JPH03253586A - 終点検出方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、イオンミリング装置やイオンビームエツチン
グ装置を用いて、薄膜のエツチングを行なう際の、薄膜
のエツチングの完了を検出する方法およびその装置に関
する。

［従来の技術］ 半導体集積回路や、各種薄膜デバイスは、複雑な形状の
薄膜を積層して構成されている。これらデバイスは、ま
ず、全面に成膜を行ない、不要部分をエツチングにより
除去する、という過程を繰返すことで形成される。

近年、半導体集積回路の微細化、各種薄膜デバイスの高
性能化に伴ない、イオンビームを用いた。

薄膜のエツチングが普及しはじめている。

正確な寸法でデバイスを作るためには、薄膜のエツチン
グを行なうに際し、所定パターンの薄膜が得られたら、
イオンビームの照射をすみやかに停止し、下層の膜が刻
れるのを極力小さくする必要がある。このように、エツ
チングの完了を検出することを、通常、終点検出と呼ん
でいる。

半導体デバイスの反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）を
対象とした、従来の検出装置としては、処理中に発生す
るプラズマから放出される光を分光分析し、そのスペク
トルから、終点を検出する方法り１用いられる。この方
法を実現するため。

特開昭５５−１５７２３３号、特開昭５６−１２５８４
１号、特開昭５７−１２０６７４号等の公報に記載され
ているような、多くの工夫がなされている。

本発明が対象としているイオンビーム処理の際の終点検
出方法としては、ジャーナル・オブ・バキューム・アン
ド・テクノロジー、ｌ−２（２）（１９８４年）第４８
１頁から第４８４頁（Ｊ。

Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈｎｏｌ、Ａ２　　（２）　　
（１９８４）ｐｐ４８１−４８４において論じられてい
る。

この論文で報告されている方法は、イオンビーム照射に
よるスパッタリングで誘起される発光を分光分析し、特
定波長の光の強度から終点を検出するものである。アル
ミナ上の銅薄膜、シリコン上のアルミニウム薄膜のエツ
チングやイオンミリングを行なう際に、良好な終点検出
ができることが報告されている。

また、ジャーナル・オブ・サイエンス・アンドテクノロ
ジー、１６（３）（１９７９年）第９１３頁から第９１
７頁（Ｊ　、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ。

１６（３）（１９７６）ｐｐ　　９１３−９１７では、
エツチングの間に、被加工物から放出される２次イオン
を質量分析によりモニタすることにより終点を検出する
方法が報告されている。

［発明が解決しようとする課題］ 反応性イオンエツチングを行なう際に発生する光は、薄
膜の元素からの光に限定される。また、半導体デバイス
の作成に用いられるパターンとなる薄膜の種類は限られ
ている。従って、上記の光を分光分析することにより、
被加工物である薄膜の材質を検出することができる。す
なわち、上記分光分析の結果より、高感度で、終点を検
出できる。

これに対し、イオンミリングにより半導体デバイスを作
成する際は、イオンビームにより、主として物理的に、
上記薄膜のみならず、マスク等の材質が削られる。その
結果、イオンミリングを行なう際に発生する光は、上記
薄膜の元素からの光のみならず、マスク等の元素からの
光もある。

従って、上記薄膜と明確な区別ができるスペクトル線を
持たない材質もエツチングされるイオンミリングにおい
ては、従来技術の分光分析による終点検出法は使用でき
ない。また、スパッタリングの際に、発生する光を分光
分析する場合も、上記と同様の問題がある。

一方、スパッタリングの際に生ずる２次イオンの質量を
分析すれば、スパッタリングにより放出される粒子の種
類を容易に同定できる。このため、これをイオンミリン
グの終点検出に利用することが考えられる。

しかし、イオンミリングが行なわれる加工室は、各種の
粒子がイオンビームにより放出されているので、加工室
内のガス圧は、Ｉ　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒの程度と比
較的高く、イオンが中性化され易い。さらに、通常のイ
オンミリングでは、削り取られる面積は、試料の全面積
に対して、かなり小さいため。

測定される２次イオンは極めて少ない。従って、上記の
２次イオンの質量を分析する方式では、実用レベルでの
終点検出は行なえないという問題がある。

本発明の目的は、任意の材質からなる被加工物である試
料をエツチングする際、放出される２次イオンの同定を
容易にし、そのエツチングの完了、すなわち終点を正確
に検出する方法および、それを実現するための装置を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、被加工物から放出された粒子を含む採取粒
子をイオン化し、 上記イオン化された粒子を、該粒子のエネルギー分析を
行なうことにより、所定のエネルギー範囲の粒子とその
他の粒子とに分離し、 上記分離された所定のエネルギー範囲の粒子の種類を、
質量分析することにより同定し、上記同定された粒子の
うち、少なくとも１種類め粒子数の時間的変化を調べ、 エツチングの完了を検出することにより達成できる。

