JP3117355B2 - プラズマ処理の終点検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理の終点検
出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いたエッチング装置は、従
来から半導体製造工程あるいは液晶表示装置用基板の製
造工程に広く適用されている。このようなエッチング装
置は、例えば、互いに平行に配設された上部電極と下部
電極を備えており、上部電極と下部電極との間の放電に
よりエッチング用ガスからプラズマを発生させ、その活
性種で被処理体としての半導体ウェハをエッチングする
ものである。エッチング処理に際しては、エッチングの
進捗状況を監視し、その終点をできるだけ正確に検出し
て、所定のパターン通りにエッチング処理を行うように
している。

【０００３】従来から、エッチングの終点を検出する方
法には、質量分析、分光分析等の機器分析手法が用いら
れており、それらの中でも比較的簡易で高感度な分光分
析が広く用いられている。エッチングの終点を検出する
場合に分光分析法を用いるときは、具体的には、エッチ
ング用ガス、その分解生成物もしくは反応生成物等のラ
ジカル、またはイオン等の活性種のうち特定の活性種を
選択し、選択された活性種の発光スペクトルの発光強度
を測定する。この場合、選択する活性種はエッチング用
ガスの種類により異なる。例えば、ＣＦ₄ 等のフルオロ
カーボン系のエッチング用ガスを用いてシリコン酸化膜
をエッチングする場合には、その反応生成物であるＣＯ
^* からの発光スペクトル（２１９nmまたは４８３．５nm
等）を測定し、また、ＣＦ₄ 等のフルオロカーボン系の
エッチング用ガスを用いてシリコン窒化膜をエッチング
する場合には、その反応生成物であるＮ^* からの発光ス
ペクトル（６７４nm等）を測定する。そして、エッチン
グの終点は、上述のような特定の波長の発光強度やその
強度の一次微分値、二次微分値等の変化量をあらかじめ
設定した閾値と比較することにより決定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
終点検出方法の場合には、個々のプロセスにより、例え
ばエッチングする膜の種類により、発光を測定する活性
種が異なるため、それぞれの活性種に応じた閾値をその
都度設定し直さなくてはならない。また、エッチングす
る膜の種類が同一であっても、膜厚等の違いによりエッ
チング条件が異なる場合には、やはりそれぞれのエッチ
ング条件に即した閾値をその都度設定し直さなくてはな
らない。これらの閾値を設定するには、複雑な数式に基
づき数値設定を行わなければならない。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、個々のプロセスや個々の被処理体に応じて
その都度閾値を設定し直す必要がなく、異なるプラズマ
処理条件でも正確にプラズマ処理の終点を検出すること
ができる汎用性のある終点検出方法を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理の終点検出方法は、被処理体にプラズマを用いた処理
を施す際に、前記プラズマ中において特定波長を有する
活性種の発光スペクトルを光検出手段により逐次検出す
る工程と、前記発光スペクトルからの情報に基づいて、
Ｘ−Ｙ座標のＸ軸及びＹ軸の一方を発光強度とすると共
に他方を前記発光強度の波形の傾きとすることにより、
前記発光強度及び前記発光強度の波形の傾きをＸ−Ｙ座
標化する工程と、所定の時点における前記発光強度及び
波形の傾きの値を又は所定の期間における前記発光強度
の平均値及び波形の傾きの平均値を前記Ｘ−Ｙ座標の原
点とする工程と、前記時点又は前記期間の後にＸ−Ｙ座
標化された点と原点との距離が所定の閾値を越えた時点
を前記処理の終点として判定する工程と、を具備するこ
とを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、発光強度Ｉおよびその波形の
一次微分値をＸ−Ｙ座標化する。このＸ−Ｙ座標の原点
Ｏは、プラズマ処理初期所定時間内での発光強度Ｉ（Ｘ
座標値）およびその波形の傾きの初期平均値に設定して
ある。この原点Ｏから現在座標が急激に離間し始める位
置として、原点Ｏと現在座標との距離Ｌが所定の閾値Ｌ
ｓより大きくなった位置を用いることができ、その位置
をプラズマ処理の終点として判定する。

【０００８】

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して
具体的に説明する。 （実施の形態１） 図１は本発明に係る終点検出方法を実施するための終点
検出装置を備えたプラズマ処理装置の構成を示す説明図
である。プラズマ処理装置１０は、例えばアルミニウム
等の導電性材料からなる処理室１１と、この処理室１１
内に配設されかつ被処理体である半導体ウェハＷを載置
する載置台を兼ねた下部電極１２と、この下部電極１２
の上方に下部電極１２と離隔して配設された上部電極１
３とを備えている。

