JP3242526B2 - プラズマエッチャーのエンドポイント検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体プロセスのプラ
ズマエッチング（ドライエッチ）過程において発生する
プラズマ光を分光測定し、そのスペクトル光強度の時間
的変化を検出してエッチング終了時間を制御するプラズ
マエッチャーのエンドポイント検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマエッチャーは、図１０に
示すように、チャンバ１内に反応ガスを流しながら半導
体ウエハ５をはさみ込んだ電極１０ａ，１０ｂに高周波
電圧をかけ、ウエハ５上でガスをプラズマ化することに
より、効率良く微細パターンのエッチングを行なわせて
いる。

【０００３】現在、ＳｉＯ₂ 膜のエッチングにプラズマ
エッチャーが良く用いられている。ＳｉＯ₂ 膜のエッチ
ングは、Ｓｉ基板上に形成されたＳｉＯ₂ 膜にホトレジ
ストで所望のパターンを焼付け、現像されたウエハ５を
電極１０ａ，１０ｂ間にセットする。そして、チャンバ
１内にＣＦ₄ とＡｒの混合ガスを流しながら、電極１０
ａ，１０ｂに高周波電圧をかけ、レジストが取り除かれ
た部分のＳｉＯ₂ に ＣＦ₄ ＋ＳｉＯ₂ →ＳｉＦ₄ ↑＋ＣＯ₂ ↑ の反応を起しエッチングする。なお、電極１０ａには、
ウエハ５上でガスをプラズマ化しやすくするために、多
数の微細孔１２が形成されているのが一般的である。

【０００４】以上のようなエッチング工程において、エ
ッチング時間が不足すると、図１１に示す点線アの様に
ＳｉＯ₂ が除去し切れずに残る。またエッチング時間が
長すぎると点線イの様にレジストの下までエッチングが
進行していわゆるオーバエッチの状態になってしまう。
これらは、いずれも製品の品質にとって致命的な欠陥と
なりかねないものである。

【０００５】そこで、従来のプラズマエッチャーでは、
チャンバ１内で反応によって発生するガス（ここではＣ
Ｏ₂ ）のプラズマ光を、チャンバ１の側壁に設けたビュ
ーポート１５から集光レンズ２０を介して分光器３０の
入射スリット３２上に集束させている。そして、入射ス
リット３２を通過した光束を分光器３０で分光すると共
に、プラズマ光のスペクトルを光検出器３１で検出し、
ＣＯ₂ ガスの発光スペクトル（４４０．２mm、又は４８
２．５mm）を制御回路を介して高周波電源等にフィード
バックすることにより、反応時間を制御している。

【０００６】ここで、ＣＯ₂ ガスのスペクトル強度は、
反応時間とともにおおむね図１２（ａ）に示す様に変化
する。すなわち、エッチングの開始からその進行ととも
に徐々に減少し、エッチングの終了近くで急激に落ち、
さらにオーバーエッチの状態まで徐々に弱くなってい
く。従って、このスペクトル強度の変化が急峻に生じる
時点を目安に反応終了時間を制御すれば、最適なエッチ
ング状態を得ることができる。

【０００７】ところで、半導体の微細化に伴い、図１１
に於けるレジストの開口部すなわち、エッチングパター
ンのサイズがサブミクロンのオーダに低下し、さらにウ
エハ全体の面積に対する開口部の比率も従来の１０％近
くから最近では５％前後、さらに近い将来には１％以下
にまで減少することが予想されている。

【０００８】開口率が低下するということは、前述した
ＳｉＯ₂ のエッチングの例では、ＣＯ₂ ガスの発生量が
低下することを意味し、プラズマ光全体の中でのＣＯ₂
ガスによる発光スペクトルの比率が低下することを意味
している。

【０００９】こうした条件下での分光器の出力は、図１
２（ａ）に示すように明確にエッチング終了点が読み取
れるようなものではなく、図１２（ｂ）に示すように極
めてＳ／Ｎ比の悪い信号となってしまう。この場合、検
出系の電気的外来ノイズを極力抑えＳ／Ｎ比の向上を計
ったとしても、最後に残る問題はプラズマ光全体の時間
的ドリフトである。

