JP3427085B2 - エッチング終点検出方法 - Google Patents
エッチング終点検出方法Info
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- JP3427085B2 JP3427085B2 JP2000018271A JP2000018271A JP3427085B2 JP 3427085 B2 JP3427085 B2 JP 3427085B2 JP 2000018271 A JP2000018271 A JP 2000018271A JP 2000018271 A JP2000018271 A JP 2000018271A JP 3427085 B2 JP3427085 B2 JP 3427085B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置等の製造
において用いられるエッチング処理工程でのエッチング
終点検出装置を用いたエッチング終点検出方法に関し、
特に半導体装置製造における層間絶縁膜やポリシリコン
膜、シリコン基板等のプラズマ処理によるエッチング終
点をレーザ光等の光の干渉を利用して検出する装置を使
用したエッチング終点検出方法に関するものである。
において用いられるエッチング処理工程でのエッチング
終点検出装置を用いたエッチング終点検出方法に関し、
特に半導体装置製造における層間絶縁膜やポリシリコン
膜、シリコン基板等のプラズマ処理によるエッチング終
点をレーザ光等の光の干渉を利用して検出する装置を使
用したエッチング終点検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程では、プラズマ等
を用いたエッチング処理が行われるが、微細かつ高集積
の半導体装置を歩留りよく製造するためには、このエッ
チング終点を正確に検出することが必要である。このエ
ッチング終点検出の技術として、従来からレーザ散乱光
の強度変化を用いた技術が提案されている。
を用いたエッチング処理が行われるが、微細かつ高集積
の半導体装置を歩留りよく製造するためには、このエッ
チング終点を正確に検出することが必要である。このエ
ッチング終点検出の技術として、従来からレーザ散乱光
の強度変化を用いた技術が提案されている。
【０００３】図９および図１０を参照して上記の散乱光
強度より酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）上の多結晶シリ
コン膜のプラズマエッチングの終点を検出する原理を説
明する。
強度より酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）上の多結晶シリ
コン膜のプラズマエッチングの終点を検出する原理を説
明する。
【０００４】図９はレーザ光の多結晶シリコン膜表面に
おける光干渉を説明する断面図であり、図１０はレーザ
光の干渉光強度の経時的変化の模式図である。
おける光干渉を説明する断面図であり、図１０はレーザ
光の干渉光強度の経時的変化の模式図である。
【０００５】図９のように、多結晶シリコン膜１１表面
に入射し入射光８ｂ（レーザ光）は、多結晶シリコン膜
１１表面と基板１３上の酸化シリコン膜１２表面の二カ
所で反射する。二つの光路間で光路差が生じるため、次
式（１）のブラッグの干渉条件を満たす膜厚ｄで干渉
し、反射光９ｂ強度が強くなる。
に入射し入射光８ｂ（レーザ光）は、多結晶シリコン膜
１１表面と基板１３上の酸化シリコン膜１２表面の二カ
所で反射する。二つの光路間で光路差が生じるため、次
式（１）のブラッグの干渉条件を満たす膜厚ｄで干渉
し、反射光９ｂ強度が強くなる。
【０００６】ｄ＝λ／２ｎ・ｃｏｓθ2・・・（１）
但し、λ：レーザ光の波長、ｎ：多結晶シリコン膜の屈
折率、θ1：入射光の入射角、θ2：多結晶シリコン膜に
入射したレーザ光の屈折角である。
折率、θ1：入射光の入射角、θ2：多結晶シリコン膜に
入射したレーザ光の屈折角である。
【０００７】エッチング中は常にｄが変化するために、
反射光９ｂの強度は図１０に示すように周期的に変化す
る。この干渉周期を求めることで次式（２）に従い多結
晶シリコン膜のエッチング速度（ｖ）の算出が可能とな
る。
反射光９ｂの強度は図１０に示すように周期的に変化す
る。この干渉周期を求めることで次式（２）に従い多結
晶シリコン膜のエッチング速度（ｖ）の算出が可能とな
る。
【０００８】ｖ＝λ／２ｎＴ・ｃｏｓθ2・・・（２）
但し、Ｔ：干渉周期である。
【０００９】多結晶シリコン膜がエッチングされて下地
の酸化シリコン膜が露出するようになると、反射光９ｂ
は干渉しなくなり、また下地の酸化シリコ膜では多結晶
シリコン膜と比較して光の散乱強度が低下するために、
図１０のように、干渉光強度は、時間ｔ1において周期
的変化曲線から外れるようになる。時間ｔ1は周期的変
化曲線から外れる時間、即ち、エッチングの終点として
検知される。
の酸化シリコン膜が露出するようになると、反射光９ｂ
は干渉しなくなり、また下地の酸化シリコ膜では多結晶
シリコン膜と比較して光の散乱強度が低下するために、
図１０のように、干渉光強度は、時間ｔ1において周期
的変化曲線から外れるようになる。時間ｔ1は周期的変
化曲線から外れる時間、即ち、エッチングの終点として
検知される。
【００１０】図１１は、特開昭６１―１７４７２４号公
報に開示されたエッチングの終点検出装置の例である。
この検出装置はレーザ光発振装置１０１、光分岐装置１
０２、全反射体１０３、半反射体（ハーフミラー）１０
４，１０５、検出器１０６，１０７より構成されてい
る。この検出装置は上部電極１１２、下部電極１１３、
高周波電源１１４を有する反応容器１１１に対して設け
られており、下部電極１１３上に載置された被処理基板
１１５のエッチング面に向けてレーザ光を照射し、かつ