また、上記の質量分析を行なう粒子は、イオン化された
目的とする被加工物から放出された粒子の一部でもよい
。

また、上記エツチングの完了を検出するには。

スパッタ粒子を含む採取粒子をイオン化するイオン化装
置と、 上記イオン化された粒子のなかで、目的とするエネルギ
ーをもつ粒子を、他の粒子から分離するエネルギー分析
装置と、 上記の分離された粒子を同定する質量分析装置とを含む
終点検出装置により達成できる。

また、上記終点検出装置は、 時刻ｔ＝ｔｎにおける質量スペクトルの特性量と、ｔ＝
ｔｎ−□以前の質量スペクトルの特性量との間に、変化
が有るか否かを判定するデータ処理装置と、 各粒子採取時間のデータを保存し、必要により、所定時
間内の質量スペクトルの特性量の平均を算出する記憶装
置とを含んでもよい。

［作　用］ イオンビームが、目的とする被加工物やマスクに照射さ
れると、スパッタリングにより、被加工物等から粒子が
放出される。

この粒子は、そのほとんどが中性粒子である。

そこで、質量分析の試料とするため、イオン化装置によ
りイオン化する。このとき、浮遊粒子等のノイズとなる
粒子もイオン化される。

このため、これらのイオン化された粒子をエネルギー分
析装置を用いて、質量分析の試料とするイオンと、そう
でないイオンとに分離する。

次に、質量分析装置を用いて、試料となる分離されたイ
オンを同定する。

その結果、エツチングの目的とするパターンとなる薄膜
がエツチングされている間は、パターンとなる薄膜のス
ペクトル線が強く出る。一方、パターンとなる薄膜のエ
ツチングが終りに近付くと、パターンとなる薄膜のスペ
クトル線は弱まり、パターンとなる薄膜の下の薄膜のス
ペクトル線が、強くなってくる。

その結果を、所定時間内の質量スペクトルの特性量の平
均を算出する記憶装置から取りだしたデータと比較し、
時刻１＝１０における質量スペクトルの特性量と、ｔ＝
ｔｎ、−□以前の質量スペクトルの特性量との間に、変
化が有るか否かを判定する。

以上により、エツチングの目的とするパターンとなる薄
膜のエツチングが終了したことを検出する。

［実施例］ 次に、図面により、本発明の各種実施例を説明する。

第１図と第２図は、本発明の第Ｉの実施例を示す。

第１図（ａ）は第１の実施例の装置の構造を示す説明図
、第１図（ｂ）は上記装置を用いて終点を検出する場合
を示す薄膜の縦断面図、第１図（ｃ）は、分析結果の判
定手段のハードウェア構成図。

第２図（ａ）は本実施例の装置の基本的な動作を示すフ
ロー図、第２図（ｂ）は分析結果判定のフロー図、第２
図（ｃ）は分析結果の信号量平均値の時間変化を示す説
明図のである。

イオンミリング装置を備えている本実施例に係る終点検
出装置は、第１図（ａ）に示すように、基本的に、イオ
ンビーム３０を発生するイオン発生装置１２と、基板ホ
ルダ４と、スパッタ粒子３１を検出する粒子検出装置８
と、検出した粒子を分析することにより被加工物５の加
工が終了したか否かを判定する分析結果判定装置２４と
、質量分析器制御装置１４とを備えて構成される。

真空容器である加工室１には、イオン発生装置（イオン
源）２、基板ホルダ４、被加工物（基板）５が、従来か
らある装置と同様に配置され、また、粒子検出装置８も
、加工室１の中に置かれ、スパッタ粒子を取入れ易いよ
うに、被加工物５の近くに配置される６ 粒子検出装置８は、スパッタ粒子を取入れる粒子取入口
１０、上記スパッタ粒子をイオン化するイオン化装置１
１、上記イオン化されたスパッタ粒子のエネルギーを分
析するエネルギー分析装置１２、および上記エネルギー
を分析された粒子の質量を分析する質量分析装置１３を
有する。

分析結果判定装Ｎ２４と質量分析器制御装置１４とは、
加工室１の外に配置される。分析結果判定装置２４は、
質量分析制御装置１４がら送られてきた分析結果を受は
取り、質量スペクトルの抽出を行なうデータ処理装置２
０と、その抽出した結果を記憶する記憶装Ｗ２１と、必
要に応じて、それらの結果を表示する表示装置２２から
なる。