【００１０】このプラズマ全体のドリフトは、周波数の
低い成分を多く含んでおり、振幅もＣＯ₂ ガスのスペク
トル強度変化に近い大きさのものであるために、電気的
な手段では取り除くことが極めてむづかしいものとなっ
ている。その結果、エッチングのエンドポイントを正確
に検出することが困難になる。

【００１１】かかる不具合を解消するために、特開平５
−６２９４４号に記載されたエンドポイント検出装置
は、図１３に示すように、分光器３０内に配置した穴開
きミラー３３でプラズマ光の集束前に２分割し、その分
割した一方のプラズマ光を第２の光検出器３４で検出
し、他方のプラズマ光を入射スリット３２を通過させた
後にプラズマ光に対応した波長のみを取り出して第１の
光検出器３６で検出する。そして、第２，第１の光検出
器３４，３６の検出信号を制御演算回路３７に入力して
第１の光検出器３６の出力を第２の光検出器３４の出力
で補正ることにより、プラズマ光全体のドリフトの影響
が除去された信号が得られるものとなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た図１３に示すエンドポイント検出装置は、集光レンズ
２０によるプラズマ光の集束点に入射スリット３２を配
置し、その入射スリット３２の手前に穴開きミラー３３
を配置しているため、第２の光検出器３４には図１４に
示すように入射スリット３２に相当する発光領域３２ａ
よりも広い範囲３２ｂまで含んだ領域のプラズマ光が入
射するが、第１の光検出器３６には図１５に示すように
入射スリット３２のスリット形状に対応した領域の３２
ａプラズマ光のみが入射する。ところが、プラズマの発
光強度分布、またはその変動は発光領域全体に亙って均
一であるとは限らない。従って、第１の光検出器と第２
の光検出器とでそれぞれ受光する領域が異なる発光領域
のものであるとドリフトに対する補正が正しく行われな
いという問題がある。

【００１３】また、図１３に示されたエンドポイント検
出装置では、集光レンズ２０として平凸形の単レンズを
用いると次のような不具合が生じる。すなわち、集光レ
ンズが単レンズの場合、図９に示すように、球面収差の
影響により点Ｃには光軸近傍ではプラズマ発光領域Ｒの
中の点Ａから発した光線（点線）が集光する。これに対
し光軸から離れた周辺部では点Ａとは異なる点Ｂから発
した光線（実線）が集光する。

【００１４】スリット３２と受光素子３４とが点Ｃに相
当する共役点に配置されているとすれば、凹面グレーテ
ィング３５で分光され受光素子３６に集光される光は、
穴開きミラー３３の中心部を通過した光束なのでＡ点近
傍から発した光ということになる。一方、受光素子３４
に集光される光は穴開きミラー３３の周辺部で反射され
た光束なのでＢ点近傍から発した光ということになる。
従って、２つの受光素子３４，３６はそれぞれプラズマ
発光領域中で奥行きの異なった点からの光束を受光する
こととなり、前述した光軸と垂直方向での受光位置の違
いと同様な不具合が生じる。

【００１５】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、低開口率のウエハであってもプラズマ光全
体のドリフトによる検出精度の低下を防止でき、さらに
プラズマ発光領域からの光束のうち光軸と垂直方向にお
いて同一位置からの光束を受光することができエンドポ
イント検出精度の改善されたプラズマエッチャーのエン
ドポイント検出装置を提供することを目的とする。