その散乱光を検出するように構成される。すなわち、レ
ーザ発振装置１０１より放出されたレーザ光は光分岐装
置１０２で分岐され、ここで反射されたレーザ光は被処
理基板１１５のエッチング面に投射される。また、光分
岐装置１０２を透過されたレーザ光は全反射体１０３で
反射された後、被処理基板１１５のエッチング面に投射
される。そして、被処理基板１１５で散乱されたレーザ
光はそれぞれ半反射体１０４，１０５で反射され、それ
ぞれ検出器１０６，１０７で検出される。なお、この検
出装置は、プラズマ処理装置では、被処理基板１１５の
中心部と周辺部とでエッチングの進行に差が生じるため
に、被処理基板１１５の複数の箇所でのエッチング状態
を検出するために複数のレーザ光を被処理基板１１５に
投射できるようにされている。
報に開示されたエッチングの終点検出装置の例である。
この検出装置はレーザ光発振装置１０１、光分岐装置１
０２、全反射体１０３、半反射体（ハーフミラー）１０
４，１０５、検出器１０６，１０７より構成されてい
る。この検出装置は上部電極１１２、下部電極１１３、
高周波電源１１４を有する反応容器１１１に対して設け
られており、下部電極１１３上に載置された被処理基板
１１５のエッチング面に向けてレーザ光を照射し、かつ
その散乱光を検出するように構成される。すなわち、レ
ーザ発振装置１０１より放出されたレーザ光は光分岐装
置１０２で分岐され、ここで反射されたレーザ光は被処
理基板１１５のエッチング面に投射される。また、光分
岐装置１０２を透過されたレーザ光は全反射体１０３で
反射された後、被処理基板１１５のエッチング面に投射
される。そして、被処理基板１１５で散乱されたレーザ
光はそれぞれ半反射体１０４，１０５で反射され、それ
ぞれ検出器１０６，１０７で検出される。なお、この検
出装置は、プラズマ処理装置では、被処理基板１１５の
中心部と周辺部とでエッチングの進行に差が生じるため
に、被処理基板１１５の複数の箇所でのエッチング状態
を検出するために複数のレーザ光を被処理基板１１５に
投射できるようにされている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のエッ
チング終点の検出装置では、被処理基板１１５のプラズ
マエッチングにより発生したプラズマ発光も同時に検出
されるために高感度の終点検出が困難である問題があっ
た。
チング終点の検出装置では、被処理基板１１５のプラズ
マエッチングにより発生したプラズマ発光も同時に検出
されるために高感度の終点検出が困難である問題があっ
た。
【００１２】また、最近の半導体装置のパターンでは、
上記の光干渉強度変化よりエッチング終点を検出する装
置に使用される光の波長よりもそのスペースが微細なパ
ターンが出現している。上記のエッチング終点検出方法
では、このような光の波長よりも狭幅のマスクのスペー
ス部に垂直に入射した光は、エッチングで形成されたト
レンチの底まで到達できないために正確なトレンチの深
さが測定できない問題が生じている。
上記の光干渉強度変化よりエッチング終点を検出する装
置に使用される光の波長よりもそのスペースが微細なパ
ターンが出現している。上記のエッチング終点検出方法
では、このような光の波長よりも狭幅のマスクのスペー
ス部に垂直に入射した光は、エッチングで形成されたト
レンチの底まで到達できないために正確なトレンチの深
さが測定できない問題が生じている。
【００１３】従って、本発明の目的は上記の従来エッチ
ング終点検出技術の問題点を解決し、半導体装置の微細
パターン形成のエッチング終点が精度よくできる光干渉
を利用したエッチング終点検出装置を使用したエッチン
グ終点検出方法を提供することにある。
ング終点検出技術の問題点を解決し、半導体装置の微細
パターン形成のエッチング終点が精度よくできる光干渉
を利用したエッチング終点検出装置を使用したエッチン
グ終点検出方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
第１の膜上に形成された第２の膜、または第１の膜上に
形成された第２の膜をマスクに該第１の膜をプラズマ処
置装置でエッチングする際に、該第２の膜の表面から光
を照射し、前記第１の膜および前記第２の膜の表面から
反射した光の干渉強度の変化より前記エッチング処理の
終点を検出するエッチング終点検出装置であって、レー
ザ光発振装置と、該レーザ光発振装置から発射されたレ
ーザ光を反射させ前記第２の膜表面に照射されるように
する第１の全反射体と、前記第２の膜表面から反射した
反射光を反射させる第２の全反射体と、該第２の全反射
体から反射された反射光の経路に設置され、該反射光の
中から前記レーザ光のみを通過させる偏光フィルター
と、該偏光フィルターの後部に設置され、該偏光フィル
ターを通過した前記レーザ光を分光する分光器と、該分
光器に接続され、分光された前記レーザ光を検出する検
出器と、該検出器と前記プラズマ処理装置に接続され、
該検出器で検出された前記レーザ光の干渉強度の経時変
化を分析して前記第２の膜のエッチング終点を検出し、
前記プラズマ処理装置の駆動を停止させる制御装置とを
具備するエッチング終点検出装置を用いて、前記第１の
膜上に形成された前記第２の膜をマスクに前記第１の膜
を前記プラズマ処置装置でエッチングする際に、前記第
２の膜の表面から光を照射し、前記第１の膜および前記
第２の膜の表面から反射した光の干渉強度の変化より前
記エッチング処理の終点を検出する方法において、前記
第２の膜に照射する光の偏光方向を前記第２の膜のマス
クスペース方向に水平に制御することを特徴とするエッ
チング終点検出方法にある。
第１の膜上に形成された第２の膜、または第１の膜上に
形成された第２の膜をマスクに該第１の膜をプラズマ処
置装置でエッチングする際に、該第２の膜の表面から光