【００１０】処理室１１の上部には、ＣＦ₄ 等のフルオ
ロカーボン系のエッチング用ガスを導入するためのガス
導入管１４が接続されている。また、処理室１１の側壁
には、生成ガスを排出するための排気管１５が接続され
ている。また、下部電極１２は接地されており常時グラ
ンド電位に保たれている。また、上部電極１３は高周波
電源１６に接続されており、高周波電源１６から高周波
電圧を印加して下部電極１２と上部電極１３との間で放
電させることにより、エッチング用ガスを活性化してラ
ジカル種、イオン種等の活性種からなるプラズマＰを発
生させる。

【００１１】また、処理室１１の側壁には、石英ガラス
等の透明体からなる監視用窓１７が取り付けられてお
り、この窓１７からプラズマＰの発光スペクトルを透過
させ、この透過光を分析することによりエッチングの進
捗状況を監視する。窓１７の外部には、透過光を集光す
るためのレンズ２１が配設され、さらにレンズ２１の後
段には、レンズ２１によって集光された光を検出して光
電変換する光検出器２２が配設されている。この光検出
器２２は、例えば、干渉フィルタまたは分光器と、フォ
トマルまたはフォトダイオードとから構成されており、
特定波長の光を干渉フィルタまたは分光器で分光した
後、分光した特定波長の光を光電変換して発光強度Ｉを
電気信号として送信するようになっている。この光検出
器２２から送信される発光強度に対応した電気信号に基
づいて後述の終点検出装置３０でエッチングの終点を検
出し、終点を検出した時点で制御信号を制御装置４０に
送信し、この制御装置４０を介してプラズマ処理装置１
０を制御してエッチングを終了させる。

【００１２】ここで、レンズ２１の位置は、不図示のレ
ンズ移動手段により適宜移動することができる。例え
ば、半導体基板上に形成された膜をプラズマエッチング
する場合において、特定波長を有する発光スペクトルを
検出するとき、膜の上面を反射した光と、膜の下面（半
導体基板と膜との界面）を反射した光とが干渉すると、
正確に発光スペクトルの発光強度を検出することができ
なくなる可能性がある。レンズ移動手段２１ａによりレ
ンズの焦点位置を適宜変えることにより、このような現
象を低減させることができ、正確に発光スペクトルの発
光強度を検出することができるようになる。この場合、
エッチングが進行すると、膜の厚さが変化するので、そ
の膜厚の減少の割合に応じて適宜レンズの焦点位置を変
えることが好ましい。

【００１３】次に、本発明に係る方法に使用する終点検
出装置３０について図１〜図４を参照しながら説明す
る。本発明の終点検出装置３０は、図２に示すように、
光検出器２２からの入力信号、すなわち発光強度Ｉの波
形からその強度Ｉや波形の一次微分値（傾き）等の検出
要素を抽出して送信する検出要素抽出器３１と、この検
出要素抽出器３１によって逐次抽出された発光強度Ｉ
（図３参照）からその平均値ｍおよび分散値σ² を演算
してそれぞれを送信する平均値・分散値演算器３２と、
この平均値・分散値演算器３２から受信した平均値ｍと
検出要素抽出器３１から受信した発光強度Ｉとの差を演
算して送信する演算器３３と、この演算器３３から受信
した演算値（差の値）と平均値・分散値演算部３２から
受信した分散値σ² とを比較してその比較結果を送信す
る比較器３４と、この比較器３４から受信した比較値の
絶対値が所定の基準値を超えた時点をエッチングの終点
として判定する判定器３５とを備えている。この判定器
３５の判定結果は、上述のように制御装置４０へ送信さ
れ、その判定結果の信号に基づいて制御装置４０を介し
て高周波電源１６等を制御することによりエッチング処
理を制御する。

【００１４】次に、本発明の終点を検出する方法を終点
検出装置を用いて説明する。まず、エッチング初期の所
定時間Ｔ₁ 内におけるプラズマＰの発光強度Ｉの平均値
ｍおよび分散値σ² を平均値・分散値演算器３２におい
て求めてエッチング処理時のエッチング用ガスのガス量
あるいは電気的ノイズ等による発光強度Ｉのバラツキを
統計的に把握する。次いで、この初期所定時間Ｔ₁ 経過
後には、時間経過と共に変動する発光強度Ｉと平均値ｍ
との差を演算器３３において求めた後、この差の値の絶
対値と分散値σ² とを比較器３４によって比較し、この
差の絶対値が基準値を超えた時点をエッチングの終点と
して判定器３５によって判定する。

