JP2998103B2 - エッチング終了の検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、エレクトロンサイクロトロン共鳴（以下
「ECR」と言う）放電プラズマを利用したエッチングに
おいて、エッチングの終了を検知する方法に関する。

（従来の技術） 従来、真空中に導入した反応ガスを、マイクロ波電界
と磁界によってECR放電させ、放電によって生ずるプラ
ズマ中の反応ガスイオンやラジカルを介して半導体基板
等の表面に形成された薄膜をエッチングするECRプラズ
マエッチングが知られており、異方性のエッチングが可
能である等の利点によって、高密度に集積された半導体
デバイスの製造などに利用されるに至っている。

このECRプラズマエッチングを行う場合、真空容器の
外部からエッチングの終了を検知する手段として、エッ
チング中に発光するイオン、ラジカル等のスペクトルの
強度変化をモニターする方法が知られている。第４図は
この方法の実例で、真空容器に塩素ガスを200sccm導入
して圧力を５×10^-4Torrに保ち、マイクロ波パワーを1K
W投入して基板上のポリシリコン膜をエッチングした時
のシリコンの発光スペクトル（288nm）の相対強度を示
したものである。このような相対強度変化をモニター
し、従来は図のａ点でエッチング終了と判定していたの
である。

（発明が解決しようとする課題） 前記実例の場合、実際のエッチング終了の時点は、図
のｂ点のような位置であることが知られており、従っ
て、ｂ点からａ点までの時間は、無駄なエッチングをし
ている問題点があった。特にエッチング速度の大きい枚
葉処理型のエッチング装置では、大きなスループットを
求められるが、この無駄な時間の存在でスループットの
向上が妨げられていた。

前記発光スペクトルの相対強度は再現性のあるもので
は無かったので、予め前記ａ点とｂ点の関係を調べて、
実際のエッチング終了時点を予測することはできなかっ
た。

一方、エッチングされる膜が段差のある基板に形成さ
れている場合には、段差部分に付着した膜が、前記ａ点
までエッチングした後も残っていることが多かった。こ
のような段差部分の膜までエッチングを終了したこと
を、従来の発光スペクトルの強度変化からモニターする
ことはほとんどできなかった。

この発明は以上のような発光スペクトルの強度変化で
エッチングの終了を検知する場合の問題点を解決しよう
とするもので、エッチングの終了を容易かつ正確に検知
できる方法を提供することを目的としたものである。

（課題を解決する為の手段） この発明は、前記目的を達成する為にエレクトロンサ
イクロトロン共鳴放電プラズマを用いて基板表面のエッ
チングを行う際に、エッチングの終了をエッチング中の
発光スペクトルの強度変化で検知する方法であって、前
記発光スペクトルの強度をエッチングの圧力と共に演算
処理し、該処理結果でエッチングの終了を判定するエッ
チング終了の検知方法において、前記演算処理は、先ず
基板の平面部のエッチング中はエッチング圧力の相対強
度Ａ、発光スペクトルの相対強度Ｂとして（Ａ−Ｂ）^２
の演算を行い、次に、基板の段差部分のエッチングに対
しては、 の演算を行うことを特徴とするエッチング終了の検知方
法を用いる。

前記演算処理は、発光スペクトル強度、およびエッチ
ング圧力強度について相対強度化し（実際の強度は発光
スペクトル強度に対応して得られる出力電圧が０〜10
V、エッチング圧力強度に対応して得られる出力電圧が1
0mV〜100mVのように出力レンジが異なる為）、それらの
加減乗除、一次微分、二次微分等の演算で行う。

（作用） この発明のエッチング終了の検出方法によれば、スペ
クトル強度の変化とエッチング圧力の変化が関連づけら
れた状態で、エッチング状況の変化情報として得ること
ができる。

（実 施 例） 以下、この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は実施例で使用したECRプラズマエッチング装
置であって、プラズマ室１とエッチング室２を連設して
構成されたもので、プラズマ室１に備えたマイクロ波導
入窓３にマイクロ波発信器（図示していない）から導波
管４でマイクロ波が導かれるようになっている。プラズ
マ室１の外側には磁場発生コイル５が設置してあり、こ
の磁場発生コイル５による磁界と、導波管４で導かれた
マイクロ波の電界によって、プラズマ室１内ではECR放
電が励起され、ガス導入系10を通してプラズマ室１に導
入されたガスはプラズマ化される。図中９はプラズマ室
１の冷却手段であって、矢示11のように水が循環できる
ようになっている。