【００１６】また、本発明は、低開口率のウエハであっ
てもプラズマ光全体のドリフトによる検出精度の低下を
防止でき、さらにプラズマ発光領域の奥行き方向に対し
ても正しく同一場所からの光束を受光することができエ
ンドポイント検出精度の改善されたプラズマエッチャー
のエンドポイント検出装置を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
プラズマエッチャーのチャンバ内で発生したプラズマ光
を集光レンズで入射スリット上に集光させ、該入射スリ
ットを通過した光を分光部材で分光することによりエッ
チングによる化学反応で発生したガスのプラズマ発光ス
ペクトルを取り出し、その強度変化に基づいてエッチン
グ終了時間を制御するプラズマエッチャーのエンドポイ
ント検出装置において、前記入射スリットの後方に配置
され、入射スリットを通過したプラズマ光の光束を中央
領域と輪帯領域とで二方向に分岐可能なミラーと、前記
ミラーの中央領域で分岐された光路上に配置され、前記
中央領域で分岐されたプラズマ光を分岐する分光部材
と、前記分光部材を介して特定波長に選択されたプラズ
マ光の集光位置に配置され、前記中央領域で分岐された
プラズマ発光スペクトルの強度に応じた信号を出力する
第１の光電変換素子と、前記ミラーの輪帯領域で分岐さ
れた光路上に配置され、該輪帯領域で分岐されたプラズ
マ光を集光する集光手段と、前記集光手段の集光位置に
配置され、前記輪帯領域で分岐されたプラズマ光の強度
に応じた信号を出力する第２の光電変換素子と、前記第
２の光電変換素子の前に挿脱可能に設け、前記輪帯領域
で分岐されたプラズマ光の特定波長を選択する干渉フィ
ルタと、前記第１および第２の光電変換素子の出力信号
に基づいてエッチング終了時間を制御する制御手段と、
を具備する。請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記プラズマエッチャーのエンドポイント
検出装置に、前記入射スリットのスリット形状に入射端
面を合わせたライン状バンドルをさらに備えており、前
記ライン状バンドルは、チャンバ内で発光するプラズマ
光の発光領域の長手方向に配列された入射端面が前記集
光レンズによるプラズマ光の焦点付近に配置され、且つ
出射端面が前記入射スリットに近接配置されることを特
徴としている。

【００１８】請求項３記載の発明は、プラズマエッチャ
ーのチャンバ内で発生したプラズマ光を集光レンズで入
射スリット上に集光させ、該入射スリットを通過した光
を分光部材で分光することによりエッチングによる化学
反応で発生したガスのプラズマ発光スペクトルを取り出
し、その強度変化に基づいてエッチング終了時間を制御
するプラズマエッチャーのエンドポイント検出装置にお
いて、前記入射スリットのスリット形状に入射端面を合
わせたライン状バンドルと、前記ライン状バンドルの出
射端面後方に配置され、入射スリットを通過したプラズ
マ光の光束を中央領域と輪帯領域とで二方向に分岐可能
なミラーと、前記ミラーの中央領域で分岐された光路上
に配置され、前記中央領域で分岐されたプラズマ光を分
岐する分光部材と、前記分光部材を介して特定波長に選
択されたプラズマ光の集光位置に配置され、前記中央領
域で分岐されたプラズマ発光スペクトルの強度に応じた
信号を出力する第１の光電変換素子と、前記ミラーの輪
帯領域で分岐された光路上に配置され、該輪帯領域で分
岐されたプラズマ光を集光する集光手段と、前記集光手
段の集光位置に配置され、前記輪帯領域で分岐されたプ
ラズマ光の強度に応じた信号を出力する第２の光電変換
素子と、前記第１および第２の光電変換素子の出力信号
に基づいてエッチング終了時間を制御する制御手段と、
を具備し、前記ライン状バンドルは、チャンバ内で発光
するプラズマ光の発光領域の長手方向に配列された入射
端面が前記集光レンズによるプラズマ光の焦点付近に配
置され、且つ出射端面が前記入射スリットに近接配置さ
れることを特徴としている。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【作用】本発明は、以上のような手段を講じたことによ
り、次のような作用を奏する。請求項１に対応するプラ
ズマエッチャーのエンドポイント検出装置では、チャン
バ内で発生したプラズマ光の集光位置に設けられた入射
スリットを通過した光束が中央領域と輪帯領域とで二方
向に分岐可能なミラーに入射して二方向に分岐される。

【００２２】ミラーの中央領域と輪帯領域とで二方向に
分岐された光束の一方は、分光部材へ入射しそこで選択
され特定波長成分が第１の光電変換素子に集光すること
により、第１の光電変換素子からプラズマ光の発光スペ
クトル強度に応じた信号が出力される。