【００１５】上述した終点検出におけるエッチングの初
期所定時間Ｔ₁ は、エッチングが開始された時点からエ
ッチングを終了する前の一定時間内で任意に設定するこ
とができる時間であり、通常は種々のエッチング処理条
件に左右されることのない、種々のエッチング処理に共
通する範囲内の時間を設定する。この初期所定時間Ｔ₁
内に変動する発光強度Ｉの波形の平均値ｍおよび分散値
σ² をその初期所定時間Ｔ₁ 経過時点で求めることによ
り、エッチング処理時の発光強度Ｉの時間変動の上下限
をエッチング初期に把握することができる。また、初期
所定期間経過後に、発光強度Ｉと平均値ｍの差の値と分
散値σ² とを比較する場合、上記差と直接比較する場合
には分散値σ² の標準偏差σが用いられる。初期所定期
間経過後に上記比較値が基準値を超える時点をエッチン
グ処理の終点と認識することができる。すなわち、判定
器３５で終点を判定する場合の基準値、すなわち閾値と
して上述のように各エッチング条件によってその都度算
出される平均値ｍおよび分散値σ² を用いることができ
る。

【００１６】次に、図４で示すフローチャートを参照し
ながら終点検出装置３０の動作について説明する。例え
ば０．１ｍTorrから数Torrの真空状態を形成した処理室
１１内の下部電極１２上にシリコン酸化膜が形成された
半導体ウェハＷを載置する。次いで、高周波電源１６に
より上部電極１３に高周波電圧を印加して下部電極１２
との間で放電させる。さらに、ガス導入管１４から例え
ばＣＦ₄ を主成分とするエッチング用ガスを処理室１１
内に供給し、ＣＦ₄ 等をプラズマ化させて活性種を発生
させる。この活性種によって半導体ウェハＷのシリコン
酸化膜をエッチングすると、ＳｉＦ₄ および監視用活性
種であるＣＯ^* が生成する。ＣＯ^* 等の活性種が基底状
態に戻る際に発生するそれぞれの発光スペクトルは、処
理室１１の窓１７を透過してレンズ２１で集光されて光
検出器２２に到達する。光検出器２２では、複数の発光
スペクトルからなる検出光からＣＯ^* の発光スペクトル
（４８３．５nm等）を分光した後、光電変換した発光強
度Ｉの電気信号をデータ信号として終点検出装置３０に
送信する。

【００１７】終点検出装置３０では、図４に示すよう
に、データ信号を受信すると、その内部で以下の処理を
行う。すなわち、終点検出装置３０の検出要素抽出器３
１でデータ信号を入力データとして受信する（Ｓ₁ ）。
次いで、検出要素抽出器３１では、受信した入力データ
から発光強度Ｉに基づいた入力データを抽出した後（Ｓ
₂ ）、この受信がエッチングの初期所定時間Ｔ₁ 内であ
るか否か判断し（Ｓ₃ ）、初期所定時間Ｔ₁ 内であれば
平均値・分散値演算器３２へ逐次送信し、これらの入力
データの記憶のみを行う（Ｓ₄ ）。その後、Ｓ₁ に戻り
これら一連動作を繰り返して入力データを逐次蓄積す
る。その後、Ｓ₃ において初期所定時間Ｔ₁内でないと
判断すればＳ₅ に移行し、初期所定時間Ｔ₁ に丁度達し
た時点か否かを判断し、丁度初期所定時間Ｔ₁ の終了時
点であると判断すれば、直ちに平均値・分散値演算器３
２で蓄積された入力データに基づいて発光強度Ｉの平均
値ｍおよび分散値σ² を平均値・分散値演算器３２で算
出し（Ｓ₆ ）、その後Ｓ₁ に戻る。 Ｓ₅ で初期所定時
間Ｔ₁ を経過したと判断すれば、その時点で平均値ｍお
よび分散値σ² の信号を平均値・分散値演算器３２から
演算器３３および比較器３４にそれぞれ送信する。この
演算器３３では、この平均値ｍを記憶し、検出要素抽出
器３１から逐次受信する入力データと平均値ｍとの差を
求め（Ｓ₇ ）、この差の値の信号を逐次比較器３４に送
信する。また、この比較器３４では、既に記憶した分散
値σ² （より具体的には標準変差σ）とこの差の値とを
逐次比較し（Ｓ₈ ）、その結果を判定器３５へ送信す
る。この判定器３５では、逐次受信する比較結果に基づ
いて差の絶対値が基準値を超えているか否かを逐次判断
し（Ｓ₉ ）、超えていなければＳ₁ へ戻り、係る判定を
繰り返す。一方、Ｓ₉ で絶対値が基準値を超えていると
判断すればエッチングの終点に達したものとして制御信
号を制御装置４０に送信してエッチング処理を終了す
る。