エッチング室２内には、前記ECR放電の共鳴点（875ガ
ウス）近傍に位置させるように基板ホルダー６が設置し
てあり、エッチングの対象となる基板７に反応性イオン
が垂直に入射するようになっている。また、エッチング
室２には排気系８が接続され、エッチング室２およびプ
ラズマ室１の真空排気ができるようになっている。

前記導波管４の一側壁には光検出器12が設けてあり、
マイクロ波導入窓３を通してプラズマ室１内の発光スペ
クトルを検出できるようになっており、該光検出器12に
光電変換器13が連結してある。また、エッチング室２の
一側壁には真空計14が設置してあり、エッチング圧力を
検出できるようにしてある。

前記のようなECRプラズマエッチング装置を用いてシ
リコン酸化膜を下地として多結晶シリコン膜が形成され
た基板７（段差のあるもの）のエッチングを行なった。
エッチング前圧力を6.0×10^-4Torrとし、塩素ガスを20s
ccm導入し、マイクロ波を1KWとした。

第２図はこの時のエッチング圧力の変化を表わしてい
る。反応ガスの導入で圧力が上昇した後、エッチング開
始と同時に圧力が低下し、エッチング終了時には圧力が
上昇した。

そこで、このエッチング圧力相対強度と、光検出器12
を介して得られた波長288nmの発光スペクトルの相対強
度を用いて演算処理を行なった。

演算処理は、先ず基板７の平面部分のエッチング中は
エッチング圧力の相対強度をＡ、発光スペクトルの相対
強度をＢとして（Ａ−Ｂ）^２の演算を行った。この場
合、第３図のＩの部分のように、ａ点が平面部分の実際
のエッチング終了と一致することが確認できた。

次に基板７の段差部分のエッチングに対しては、 の演算を行った。この場合には、第３図のIIの部分のよ
うに、ｂ点が段差部分の実際のエッチング終了と一致す
ることが確認できた。

以上の結果、基板７の表面形状に応じて、発光スペク
トルの強度とエッチング圧力の強度を元に適宜の演算処
理を行うことで、実際のエッチング終了を正確にモニタ
ーすることが可能であると言える。

尚、実施例ではシリコンの発光スペクトルとして波長
288nmのスペクトルを検出したが、ECRプラズマにおいて
より顕著に検出される、短波長側の強いピークである波
長252nmのスペクトルを検出するようにしても良い。

また、基板７に形成された膜は多結晶シリコン膜に限
るものではなく、アモルファスシリコン膜、単結晶シリ
コン膜でも良く、また、他の薄膜のエッチングについて
も同様に実施することが可能である。

（発明の効果） 以上に説明したように、この発明によれは発光スペク
トルの強度とエッチング圧力値とを演算処理するように
したので、実際のエッチング終了を容易かつ正確に検出
できる効果がある。この結果、無駄なエッチング処理の
継続を回避できるので、処理効率を向上できると共に、
エッチング膜の下地のダメージを少なくできるなどの効
果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に使用したECRプラズマエッ
チング装置の構成図、第２図は同じく実施例のエッチン
グ圧力の相対強度の変化のグラフ、第３図は同じく実施
例の演算処理出力の変化のグラフ、第４図は従来方法に
おける発光スペクトルの相対強度の変化のグラフであ
る。 １……プラズマ室、２……エッチング室 ６……基板ホルダー、７……基板 12……光検出器、13……光電変換器 14……真空計

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エレクトロンサイクロトロン共鳴放電プラ
   ズマを用いて基板表面のエッチングを行う際に、エッチ
   ングの終了をエッチング中の発光スペクトルの強度変化
   で検知する方法であって、前記発光スペクトルの強度を
   エッチングの圧力と共に演算処理し、該処理結果でエッ
   チングの終了を判定するエッチング終了の検知方法にお
   いて、前記演算処理は、先ず基板の平面部のエッチング
   中はエッチング圧力の相対強度Ａ、発光スペクトルの相
   対強度Ｂとして（Ａ−Ｂ）^２の演算を行い、次に、基板
   の段差部分のエッチングに対しては、 の演算を行うことを特徴とするエッチング終了の検知方
   法。