また、データ処理装置２０は、イオン発生装置電源３に
、信号を送ることができるように、接続されている。

また、加工電工および粒子検出装置８の中の気体を排気
するために、排気装置６が加工室１の外側に配置される
。

次に、第１図（ｂ）に示す三つの断面図は、上から順に
、エツチング開始時の薄膜の断面図、エツチング中の薄
膜の断面図、エツチング終了時の薄膜の断面図である。

各断面図においては、最下層に、下部薄膜４２があり、
その上にエツチングの対象となる上部薄膜４１があり、
さらにその上にマスク４０がある。

次に、第１図（Ｃ）を参照して、分析結果を判定する手
段のハードウェアの構成について説明する。

同図において、破線で囲んだ内側が、上記分析結果判定
手段のハードウェアの構成であり、外側には、この分析
結果判定手段と信号を授受する質量分析器制御装置１４
、および、分析結果判定手段からの信号で作動が停止す
るイオン発生装置電源３が配置される。

同図に示すＡ／Ｄ変換器４１０と、データ収録袋ｆｉ４
２０と、コンピュータ４３０の３つは、第１図（ａ）に
示すデータ処理装置２０の中にふくまれる。また、記憶
装置２１は、コンピュータ４３０と接続される。また１
表示袋Ｍ２２は、コンピュータ４３０と接続され、表示
するための信号を受は取る。さらに、手入力装置１４４
０および出力装置４７０がコンピュータ４３０に接続さ
れている。

次に、本実施例の装置を用いて、イオンビームでエツチ
ングを行ない、終点を検出する場合の作用について説明
する。

第１図（ｂ）に示す下部薄膜４２上に成膜された上部薄
膜４１の一部を、マスク４０を用いて、イオンビーム３
０でエツチングする場合について、まず、第１図および
第２図により、説明する。

第１図（ａ）の装置において、加工室１内の気体を排気
装置６により排気し、加工室１内を真空とする。つぎに
、イオン発生装置２で発生したイオンビーム３０を、マ
スクをかけた被加工物５に照射する。この作用が、第２
図（ａ）における時間１＝１ｏのイオンミリング開始８
００に相当する。

この粒子検出装置８は、排気装置６により。

１　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒ以上の高真空に保たれている
ので、内部のイオンが中性化されることは少なく、粒子
検出が難しくなるようなことはない。

その後、イオンビーム照射を続けると、マスク４０およ
び上部薄膜４１が、スパッタリングにより削られ、スパ
ッタ粒子３１が放出される。そこで、適当なサンプリン
グ時間（１＝　１工、・・・ｌ　ｔｌｌｌｔ　ｔａ・・
・）で、放出されたスパッタ粒子３１゜および浮遊して
いる粒子を、粒子検出袋Ｗ８の粒子取入口１０から取込
む。

次に１時刻ｔ＝ｔｎに採取されたスパッタ粒子３１およ
び浮遊粒子に注目して、本実施例の作用を考える。

まず、時間ｔ＝ｔｎでスパッタ粒子３１等を採取する。

この作用が、第２図（ａ）における、時間ｔ＝ｔｎのス
パッタ粒子等の採取８０１に相当する。

次に、それら採取した粒子を、イオン化装置１１でイオ
ン化する。この作用が、第２図（ａ）における、採取し
た粒子のイオン化８０２に相当する。

ここで、これらのイオン化された粒子のうち、薄膜から
のスパッタ粒子３１は、はぼ特定のエネルギー範囲に分
布していることが知られている。

そこで、これを利用して、エネルギー分析装置１２によ
り、スパッタ粒子３１のイオンと、浮遊粒子のイオンと
に分離し、薄膜からのスパッタ粒子３１のイオンのみを
質量分析装置１３により、質量分析する。

次に、上記に記載したように、エネルギー分析装置↓２
により、特定エネルギーのイオンのみを通過させる。こ
の作用が、第２図（ａ）における。

特定エネルギー範囲の粒子の分離８０３に相当する。な
お、この作用は、同図８０３に示すように、時間１＝１
゜においで採取した粒子のうち、エネルギーがＥ１〜Ｅ
２の間のイオンのみを通過させるものであり、例えば、
フィルタのような機能をする。

この結果、スパッタ粒子３１のイオンのみを選択的に質
量分析装置１３で分析できる。この作用が、第２図（ａ
）における、時間ｔ＝ｔｎ、において採取した粒子のう
ち、分離した粒子の質量分析８０４に相当する。

質量分析の結果は、質量分析器制御装置（４からデータ
処理袋Ｍ２０に送られ、質量スペクトルの特性量（質量
とスペクトル強度）の抽出を行なう。

その分析の結果得られた質量スペクトルの中で、マスク
材のスペクトル線は常に検出される。一方、エツチング
時間の経過に伴って、上部薄膜４１の材質のスペクトル
強度は減少し、下部薄膜４２の材質のスペクトル強度は
増加する。

これらの結果は、記憶装置２１に収納され５必要に応じ
て、表示装置２２に表示される。

データ処理袋Ｗ２０では１時刻ｔ＝ｔｎにおける質量ス
ペクトルの特性量と、ｊ＝ｊ、−、以前の特性量との間
に、有意な変化が有るか否かを判定する。この作用が、
第２図（ａ）における１時間１＝１１と時間ｊ＝ｊ、−
１以前との両方の質量スペクトル特性量を比較し、両方
の特性量に差があるか否かを判定する処理８０６に相当
する。

