求めた値に基づいて終点が判定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体装置上に形成されるパターンの微細化に伴い、被エッチング面積が小さくなってきている。このため、ホトレジストの開口率は、減少する傾向にある。特に、コンタクトホールの形成工程は、他の工程に比べ、ホトレジストの開口率は小さい。ホトレジストの開口率が減少すると、被エッチング材料のエッチング量が減る。このため、終点での信号の変化量は小さくなり、変化も緩やかになる。上述したような発光強度または高周波信号の一次微分値や二次微分値に基づいて終点を検出する手法では、Ｓ／Ｎ比が小さくなる。したがって、エッチングの終点を検出することが困難になってきている。
【０００５】
本発明の目的は、被エッチング材料のドライエッチングに伴って変化する信号の変化量が小さい場合にも高い精度でエッチングの終点を検出することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のエッチング終点検出方法、請求項５のエッチング終点検出システム、請求項７のエッチング装置および請求項９のエッチング終点検出プログラムでは、まず、被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号が取得される。次に、取得した第１信号に対して多項式による線形モデルまたは非線形モデルが求められる。この後、第１信号と求めたモデルの計算値との誤差が求められる。そして、誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点が検出される。終点の検出はエッチング装置の制御部に伝えられ、エッチングが停止される。
【０００７】
エッチングを行うエッチング終点検出システムおよびエッチング装置において、例えば、第１信号は計測部で取得され、線形モデルまたは非線形モデルは第１演算部で求められ、誤差は第２演算部求められ、エッチングの終点の検出および制御部への終点の伝達は検出部で行われる。また、エッチングを行うエッチング装置は、被エッチング材が載置される第１電極と、第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路とを有している。
【０００８】
上記エッチングの終点検出の手順は、エッチング終点検出システムが実行し、またはエッチング装置が実行するエッチング終点検出プログラムに含まれている。例えば、第１信号は計測プログラムの実行によって取得され、線形モデルまたは非線形モデルは第１演算プログラムの実行によって求められ、誤差は第２演算プログラムによって求められ、エッチングの終点の検出および制御部への終点の伝達は検出プログラムによって実行される。
【０００９】
実測された第１信号値と線形モデルまたは非線形モデルの計算値との誤差を用いると、実測値とモデルとのずれ（＝誤差）は、エッチングの終点付近でのみ大きくなる。このため、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にも高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。特に、ホトレジストの開口率が小さい場合に有効である。また、誤差を求めることで第１信号の変化率が平均化されるため、第１信号に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
【００１０】
請求項２のエッチング終点検出方法、請求項６のエッチング終点検出システム、請求項８のエッチング装置および請求項１０のエッチング終点検出プログラムでは、まず、被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号が取得される。次に、取得した第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数が求められる。この後、第１信号と求めたモデルの計算値との誤差がそれぞれ求められる。次に、誤差の積が求められる。そして、積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点が検出される。終点の検出はエッチング装置の制御部に伝えられ、エッチングが停止される。
【００１１】
エッチングを行うエッチング終点検出システムおよびエッチング装置において、例えば、第１信号は計測部で取得され、線形モデルおよび非線形モデルの少なくともいずれかは第１演算部で求められ、誤差は第２演算部で求められ、誤差の積は第３演算部で求められ、エッチングの終点の検出および制御部への終点の伝達は検出部で行われる。また、エッチングを行うエッチング装置は、被エッチング材が載置される第１電極と、第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路とを有している。
【００１２】
上記エッチングの終点検出の手順は、エッチング終点検出システムで実行され、またはエッチング装置が実行するエッチング終点検出プログラムに含まれている。例えば、第１信号は計測プログラムの実行によって取得され、線形モデルおよび非線形モデルの少なくともいずれかは第１演算プログラムの実行によって求められ、誤差は第２演算プログラムによって求められ、誤差の積は演算プログラムによって求められ、第３エッチングの終点の検出および制御部への終点の伝達は検出プログラムによって実行される。
【００１３】
誤差の積は、エッチングの終点付近でのみ大きくなり、終点以外では小さくなる。このため、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にもさらに高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。特に、ホトレジストの開口率が小さい場合に有効である。また、誤差を求めることで第１信号の変化率が平均化されるため、第１信号に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
【００１４】
請求項３のエッチング終点検出方法では、第１信号は、エッチング装置における高周波電力の供給線路で計測される（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち、少なくとも１つ以上の信号である。電気的信号は、従来より一般に使用されているセンサおよび計測装置により検出および計測できる。このため、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、センサおよび計測装置を、既にあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【００１５】