【００１８】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、エッチングの初期所定時間Ｔ₁ 内には、平均値・分
散値演算器３２が検出要素抽出器３１から逐次受信して
蓄積した発光強度Ｉのデータ信号に基づいて発光強度デ
ータの平均値ｍおよび分散値σ² を求め、また、初期所
定時間Ｔ¹ 経過後には演算器３３、比較器３４および判
定器３５が検出要素抽出器３１および平均値・分散値演
算器３２からそれぞれ受信したデータ信号、すなわち発
光強度Ｉ、平均値および分散値σ² に基づいてエッチン
グの終点を判定するようにしたため、例えばエッチング
用ガスの流入量等のエッチング処理条件の僅かな変動や
電気的ノイズによって発光強度Ｉの波形が図３に示すよ
うに変動して不安定な状態であっても、光検出器２２か
ら送信される電気信号によりエッチング処理時の発光強
度Ｉの上下変動とエッチング終了時の上下変動とを峻別
することができる。これにより、エッチングの終点を正
確に検出して所定のエッチングを行うことができる。し
たがって、従来のようにエッチング処理の条件が変わる
毎にそれぞれの条件に適合し閾値を設定する必要がな
く、異なるエッチング処理条件であっても効率よく正確
にエッチングの終点を検出することができる。

【００１９】なお、本実施の形態では、プラズマＰにお
ける励起分子が基底状態に戻る際に発光する光の発光強
度Ｉを統計的に処理して終点を求める場合について説明
したが、本発明は発光強度に限定されるものではなく、
その発光強度を経時的に測定したときに描くことができ
る曲線の一次微分値あるいは二次微分値を同様に統計的
処理して終点を求めるようにしてもよい。また、本実施
の形態ではエッチング処理の場合について説明したが、
本発明の終点検出方法はエッチング処理の終点検出に制
限されるものではなく、アッシャー装置等のようにプラ
ズマ処理が進行するにつれて発光スペクトルが変化する
ような処理の場合に適用することができる。 （実施の形態２） 従来の終点検出方法の場合には、一つの検出要素を用い
てエッチングの終点を検出するようにしているため、そ
の検出要素が微小量しか変化しない場合にはエッチング
用ガスの僅かな圧力変化等によるエッチング条件の変動
あるいは電気的ノイズ等によって検出要素の変動量が吸
収されてしまい、後者の変動量と前者の変動量との区別
が困難になって終点を正確に検出できなくなるという問
題がある。 また、従来の終点検出方法の場合には、エ
ッチング処理時に発光強度Ｉ等の検出要素の一つを予め
設定しておいた閾値と比較するようにしているため、エ
ッチング部分によって終点が相違し、発光強度波形が複
数の段差をもって変動する場合や、種類の異なる膜で層
をなす複雑な多層膜構造から生じる凸型あるいは凹型波
形を有する場合には、その段差の数に応じて終点の判定
を繰り返さなくてはならず、各段差での終点の判定が困
難になって益々終点を正確に検出することができなくな
る。例えば、検出要素として発光強度Ｉを選択した場
合、発光強度Ｉがガス流量、ガスの種類、圧力、電力等
のエッチング条件の変動によりエッチング処理時の第１
波形Ｉ₁ およびエッチング終了以降の第２波形Ｉ₂ が、
図５に示すように、上下に振れて安定せず、エッチング
の終点を示すスロープ状の第３波形Ｉ₃ の閾値ｓが第３
波形Ｉ₃ の初期や終期近傍の部分にあると、閾値ｓを第
１波形Ｉ₁ または第２波形Ｉ₂ と判別できなくなること
がある。このため、エッチングの処理条件によっては安
定した終点の判定を行うことができない。

【００２０】本実施の形態では、エッチング時の発光強
度の変動を二次元的に検出して電気的ノイズとの影響を
ほとんど受けることなくエッチングの終点を正確に検出
することができ、また、配線構造によりエッチング膜厚
が部分によって異なる場合でもそれぞれの膜厚に応じて
エッチングの終点を連続的かつ正確に検出することがで
きる終点検出方法および終点検出装置を提供する。