有意な変化がある場合は、上部薄膜４１に開けられた穴
は、下部薄膜４２にほぼ到達したと判定し、エツチング
の終点とみなし、所定時間後イオンビームの照射を停止
する８０７゜ なお、所定時間経過後、イオンビーム照射を停止するた
めの制御信号を、イオン発生装置電源３に出すのは、エ
ツチング残りを防ぐためである。

一方、有意な変化がない場合は、イオンビームの照射を
続け、次のサンプリング時刻ｔ＝ｔｏ＋、において、上
述と同じ粒子検出およびデータ処理を行なう。

さらに詳細に１分析結果判定の処理の流れを示すと第２
図（ｂ）のようになる。

上部薄膜の質量スペクトル特性量Ａと、下部薄膜の質量
スペクトル特性量Ｂとが、質量分析器制御装置Ｅ１４に
入力される（処理９００、以下「処理」は略す）と同時
に、判定基準ε。と、雑音レベルε２、ε２も、質量分
析器制御装置１４に入力される（９０１）。

ここで、それぞれの粒子に対応して信号量の時間変化は
ピーク値をもつが、このピーク値のε。倍をエツチング
の終点と考え、このε。を判定基準という。例えば、ピ
ーク値を１とした場合。

ε。＝０．１を設定する。

次に、測定タイミングを待ち（９０２）−指令がくると
、時間ｔ＝ｔｎでの質量スペクトル特性量データをデー
タ処理装置２０に取り込む（９０３）。

そして、上記Ａをφ。、上記Ｂをψ７とする信号量抽出
処理を行なう（９０４）。また、上部薄膜の質量スペク
トル特性量についての信号量をφ、下部薄膜の質量スペ
クトル特性量についての信号量をψとする。

次に５記憶装置２工に保存されている保存データの呼び
出しを行なう（９０５）。この時に呼び出すデータは１
時間ｊ　ａ−１からｔ。−Ｎ＋１までのφおよびψの値
である。

同時に、φ。−８からφゎ−Ｎ＋１までの平均値φ。−
エ＝（φ１−１＋・・・＋φゎ−Ｎ、り　／　（Ｎ−１
）、および、φの平均値の時間変化のピーク値η□９す
なわち平均値φ、−１、φ。−２、・・・、φ、−８゜
１のうち最小のものを求める。ψについても同様に、平
均値ψ、、−１、および、ピーク値ζ１．工をもとめる
。

ηは上部薄膜についての信号量の時間変化であるため１
時間経過とともに、その量は減少し、ある時点で負のピ
ーク値をとり、その後、零に近づく。

一方、ζは、下部薄膜についての信号量の時間変化であ
るなめ、時間経過とともに、その量は増加し、ある時点
で正のピーク値をとり、その後、零に近づく。

上記の事柄を図で示すと、第２図（Ｃ）のようになる。

同図において、縦軸は信号量の時間変化を表わし、横軸
は時間を表わす。

なお、上記のように、所定時間内の複数の信号量の平均
値を求めるのは、ランダムな雑音を除くためである。

次に、φについて、φ０からφ。−Ｎ＋１までの平等値
φ。＝（φ。十φ。−エ＋・・・＋φ。−Ｎ４工）／Ｎ
を求める。

また、ψについても同様に、平均値ψ。を求める（９０
６）。

次に、上記で求めた平均値φ。と平均値φゎ−１との差
η、すなわち、前後する測定時間での時間変化量を算出
する（９０７）。ψについても、同様におこなう（９０
７）。

次に、すでに求めているη１゜と、上記ηとの絶対値を
比較する（９０８）。ζ。、８とことについても同様に
行なう（９０８）。

ηとことの絶対値が、それぞれηゎｉ。とζ４．８の絶
対値より大きい場合は、新たに、ηとことをピ−り値η
□０とζ□８として更新する（９１０）。

一方、ηとことの絶対値が、それぞれη、。とζ３８．
の絶対値より小さい場合は、基準を満足するか否か判断
する（９０９）。

ここで基準とは、 ■η＜−Ｅｌ（ｆｌはηについて予め定めた値）■ζ〉
ε２　（ε２はζについて予め定めた値）■１η１〈（
ε。×１ηｍｌ。（）（ただし、ε。は上述したように
１判定基準を示す）■ζ＜（ＥＯＸζゎ１、） を言う。

上記■〜■の全てを満足するときは、エツチングは終了
したと判断し、一定時間経過後、イオンビームは停止さ
れる（９１２）。一定時間経過後、イオンビームを停止
するのは、エッチ残りの発生を防止するためである。

