JPH0562942A - プラズマエツチヤーのエンドポイント検出装置 - Google Patents

プラズマエツチヤーのエンドポイント検出装置

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JPH0562942A
JPH0562942A JP22178891A JP22178891A JPH0562942A JP H0562942 A JPH0562942 A JP H0562942A JP 22178891 A JP22178891 A JP 22178891A JP 22178891 A JP22178891 A JP 22178891A JP H0562942 A JPH0562942 A JP H0562942A
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plasma
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condenser lens
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plasma etcher
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雅弘 青木
Toshiaki Matsuzawa
聡明 松沢
Kazuya Ito
一也 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】分光器の姿勢を容易に制御し、かつ集光レンズ
の焦点合わせを容易にすることを可能にする。 【構成】プラズマエッチャーと分光器30との間にビュ
ーファインダー付き集光レンズ50を配置する。このビ
ューファインダー付き集光レンズ50のフォーカシング
マット57には、入射スリット32と共役な位置および
方向が判別できる中心線が罫書かれており、この罫書き
線の長手方向が入射スリット32の長手方向およびプラ
ズマ光の帯の長手方向に対応している。

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)過程におけるプラズマ
エッチャーのエンドポイントを検出するための検出装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プラズマエッチャーは、図1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
10をはさみ込んだ電極10a,10bに高周波電圧を
かけウエハ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る装置であ
る。
【0003】現在プラズマエッチャーが最も良く用いら
れている行程は、SiO2 膜のエッチングである。この
SiO2 膜のエッチングについて説明する。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。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。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10a,10bに高周波電圧を
かけると、レジストが取り除かれた部分のSiO2 が CF4 +SiO2 →SiF4 ↑+CO2↑ の反応を起し徐々にエッチングされていく。
【0004】ここで問題になるのは、反応時間の制御で
ある。時間が不足すると図2に示す点線アの様にSiO
2 が除去し切れずに残り、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】そこで考えられたのが、反応によって発生
するガス(ここではCO2 )のプラズマ発光強度をモニ
タしながら反応時間を制御するという方法である。CO
2 ガスのスペクトル強度は、反応時間とともにおおむね
図3の様に変化する。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する領域があり、エッチン
グの終了近くで急激に落ちる部分があり、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領域がある。
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
態が得られることになる。
【0006】これは、図1に示したチャンバ1の側壁に
石英ガラスの窓(ビューポート)15を設け、そこから
集光レンズ20を用いてチャンバ内のプラズマ光を導き
出すことにより達成される。集光レンズ20によるプラ
ズマ集束光は、分光器30の入射スリット32に投影さ
れ、図示されていないグレーティング、光検出器等を介
してプラズマ光のスペクトルが測定されるようになって
いる。
【0007】前述したSiO2 のエッチングの場合は、
CO2 ガスの発光スペクトル(440.2nm、又は48
2.5nm)が用いられる。このCO2 ガスの発光スペク
トルを分光器30によって検出し、これを制御回路40
を介して高周波電源等にフィードバックして高周波電源
を切断し、エッチングを終了させる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述したプラズマエッ
チャーの電極10a,10bの間隔は、5mm程度しかな
いのが一般的である。従って、図4に示すように、ビュ
ーポート15から見るプラズマの発光面は幅5mmの横長
の帯のようなものになる。
【0009】これが、集光レンズ20によって入射スリ
ット32(幅0.5mm程度)上に投影されると、集光レ
ンズの倍率が2〜3倍として、光の幅は2.5mm〜1.
7mmと極めて細いものとなってしまう。このため、光の
帯をスリット上にしっかり投影するためには、分光器の
姿勢を注意深く制御しなければならない。
【0010】従来はまず、分光器の選択波長を比較的強
いスペクトルが発生するArの波長に合わせ、その出力
が最大となるように分光器の姿勢を決めてから、選択波
長をCO2 のスペクトルに合わせ直した後、モニタを開
始するなどの手段を高じる必要があり、不便であった。
【0011】また、集光レンズの焦点をウエハの手前側
に合わせるか、ウエハの中心に合わせるかによって、エ
ッチングのエンドポイントの制御が微妙に異なるため、
モニタの開始時に集光レンズのピント合わせが必要にな
る。従来、このピント合わせは、設計値を頼りにビュー
ポートから集光レンズの先端までの距離を測定し、集光
レンズの繰り出し量を決めていた。このため、焦点合わ
せの作業は煩わしく、また必ずしも正確ではなかった。
【0012】この発明は、前記問題点を解決するために
成されたものであり、分光器(プラズマエッチャーのエ
ンドポイント検出装置)の姿勢を容易に制御することを
可能にし、集光レンズの焦点合わせを容易にすることを