【００２１】本実施の形態の終点検出方法を実施するた
めの終点検出装置３０について、図６〜図１３を参照し
ながら説明する。この終点検出装置３０は、図６に示す
ように、光検出器２２からの入力信号、すなわち発光強
度Ｉの波形からその発光強度Ｉおよび波形の一次微分値
（傾き）を図７に示すようにＸ−Ｙ座標化する座標変換
器４１と、この座標変換器４１で座標化されたＸ−Ｙ座
標の原点Ｏと現在座標との距離Ｌを所定の閾値Ｌｓと比
較して距離Ｌが閾値Ｌｓを超える点（図８Ｂ参照）を発
光強度Ｉのチェンジスタートとしての始めの変曲点（チ
ェンジスタート点）Ｓ（図８Ａ参照）とし、かつこの点
を終点として判定するチェンジスタート判定器４２と、
チェンジスタート以降に傾きを示す上記現在座標の一次
微分値が急激にＸ座標軸へ接近する点、つまり図８Ｂで
示すようにＸ座標値（発光強度）がほとんど変化せず、
Ｙ座標値（傾き）が０へ接近する点をチェンジエンドと
しての終りの変曲点（チェンジエンド点）Ｅ（図８Ａ参
照）とし、かつこの点を終点として判定するチェンジエ
ンド判定器４３と、このチェンジエンド判定器４３によ
って判定された終点を図１０Ａおよび図１０Ｂに示すよ
うにＸ−Ｙ座標の新原点Ｏ₁ として設定し、かつ上記原
点Ｏをこの新たな原点Ｏ₁ へ移動させる原点移動器４４
とから構成されている。なお、閾値Ｌｓは、Ｓ_X をＸ
（発光強度）の分散値とし、Ｓ_Y をＹ（傾き）の分散値
とし、Ａを任意の定数としたときに次の式（Ｉ）で求め
られる。

【００２２】

【数１】

【００２３】座標変換器４１は、光検出器２２からの入
力信号に基づいて発光強度Ｉおよび傾きの値をそれぞれ
Ｘ座標値およびＹ座標値に変換して図７に示すＸ−Ｙ座
標上で発光強度Ｉおよび傾きの軌跡を描き、また、発光
強度Ｉおよび傾きの初期値またはそれぞれの初期所定時
間でのそれぞれの初期平均値をＸ−Ｙ座標の原点Ｏにす
る。この初期所定時間は、エッチングが開始された時点
からエッチングを終了する前の一定時間内で任意に設定
することができる時間で、このような時間としては種々
のエッチング処理条件に左右されることのない、種々の
エッチング処理に共通する範囲内の時間を設定すること
ができる。また、チェンジスタート判定器４２は、座標
変換器４１からの信号を受信して現在座標を認識するこ
とにより、上述のようにエッチングの終点を判定し、か
つその判定結果を常時制御装置４０に送信してプラズマ
処理装置１０を制御する。また、チェンジエンド判定器
４３は、座標変換器４１からの信号を受信した現在座標
の傾き（Ｙ座標値）をその閾値（Ｙ座標で０にできるだ
け近い数値）と比較してチェンジエンド点Ｅを認識する
ことにより、上述のようにエッチングの終点を判定する
が、その判定結果を原点移動器４４に送信する。この原
点移動器４４は、エッチングすべき膜厚が部分によって
異なる膜、例えば、図９に示すような場所により厚さが
異なる基板５０上に形成された膜５１をレジスト層５２
をマスクとしてエッチングすることにより、深さのこと
なる開口部５３ａ〜５３ｃを形成する場合に、図１０Ａ
に示すように、各部分のエッチングが終了する毎に段階
的に発光強度波形が減少変化するとき、あるいは波形が
凸状（図１３Ａ参照）、凹状（図１３Ｃ参照）に変化す
るとき等にチェンジエンド判定器４３からの信号を受信
し、波形の変化するとき等にチェンジエンド判定器４３
からの信号を受信し、波形の変化する各段階で原点Ｏを
新たな原点Ｏ₁ にその都度連続的に移動させる。

【００２４】ここで、発光強度Ｉの波形が図１３Ａに示
すように凸状に変化する場合は、例えば、図１２に示す
ように、半導体基板６０上にＳｉＯ₂ 膜６１およびＳｉ
₃ Ｎ₄ 膜６２を順次積層した積層膜を同じ工程で、ＣＨ
Ｆ₃ ＋ＣＦ₄ ＋Ａｒ＋Ｏ₂ 等のエッチングガスを用いて
エッチングして開口部６３を形成する場合等が挙げられ
る。

【００２５】次に、上記構成の終点検出装置を用いた終
点検出方法の一実施例について説明する。本実施の形態
の終点検出方法では、まず半導体ウエハＷをプラズマＰ
を用いて、エッチングするときの発光スペクトルを光検
出器２２により逐次検出し、この発光スペクトルの特定
波長の発光強度の変化に基づいてエッチングの終点を検
出する際に、発光強度Ｉおよびその波形の一次微分値を
座標変換器４１により図７に示すようにＸ−Ｙ座標化
し、このＸ−Ｙ座標において現在座標値がＸ−Ｙ座標の
原点Ｏから急激に離間し始める位置をエッチングの終点
として判定する。