上記■〜■のいずれか１つでも満足しないときは、保存
データが更新される（９１１）。そして。

つぎの測定タイミングを待つ（９０２）。

以上述べた方法で終点を検出することにより、過剰なエ
ツチングが起ったり、エッチ残りを生じたりすることを
減少できる。

（以下　余白） 次に、本発明の第２の実施例を、第３．４．５図を用い
て説明する。

第３図は装置を示す斜視図、第４図（ａ）はイオン化装
置の内部を示す拡大図、第４図（ｂ）はエネルギ分析装
置の内部を示す拡大図、第５図は実験結果を示すグラフ
である。

本実施例の装置は、第３図において、真空容器である加
工室１０１と、イオンビームを発生させるためのイオン
源１０２と、基板ホルダ１０４と、粒子検出装ｆｉ！１
０８と１図示していない排気装置と接続されている加工
室↓のための排気口１６１と、大気側に置かれた質量分
析器制御装＠ｌ１４゜データ処理装置１２０等からなり
、その各装置と配置は第１の実施例とほぼ同様である。

粒子検出装置１０８は、気密を保って連結された粒子取
入口１１０、イオン化装置１１１、エネルギー分析装置
１１２、質量分析装置１１３から構成され１粒子検出装
ｗ１０８全体を、補助排気装置（図では示していない）
で、高真空に保っており、加工室１０１用の排気口１６
１とは異なる排気口１６２を持っている。

イオン化装ｗ１１１の内部には、第４図（ａ）に示すよ
うに、熱電子を発生させるためのフィラメント１４０、
発生した電子ビームを同図で上方に走らせるための電極
１４１が配置され、図示していないが、フィラメント１
４０に通電するための直流電源と電極１４１とに電位を
与えるための直流電源が結線されている。

エネルギー分析装置１１２の内部には、第４図（ｂ）に
示すように、イオン取入口３２とイオン放出口１４３の
間に、ボックス１４２．外側球状電極１４４、内側球状
電極１４５が、互いに電気的に絶縁されて配置されてい
る。、２つの球状電極１４４．１４５の間に電圧を印加
するための直流電源、およびボックスと２つの電極とを
バイアスするための直流電源１５０が結線されている。

次に、本実施例に係る装置による終点検出の手順を説明
する。

基本的な終点検出の手順を、第２図の流れ図により示す
。

まず、加工室１０１内の気体をＩ　Ｘ　１０−’　Ｔｏ
ｒｒ程度まで排気する。イオン源工０２にアルゴンガス
を供給しながら、アルゴンイオンビーム１３０を発生さ
せる。イオンビームのエネルギーは６００電子ボルトに
設定し、被加工物１０５としては、ガラス基板（１００
Ｘ１００Ｘ１ｍ）に、シリコンを約１μＩＩ＋威膜し、
更にアルミニウムを約０．５μｍ成膜した後、ホトレジ
ストのマスクをかけたものを用いた。

マスクをかけない部分、すなわちイオンビームでエツチ
ングする部分は、全体の約５％とする。

アルゴンイオンビーム１３０を被加工物１０５に照射す
ると、ホトレジストおよびアルミニウムのスパッタ粒子
１３１が放出される。

スパッタ粒子と加工室内に浮遊している粒子とが粒子取
入口１１０から、内部を約Ｂｘ−６１゜丁ｏｒｒに維持
した粒子検出装置１０８に採取される。

採取された粒子は、通電したフィラメント１４０から放
出される電極１４１に向う電子の衝突によってイオン化
される。

イオン化した粒子は、スパッタ粒子１３１のみでなく、
浮遊の粒子を含んでいるため、正しく終点検出を行なう
には、スパッタ粒子１３１のみを選択的に分離する必要
がある。

スパッタ粒子１３１の分離は、スパッタ粒子１３１のエ
ネルギーが、１０電子ボルト前後に多く分布することを
利用して行なう。

第５図（ａ）は、シリコン基板に６００電子ボルト程度
のアルゴンイオンを照射した時の、イオン化された粒子
のエネルギー分布を示している（ただし、数キロ電子ボ
ルトのイオンを照射しても。

同様の分布をする）。

グラフにあられれた２つのピークのうち、１０数電子ボ
ルト付近の分布はスパッタ粒子によるものであり、零電
子ボルト付近の分布は浮遊粒子によるものである。従っ
て、エネルギー分析装置１２においては、１０数電子ボ
ルト付近の粒子を通過させることにより、スパッタ粒子
１３１を浮遊粒子から分離できる。

具体的には、外側半球電極１４４と内側半球電極１４５
との間に電位差を与えることにより、均一な電界を発生
させ、与えられる電位差に応じて、特定のエネルギーを
もつイオンのみが円軌道を描いて通過できるようにする
。また、イオン放出口１４３をある程度広くしておけば
、あるエネルギー範囲の粒子をすべて通過させることが
できる。