を照射し、前記第１の膜および前記第２の膜の表面から
反射した光の干渉強度の変化より前記エッチング処理の
終点を検出するエッチング終点検出装置であって、レー
ザ光発振装置と、該レーザ光発振装置から発射されたレ
ーザ光を反射させ前記第２の膜表面に照射されるように
する第１の全反射体と、前記第２の膜表面から反射した
反射光を反射させる第２の全反射体と、該第２の全反射
体から反射された反射光の経路に設置され、該反射光の
中から前記レーザ光のみを通過させる偏光フィルター
と、該偏光フィルターの後部に設置され、該偏光フィル
ターを通過した前記レーザ光を分光する分光器と、該分
光器に接続され、分光された前記レーザ光を検出する検
出器と、該検出器と前記プラズマ処理装置に接続され、
該検出器で検出された前記レーザ光の干渉強度の経時変
化を分析して前記第２の膜のエッチング終点を検出し、
前記プラズマ処理装置の駆動を停止させる制御装置とを
具備するエッチング終点検出装置を用いて、前記第１の
膜上に形成された前記第２の膜をマスクに前記第１の膜
を前記プラズマ処置装置でエッチングする際に、前記第
２の膜の表面から光を照射し、前記第１の膜および前記
第２の膜の表面から反射した光の干渉強度の変化より前
記エッチング処理の終点を検出する方法において、前記
第２の膜に照射する光の偏光方向を前記第２の膜のマス
クスペース方向に水平に制御することを特徴とするエッ
チング終点検出方法にある。
【００１５】本発明の第２の構成は、第１の膜上に形成
された第２の膜、または第１の膜上に形成された第２の
膜をマスクに該第１の膜をプラズマ処置装置でエッチン
グする際に、該第２の膜の表面から光を照射し、前記第
１の膜および前記第２の膜の表面から反射した光の干渉
強度の変化より前記エッチング処理の終点を検出するエ
ッチング終点検出装置であって、非偏光光源と、該非偏
光光源から発射された光を偏光して偏光光を取り出すた
めの第１の偏光フィルターと、前記偏光光を集光して前
記第２の膜表面に照射するための第１の光学レンズと、
前記第２の膜表面から反射した反射光を反射させる全反
射体と、該全反射体から反射した反射光の経路に配置さ
れ、該反射光に一致した偏光方向の第２の偏光フィルタ
ーと、該第２の偏光フィルターを通過した偏光光を集光
する第２の光学レンズと、該光学レンズにより集光され
た偏光光を分光する分光器と、分光された前記偏光光の
強度を検出する検出器と、該検出器と前記プラズマ処理
装置に接続され、前記検出器で検出された偏光光の強度
の経時変化を分析して前記第２の膜のエッチング終点を
検出し、前記プラズマ処理装置の駆動を停止させる制御
装置とを具備するエッチング終点検出装置を用いて、前
記第１の膜上に形成された前記第２の膜をマスクに前記
第１の膜を前記プラズマ処置装置でエッチングする際
に、前記第２の膜の表面から光を照射し、前記第１の膜
および前記第２の膜の表面から反射した光の干渉強度の
変化より前記エッチング処理の終点を検出する方法にお
いて、前記第２の膜に照射する光の偏光方向を前記第２
の膜のマスクスペース方向に水平に制御することを特徴
とするエッチング終点検出方法にある。
された第２の膜、または第１の膜上に形成された第２の
膜をマスクに該第１の膜をプラズマ処置装置でエッチン
グする際に、該第２の膜の表面から光を照射し、前記第
１の膜および前記第２の膜の表面から反射した光の干渉
強度の変化より前記エッチング処理の終点を検出するエ
ッチング終点検出装置であって、非偏光光源と、該非偏
光光源から発射された光を偏光して偏光光を取り出すた
めの第１の偏光フィルターと、前記偏光光を集光して前
記第２の膜表面に照射するための第１の光学レンズと、
前記第２の膜表面から反射した反射光を反射させる全反
射体と、該全反射体から反射した反射光の経路に配置さ
れ、該反射光に一致した偏光方向の第２の偏光フィルタ
ーと、該第２の偏光フィルターを通過した偏光光を集光
する第２の光学レンズと、該光学レンズにより集光され
た偏光光を分光する分光器と、分光された前記偏光光の
強度を検出する検出器と、該検出器と前記プラズマ処理
装置に接続され、前記検出器で検出された偏光光の強度
の経時変化を分析して前記第２の膜のエッチング終点を
検出し、前記プラズマ処理装置の駆動を停止させる制御
装置とを具備するエッチング終点検出装置を用いて、前
記第１の膜上に形成された前記第２の膜をマスクに前記
第１の膜を前記プラズマ処置装置でエッチングする際
に、前記第２の膜の表面から光を照射し、前記第１の膜
および前記第２の膜の表面から反射した光の干渉強度の
変化より前記エッチング処理の終点を検出する方法にお
いて、前記第２の膜に照射する光の偏光方向を前記第２
の膜のマスクスペース方向に水平に制御することを特徴
とするエッチング終点検出方法にある。
【００１６】本発明の第３の構成は、第１の膜上に形成
された第２の膜、または第１の膜上に形成された第２の
膜をマスクに該第１の膜をプラズマ処置装置でエッチン
グする際に、該第２の膜の表面から光を照射し、前記第
１の膜および前記第２の膜の表面から反射した光の干渉
強度の変化より前記エッチング処理の終点を検出するエ
ッチング終点検出装置であって、レーザ光発振装置と、
該レーザ光発振装置から発射されたレーザ光を反射させ
前記第２の膜表面に照射されるようにする第１の全反射
体と、前記第２の膜表面から反射した反射光を反射させ
る第２の全反射体と、該第２の全反射体から反射された
反射光の経路に設置され、該反射光の中から前記レーザ
光のみを通過させる偏光フィルターと、前記偏光フィル
ターを通過したレーザ光を検出する検出器と、該検出器
と前記プラズマ処理層装置に接続され、該検出器で検出
された前記レーザ光の干渉強度の経時変化を分析して前
記第２の膜のエッチング終点を検出し、前記プラズマ処
理装置の駆動を停止させる制御装置とを具備するエッチ