【００２６】より具体的には、この際のＸ−Ｙ座標の原
点Ｏは、エッチング初期所定時間内での発光強度Ｉ（Ｘ
座標値）およびその波形の傾きの初期平均値に設定して
ある。そして、上述した原点Ｏから現在座標が急激に離
間し始める位置として、原点Ｏと現在座標との距離Ｌが
所定の閾値Ｌｓより大きくなった位置（図８Ｂ参照）を
用いることができ、この位置を発光強度Ｉのチェンジス
タート点Ｓとし、このチェンジスタート点Ｓをエッチン
グの終点としてチェンジスタート判定器４２によって判
定する。したがって、エッチング処理時には、発光強度
Ｉは上述したように図１３Ａおよび図１３Ｂで示すよう
に一定でなく上下に振れて安定しないため、Ｘ−Ｙ座標
上での現在座標はそのＸ座標値およびＹ座標値が図８Ｂ
に示すように原点Ｏを中心にして、閾値Ｌｓの範囲内で
常時連続的に変化して原点Ｏの周りを渦状に移動してい
る。しかし、エッチング処理が終了する直前には、発光
強度Ｉは急激に減少するので図８Ａに示すようなスロー
プを描く。そのチェンジスタート点ＳからＸ座標値（発
光強度）が急激に減少すると、Ｘ−Ｙ座標上では現在座
標が図８Ｂに示すように閾値Ｌｓから逸脱する。そのと
きの位置をチェンジスタート判定器４２がチェンジスタ
ート点Ｓとして判定し、その点Ｓをエッチングの終点と
して検出する。次いで、現在座標がチェンジスタート点
Ｓを過ぎ、その後Ｙ座標値のマイナス（負の傾き）領域
で下方へ移動すると共に発光強度Ｉの初期平均値よりも
減少してＸ座標のマイナス領域へ移動してＸ軸から下方
へ湾曲する軌跡を描いて図８Ａで示すチェンジエンド点
Ｅへ向かう。なお、閾値Ｌｓには、分散値σ² の整数倍
の値を用いることが好ましい。

【００２７】一方、チェンジエンド点Ｅでエッチングの
終点を検出する場合には、現在座標がチェンジスタート
以降にＸ軸から下方へ湾曲する軌道がＸ軸へ接近する
点、つまり発光強度Ｉの傾き、Ｙ＝０に接近する点、も
しくは傾きの分散値より小さくなった点をチェンジエン
ド判定器４３によってチェンジエンド点Ｅとして判定
し、このチェンジエンド点Ｅをエッチングの終点として
検出する。次いで、エッチングを終了したチェンジエン
ド点Ｅ以降では、エッチング処理時と同様に、発光強度
Ｉは上下の揺れはあるものの下位で安定するため、現在
座標は座標値（Ｉ_E、０）を中心にして渦状に移動する
ような軌跡を描く。

【００２８】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、エッチング処理時のプラズマＰからの特定波長を分
光して連続的に受光し、この受光の発光強度波形の強度
Ｉおよび傾きをＸ−Ｙ座標化することにより、発光強度
Ｉおよび傾きの二次元的変動を利用してエッチングの終
点を検出するようにしているので、エッチング時の発光
強度Ｉの変動を発光強度Ｉおよびその波形の傾きにより
二次元的に検出して電気的ノイズの影響をほとんど受け
ることなくエッチングの終点を正確に検出することがで
きる。なお、エッチング用ガスのプラズマＰの特定波長
を監視すると、エッチング時にはそのガスが消費される
ため、発光強度Ｉは下位で安定するが、エッチングの終
点以降ではガス消費がなくなり発光強度Ｉが急激に上昇
して図１１Ａおよび１１Ｂに示すように変化するが、こ
のような場合にも同様に終点を検出することができる。

【００２９】また、図９に示すように、エッチングすべ
き膜厚が異なるような膜５１を同じ工程でエッチングす
る場合には、最も薄い部分から最も厚い部分へと順次エ
ッチングが終了して行くため、発光強度Ｉは図１０Ａに
示すように各部分のエッチングが終了する毎に段階的に
減少する。この現象は、膜厚が異なる複数の種類の膜を
同じ工程でエッチングする場合でも起こる。すなわち、
最も薄い膜から最も厚い膜へと順次エッチングが終了し
ていく毎に、発光強度Ｉは段階的に減少する。また、膜
厚が同じであっても、エッチングする領域の寸法がそれ
ぞれ異なる場合では、最も寸法（面積）の小さい部分か
ら最も寸法の大きい部分へと順次エッチングが終了して
行くため、発光強度Ｉはやはり図１０Ａに示すように各
部分のエッチングが終了する毎に段階的に減少する。さ
らに、エッチングレートが異なる複数の種類の膜を同じ
工程でエッチングする場合でも起こる。すなわち、最も
エッチングレートが大きい膜から最もエッチングレート
が小さい膜へと順次エッチングが終了していく毎に、発
光強度Ｉは段階的に減少する。