（代表的イオン電流は２０ｎＡ。） エネルギー分析装置１１１２で分離されたスパッタ粒子
の質量スペクトルは、四重極質量分析装置（質量数工〜
３６０原子質量単位）で、測定される。例えば、サンプ
リング時刻ｔ＝ｔｎに得られた質量スペクトルのデータ
は、データ処理装置１２０に送られ、予め設定したスペ
クトルの信号レベルよりも大きいものについて、その特
性量（質量／電荷比と信号強度）をデータとして、記憶
装置１２１に転送し、記憶する。

更に、データ処理装置１１２０に、サンプリング時刻ｊ
＝、−０以前のデータ（通常５〜１０サンプル程度）を
読み出し、スペクトルの特性量に有意な差が有るか否か
を判定する。差が有る場合は、予め定めた時間の後、イ
オンビームの照射を停止するように、イオン源電源１０
３に制御信号を送る。差が無い場合は、イオンビーム照
射を継続して、時刻ｔ＝ｔｎ＋□に同様の測定を行なう
。

第５図（ｂ）は、上記の被加工物１０５をエツチングし
た時の、エツチング時間とアルミニウムとシリコンの質
量スペクトルの信号強度の変化を示している。ただし、
終点を検出しても、イオンビームを照射し続けて、デー
タをとった。

エツチング時間がｌ１分程度経過後、スパッタ粒子のう
ち、アルミニウムが減り、シリコンが増える。この時点
で、アルミニウム膜にシリコン膜に達するパターンを刻
ることかできたと考えられる。これを終点と考える。

本実施例によれば、イオン化したスパッタ粒子の質量分
析を行なうことにより、任意の材質からなる被加工物の
エツチングの完了（終点）を検出できるという効果はも
ちろん、加工室１０１と粒子検出装置１０８の排気口を
、それぞれ別にしているので、加工室１０１と粒子検出
装置２１０８の粒子が混合することを防止でき、より正
確な終点検出ができる。

なお、本実施例では、イオン化装置１１１で、熱電子衝
撃で粒子をイオン化させているが、レーザー光を粒子に
照射してイオン化しても良い。この方法は、反応性の強
いエツチングを行なっているため、フィラメントの消耗
の激しい場合に有効である。

また１本実施例では、粒子検出装置１０８は固定されて
いるが、上記粒子検出装置１０８全体を真空中で移動で
きるような機構を設けても良い。

被加工物の加工すべきパターンによっては、スパッタ粒
子の飛散し易い方向や場所ができることもあり１粒子検
出装置１０８を、スパッタ粒子を採取し易い位置に移動
すれば、より高感度の終点検出ができる。

次に、本発明の第３の実施例を、第６図を用いて説明す
る。

第６図は、第３実施例を示す斜視図であり、平行平板型
の反応性イオンエツチングの終点検出を行なう装置であ
る。

本装置は、真空容器である加工室２０１の中に、はぼ平
行に配置された高周波電極２５０，２５１と、粒子検出
装置２０８が設けられ、排気装置（図示していない）で
、真空排気される。高周波電極２５０には、接地電位を
与え、被加工物２０５を取付けた高周波電極２５１には
、図示していないマツチングボックスを経て、高周波電
源２５２が接続されている。粒子検出装置２０８は、第
３，４図の実施例と同様のイオン化装置２１１゜エネル
ギー分析装置１２１２、質量分析装置２１３からなって
いる。また、質量分析器制御装置２１４には、データ処
理装置２２０、記憶装置２２２が接続されている。

また、被加工物２０５としては、第３，４図の実施例と
同じで、ガラス基板上にシリコン膜、さらに、アルミニ
ウム膜を成膜し、フォトレジストのマスクをかけたもの
を用いた。

加工室２０１をｌ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空に
した後、アルゴンガスを供給し、１３．５６ＭＨｚの高
周波電力３００ワツトを高周波電極２５１に供給すると
、高周波電極間にアルゴンのプラズマが生成される。な
お、通常のエツチングでは、反応性のガスを用いること
が多い。

また、高周波電極２５１の近傍には、イオンシースと呼
ばれる電位差が生じる。その結果、プラズマ中のアルゴ
ンイオンは、イオンシースで加速され、被加工物２０５
に衝突する。その際、被加工物である薄膜にスパッタリ
ング現象が起り、エツチングが進行する。

スパッタリングにより発生する粒子の質量を分析し１粒
子の種類の時間的な変化から、終点を検出するのは、第
３，４図の実施例で説明したのと同様である。

ただし、本実施例では加工室のガス圧がやや高いので、
粒子検出装置Ｆ２Ｏ３内の圧力をｌ　Ｘ　１０−５Ｔｏ
ｒｒ程度にするため１粒子取入口２１０を小さくした。

そのため、スパッタ粒子２３１の採取量が少なくなった
。

この結果、本実施例の場合、エツチング時間と、アルミ
ニウムとシリコンのスペクトル信号強度とは、第６図（
ｂ）に示すように、第５図（ｂ）の結果と類似はしてい
るが、信号に対して雑音のやや多い結果となった。しか
し、これも終点検出の判定を妨げるほどのものではなか
った。