ング終点検出装置を用いて、前記第１の膜上に形成され
た前記第２の膜をマスクに前記第１の膜を前記プラズマ
処置装置でエッチングする際に、前記第２の膜の表面か
ら光を照射し、前記第１の膜および前記第２の膜の表面
から反射した光の干渉強度の変化より前記エッチング処
理の終点を検出する方法において、前記第２の膜に照射
する光の偏光方向を前記第２の膜のマスクスペース方向
に水平に制御することを特徴とするエッチング終点検出
方法にある。
された第２の膜、または第１の膜上に形成された第２の
膜をマスクに該第１の膜をプラズマ処置装置でエッチン
グする際に、該第２の膜の表面から光を照射し、前記第
１の膜および前記第２の膜の表面から反射した光の干渉
強度の変化より前記エッチング処理の終点を検出するエ
ッチング終点検出装置であって、レーザ光発振装置と、
該レーザ光発振装置から発射されたレーザ光を反射させ
前記第２の膜表面に照射されるようにする第１の全反射
体と、前記第２の膜表面から反射した反射光を反射させ
る第２の全反射体と、該第２の全反射体から反射された
反射光の経路に設置され、該反射光の中から前記レーザ
光のみを通過させる偏光フィルターと、前記偏光フィル
ターを通過したレーザ光を検出する検出器と、該検出器
と前記プラズマ処理層装置に接続され、該検出器で検出
された前記レーザ光の干渉強度の経時変化を分析して前
記第２の膜のエッチング終点を検出し、前記プラズマ処
理装置の駆動を停止させる制御装置とを具備するエッチ
ング終点検出装置を用いて、前記第１の膜上に形成され
た前記第２の膜をマスクに前記第１の膜を前記プラズマ
処置装置でエッチングする際に、前記第２の膜の表面か
ら光を照射し、前記第１の膜および前記第２の膜の表面
から反射した光の干渉強度の変化より前記エッチング処
理の終点を検出する方法において、前記第２の膜に照射
する光の偏光方向を前記第２の膜のマスクスペース方向
に水平に制御することを特徴とするエッチング終点検出
方法にある。
【００１７】上記の第１〜３の構成のように、前記第２
の膜表面に形成されたトレンチ形成用の前記第１の膜か
らなるマスクパターンのスペース方向に水平に入射光の
偏光方向を制御することにより、入射光の波長より狭幅
のトレンチ形成のエッチング終点を精度よく検出するこ
とができる。
の膜表面に形成されたトレンチ形成用の前記第１の膜か
らなるマスクパターンのスペース方向に水平に入射光の
偏光方向を制御することにより、入射光の波長より狭幅
のトレンチ形成のエッチング終点を精度よく検出するこ
とができる。
【００１８】
【００１９】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１
の実施の形態のエッチング終点検出装置の概略構成図で
ある。図１において、エッチング終点検出装置は、レー
ザ光を発生させるレーザ光発振装置１と、レーザ光発振
装置１から発射されたレーザ光を反射させ被処理基板２
０表面に照射されるようにする全反射体２と被処理基板
２０表面への入射光８の被処理基板表面から反射した反
射光９を反射させる全反射体３と、全反射体から反射さ
れた反射光９の経路に設置され、反射光９の中からレー
ザ光のみを通過させる偏光フィルター４と、偏光フィル
ター４の後部に設置され、偏光フィルター４を通過した
レーザ光を分光する分光器５と、分光器５に接続され分
光されたレーザ光を検出する検出器６と、検出器６に接
続され、検出器６で検出されたレーザ光の強度の経時変
化を分析して被処理基板２０のエッチング終点を検出
し、プラズマ処理装置１０の駆動を停止させる制御装置
７とから構成されている。なお、被処理基板２０として
は、シリコン基板の第１の膜の層と窒化シリコン膜等の
第２の層を順次形成し、第２の膜をマスクに下地の第１
の膜にプラズマ処理でトレンチを形成する基板を使用し
た。
図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１
の実施の形態のエッチング終点検出装置の概略構成図で
ある。図１において、エッチング終点検出装置は、レー
ザ光を発生させるレーザ光発振装置１と、レーザ光発振
装置１から発射されたレーザ光を反射させ被処理基板２
０表面に照射されるようにする全反射体２と被処理基板
２０表面への入射光８の被処理基板表面から反射した反
射光９を反射させる全反射体３と、全反射体から反射さ
れた反射光９の経路に設置され、反射光９の中からレー
ザ光のみを通過させる偏光フィルター４と、偏光フィル
ター４の後部に設置され、偏光フィルター４を通過した
レーザ光を分光する分光器５と、分光器５に接続され分
光されたレーザ光を検出する検出器６と、検出器６に接
続され、検出器６で検出されたレーザ光の強度の経時変
化を分析して被処理基板２０のエッチング終点を検出
し、プラズマ処理装置１０の駆動を停止させる制御装置
７とから構成されている。なお、被処理基板２０として
は、シリコン基板の第１の膜の層と窒化シリコン膜等の
第２の層を順次形成し、第２の膜をマスクに下地の第１
の膜にプラズマ処理でトレンチを形成する基板を使用し
た。
【００２０】レーザ光発振装置１のレーザ光源にはＮｄ
―ＹＡＧ偏光レーザの第三高調波（波長：３５５ｎｍ）
やＨｅ―Ｎｅレーザ光（波長：６３２．８ｎｍ）等が使
用される。偏光フィルター４には紫外光透過偏光フィル
ター、分光器５にはモノクロメーター分光器と検出器６
にはＩＣＣＤ（インテグレーション電荷結合素子）検出
器等が使用できる。
―ＹＡＧ偏光レーザの第三高調波（波長：３５５ｎｍ）
やＨｅ―Ｎｅレーザ光（波長：６３２．８ｎｍ）等が使
用される。偏光フィルター４には紫外光透過偏光フィル
ター、分光器５にはモノクロメーター分光器と検出器６
にはＩＣＣＤ（インテグレーション電荷結合素子）検出
器等が使用できる。
【００２１】プラズマガスで被処理基板表面をエッチン