【００３０】この場合には、最初のエッチングが終了す
ると、上述のようにしてチェンジエンド判定器４３によ
ってエッチングの終点を検出し、その検出信号を原点移
動器４４に送信する。この原点移動器４４は受信した信
号に基づいて作動し、チェンジエンド直後の終点、つま
り、この段階での初期所定時間での発光強度Ｉおよびそ
の波形の傾きの初期平均値を示す位置をＸ−Ｙ座標の新
たな原点Ｏ₁ として設定し、最初の原点Ｏを新たな原点
Ｏ₁ へ移動させる。この段階で上述したようにチェンジ
エンド点Ｅからこの段階でのエッチングの終点を判定
し、以下同様の動作を繰り返して原点を順次移動させ
る。すべてのエッチングを終了した時点で、原点移動器
４４がエッチングの終点信号を制御装置４０に送信して
エッチングを終了する。

【００３１】また、発光強度Ｉの波形が図１３Ａに示す
ように凸状に変化する場合であっても、図１３Ｃに示す
ように凹状に変化する場合であっても、同様にチェンジ
エンド判定器４３からの信号を受信し、波形の変化する
各段階で図１３Ｂに示すように原点Ｏを新たな原点Ｏ₁
にその都度移動させると、現在座標はＹ軸を中心に上下
で略対象になる軌跡を描く。

【００３２】このように、配線構造上のエッチングの膜
厚が部位によって異なる場合でもチェンジエンド判定器
４３および原点移動器４４が作動してそれぞれの膜厚に
応じてエッチングの終点を連続的かつ正確に検出するこ
とができる。なお、本実施の形態では、チェンジエンド
判定器４３から原点移動器４４に信号を送信する場合に
ついて説明したが、チェンジスタート判定器４２から原
点移動器４４に信号を送信するようにすることもでき
る。

【００３３】なお、本実施の形態では、エッチング処理
の場合について説明したが、本発明の終点検出方法はエ
ッチング処理の終点検出に制限されるものではなく、ブ
ラスマ処理が進行するにつれて発光スペクトルが変化す
るような場合に本発明の終点検出方法を適用することが
できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の終点検出方法によれば、発光ス
ペクトルからの情報に基づいて発光強度および発光強度
の波形の傾きをＸ−Ｙ座標化し、新たにＸ−Ｙ座標化さ
れた点がＸ−Ｙ座標の原点から急激に離間した時点をプ
ラズマ処理の終点として判定するので、プラズマ処理時
の発光強度の変動を二次元的に検出して電気的ノイズの
影響を除去してプラズマ処理の終点を正確に検出するこ
とができる。

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る終点検出方法を実
施するための装置を備えたプラズマ処理装置の要部を示
す説明図。

【図２】図１に示す終点検出装置の構成を示すブロック
図。

【図３】図１に示す終点検出装置の作用を説明するため
のグラフ。

【図４】図１に示す終点検出装置を用いた本発明に係る
終点検出方法の一実施の形態を示すフローチャート。

【図５】エッチング処理からその終了に至るまでの特定
波長の発光スペクトルの発光強度波形を示すグラフ。

【図６】図１に示す終点検出装置の構成の他の例を示す
ブロック図。

【図７】図６に示す終点検出装置において演算に使用さ
れる発光強度およびその波形のＸ−Ｙ座標を示す図。

【図８】（Ａ）は全体の膜厚が均一である膜をエッチン
グする際の発光強度およびその波形の傾きの変化を示す
グラフ。（Ｂ）は（Ａ）の発光強度およびその波形の傾
きの変化を表すＸ−Ｙ座標。

【図９】部分によって膜厚が異なる膜を示す断面図。

【図１０】（Ａ）は部分によって膜厚が異なる膜をエッ
チングする際の発光強度およびその波形の傾きの変化を
示すグラフ。（Ｂ）は（Ａ）の発光強度およびその波形
の傾きの変化を表すＸ−Ｙ座標。

【図１１】（Ａ）は全体の膜厚が均一な膜をエッチング
する際の発光強度およびその波形の傾きの変化を示すグ
ラフ。（Ｂ）は（Ａ）の発光強度およびその波形の傾き
の変化を表わすＸ−Ｙ座標。