請求項４のエッチング終点検出方法では、第１信号は、エッチング処理中に発生する光の発光強度信号である。発生する光は、例えば、従来より一般に使用されている分光器によって検出でき、検出した光を発光強度信号に変換できる。このため、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、分光器等を、既にあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７および請求項９に対応している。
ドライエッチング装置は、真空チャンバ１０、整合器１２、プラズマを発生させるための高周波電源１４、流量制御器１６、１８、ガス圧力制御器２０、整合器２２、半導体ウエハ等の被エッチング材１０ａへのイオンの入射エネルギーを制御する高周波電源２４、ＶＩセンサ２６、計測部２８、終点検出部３０および制御部３２を有している。ＶＩセンサ２６、計測部２８および終点検出部３０により、終点検出システムＳＹＳが構成されている。本発明のドライエッチング装置は、既存のドライエッチング装置に終点検出システムＳＹＳを付加することで構成される。
【００１７】
真空チャンバ１０は、半導体ウエハ等の被エッチング材１０ａが載置される下部電極（第１電極）１０ｂと、下部電極１０ｂに対向して配置される上部電極（第２電極）１０ｃとを有している。整合器１２は、上部電極１０ｃと高周波電源１４とを接続する高周波電力の供給線路ＳＬ１のインピーダンスを合わせる。高周波電源１４は、所定の周波数の高周波電圧を供給線路ＳＬ１に出力する。
【００１８】
流量制御器１６、１８は、制御部３２からの制御信号に応じて、真空チャンバ１０にそれぞれ導入されるエッチング用の反応ガスの流量を調整する。流量制御器１６、１８は、ガスボンベなどの反応ガスの供給源にそれぞれ接続されている。エッチング時に制御部３２により流量制御器１６、１８の弁が調整されることで、所定の混合比の反応ガスが真空チャンバ１０に導入される。
【００１９】
制御ガス圧力制御器２０は、制御部３２からの制御信号に応じて、真空チャンバ１０内を所定の圧力に保持する。ガス圧力制御器２０は、真空ポンプに接続されている。
整合器２２は、下部電極１０ｂと高周波電源２４とを接続する高周波電力の供給線路ＳＬ２のインピーダンスを合わせる。高周波電源２４は、制御部３２からの制御信号に応じて、所定の周波数の高周波電圧を供給線路ＳＬ２に出力する。
【００２０】
ＶＩセンサ２６は、供給線路ＳＬ２の電圧および電流を電気信号として計測部２８に出力する。計測部２８は、ＶＩセンサ２６から伝えられる電気信号に基づいて供給線路ＳＬ２の電圧値、電流値、および電圧と電流の位相を計測し、計測した値を終点検出部３０に出力する。
終点検出部３０は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されている。換言すれば、パーソナルコンピュータは、終点検出用プログラムを実行することで終点検出部３０として機能する。終点検出用プログラムは、ＣＤＲＯＭあるいはフロッピーディスク等の記録媒体に格納されている。パーソナルコンピュータは、操作者の指示に応じて、終点検出用プログラムを自身のメモリにロードする。メモリ内の終点検出プログラムが実行されると、終点検出部３０（パーソナルコンピュータ）は、計測部２８から伝えられる電圧、電流、あるいは位相からなる電気的信号値を用いて演算し、ドライエッチングの終点を検出する。エッチングの終点の検出方法については後述する。終点検出部３０は、終点を検出したときに、制御部３２に検出信号ＤＥＴを出力する。
【００２１】
制御部３２は、ドライエッチング装置全体を制御する中枢部である。制御部３２は、検出信号ＤＥＴを受信したとき、高周波電源１４、２４をオフし、エッチングを停止する。
図２は、図１に示した終点検出部３０の動作を示している。図２のフローは、終点検出プログラムにより実行される。すなわち、このフローは、終点検出プログラムを示している。
【００２２】
まず、終点検出部３０は、計測部２８から転送される高周波信号（この実施形態では高周波電圧）を所定の間隔でサンプリングする（処理（ａ））。サンプリング間隔は、ドライエッチング装置の操作者により設定可能な可変パラメータである。なお、終点検出部３０がサンプリングする高周波信号は、高周波電圧に限らず、供給線路ＳＬ２の（電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のいずれかでもよい。
【００２３】
次に、終点検出部３０は、サンプリングした信号のうち、予め設定されているモデル化区間長に含まれる信号を使用して、線形モデルまたは非線形モデルを計算する（処理（ｂ））。ここで、モデル化区間長は、最新にサンプリングされた信号から過去のある時点にサンプリングされた所定数の信号を含む区間である。線形または非線形モデルは、モデル化区間長の他、必要に応じて、サンプリングされた高周波信号を平均化処理したデータを使用して求められる。ただし、データ点数（信号平均化データ点数）がパラメータとなる。
【００２４】
式（１）は、モデルを求めるための多項式を示している。ここで、ｎはデータ点数、ｔは時間、ａｉは係数である。
【数１】
【００２５】
次に、終点検出部３０は、サンプリングされた実測信号値と処理（ｂ）で求めたモデルの計算値との誤差を計算する（処理（ｃ））。誤差として、例えば、式（２）に示す平均２乗誤差が使用される。ここで、ｎはデータ点数（モデル化区間長）、ｙｉは、モデル化区間のｉ番目の測定値、ｙｉｍｏｄｅｌは、モデル化区間のｉ番目のモデルの計算値である。
【００２６】
【数２】
次に、終点検出部３０は、終点検出遅延時間および終点判定しきい値を使用して、誤差の時間変化率からエッチングの終点を検出する（処理（ｄ））。終点検出遅延時間は、プラズマ放電の開始から予め設定した時間を示している。この時間には、終点は判定されない。そして、終点検出遅延時間後に誤差の時間変化率がしきい値を超えたときに、エッチングが終点に達したと判定される。誤差の時間変化率がしきい値を超えない場合、終点検出部３０は、誤差がしきい値を超えるまで、処理（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を繰り返し実行する。終点検出遅延時間および終点判定しきい値は、ドライエッチング装置の操作者により設定可能な可変パラメータである。終点を判定する処理（ｄ）は、検出部および検出プログラムに対応している。