【００２３】一方、ミラーの中央領域と輪帯領域とで二
方向に分岐された光束の他方は、集光手段により第２の
光電変換素子上に集光し、第２の光電変換素子からプラ
ズマ光の強度に応じた信号が出力される。第２の光電変
換素子の前には、干渉フィルタが挿脱可能に構成されて
いることにより、第２の波長が自由に選択でき、さらに
フィルタを挿入しない場合には全光量が検出できる。第
１及び第２の光電変換素子から出力された信号は、制御
手段に入力されてエッチング終了時間の制御に用いられ
る。このように光束を中央領域と輪帯領域とで二方向に
分岐可能なミラーを入射スリットの後方に設けられたこ
とにより、第１，第２の光電変換素子上に集光するプラ
ズマ光は、プラズマ発光領域の光軸に垂直な面内で同一
の領域から発せられたものとなる。さらに、請求項２の
ライン状バンドルを請求項１に対応するプラズマエッチ
ャーのエンドポイント検出装置に備えることにより、設
計上の自由度も大幅に改善することができる。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】請求項３に対応するプラズマエッチャーの
エンドポイント検出装置では、チャンバ内で発光するプ
ラズマ光の発光領域の長手方向に配列された入射端面が
集光レンズによるプラズマ光の焦点付近に配置され、出
射端面が入射スリットに近接配置されるライン状バンド
ルが用いられるので、設計上の自由度が大幅に改善でき
るものとなる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には，本発明の一実施例に係るプラズマエッチャーの
エンドポイント検出装置の全体構成が示されており、図
２には本実施例の要部である分光器内の光学系の構成が
示されている。なお、本実施例は、分光器内の光学系を
除いては、前述した図１０，１３の装置と基本構成は同
じであるので、同一部分には同一符号を付し、説明の重
複を避ける。

【００２９】本実施例のエンドポイント検出装置は、プ
ラズマエッチャーのチャンバー１内の電極１０ａ，１０
ｂ間に発生するプラズマ光を、チャンバー１のビューポ
ート１５から取り出し、分光器３０′の入射口に設けら
れた集光レンズ２０によって分光器３０′内の所定位置
で集光させる。分光器３０′内におけるプラズマ光の集
光位置に入射スリット４１を配置し、入射スリット４１
のスリット部を通過したプラズマ光を光束分割部材４２
により２分割する。光束分割部材４２により分割した一
方の光束を分光部材としての凹面グレーティング４３で
分光し所望の波長λ１のみによる入射スリット像を出射
スリット４４上に結像させる。 ここで、分光部材とし
て、凹面グレーティングの他に、平面グレーティングと
結像レンズとを組み合わせたもの、プリズム分光器，波
長選択性を有する干渉フィルター等を用いることができ
る。

【００３０】出射スリット４４の後方に配置した第１の
光電変換素子４５で出射スリット４４を通過した波長λ
１の光強度を検出する。この第１の光電変換素子４５で
検出される波長λ１の光強度信号を制御演算回路３７に
入力する。

【００３１】一方、光束分割部材４２で分割した他方の
光束を集光レンズ４６で所定位置に集光させる。その集
光位置に第２の光電変換素子４７を配置してその素子上
にプラズマ光の全波長成分を含んだ像を結像し、その像
の光強度に対応する光強度信号を制御演算回路３７に入
力する。

【００３２】ここで、光束分割部材４２は、図３に示す
ように光軸位置に対応する位置を中心として円形開口４
２ａが形成されたミラーから構成されている。円形開口
４２ａの寸法は、凹面グレーティング４３が必要とする
光量を充分満たすだけの大きさに設定されている。すな
わち、円形開口４２ａの大きさは、凹面グレーティング
４３の実質的開口を満たす光束が通過し得る大きさに設
定される。本実施例では、集光レンズ２０のＦナンバー
（＝Ｆ１．６６）に対して、円形開口４２ａのＦナンバ
ーをＦ３．５に設定しており、円形開口４２ａを通過し
たプラズマ光は凹面グレーティング４３が必要とする光
量を充分に満たしている。

【００３３】また、前述したＳｉＯ₂ 膜のエッチングの
エンドポイント検出の場合であれば、ＳｉＯ₂ ガスのプ
ラズマ発光波長（440.2mm,又は482.5mm ）を、凹面グレ
ーティング４３の選択波長λ１として設定する。