グした場合には、プラズマエッチング反応に伴いプラズ
マ発光が発生する。この発光は被処理基板から反射した
反射光の中に含まれるために、反射レーザ光強度の検出
精度に影響してくる。本実施の形態のエッチング終点検
出装置では、このプラズマ発光のノイズを偏光フィルタ
ー４により除去し、被処理基板２０表面から反射したレ
ーザ光（干渉光）の高感度検出ができ、エッチング終点
検出精度を向上できる。
グした場合には、プラズマエッチング反応に伴いプラズ
マ発光が発生する。この発光は被処理基板から反射した
反射光の中に含まれるために、反射レーザ光強度の検出
精度に影響してくる。本実施の形態のエッチング終点検
出装置では、このプラズマ発光のノイズを偏光フィルタ
ー４により除去し、被処理基板２０表面から反射したレ
ーザ光（干渉光）の高感度検出ができ、エッチング終点
検出精度を向上できる。
【００２２】次に、本発明の第２の実施の形態のエッチ
ング終点検出装置について図２を参照して説明する。
ング終点検出装置について図２を参照して説明する。
【００２３】図２のように、本実施の形態のエッチング
終点検出装置は、水銀ランプ等の非偏光光源１５と、非
偏光光源１５から発射された光を偏光して偏光光を取り
出すための偏光フィルター１６と、偏光光を集光して被
処理基板２０表面に照射するための光学レンズ１８と被
処理基板２０表面から反射した反射光９ａを反射させる
全反射体２と、全反射体３から反射した反射光の経路に
配置され、該反射光に一致した偏光方向の偏光フィルタ
ー１７と、偏光フィルター１７を通過した偏光光を集光
する光学レンズ１９と、光学レンズ１９により集光され
た偏光光を分光する分光器５と分光された偏光光の強度
を検出する検出器６と、検出器６に接続され、検出器６
で検出された偏光光の強度の経時変化を分析して被処理
基板２０のエッチング終点を検出し、プラズマ処理装置
１０の駆動を停止させる制御装置７とから構成されてい
る。
終点検出装置は、水銀ランプ等の非偏光光源１５と、非
偏光光源１５から発射された光を偏光して偏光光を取り
出すための偏光フィルター１６と、偏光光を集光して被
処理基板２０表面に照射するための光学レンズ１８と被
処理基板２０表面から反射した反射光９ａを反射させる
全反射体２と、全反射体３から反射した反射光の経路に
配置され、該反射光に一致した偏光方向の偏光フィルタ
ー１７と、偏光フィルター１７を通過した偏光光を集光
する光学レンズ１９と、光学レンズ１９により集光され
た偏光光を分光する分光器５と分光された偏光光の強度
を検出する検出器６と、検出器６に接続され、検出器６
で検出された偏光光の強度の経時変化を分析して被処理
基板２０のエッチング終点を検出し、プラズマ処理装置
１０の駆動を停止させる制御装置７とから構成されてい
る。
【００２４】本実施の形態では、光源側にも偏光フィル
ターを設置し、光源と検出器側の偏光フィルターの偏光
方向を一致させることによってプラズマ発光のノイズが
除去できるため、被処理基板表面に入射する光強度を増
加させることなく検出感度を増加させることが可能であ
る。
ターを設置し、光源と検出器側の偏光フィルターの偏光
方向を一致させることによってプラズマ発光のノイズが
除去できるため、被処理基板表面に入射する光強度を増
加させることなく検出感度を増加させることが可能であ
る。
【００２５】次に、本発明の第３の実施の形態のエッチ
ング終点検出装置について図３を参照して説明する。
ング終点検出装置について図３を参照して説明する。
【００２６】本実施の形態のエッチング終点検出装置で
は、上記の第１および第２の実施の形態と違って、分光
器を使用しない。図３のように、本実施の形態のエッチ
ング終点検出装置は、レーザ光を発生させるレーザ光発
振装置１と、レーザ光発振装置１から発射されたレーザ
光を反射させ被処理基板の被処理基板２０表面に照射さ
れるようにする全反射体２と被処理基板２０表面への入
射光８の被処理基板表面から反射した反射光９を反射さ
せる全反射体３と、全反射体から反射された反射光９の
経路に設置され、反射光９の中からレーザ光のみを通過
させる偏光フィルター４と、偏光フィルター４の後部に
設置され、偏光フィルター４を通過したレーザ光を検出
する検出器６ａと、検出器６ａに接続され、検出器６ａ
で検出されたレーザ光の強度の経時変化を分析して被処
理基板２０のエッチング終点を検出し、プラズマ処理装
置１０の駆動を停止させる制御装置７とから構成されて
いる。図３において、図１と同じ符号ものは図１と同じ
ものを表している。
は、上記の第１および第２の実施の形態と違って、分光
器を使用しない。図３のように、本実施の形態のエッチ
ング終点検出装置は、レーザ光を発生させるレーザ光発
振装置１と、レーザ光発振装置１から発射されたレーザ
光を反射させ被処理基板の被処理基板２０表面に照射さ
れるようにする全反射体２と被処理基板２０表面への入
射光８の被処理基板表面から反射した反射光９を反射さ
せる全反射体３と、全反射体から反射された反射光９の
経路に設置され、反射光９の中からレーザ光のみを通過
させる偏光フィルター４と、偏光フィルター４の後部に
設置され、偏光フィルター４を通過したレーザ光を検出
する検出器６ａと、検出器６ａに接続され、検出器６ａ
で検出されたレーザ光の強度の経時変化を分析して被処
理基板２０のエッチング終点を検出し、プラズマ処理装
置１０の駆動を停止させる制御装置７とから構成されて
いる。図３において、図１と同じ符号ものは図１と同じ
ものを表している。
【００２７】図３の検出器６ａにはレーザ光の波長のみ
透過する光フィルターとフォトダイオードを使用してい
る。波長分解が低く、光検出感度の低いシングルチャン
ネル検出器であるフォトダイオード、ピンフォトダイオ
ード、光電子増倍管等を使用しても十分終点検出が可能
となり、エッチング終点検出装置の小型化、簡素化、低