【００２７】
終点が検出された場合、終点検出部３０は、検出信号ＤＥＴを出力する（処理（ｅ））。図１に示した制御部３２は、検出信号ＤＥＴを受信したとき、エッチングを停止し、あるいはオーバエッチングの処理を実行する。
図３は、線形モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示している。
この例では、ドライエッチング装置の真空チャンバ１０には、反応ガスとしてＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２（＝１８／４２０／１１ｓｃｃｍ）が導入され、ガス圧は、３５ｍＴｏｒｒに設定される。上部電極１０ｃおよび下部電極１０ｂの印加電力は、１２５０Ｗおよび８５０Ｗにそれぞれ設定されている。真空チャンバ１０には、ホトレジストの開口率が１％の酸化膜付きシリコンウエハが収納される。そして、ホトレジストの開口部の酸化膜がエッチングされ、下地のシリコンが露出したときにエッチングの終点が検出される。
【００２８】
図１に示した終点検出部３０は、２００ｍｓのサンプリング間隔で高周波信号の電圧をサンプリングする。モデル化区間長は３０データ点数（＝６秒）に設定されている。終点検出遅延時間は、２８秒に設定されている。すなわち、ドライエッチングの開始から２８秒が経過するまでは終点検出は行われない。終点判定しきい値は、例えば、４０×１０４（平均２乗誤差×係数）に設定されている。また、計測部２８で計測した電圧値のノイズを除去するため、例えば、１０点の移動平均による平均化処理が行われる。なお、ノイズの除去処理は、生信号波形に含まれるノイズの大きさに応じて行えばよい。
【００２９】
図３に示すように、エッチングの終点に対応する６７秒付近において、平均２乗誤差は大きく変化し、それ以外の時間では変化は小さい。このため、大きなＳＮ比で終点を検出できる。したがって、ドライエッチングの終点を確実かつ正確に検出できる。終点は、平均２乗誤差×係数が、しきい値を超えたとき、または一度しきい値を超えてから再びしきい値以下になったときに検出される。すなわち、終点は、誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答して検出される。
【００３０】
図４は、２次式モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示している。
サンプリング間隔は、２００ｍｓに設定されている。モデル化区間長は４０データ点数（＝８秒）に設定されている。終点判定しきい値は、２０×１０４（平均２乗誤差×係数）に設定されている。また、計測部２８で計測した電圧値のノイズを除去するため、例えば、１５点の移動平均による平均化処理が行われる。その他の条件は図３と同じである。
【００３１】
この例では、平均２乗誤差は６５秒付近および６７秒付近でピークが高くなっている。６７秒のピークの方が、６５秒のピークより大きいため、６７秒付近で終点が検出される。なお、本実施形態のように終点付近に２つのピークができる場合には、しきい値を１５×１０４に設定し、平均２乗誤差がしきい値を２回超えたときに終点を検出してもよい。
【００３２】
図５は、３次式モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示している。
サンプリング間隔は、２００ｍｓに設定されている。モデル化区間長は６０データ点数（＝１２秒）に設定されている。終点判定しきい値は、１８×１０４（平均２乗誤差）に設定されている。その他の条件は図３と同じである。３次式モデルを使用した場合にも、終点付近で大きなピークが現れるため、図３（線形モデル）および図４（２次式モデル）と同様に、終点の検出を確実にできる。
【００３３】
なお、線形モデル、２次式モデル、３次式モデルは、ドライエッチング装置の操作者により選択される。また、４次式以上のモデルでは、誤差の変化率が大きくなるため、ＳＮ比が小さくなり終点のピークを判定しにくくなる。このため、使用するモデルは、１次、２次、３次のいずれかが望ましい。
図６は、第１の実施形態における比較例を示している。
【００３４】
この例では、計測部２８により測定された高周波電圧により終点の検出を試みている。６７秒付近で下地のシリコンが露出し、電圧波形がわずかに変化している。しかし、この程度の微弱な信号変化では、終点を検出できない。
図７は、第１の実施形態における別の比較例を示している。
この例では、高周波電圧の１次微分値により終点の検出を試みている。しかし、終点付近での信号変化は、終点以外での信号変化と同じレベルであり、終点を確実に検出することは困難である。
【００３５】
以上、本実施形態では、エッチング時に供給される高周波電圧の実測値（電気的信号）と、実測値に対する多項式による線形モデルまたは非線形モデルの計算値との平均２乗誤差を求め、誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えるときにエッチングの終点を検出した。このとき、実測値とモデルとのずれ（＝誤差）は、エッチングの終点付近でのみ大きくなる。このため、高周波電圧の変化が小さく緩やかな場合にも高いＳＮ比で終点を検出できる。特に、半導体ウエハ上にエッチング用のマスクとして形成されるホトレジストの開口率が小さい場合に、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、誤差を求めることで高周波電圧の変化率が平均化されるため、高周波電圧に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
【００３６】
高周波電圧は、従来より一般に使用されているセンサおよび計測装置（この例では、ＶＩセンサ２６および計測部２８）により測定できる。このため、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、ＶＩセンサ２６および計測部２８（終点検出システムＳＹＳ）を、既に設置してあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【００３７】
図８は、本発明の第２の実施形態を示している。この実施形態は、請求項２、請求項３、請求項６、請求項８および請求項１０に対応している。第１の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