【００３４】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。本実施例では、プラズマエッチ
ャーにおけるチャンバー１内の電極１０ａ，１０ｂ間で
発生したプラズマ光が、集光レンズ２０によって分光器
３０′内の入射スリット４１上に結像される。入射スリ
ット４１を通過した光束からなる入射スリット像のう
ち、光束分割部材４２の円形開口４２ａに入射した光
が、そのまま通過して凹面グレーティング４３に入射し
特定の波長λ１のみが出射スリット４４上に結像され
る。また、入射スリット部材４１を通過した光束からな
る入射スリット像のうち、光束分割部材４２の輪帯領域
４２ｂに入射した光が反射され、集光レンズ４６で第２
の光電変換素子４７上に結像される。

【００３５】ここで、集光レンズ２０が入射スリット４
１上に結像するプラズマ光の発光領域と、第１，第２の
光電変換素子４５，４７の受光領域との関係について説
明する。

【００３６】例えば、図５（ａ）に斜線で示すプラズマ
発光領域Ｒが入射スリット４１上に結像される場合、本
実施例のように入射スリット部材４１の後方に配置した
光束分割部材４２でプラズマ光を分割した後に結像させ
るのであれば、第１，第２の光電変換素子４５，４７の
それぞれの受光領域はプラズマ発光領域Ｒ内にスリット
４１が投影された領域４１′ａに相当する同一領域とな
る。

【００３７】第２の光電変換素子４７に入射するプラズ
マ光は、プラズマ光に本来的に含まれている全ての波長
を含んでいるため、その光強度信号はプラズマ光全体の
強度変化に対応するものとなっている。従って、第２の
光電変換素子４７の光強度信号によって、第１の光電変
換素子４５の光強度信号で表される、所定の反応によっ
て生じるガスのプラズマ光の強度変化を規格化してやれ
ば、プラズマ光全体のドリフトの影響を除去した信号が
得られることになる。

【００３８】すなわち、第２の光電変換素子４７から出
力される光強度信号を制御演算回路３７に入力し、第１
の光電変換素子４５からの光強度信号を第２の光電変換
素子４７からの光強度信号で割り算する等の補正を施す
ことにより、スペクトル強度信号の時間変化は、図１２
（ｂ）に示すようなドリフトが消えて、図１２（ａ）に
示すような変曲点が明確に認識できるものとなる。

【００３９】このように本実施例によれば、制御演算回
路３７でプラズマ光全体のドリフトの影響を除去した信
号に基づいてエンドポイントの検出を行うようにしたの
で、プラズマエッチングのエンドポイントを高精度に検
出することができ、プラズマエッチングの反応時間を正
しく制御できる。

【００４０】また本実施例では、入射スリット４１の後
方に、凹面グレーティング４３のＦナンバーに相当する
穴を開けた光束分割部材４２を配置しているために、第
１の光電変換素子４５での受光領域と第２の光電変換素
子４７での受光領域は、入射スリット４１のスリット部
により取り出された，プラズマ発光領域Ｒの同一位置の
光束となるため、前述したプラズマ光全体のドリフトに
対する補正を正しく行うことができる。

【００４１】また本実施例では、分光器に対する光量損
失を伴うことがなく、光量減少によるＳ／Ｎ比の低下を
伴うことはない。さらに、光束分割部材４２に穴あきミ
ラーを用いているためにガラスの厚みによる收差の影響
も考慮する必要がない。もちろん、本発明では、穴あき
ミラーの代わりに穴が形成されていないハーフミラーま
たは光分岐プリズム等を用いても十分なＳ／Ｎを確保で
きれば用いることができる。

【００４２】次に、本発明の第１の変形例についてを参
照して説明する。なお、本変形例は、前述した図１，図
２に示すエンドポイント検出装置と基本構成は同じであ
る。従って、図１，図２を流用して本変形例を説明す
る。

【００４３】本変形例は、分光部材として干渉フィルタ
ー５０を第２の光電変換素子４７の手前に挿脱可能に配
置している。干渉フィルター５０はその中心波長λ２を
任意に選択できるものを用いている。そして、エッチン
グが進行すると共に減少するスペクトルの波長を凹面グ
レーティング４３の選択波長に設定し、逆にエッチング
が進行すると共に増加するスペクトルの波長を干渉フィ
ルター５０の中心波長λ２に設定している。