価格化ができる。
透過する光フィルターとフォトダイオードを使用してい
る。波長分解が低く、光検出感度の低いシングルチャン
ネル検出器であるフォトダイオード、ピンフォトダイオ
ード、光電子増倍管等を使用しても十分終点検出が可能
となり、エッチング終点検出装置の小型化、簡素化、低
価格化ができる。
【００２８】次に上記の第１〜第３の実施の形態のエッ
チング終点検出装置を使用してエッチング終点を検出す
る方法を図４を参照して説明する。
チング終点検出装置を使用してエッチング終点を検出す
る方法を図４を参照して説明する。
【００２９】図４（ａ）は、シリコン基板２３上に入射
波長よりも微細な幅のエッチングスペース２２の窒化シ
リコン膜（ＳｉＮ）等のマスク２１が形成された被処理
基板２０の平面図である。また、図４（ｂ）は（ａ）の
基板の要部の断面図である。
波長よりも微細な幅のエッチングスペース２２の窒化シ
リコン膜（ＳｉＮ）等のマスク２１が形成された被処理
基板２０の平面図である。また、図４（ｂ）は（ａ）の
基板の要部の断面図である。
【００３０】この基板をプラズア処理装置でエッチング
し、上記の第１〜第３の実施の形態のエッチング終点検
出装置を使用してそのエッチング終点（この場合は、所
望のトレンチ深さになる点）を検出する場合には、スペ
ース部と垂直に入射した光はトレンチ底まで入射しない
ために、被処理基板２０のスぺース方向と水平方向に偏
光した光（入射光）を入射し、その反射光に偏光フィル
ター４，１７（図１〜図３参照）の偏光方向を一致させ
るように調整することで高感度の終点検出が行える。
し、上記の第１〜第３の実施の形態のエッチング終点検
出装置を使用してそのエッチング終点（この場合は、所
望のトレンチ深さになる点）を検出する場合には、スペ
ース部と垂直に入射した光はトレンチ底まで入射しない
ために、被処理基板２０のスぺース方向と水平方向に偏
光した光（入射光）を入射し、その反射光に偏光フィル
ター４，１７（図１〜図３参照）の偏光方向を一致させ
るように調整することで高感度の終点検出が行える。
【００３１】次に本発明の本発明の第４の実施の形態の
エッチング終点検出装置について図５を参照して説明す
る。本実施の形態のエッチング終点検出装置は、図７の
ように、マスク２１のスペースに複数のエッチングスペ
ースが混在した場合（例えば、広いエッチングスペース
２２ａと狭いエッチングスペース２２ｂを参照）のエッ
チング終点検出が精度よくできる効果がある。
エッチング終点検出装置について図５を参照して説明す
る。本実施の形態のエッチング終点検出装置は、図７の
ように、マスク２１のスペースに複数のエッチングスペ
ースが混在した場合（例えば、広いエッチングスペース
２２ａと狭いエッチングスペース２２ｂを参照）のエッ
チング終点検出が精度よくできる効果がある。
【００３２】本実施の形態のエッチング終点検出装置
は、図５のように、円偏光レーザ光を発生させるレーザ
光発振装置１ａと、レーザ光発振装置１ａから発射され
たレーザ光を反射させ被処理基板の被処理基板２０表面
に照射されるようにする全反射体２と被処理基板２０表
面への入射光８ｂの被処理基板表面から反射した反射光
９ｂを反射させる全反射体３と、全反射体から反射され
た反射光９ｂの経路に設置され、反射光９ｂの中からレ
ーザ光のみを通過させ、２種類以上の偏光フィルターよ
り構成される偏光フィルター４ａと、偏光フィルター４
ａの後部に設置され、偏光フィルター４ａを通過したレ
ーザ光を分光する分光器５と分光されたレーザ光を検出
するマルチチャンネル型の検出器６ｂと、検出器６ｂに
接続され、検出器６ｂで検出されたレーザ光の強度の経
時変化を分析して被処理基板２０のエッチング終点を検
出し、プラズマ処理装置１０の駆動を停止させる制御装
置７とから構成されている。図５において、図１と同じ
符号ものは図１と同じものを表している。
は、図５のように、円偏光レーザ光を発生させるレーザ
光発振装置１ａと、レーザ光発振装置１ａから発射され
たレーザ光を反射させ被処理基板の被処理基板２０表面
に照射されるようにする全反射体２と被処理基板２０表
面への入射光８ｂの被処理基板表面から反射した反射光
９ｂを反射させる全反射体３と、全反射体から反射され
た反射光９ｂの経路に設置され、反射光９ｂの中からレ
ーザ光のみを通過させ、２種類以上の偏光フィルターよ
り構成される偏光フィルター４ａと、偏光フィルター４
ａの後部に設置され、偏光フィルター４ａを通過したレ
ーザ光を分光する分光器５と分光されたレーザ光を検出
するマルチチャンネル型の検出器６ｂと、検出器６ｂに
接続され、検出器６ｂで検出されたレーザ光の強度の経
時変化を分析して被処理基板２０のエッチング終点を検
出し、プラズマ処理装置１０の駆動を停止させる制御装
置７とから構成されている。図５において、図１と同じ
符号ものは図１と同じものを表している。
【００３３】スペース幅によりエッチングレートが異な
るために、入射した光は複雑に干渉し、複雑な波形にな
る。入射光源に円偏光レーザ光を用い、マルチチャンネ
ル型の検出器６ｂの前に２種類以上の偏光フィルターか
ら構成される複合偏光フィルター４ａを使用すること
で、それぞれの箇所での波形が検出可能となり、演算す
ることで所望の部分での終点が検出できる。なお、図６
は２種類の偏光フィルターより構成された複合偏光フィ
ルター４ａの例であり、図８はエッチングパターンと平
行の偏光フィルターで検出された反射光強度（ａ曲線）
とエッチングパターンと垂直な偏光フィルターで検出さ
れた広いエッチングスペース部分での反射光強度（ｂ曲
線）とを減算して得られた狭いエッチングスペースから
の反射光強度（ｃ曲線）の例である。
るために、入射した光は複雑に干渉し、複雑な波形にな
る。入射光源に円偏光レーザ光を用い、マルチチャンネ
ル型の検出器６ｂの前に２種類以上の偏光フィルターか