この実施形態のドライエッチング装置は、第１の実施形態（図１）の終点検出部３０の代わりに終点検出部３０Ａを有している。その他の構成は、第１の実施形態とほぼ同じである。
【００３８】
終点検出部３０Ａは、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されている。換言すれば、パーソナルコンピュータは、終点検出用プログラムを実行することで終点検出部３０Ａとして機能する。終点検出用プログラムは、ＣＤＲＯＭあるいはフロッピーディスク等の記録媒体に格納されている。パーソナルコンピュータは、操作者の指示に応じて、終点検出用プログラムを自身のメモリにロードする。終点検出プログラムが実行されると、終点検出部３０Ａ（パーソナルコンピュータ）は、計測部２８から伝えられる電圧、電流、あるいは位相からなる電気的信号値を用いて演算し、複数のモデル式を求め、これ等モデル式に基づいてドライエッチングの終点を検出する。エッチングの終点の検出方法については後述する。終点検出部３０Ａは、終点を検出したときに、制御部３２に検出信号ＤＥＴを出力する。
【００３９】
図９は、図８に示した終点検出部３０Ａの動作を示している。図９のフローは、終点検出プログラムにより実行される。すなわち、このフローは、終点検出プログラムを示している。第１の実施形態（図２）と同じ処理については、詳細な説明を省略する。
まず、終点検出部３０Ａは、計測部２８から転送される高周波信号（この実施形態では高周波電圧）を所定の間隔でサンプリングする（処理（ａ））。なお、終点検出部３０Ａがサンプリングする高周波信号は、高周波電圧に限らず、供給線路ＳＬ２の（電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のいずれかでもよい。
【００４０】
次に、終点検出部３０Ａは、サンプリングした信号のうち、予め設定されているモデル化区間長に含まれる信号を使用して、線形モデルおよび非線形モデルを複数求める（処理（ｂ））。この例では、線形モデルと２次式モデルが求められる。
次に、終点検出部３０Ａは、サンプリングされた実測信号値と処理（ｂ）で求めた線形モデルの計算値との誤差、および実測信号値と処理（ｂ）で求めた２次式モデルの計算値との誤差をそれぞれ計算する（処理（ｃ））。誤差として、例えば、平均２乗誤差が使用される。誤差を計算する処理（ｃ）は、第２演算部および第２演算プログラムに対応している。
【００４１】
次に、終点検出部３０Ａは、処理（ｃ）で求めた誤差の積を、時間毎に計算する（処理（ｆ））。誤差の積を計算する処理（ｆ）は、第３演算部および第３演算プログラムに対応している。
次に、終点検出部３０Ａは、終点検出遅延時間および終点判定しきい値を使用して、誤差の積の時間変化率からエッチングの終点を検出する（処理（ｄ））。終点検出部３０Ａは、誤差の積がしきい値を超えるまで、処理（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｆ）、（ｄ）を繰り返し実行する。終点を判定する処理（ｄ）は、検出部および検出プログラムに対応している。
【００４２】
終点が検出された場合、終点検出部３０は、検出信号ＤＥＴを出力する（処理（ｅ））。図１に示した制御部３２は、検出信号ＤＥＴを受信したとき、エッチングを停止し、あるいはオーバエッチングの処理を実行する。
図１０は、線形モデルおよび２次式モデルを使用した平均２乗誤差の積の時間変化率を利用してエッチングの終点を検出する例を示している。
【００４３】
ドライエッチングの条件は、第１の実施形態とほぼ同じである。図１０に示すように、エッチングの終点に対応する６７秒付近において、平均２乗誤差の積は大きく変化し、それ以外の時間の変化は、第１の実施形態（図３、４、５）より小さくなる。すなわち、第１の実施形態よりさらに大きなＳＮ比を得ることができる。したがって、ドライエッチングの終点をさらに確実かつ正確に検出できる。
【００４４】
この実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、平均２乗誤差の積が、所定のしきい値を超えたときにエッチングの終点を検出した。誤差の積はエッチングの終点付近でのみ大きくなり、終点以外では小さくなる。このため、高周波電圧の実測値（電気的信号）の変化が小さく緩やかな場合に、第１の実施形態よりさらに高いＳＮ比で終点を検出できる。
【００４５】
図１１は、本発明の第３の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１〜請求項３、請求項５〜請求項１０に対応している。第１および第２の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
この実施形態のドライエッチング装置は、終点検出システムＳＹＳの構成が第１の実施形態（図１）と相違している。
【００４６】
終点検出システムＳＹＳは、高周波電力の供給線路ＳＬ２に順次接続されたＶＩセンサ２６ａおよび計測部２８ａと、高周波電力の供給線路ＳＬ１に順次接続されたＶＩセンサ２６ｂおよび計測部２８ｂと、計測部２８ａ、２８ｂの出力を受ける終点検出部３０Ｂとで構成されている。その他の構成は、第１の実施形態とほぼ同じである。
【００４７】
終点検出部３０Ｂは、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されている。換言すれば、パーソナルコンピュータは、終点検出用プログラムを実行することで終点検出部３０Ｂとして機能する。終点検出部３０Ｂ（パーソナルコンピュータ）は、計測部２８ａ、２８ｂから伝えられる電圧、電流、あるいは位相からなる電気的信号値を用いて演算し、線形モデル式および非線形モデル式の少なくともいずれかを求め、求めたモデル式に基づいてドライエッチングの終点を検出する。エッチングの終点の検出方法は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様である。終点検出部３０Ｂは、終点を検出したときに、制御部３２に検出信号ＤＥＴを出力する。
【００４８】
この実施形態においても、上述した第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１２は、本発明の第４の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７および請求項９に対応している。第１および第２の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【００４９】