【００４４】このような本変形例では、第１の光電変換
素子４５で検出される上記特性を持った波長λ１の光強
度と第２の光電変換素子４７で検出される上記特性を持
った波長λ２の光強度との差が制御演算回路３７で計算
される。エッチングの進行に伴い減少するスペクトル波
長λ１の強度とエッチングの進行に伴い増加するスペク
トル波長λ２の強度との差をとることにより、上記正規
化によるプラズマ光全体のドリフトの影響が除去できる
と共に、Ｓ／Ｎ比を２倍に向上することができる利点が
ある。

【００４５】なお、凹面グレーティング４３の選択波長
λ１と干渉フィルター５０の中心波長λ２との組合わせ
は上記組合わせに限定されるものではなく、種々の条件
に応じて適宜変更することが望ましい。また集光レンズ
４６及び干渉フィルター５０に代えて凹面グレーティン
グを又は平面グレーティングと結像レンズとを組み合わ
せた分光器を用いることもできる。

【００４６】次に、他の変形例について説明する。本変
形例は、前述した図１，図２に示すエンドポイント検出
装置において、図４に示す光学系を備えた例であるすな
わち、チャンバー１のビューポイント１５から観察され
るプラズマ発光領域の像を、分光器本体と別体に設けら
れた集光レンズ２０′により光ファイバー５１の入射端
面５１ａに結像し、その光ファイバー５１の出射端面５
１ｂを分光器内の入射スリット４１に密着させている。

【００４７】このような本変形例によれば、エッチャー
１と分光器との配置上の自由度が増すので、エッチャー
１周辺のスペースが規制される場合、又はエッチャー近
傍に磁気等の電気的外乱が存在する場合等に有効であ
る。

【００４８】なお、上記他の変形例では、１本の光ファ
イバー５１を用いているが、入射スリット４１のスリッ
ト形状に合わせたライン状バンドルを用いるようにして
も良い。

【００４９】図５（ａ）（ｂ）は、上記光ファイバー５
１およびライン状バンドルを用いた場合の、プラズマ発
光領域Ｒと第１、第２の光電変換素子４５、４７の受光
領域との関係を示している。光ファイバー５１およびラ
イン状バンドルを用いた場合も、第１、第２の光電変換
素子４５、４７の受光領域は、光ファイバー５１および
ライン状バンドルのそれぞれの端面５１ａ’に相当する
位置となり、プラズマ発光領域Ｒの同一位置を検出する
ことができる。

【００５０】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図６には，第２実施例に係るプラズマエッチャーの
エンドポイント検出装置の全体構成が示されており、図
７には分光器内の光学系の構成が示されている。なお、
前述した第１実施例と同一部分には同一符号を付してい
る。

【００５１】本実施例は、プラズマ光を分光器３０′内
に集光するため分光器３０′の入射口に集光レンズ２
０′′を設けたことを特徴としている。集光レンズ２
０′′はアクロマティックレンズとアプラナティックレ
ンズの２群３枚構成となっており、球面収差，色収差、
若しくは球面収差及び色収差を補正することができる。
ここでは、集光レンズ２０′′が球面収差を補正する場
合について説明する。

【００５２】本実施例では、プラズマエッチャーのチャ
ンバー１内で発生したプラズマ光が、集光レンズ２
０′′により分光器３０′内の入射スリット４１上に集
光する。このとき、集光レンズ２０′′は球面収差が十
分に補正されているので図９のＡ点，Ｂ点でそれぞそれ
発した光は、同じ点では集光せずに、それぞれ光軸上の
異なる位置で集光する。従って、チャンバー１内のＡ点
で発生したプラズマ光が集光する位置に入射スリット４
１を配置し、その入射スリット４１の後側に穴開きミラ
ー４２を配置すれば、穴開きミラー４２の中央部および
周辺部にはＡ点で発生したプラズマ光のみが入射するも
のとなる。その結果、穴開きミラー４２の孔を通過した
光束の特定スペクトル成分が集光する光電変換素子４５
と、穴開きミラー４２の周辺部で反射された光束が集光
する光電変換素子４７とには、同じＡ点で発生した光
（プラズマ発光スペクトルおよびプラズマ光）が集光す
る。

【００５３】また、本実施例では、入射スリット４１の
後方に、凹面グレーティング４３のＦナンバーに相当す
る穴を開けた光束分割部材４２を配置しているために、
第１の光電変換素子４５での受光量に損失は生じない。