ら構成される複合偏光フィルター４ａを使用すること
で、それぞれの箇所での波形が検出可能となり、演算す
ることで所望の部分での終点が検出できる。なお、図６
は２種類の偏光フィルターより構成された複合偏光フィ
ルター４ａの例であり、図８はエッチングパターンと平
行の偏光フィルターで検出された反射光強度（ａ曲線）
とエッチングパターンと垂直な偏光フィルターで検出さ
れた広いエッチングスペース部分での反射光強度（ｂ曲
線）とを減算して得られた狭いエッチングスペースから
の反射光強度（ｃ曲線）の例である。
【００３４】上記の実施の形態では、すべてトレンチエ
ッチングでの反射光の干渉光強度からエッチング終点を
検出する装置とその方法説明したが、多結晶シリコン
膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等のエッチング時
の透過光の干渉強度よりエッチグ終点を検出する装置お
よびその検出方法にも使用でき、同様な効果が得られる
ことは言うまでもない。また、本発明のエッチング終点
検出装置は、エッチング終点検出以外に干渉周期からエ
ッチング速度算出が行え、エッチングレート測定器とし
ても利用できる。
ッチングでの反射光の干渉光強度からエッチング終点を
検出する装置とその方法説明したが、多結晶シリコン
膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等のエッチング時
の透過光の干渉強度よりエッチグ終点を検出する装置お
よびその検出方法にも使用でき、同様な効果が得られる
ことは言うまでもない。また、本発明のエッチング終点
検出装置は、エッチング終点検出以外に干渉周期からエ
ッチング速度算出が行え、エッチングレート測定器とし
ても利用できる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のエッチン
グ終点検出装置では、次のような効果を得ることができ
る。 （１）被処理基板の表面から反射した反射光の経路にプ
ラズマ処理で発生したプラズマ光を除去する偏光フィル
ターを設けたことによりレーザ光等の光干渉強度変化検
出精度を改善でき、エッチング終点の検出精度が向上す
る。 （２）入射光の偏光方向をパターンスペース幅方向に制
御することにより入射光よりも狭幅のスペース部でのエ
ッチング終点を精度よく検出することができる。 （３）非偏光光源と複数の偏光フィルターを使用するこ
とにより複数のトレンチ幅のエッチング終点を精度よく
検出できる。
グ終点検出装置では、次のような効果を得ることができ
る。 （１）被処理基板の表面から反射した反射光の経路にプ
ラズマ処理で発生したプラズマ光を除去する偏光フィル
ターを設けたことによりレーザ光等の光干渉強度変化検
出精度を改善でき、エッチング終点の検出精度が向上す
る。 （２）入射光の偏光方向をパターンスペース幅方向に制
御することにより入射光よりも狭幅のスペース部でのエ
ッチング終点を精度よく検出することができる。 （３）非偏光光源と複数の偏光フィルターを使用するこ
とにより複数のトレンチ幅のエッチング終点を精度よく
検出できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態のエッチング終点検
出装置の概略構成図である。
出装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態のエッチング終点検
出装置の概略構成図である。
出装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態のエッチング終点検
出装置の概略構成図である。
出装置の概略構成図である。
【図４】入射波長よりも微細な幅のエッチングスペース
のマスクが形成された被処理基板の平面図および断面図
である。
のマスクが形成された被処理基板の平面図および断面図
である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のエッチング終点検
出装置の概略構成図である。
出装置の概略構成図である。
【図６】図５の偏光フィルターの拡大図であり、２種類
のフィルターから構成された例である。
のフィルターから構成された例である。
【図７】エッチングスペースの異なるマスクパターンが
形成された被処理基板の平面図である。
形成された被処理基板の平面図である。
【図８】図７の被処理基板をエッチングした場合の反射
光強度の経時変化を示す曲線である。
光強度の経時変化を示す曲線である。
【図９】レーザ光の多結晶シリコン膜表面における光干
渉を説明する断面図である。
渉を説明する断面図である。
【図１０】レーザ光の干渉光強度の経時的変化の模式図
である。
である。
【図１１】従来の光干渉を応用したエッチングの終点検
出装置の例である。
出装置の例である。
１，１ａ，１０１ レーザ光発振装置
２，３，１０３ 全反射体
４，４ａ，１６，１７ 偏光フィルター
５ 分光器
６，６ａ，６ｂ，１０６，１０７ 検出器
７ 制御装置
８，８ａ，８ｂ 入射光
９，９ａ，９ｂ 反射光
１０ プラズマ処理装置
１１ 多結晶シリコン膜
１２ 酸化シリコン膜
１３ 基板
１５ 非偏光光源
１８，１９ 光学レンズ
２０，１１５ 被処理基板
２１ マスク
２２ａ 広いエッチングスペース
２２ｂ 狭いエッチングスペース
２３ シリコン基板
１０２ 光分岐装置
１０４，１０５ 半反射体
１１１ 反応容器
１１２ 上部電極
１１３ 下部電極
１１４ 高周波電源
Claims (4)
- 【請求項１】 第１の膜上に形成された第２の膜、また
は第１の膜上に形成された第２の膜をマスクに該第１の
膜をプラズマ処置装置でエッチングする際に、該第２の
膜の表面から光を照射し、前記第１の膜および前記第２
の膜の表面から反射した光の干渉強度の変化より前記エ