本実施例によれば、第３，４図の実施例と同様に、任意
の材質からなる被加工物のエツチングの完了を検出でき
るという効果がある。

第３，４図で説明した第２の実施例、および第６図で説
明した第３の実施例においては、質量分析装置として、
四重極質量分析装置を用いたが、磁場偏向型の質量分析
装置を用いても良い。

ここで、第７図に、磁場偏向型質量分析器の一例を斜視
図で示す。

この装置には、−様な磁場（約１０００ガウス）を発生
させるための永久磁石３６２と継鉄３６１、アパーチャ
３６０、偏向管３６３、コレクタ３６４、ケース３６５
が配置されている。偏向管３６３、ケース３６５には直
流電源が、コレクタ３６４には電流計が結線されている
。

偏向管３６３には、約１０００ガウスの磁場がかかって
いるため、アパーチャ３６０から偏向管３６３に入って
きたイオンのうち、特定の質量をもつイオンのみが円軌
道を描き、コレクタ３６４に流入し、電流として検出さ
れる。この円軌道の半径は、イオンのラーモア半径とし
て知られている。

また、偏向管３６３、ケース３６５の電位を調整するこ
とにより、偏向管を通過するイオンのエネルギーを変え
ながら、コレクタ３６４のイオン電流を調べると、イオ
ンの通過エネルギーに対応した質量のイオン電流が検出
でき、質量スペクトルが得られる。

この装置は１分解能についてはやや低いが、小型で安価
であるという利点がある。

また、これまで述べた実施例では、エネルギー分析装置
！１２として１球面状電極を用いた静電型エネルギー分
析器を用いているが、円筒状電極や平行平板電極を用い
た静電型エネルギー分析器を用いても良い。

上記実施例により、イオンミリング装置の終点検出が容
易となり、例えば、磁気ディスク装置用の薄膜磁気ヘッ
ドの高性能化が達成できる。また、半導体デバイスの配
線材料は、エツチング時に選択比の確保ができる材料の
みが使用されているが、本実施例の技術を適用すること
により、配線材料における選択比の制約を除くことがで
き、より高速動作できるデバイスを形成できる。

第８図には、第４の実施例である、薄膜磁気ヘッドの製
造工程の概略を示す。

薄膜磁気ヘッドは、一般に、下部磁性体、絶縁膜、コイ
ル、絶縁物上部磁性体を積層した構造をしている。

図中上段に示す工程６００は、パーマロイ等の磁性膜を
マグネトロンスパッタにより成膜する工程である。

次の工程６１０では、磁性膜の上にホトレジストを塗布
し、露光することによりノくターニングし。

イオンビームを照射し、不要な磁性膜を除去する。

ここで、不要な磁性膜の除去が完了したことは、本発明
に係る終点検出装置７００を用いて、自動的に検出する
。

このように終点検出装置７００を用いることにより、目
視による方法に比較して、形成された膜の寸法ずれが小
さくなった。

工程６２０と次の工程６１０は、磁気へラドギャップ部
のアルミナ絶縁膜の形成工程である。

工程６３０と次の工程６１０は、銅の導体コイルを形成
する工程である。

工程６４０は、コイルを電気的に絶縁するための絶縁物
コーティング工程、工程６５０はギャップ深さを制御す
るためのパターニング工程である。

同図の下段に示す工程６００と次の工程６１０は、上部
磁性体を形成するための工程である。

本実施例では、イオンミリングの工程６１０において、
本発明に係る終点検出装置７００を用いているため、薄
膜磁気ヘッドの寸法精度が向上し、信号／雑音比、高周
波特性等のヘッドの特性が向上する。