この実施形態のドライエッチング装置は、終点検出システムＳＹＳの構成が第１の実施形態（図１）と相違している。終点検出システムＳＹＳは、供給線路ＳＬ２ではなく供給線路ＳＬ１に接続されている。終点検出システムＳＹＳは、第３の実施形態と同様に、ＶＩセンサ２６ｂ、計測部２８ｂおよび終点検出部３０Ｃを有している。本実施形態では、供給線路ＳＬ１の高周波信号を利用して終点が検出される。
【００５０】
終点検出部３０Ｃの機能は、第１の実施形態の終点検出部３０または第２の実施形態の終点検出部３０Ａと同じである。すなわち、エッチングの終点の検出方法は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様である。
この実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
図１３は、本発明の第５の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７および請求項９に対応している。第１の実施形態（図２）で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
この実施形態のドライエッチング装置では、終点検出部は、複数の高周波信号をサンプリングし、線形および非線形モデルのいずれかを求める。高周波信号として、高周波電力の供給線路の（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち複数が使用される。そして、第１の実施形態と同様に、実測信号値と求めたモデルの計算値との誤差の変化率により終点が検出される。
【００５２】
この実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１４は、本発明の第６の実施形態を示している。この実施形態は、請求項２、請求項３、請求項６、請求項８および請求項１０に対応している。第２の実施形態（図９）で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【００５３】
この実施形態のドライエッチング装置では、終点検出部は、複数の高周波信号をサンプリングし、線形および非線形モデルの複数を求める。高周波信号として、高周波電力の供給線路の（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち複数が使用される。そして、複数のモデルについて、実測信号値と求めたモデルの計算値との誤差がそれぞれ求められる。この後、第２の実施形態と同様に、これ等誤差の積が時間毎に求められ、誤差の積の変化率により終点が検出される。
【００５４】
この実施形態においても、上述した第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１５は、本発明の第７の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７および請求項９に対応している。第１の実施形態（図１）で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【００５５】
この実施形態では、ドライエッチング装置の終点検出部３０Ｆは、制御部３２Ｆに組み込まれている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
この実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図１６は、本発明の第８の実施形態を示している。この実施形態は、請求項１、請求項４、請求項５、請求項７および請求項９対応している。第１の実施形態（図１、図２）および第２の実施形態（図８、図９）で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【００５６】
この実施形態では、ドライエッチング装置の終点検出システムＳＹＳは、ＵＶ分光器３４および終点検出部３０Ｇとを有している。終点検出部３０Ｇの機能は、高周波信号が光の発光強度信号に代わることを除き、第１の実施形態または第２の実施形態とほぼ同様である。また、真空チャンバ１０には、ＵＶ分光器３４における光導入用のファイバの先端に対向する位置に窓１０ｄが形成されている。
【００５７】
終点検出部３０Ｇは、エッチング処理中に真空チャンバ１０内で発する特定の波長の光のプラズマ発光強度信号をＵＶ分光器３４を介して受ける。終点検出部３０Ｇは、発光強度信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングし、多項式による線形モデル・非線形モデルの少なくともいずれかを求める。終点検出部３０Ｇは、実測した発光強度信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める。そして、第１の実施形態（図２）と同様に、誤差の時間変化率からエッチングの終点が検出される。
【００５８】
あるいは、終点検出部３０Ｇは、実測した発光強度信号と求めた複数のモデルの計算値との誤差をそれぞれ求め、さらに、これ等誤差の積を求める。そして、第２の実施形態（図９）と同様に、誤差の積の時間変化率からエッチングの終点が検出される。
この実施形態においても、上述した第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、従来より一般に使用されているＵＶ分光器３４によって特定波長のプラズマ発光強度信号を検出することで、上述した十形態と同様に、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。すなわち、低いコストでエッチングの終点を精度よく検出できる。また、ＵＶ分光器３４を、既に設置してあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【００５９】
なお、上述した第１〜第４の実施形態では、エッチングの終点を検出するために高周波電圧信号を計測した例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、高周波信号として、高周波電力の供給線路の（電流、電圧と電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、これ等電圧、電流の位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のいずれかを計測して、エッチングの終点を検出してもよい。