【００５４】なお、穴あきミラーの代わりに穴が形成さ
れていないハーフミラー等であっても十分なＳ／Ｎを確
保できれば用いることができ、この場合には集光レンズ
は従来通り単レンズであっても支障ない。

【００５５】また、上記第２実施例の説明では球面収差
についてのみ説明したが、その他に色収差及び球面収差
の両方の補正を施した集光レンズを用いればさらに効果
がある。

【００５６】また、干渉フィルターを第２の光電変換素
子４７の手前に挿脱可能に配置する構成としても良い。
干渉フィルターはその中心波長λ２を任意に選択できる
ものを用い、エッチングが進行すると共に減少するスペ
クトルの波長を凹面グレーティング４３の選択波長に設
定し、逆にエッチングが進行すると共に増加するスペク
トルの波長を干渉フィルターの中心波長λ２に設定す
る。このような変形例によれば、前述した第１の変形例
と同様に、プラズマ光全体のドリフトの影響が除去でき
ると共に、Ｓ／Ｎ比を２倍に向上することができる利点
がある。

【００５７】図８は、前述した図４の変形例に球面収差
を施した集光レンズ２０′′を適用した例を示してい
る。このような構成を採用すれば、前述した第２実施例
の効果と図４の変形例の効果とを同時に奏することがで
きる。

【００５８】また、以上の各実施例はプラズマ光全体と
プラズマ発光中の特定スペクトル、又は２つの特定され
たスペクトルの強度比に基づいてエンドポイントを制御
するように構成されているが、複数のプラズマ発光スペ
クトルに基づいてエンドポイントを制御するように構成
することができる。すなわち、入射スリット４１を通過
した光束を複数方向に分岐し、その分岐された各光路上
に分光部材を配置し、分岐されたプラズマ光から特定波
長成分をそれぞれ選択して光電変換素子で測光し、その
測光した各信号を制御演算回路に入力しそれら信号に基
づいてエンドポイントを検出するように構成する。本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。

【００５９】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、低
開口率のウエハであってもプラズマ光全体のドリフトに
よる検出精度の低下を防止でき、さらにプラズマ発光領
域の平面方向の同一位置からの光束を受光することによ
りエンドポイント検出精度の改善されたプラズマエッチ
ャーのエンドポイント検出装置を提供できる。

【００６０】また、本発明によれば、低開口率のウエハ
であってもプラズマ光全体のドリフトによる検出精度の
低下を防止でき、さらにプラズマ発光領域の奥行き方向
に対しても正しく同一場所からの光束を受光することが
できエンドポイント検出精度の改善されたプラズマエッ
チャーのエンドポイント検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るプラズマエッチャー
のエンドポイント検出装置の全体構成図である。