［発明の効果］ 本発明によれば、イオンあるいはイオンビームを被加工
物に照射してエツチングを行なう際、被加工物から放出
される粒子をイオン化し、エネルギー分析によりスパッ
タ粒子のみを分離し、それを質量分析することで、スパ
ッタ粒子の種類を同定できるので、各材質のスパッタ粒
子数の時間的な変化から、はぼ任意の材質からなる被加
工物におけるエツチングの完了を検出できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は第１の実施例を示し、第↓図（ａ）は
装置構成を示す断面図、同図（ｂ）は終点検出の原理を
示す説明図、同図（ｃ）は分析結果判定手段のはハード
構成図、第２図（ａ）は本実施例の装置の基本的な動作
を示すフロー図、第３〜５図は第２の実施例を示し、第
３図は装置を示す斜視図、第４図（ａ）はイオン化装置
の内部を示す拡大図、第４図（ｂ）はエネルギ分析装置
の内部を示す拡大図、第５図は実験結果を示すグラフ、
第６図は第３の実施例を示す斜視図、第７図は本実施例
を実施するのに用いられる質量分析装置の１例を示す斜
視図、第８図は第４の実施例をである薄膜磁気ヘッドの
製造工程の概略図である。 １．１０１・・・加工室、２・・・イオン発生装置、３
・・・イオン発生装置電源、４，１０４・・・基板ホル
ダ、５・・・被加工物、８，１０８，２０８・・・粒子
検出装置、１０，１１０，２１０・・・粒子取入口、１
１゜１１１．２１１・・・イオン化装置、１２，１１２
゜２１２・・・エネルギー分析装置、１３，１１３゜２
１３・・・質量分析装置、１４，１１４，２１４・・・
質量分析器制御装置、２０，１２０・・・データ処理装
置、２１，１２１・・・記憶装置、２２，１２２・・・
表示装置、２４・・・分析結果判定装置、３１゜１３１
．２３１・・・スパッタ粒子、２０１・・・加工室２５
０．２５１・・・高周波電極。 御 ３−一一イオン発生装置電漏 １４−・質量分析器制御Ｉ１１置 ２１・−記ｍ装置 ２２・−表示ＭＭ ４１０−・−Ａ／Ｄ変換器 第１図 （Ｃ） ４２０−・−データ収録装置 ４３０−・・コンピュータ ４４０・−手入力ｉ１＠ ４７０・−出力装置

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．粒子を照射して被加工物のエッチングを行なう際の
   、被加工物のエッチングの完了を検出する終点検出方法
   において、 被加工物から放出された粒子を含む採取粒子をイオン化
   し、 上記イオン化された粒子を、該粒子のエネルギー分析を
   行なうことにより、所定のエネルギー範囲の粒子とその
   他の粒子とに分離し、 上記分離された所定のエネルギー範囲の粒子の種類を、
   質量分析することにより同定し、上記同定された粒子の
   うち、少なくとも１種類の粒子数の時間的変化を調べ、 エッチングの完了を検出することを特徴とする終点検出
   方法。
2. ２．上記エネルギー分析により、他の粒子から分離され
   る粒子のエネルギー範囲が、３〜２０電子ボルトである
   請求項１記載の終点検出方法。
3. ３．被加工物に粒子を照射してエッチングを行なう際の
   、エッチングの完了を検出する終点検出装置において、 スパッタ粒子を含む採取粒子をイオン化するイオン化装
   置と、 上記イオン化された粒子のなかで、目的とするエネルギ
   ーをもつ粒子を、他の粒子から分離するエネルギー分析
   装置と、 上記の分離された粒子を同定する質量分析装置と、を含
   むことを特徴とする終点検出装置。
4. ４．上記終点検出装置は、 質量分析した各粒子のデータを保存する記憶装置と、 所定時間内の質量スペクトルの特性量の平均値を算出し
   、時刻ｔ＝ｔ＿ｎまでの質量スペクトルの特性量の平均
   値と、ｔ＝ｔ＿ｎ＿−＿１までの質量スペクトルの特性
   量の平均値との間に、変化が有るか否かを判定するデー
   タ処理装置と、を含む請求項３記載の終点検出装置。
5. ５．上記エネルギー分析装置として、球面状電極を有す
   る静電型エネルギー分析装置を用いたことを特徴とする
   請求項３または４記載の終点検出装置。
6. ６．上記質量分析装置として、四重極質量分析装置を用
   いたことを特徴とする請求項３，４または５記載の終点
   検出装置。
7. ７．上記質量分析装置として、磁場偏向型の質量分析装
   置を用いたことを特徴とする請求項３，４または５記載
   の終点検出装置。
8. ８．請求項３，４，５，６または７記載の終点検出装置
   を含むイオンビームミリング装置。
9. ９．所定の時間間隔で採取した複数の粒子を、各時間毎
   にイオン化し、該イオンの有するエネルギの相違により
   、選択的に上記イオンを質量分析し、上記イオンの時間
   的変化を測定し、上記質量分析した粒子の増減を検出す
   る粒子検出方法。
10. １０．イオンビームミリングを行なう際に、イオンビー
    ムミリングされる薄膜の粒子と、該薄膜の下にある薄膜
    の粒子を検出し、イオンビームミリングの終点を検出す
    る方法。
11. １１．外面が球面の４分の１を構成する形状を有する内
    側電極と、内面が上記球面より半径の大きい球面の４分
    の１を構成する形状を有する外側電極とを、空間を隔て
    て、同心状に配置し、これらを容器で取り囲み、かつ、
    上記空間内に、イオンを案内する案内部を設け、上記２
    つの電極の間に電圧を印加するための直流電源、および
    、上記容器と２つの電極とをバイアスするための直流電
    源とを結線してなるイオン分離装置。