【００６０】
以上の実施形態において説明した発明を整理して、付記として開示する。
（付記１） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得し、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求め、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求め、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝えることを特徴とするエッチング終点検出方法。
【００６１】
（付記２） 付記１記載のエッチングの終点検出方法において、
前記モデルは、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求められることを特徴とするエッチング終点検出方法。
（付記３） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得し、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求め、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求め、
前記誤差の積を求め、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝えることを特徴とするエッチング終点検出方法。
【００６２】
（付記４） 付記３記載のエッチングの終点検出方法において、
前記各モデルは、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求められることを特徴とするエッチング終点検出方法。
（付記５） 付記１または付記３記載のエッチング終点検出方法において、
前記モデルの次数は、１次、２次、３次の少なくともいずれかであることを特徴とするエッチング終点検出方法。
【００６３】
（付記６） 付記１または付記３記載のエッチング終点検出方法において、
前記第１信号は、エッチング装置における高周波電力の供給線路で計測される（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち、少なくとも１つ以上の信号であることを特徴とするエッチング終点検出方法。
【００６４】
（付記７） 付記１または付記３記載のエッチング終点検出方法において、
前記第１信号は、エッチング処理中に発生する光の発光強度信号であることを特徴とするエッチング終点検出方法。
（付記８） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算部と、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６５】
（付記９） 付記８記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記第１演算部は、前記モデルを、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求めることを特徴とするエッチング終点検出システム。
（付記１０） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算部と、
前記誤差の積を求める第３演算部と、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６６】
（付記１１） 付記１０記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記第１演算部は、前記各モデルを、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求めることを特徴とするエッチング終点検出システム。
（付記１２） 付記８または付記１０記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記第１演算部が求める前記モデルの次数は、１次、２次、３次の少なくともいずれかであることを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６７】
（付記１３） 付記８または付記１０記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記計測部は、エッチング装置における高周波電力の供給線路で計測した（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号の少なくとも１つ以上を前記第１信号として取得することを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６８】
（付記１４） 付記８または付記１０記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記計測部は、エッチング処理中に発生する光の発光強度信号を前記第１信号として取得することを特徴とするエッチング終点検出システム。
（付記１５） 付記１４記載のエッチング終点検出システムにおいて、
前記計測部は、分光器であることを特徴とするエッチング終点検出システム。
【００６９】
（付記１６） 被エッチング材が載置される第１電極と、前記第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、
前記第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路と、
前記被エッチング材をエッチングするときに発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算部と、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング装置。
【００７０】
（付記１７） 付記１６記載のエッチング装置において、
前記第１演算部は、前記モデルを、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求めることを特徴とするエッチング装置。