【図２】図１のエンドポイント検出装置に備えた分光器
の光学系の構成図である。

【図３】分光器に備えた光束分割部材の平面図である。

【図４】第１実施例の変形例の要部を示す図である。

【図５】プラズマ発光領域と、入射スリット，光ファイ
バー若しくはライン状バンドルとの関係を示す図であ
る。

【図６】本発明の第２実施例に係るプラズマエッチャー
のエンドポイント検出装置の全体構成図である。

【図７】図６のエンドポイント検出装置に備えた分光器
の光学系の構成図である。

【図８】第２実施例の変形例の要部を示す図である。

【図９】単レンズの集光レンズを用いた場合の球面収差
による影響を説明するための図である。

【図１０】従来より在るプラズマエッチャーのエンドポ
イント検出装置の全体構成図である。

【図１１】半導体プロセスのプラズマエッチング工程を
示す図である。

【図１２】プラズマエッチング行程におけるＣＯ₂ のス
ペクトル強度と時間との関係を示すグラフである。

【図１３】従来より在る他のプラズマエッチャーのエン
ドポイント検出装置の全体構成図である。

【図１４】図１３に示すエンドポイント検出装置におけ
る第２の光検出器の受光領域を示す図である。

【図１５】図１３に示すエンドポイント検出装置におけ
る第１の光検出器の受光領域を示す図である。

【符号の説明】

１…チェンバー、１０ａ，１０ｂ…電極、２０，２
０′′…集光レンズ、３０′…分光器、３７…制御演算
回路、４１…入射スリット、４２…光束分割部材、４３
…凹面グレーティング、４４…出射スリット、４５…第
１の光電変換素子、４７…第２の光電変換素子、５０…
干渉フィルター、５１…光ファイバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−133466（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−62944（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196529（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29276（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマエッチャーのチャンバ内で発生
   したプラズマ光を集光レンズで入射スリット上に集光さ
   せ、該入射スリットを通過した光を分光部材で分光する
   ことによりエッチングによる化学反応で発生したガスの
   プラズマ発光スペクトルを取り出し、その強度変化に基
   づいてエッチング終了時間を制御するプラズマエッチャ
   ーのエンドポイント検出装置において、 前記入射スリットの後方に配置され、入射スリットを通
   過したプラズマ光の光束を中央領域と輪帯領域とで二方
   向に分岐可能なミラーと、 前記ミラーの中央領域で分岐された光路上に配置され、
   前記中央領域で分岐されたプラズマ光を分岐する分光部
   材と、 前記分光部材を介して特定波長に選択されたプラズマ光
   の集光位置に配置され、前記中央領域で分岐されたプラ
   ズマ発光スペクトルの強度に応じた信号を出力する第１
   の光電変換素子と、 前記ミラーの輪帯領域で分岐された光路上に配置され、
   該輪帯領域で分岐されたプラズマ光を集光する集光手段
   と、 前記集光手段の集光位置に配置され、前記輪帯領域で分
   岐されたプラズマ光の強度に応じた信号を出力する第２
   の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子の前に挿脱可能に設け、前記輪
   帯領域で分岐されたプラズマ光の特定波長を選択する干
   渉フィルタと、 前記第１および第２の光電変換素子の出力信号に基づい
   てエッチング終了時間を制御する制御手段と、を具備し
   たことを特徴とするプラズマエッチャーのエンドポイン
   ト検出装置。
2. 【請求項２】 前記プラズマエッチャーのエンドポイン
   ト検出装置は、前記入射スリットのスリット形状に入射端面を合わせた
   ライン状バンドルをさらに備えており、 前記ライン状バンドルは、 チャンバ内で発光するプラズマ光の発光領域の長手方向
   に配列された入射端面が前記集光レンズによるプラズマ
   光の焦点付近に配置され、且つ出射端面が前記入射スリ
   ットに近接配置されることを特徴とする請求項１記載の
   プラズマエッチ ャーのエンドポイント検出装置。
3. 【請求項３】 プラズマエッチャーのチャンバ内で発生
   したプラズマ光を集光レンズで入射スリット上に集光さ
   せ、該入射スリットを通過した光を分光部材で分光する
   ことによりエッチングによる化学反応で発生したガスの
   プラズマ発光スペクトルを取り出し、その強度変化に基
   づいてエッチング終了時間を制御するプラズマエッチャ
   ーのエンドポイント検出装置において、 前記入射スリットのスリット形状に入射端面を合わせた
   ライン状バンドルと、 前記ライン状バンドルの出射端面後方に配置され、入射
   スリットを通過したプラズマ光の光束を中央領域と輪帯
   領域とで二方向に分岐可能なミラーと、 前記ミラーの中央領域で分岐された光路上に配置され、
   前記中央領域で分岐されたプラズマ光を分岐する分光部
   材と、 前記分光部材を介して特定波長に選択されたプラズマ光
   の集光位置に配置され、前記中央領域で分岐されたプラ
   ズマ発光スペクトルの強度に応じた信号を出力する第１
   の光電変換素子と、 前記ミラーの輪帯領域で分岐された光路上に配置され、
   該輪帯領域で分岐されたプラズマ光を集光する集光手段
   と、 前記集光手段の集光位置に配置され、前記輪帯領域で分
   岐されたプラズマ光の強度に応じた信号を出力する第２
   の光電変換素子と、 前記第１および第２の光電変換素子の出力信号に基づい
   てエッチング終了時間を制御する制御手段と、を具備
   し、 前記ライン状バンドルは、 チャンバ内で発光するプラズマ光の発光領域の長手方向
   に配列された入射端面が前記集光レンズによるプラズマ
   光の焦点付近に配置され、且つ出射端面が前記入射スリ
   ットに近接配置されることを特徴とするプラズマエッチ
   ャーのエンドポイント検出装置。