【図１２】２層の積層膜を本発明に係る方法に基づいて
一度にエッチングしたときの状態を示す断面図。

【図１３】（Ａ）はエッチングする際の発光強度が凸状
に変化する状態を示すグラフ。 （Ｂ）は（Ａ）の発光強度およびその波形の傾きの変化
を表わすＸ−Ｙ座標。 （Ｃ）はエッチングする際の発光強度が凸状に変化する
状態を示すグラフ。

【符号の説明】

１０…プラズマ処理装置、１１…処理室、１２…下部電
極、１３…上部電極、１４…ガス導入管、１５…排気
管、１６…高周波電源、１７…監視用窓、２１…レン
ズ、２１ａ…レンズ移動手段、２２…光検出器、３０…
終点検出装置、３１…検出要素抽出器、３２…平均値・
分散値演算器、３３…演算器、３４…比較器、３５…判
定器、４０…制御装置、４１…座標変換器、４２…チェ
ンジスタート判定器、４３…チェンジエンド判定器、４
４…原点移動器、５０…基板、５１…膜、５２…レジス
ト層、５３ａ〜５３ｃ，６３…開口部、６０…半導体基
板、６１…ＳｉＯ₂ 膜、６２…Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理体にプラズマを用いた処理を施す際
   に、前記プラズマ中において特定波長を有する活性種の
   発光スペクトルを光検出手段により逐次検出する工程
   と、 前記発光スペクトルからの情報に基づいて、Ｘ−Ｙ座標
   のＸ軸及びＹ軸の一方を発光強度とすると共に他方を前
   記発光強度の波形の傾きとすることにより、前記発光強
   度及び前記発光強度の波形の傾きをＸ−Ｙ座標化する工
   程と、 所定の時点における前記発光強度及び波形の傾きの値を
   又は所定の期間における前記発光強度の平均値及び波形
   の傾きの平均値を前記Ｘ−Ｙ座標の原点とする工程と、 前記時点又は前記期間の後にＸ−Ｙ座標化された点と原
   点との距離が所定の閾値を越えた時点を前記処理の終点
   として判定する工程と、 を具備することを特徴とするプラズマ処理の終点検出方
   法。
2. 【請求項２】被処理体にプラズマを用いた処理を施す際
   に、前記プラズマ中において特定波長を有する活性種の
   発光スペクトルを光検出手段により逐次検出する工程
   と、 前記発光スペクトルからの情報に基づいて、Ｘ−Ｙ座標
   のＸ軸及びＹ軸の一方を発光強度とすると共に他方を前
   記発光強度の波形の傾きとすることにより、前記発光強
   度及び前記発光強度の波形の傾きをＸ−Ｙ座標化する工
   程と、 所定の時点における前記発光強度及び波形の傾きの値を
   又は所定の期間における前記発光強度の平均値及び波形
   の傾きの平均値を前記Ｘ−Ｙ座標の原点とする工程と、 前記時点又は前記期間の後にＸ−Ｙ座標化された点と原
   点との距離が所定の第１の閾値を越えた時点を判定する
   工程と、 この判定工程の後に前記波形の傾きが再度所定の第２の
   閾値よりも小さくなった時点を終点として判定する工程
   と、 を具備することを特徴とするプラズマ処理の終点検出方
   法。
3. 【請求項３】被処理体にプラズマを用いた処理を施す際
   に、前記プラズマ中において特定波長を有する活性種の
   発光スペクトルを光検出手段により逐次検出する工程
   と、 前記発光スペクトルからの情報に基づいて、Ｘ−Ｙ座標
   のＸ軸及びＹ軸の一方を発光強度とすると共に他方を前
   記発光強度の波形の傾きとすることにより、前記発光強
   度及び前記発光強度の波形の傾きをＸ−Ｙ座標化する工
   程と、 所定の時点における前記発光強度及び波形の傾きの値を
   又は所定の期間における前記発光強度の平均値及び波形
   の傾きの平均値を前記Ｘ−Ｙ座標の原点とする工程と、 前記時点又は前記期間の後にＸ−Ｙ座標化された点と原
   点との距離が所定の第１の閾値を越えた時点を判定する
   第１の判定工程と、 この判定工程の後にＸ−Ｙ座標化された点の前記波形の
   傾きが再度所定の第２の閾値よりも小さくなった時点を
   判定する第２の判定工程と、 この第２の判定が行われた時点の前記Ｘ−Ｙ座標の点を
   前記Ｘ−Ｙ座標の新たな原点とする工程と、 この新たな原点を基準として終点を判定する工程と、 を具備することを特徴とするプラズマ処理の終点検出方
   法。