（付記１８） 被エッチング材が載置される第１電極と、前記第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、
前記第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路と、
被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算部と、
前記誤差の積を求める第３演算部と、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出する検出部とを備えていることを特徴とするエッチング装置。
【００７１】
（付記１９） 付記１８記載のエッチング装置において、
前記第１演算部は、前記各モデルを、取得した前記第１信号のうち所定の時間範囲の信号に対して求めることを特徴とするエッチング装置。
（付記２０） 付記１６または付記１８記載のエッチング装置において、
前記第１演算部が求める前記モデルの次数は、１次、２次、３次の少なくともいずれかであることを特徴とするエッチング装置。
【００７２】
（付記２１） 付記１６または付記１８記載のエッチング装置において、
前記計測部は、高周波電力の前記供給線路の少なくとも一方に接続され、この供給線路上の（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号の少なくとも１つ以上を前記第１信号として取得することを特徴とするエッチング装置。
【００７３】
（付記２２） 付記１６または付記１８記載のエッチング装置において、
前記計測部は、エッチング処理中に前記真空チャンバで発生する光の発光強度信号を前記第１信号として取得することを特徴とするエッチング装置。
（付記２３） 付記２２記載のエッチング装置において、
前記計測部は、分光器であることを特徴とするエッチング装置。
【００７４】
（付記２４） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測プログラムと、
前記第１信号を用いて多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算プログラムと、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算プログラムと、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出プログラムとを備えていることを特徴とするエッチング終点検出プログラム。
【００７５】
（付記２５） 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測プログラムと、
前記第１信号を用いて多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算プログラムと、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算プログラムと、
前記誤差の積を求める第３演算プログラムと、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出プログラムとを備えていることを特徴とするエッチング終点検出プログラム。
【００７６】
以上、本発明について詳細に説明してきたが、上記の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１のエッチング終点検出方法、請求項５のエッチング終点検出システム、請求項７のエッチング装置および請求項９のエッチング終点検出プログラムでは、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にも高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点を精度よく確実に検出できる。特に、被エッチング材上に形成されるホトレジスト（エッチング用のマスク）の開口率が小さい場合にも、エッチングの終点を精度よく検出できる。
【００７８】
また、誤差を求めることで第１信号の変化率が平均化されるため、第１信号に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
請求項２のエッチング終点検出方法、請求項６のエッチング終点検出システム、請求項８のエッチング装置および請求項１０のエッチング終点検出プログラムでは、第１信号の変化が小さく緩やかな場合にもさらに高いＳＮ比で終点を検出できる。これにより、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。また、誤差を求めることで第１信号の変化率が平均化されるため、第１信号に含まれるノイズの影響を緩和でき、エッチングの終点をさらに精度よく確実に検出できる。
【００７９】
請求項３のエッチング終点検出方法では、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、センサおよび計測装置を、既にあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
請求項４のエッチング終点検出方法では、低いコストでエッチングの終点を精度よく確実に検出できる。また、分光器等を、既にあるエッチング装置に取り付けるだけで、終点の検出精度を容易に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の終点検出部の動作を示すフローチャートである。
【図３】線形モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示すグラフである。
【図４】２次式モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示すグラフである。
【図５】３次式モデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態における比較例を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態における別の比較例を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態の終点検出部の動作を示すフローチャートである。
【図１０】２つのモデルを使用してエッチングの終点を検出する例を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】第５の実施形態の終点検出部の動作を示すフローチャートである。