ッチング処理の終点を検出するエッチング終点検出装置
であって、レーザ光発振装置と、該レーザ光発振装置か
ら発射されたレーザ光を反射させ前記第２の膜表面に照
射されるようにする第１の全反射体と、前記第２の膜表
面から反射した反射光を反射させる第２の全反射体と、
該第２の全反射体から反射された反射光の経路に設置さ
れ、該反射光の中から前記レーザ光のみを通過させる偏
光フィルターと、該偏光フィルターの後部に設置され、
該偏光フィルターを通過した前記レーザ光を分光する分
光器と、該分光器に接続され、分光された前記レーザ光
を検出する検出器と、該検出器と前記プラズマ処理装置
に接続され、該検出器で検出された前記レーザ光の干渉
強度の経時変化を分析して前記第２の膜のエッチング終
点を検出し、前記プラズマ処理装置の駆動を停止させる
制御装置とを具備するエッチング終点検出装置を用い
て、前記第１の膜上に形成された前記第２の膜をマスク
に前記第１の膜を前記プラズマ処置装置でエッチングす
る際に、前記第２の膜の表面から光を照射し、前記第１
の膜および前記第２の膜の表面から反射した光の干渉強
度の変化より前記エッチング処理の終点を検出する方法
において、前記第２の膜に照射する光の偏光方向を前記
第２の膜のマスクスペース方向に水平に制御することを
特徴とするエッチング終点検出方法。 - 【請求項２】 第１の膜上に形成された第２の膜、また
は第１の膜上に形成された第２の膜をマスクに該第１の
膜をプラズマ処置装置でエッチングする際に、該第２の
膜の表面から光を照射し、前記第１の膜および前記第２
の膜の表面から反射した光の干渉強度の変化より前記エ
ッチング処理の終点を検出するエッチング終点検出装置
であって、非偏光光源と、該非偏光光源から発射された
光を偏光して偏光光を取り出すための第１の偏光フィル
ターと、前記偏光光を集光して前記第２の膜表面に照射
するための第１の光学レンズと、前記第２の膜表面から
反射した反射光を反射させる全反射体と、該全反射体か
ら反射した反射光の経路に配置され、該反射光に一致し
た偏光方向の第２の偏光フィルターと、該第２の偏光フ
ィルターを通過した偏光光を集光する第２の光学レンズ
と、該光学レンズにより集光された偏光光を分光する分
光器と、分光された前記偏光光の強度を検出する検出器
と、該検出器と前記プラズマ処理装置に接続され、前記
検出器で検出された偏光光の強度の経時変化を分析して
前記第２の膜のエッチング終点を検出し、前記プラズマ
処理装置の駆動を停止させる制御装置とを具備するエッ
チング終点検出装置を用いて、前記第１の膜上に形成さ
れた前記第２の膜をマスクに前記第１の膜を前記プラズ
マ処置装置でエッチングする際に、前記第２の膜の表面
から光を照射し、前記第１の膜および前記第２の膜の表
面から反射した光の干渉強度の変化より前記エッチング
処理の終点を検出する方法において、前記第２の膜に照
射する光の偏光方向を前記第２の膜のマスクスペース方
向に水平に制御することを特徴とするエッチング終点検
出方法。 - 【請求項３】 第１の膜上に形成された第２の膜、また
は第１の膜上に形成された第２の膜をマスクに該第１の
膜をプラズマ処置装置でエッチングする際に、該第２の
膜の表面から光を照射し、前記第１の膜および前記第２
の膜の表面から反射した光の干渉強度の変化より前記エ
ッチング処理の終点を検出するエッチング終点検出装置
であって、レーザ光発振装置と、該レーザ光発振装置か
ら発射されたレーザ光を反射させ前記第２の膜表面に照
射されるようにする第１の全反射体と、前記第２の膜表
面から反射した反射光を反射させる第２の全反射体と、
該第２の全反射体から反射された反射光の経路に設置さ
れ、該反射光の中から前記レーザ光のみを通過させる偏
光フィルターと、前記偏光フィルターを通過したレーザ
光を検出する検出器と、該検出器と前記プラズマ処理層
装置に接続され、該検出器で検出された前記レーザ光の
干渉強度の経時変化を分析して前記第２の膜のエッチン
グ終点を検出し、前記プラズマ処理装置の駆動を停止さ
せる制御装置とを具備するエッチング終点検出装置を用
いて、前記第１の膜上に形成された前記第２の膜をマス
クに前記第１の膜を前記プラズマ処置装置でエッチング
する際に、前記第２の膜の表面から光を照射し、前記第
１の膜および前記第２の膜の表面から反射した光の干渉
強度の変化より前記エッチング処理の終点を検出する方
法において、前記第２の膜に照射する光の偏光方向を前
記第２の膜のマスクス ペース方向に水平に制御すること
を特徴とするエッチング終点検出方法。 - 【請求項４】 前記検出器が前記レーザ光の波長のみ透
過する光フィルターと光検出器から構成されることを特
徴とする請求項３記載のエッチング終点検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000018271A JP3427085B2 (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | エッチング終点検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000018271A JP3427085B2 (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | エッチング終点検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000018271A Expired - Fee Related JP3427085B2 (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | エッチング終点検出方法 |
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