【図１４】第６の実施形態の終点検出部の動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第７の実施形態を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第８の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 真空チャンバ
１０ａ 被エッチング材
１０ｂ 下部電極
１０ｃ 上部電極
１２ 整合器
１４ 高周波電源
１６、１８ 流量制御器
２０ ガス圧力制御器
２２ 整合器
２４ 高周波電源
２６、２６ａ、２６ｂ ＶＩセンサ
２８、２８ａ、２８ｂ 計測部
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｆ、３０Ｇ 終点検出部
３２、３２Ｆ 制御部
３４ ＵＶ分光器
ＳＹＳ 終点検出システム
ＳＬ１、ＳＬ２ 供給線路
ＤＥＴ 検出信号
Claims (10)
- 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得し、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求め、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求め、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝えることを特徴とするエッチング終点検出方法。 - 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得し、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求め、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求め、
前記誤差の積を求め、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝えることを特徴とするエッチング終点検出方法。 - 請求項１または請求項２記載のエッチング終点検出方法において、
前記第１信号は、エッチング装置における高周波電力の供給線路で計測される（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の基本波、（電圧、電流、位相、インピーダンス、インピーダンスの抵抗成分、インピーダンスのリアクタンス成分、電力）の高調波成分、および自己バイアス電圧を示す電気的信号のうち、少なくとも１つ以上の信号であることを特徴とするエッチング終点検出方法。 - 請求項１または請求項２記載のエッチング終点検出方法において、
前記第１信号は、エッチング処理中に発生する光の発光強度信号であることを特徴とするエッチング終点検出方法。 - 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算部と、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング終点検出システム。 - 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算部と、
前記誤差の積を求める第３演算部と、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング終点検出システム。 - 被エッチング材が載置される第１電極と、前記第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、
前記第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路と、
前記被エッチング材をエッチングするときに発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算部と、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出部とを備えていることを特徴とするエッチング装置。 - 被エッチング材が載置される第１電極と、前記第１電極に対向して配置される第２電極とを有する真空チャンバと、
前記第１および第２電極にそれぞれ接続されている高周波電力の供給線路と、
被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測部と、
取得した前記第１信号に対して多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算部と、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算部と、
前記誤差の積を求める第３演算部と、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出する検出部とを備えていることを特徴とするエッチング装置。 - 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測プログラムと、
前記第１信号を用いて多項式による線形モデルおよび非線形モデルのいずれかを求める第１演算プログラムと、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差を求める第２演算プログラムと、
前記誤差の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出プログラムとを備えていることを特徴とするエッチング終点検出プログラム。 - 被エッチング材をエッチングするときにエッチング装置内で発生する第１信号を取得する計測プログラムと、
前記第１信号を用いて多項式による線形モデルおよび非線形モデルの複数を求める第１演算プログラムと、
前記第１信号と求めたモデルの計算値との誤差をそれぞれ求める第２演算プログラムと、
前記誤差の積を求める第３演算プログラムと、
前記積の時間変化率が所定のしきい値を超えたことに応答してエッチングの終点を検出し、終点検出を前記エッチング装置の制御部に伝える検出プログラムとを備えていることを特徴とするエッチング終点検出プログラム。
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20051101 |