目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のプラズマエッチャー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内で発生するプ
ラズマ光を集光レンズにより分光器の入射スリットに集
光させ、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分光して取出し、その変化をモ
ニタしながら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、前記集光
レンズと入射スリットとの間に、前記入射スリットの位
置と異なる位置にもプラズマ光を集光させる光学部材を
配置し、このプラズマ光が集光する平面に、前記入射ス
リットと共役な位置と方向が付されたフォーカシングマ
ットを配置すると共に前記集光レンズを光軸に沿って移
動可能にしたことを特徴としている。
【0014】
【作用】プラズマエッチャーと分光器との間に、ビュー
ファインダー付きの集光レンズを配置し、このビューフ
ァインダーを覗きながら分光器の姿勢を制御し、かつ集
光レンズの焦点合わせを行う。
【0015】
【実施例】以下、本発明を図5を参照して具体的に説明
する。なお、この図では本発明の特徴部分のみが示され
ており、プラズマエッチャー等の構成については、図1
に示されているものと同一である。
【0016】図1に示されている、プラズマエッチャー
のチャンバ1と分光器30との間に図5に示されている
ビューファインダー付き集光レンズ(以下、円筒部材)
50を配置する。図5(A)はこの円筒部材50の平面
図を、図5(B)はこの円筒部材50の内部の構成およ
び光の経路の側面図を、図5(C)は円筒部材50の内
部に取付けられているミラーの形状を、それぞれ示して
いる。
【0017】円筒部材50は、分光器30にねじ等によ
って固定された内側円筒部材55とこの内側円筒部材5
5の外周面に沿って矢印方向に摺動する外側円筒部材5
1とを備えている。
【0018】この外側円筒部材51の内部には、集光レ
ンズ20が固定されており、プラズマエッチャーからの
プラズマ光を後述するフォーカスマット57および分光
器30の入射スリット32に集光させる。本実施例で
は、この集光レンズ20は、石英の平凸レンズでφ30
mm,f50mmであり、Fナンバーは1.7と充分明るい
レンズが用いられている。外側円筒部材51の外周面に
は、切欠部52が形成されており、この切欠部52内に
後述するフォーカスマット57を保持する枠56が位置
し、外側円筒部材51は枠56をガイドとして、図示さ
れていない駆動機構によって矢印方向に摺動可能となっ
ている。かくして、外側円筒部材51を矢印方向に摺動
させることによって、ピント調節が可能となっている。
【0019】前記内側円筒部材55の外周面には、前記
外側円筒部材51の切欠部52内に位置するように枠5
6が固定されており、この枠56内にフォーカスマット
57が保持されている。このフォーカスマット57に
は、入射スリット32と共役な位置および方向が判別で
きる中心線57aが罫書かれている。本実施例では、長
手方向の罫書き線57aが入射スリット32の長手方向
およびプラズマ光の帯の長手方向に対応している。この
枠56およびフォーカスマット57によってビューファ
インダーが構成されている。
【0020】また、内側円筒部材55の内部には、この
フォーカスマット57にプラズマ光を集光させるように
ほぼ45°傾斜したミラー60が固定されている。この
ミラー60には、(C)に示すように、光軸を中心に穴
62が形成されている。この穴62の大きさは、分光器
30が必要とする光量を充分満たすだけの大きさであれ
ば良い。すなわち、穴62の大きさは、分光器30の実
質的開口を満たす光束(分光器のグレーティングを充分
にカバーするだけの光束)が通過し得る大きさであれば
良い。本実施例では、集光レンズ20のF1.7に対し
て、穴62はF3.5に設定されており、穴62を通過
したプラズマ光は分光器30が必要とする光量を充分満
たしている。この場合、穴62を通過し得ない光は、ミ
ラー60の穴62の輪帯領域63で反射され、前記フォ
ーカスマット57に集光される。
【0021】従って、ビューファインダーを覗きなが
ら、プラズマ光の帯が長手方向の罫書き線にしっかり重
なるように分光器30の姿勢を調節固定すれば、入射ス
リット32にプラズマ光を正しく、容易に投影すること
ができる。また、ピント合わせもビューファインダーを
覗きながら容易にかつ正確に行うことができる。
【0022】また、本実施例では、集光レンズ20の後
方に、分光器のFナンバーに相当する穴を開けたミラー
60を配置しているために、分光器に対する光量損失を
全く伴わず、かつカメラのはね上げミラーのような複雑
なミラー駆動機構を必要としない。さらに穴を開けたミ
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、穴を
開けたミラーの代わりに穴が形成されていないハーフミ
ラーなどを用いて、プラズマ光をフォーカスマットおよ
び分光器の入射スリットに導くようにしても良い。さら
に、本発明は、図5に示した実施例に限定されることは
ない。例えば、ミラー、フォーカスマット等の位置関係
については種々の変形が可能である。
【0023】
【発明の効果】以上、本発明によれば、集光レンズの鏡
筒にビューファインダーを付加したことにより、エンド
ポイント検出装置をプラズマエッチャーのビューポート
前方に固定する際、その姿勢制御および集光レンズのピ
ント合わせを極めて簡単かつ正確に行うことが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマエッチャーおよびエンドポイント検出
装置の全体的構成を示す概略図である。
【図2】SiO2 のエッチング状態を示す図である。
【図3】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4】プラズマエッチャーのビューポートから見るプ
ラズマの発光面と分光器の入射スリットとの関係を示す
図である。
【図5】(A)〜(C)を含み(A)はビューファイン
ダー付き集光レンズの平面図、(B)はその内部の構成
および光の経路の側面図、(C)はその内部に取付けら
れているミラーの形状を示す図である。
【符号の説明】
1…チャンバ、20…集光レンズ、30…分光器、32
…入射スリット、57…フォーカスマット、60…ミラ
ー。

Claims (2)

    【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
    するプラズマ光を集光レンズにより分光器の入射スリッ
    トに集光させ、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分光して取出し、その変
    化をモニタしながら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、 前記集光レンズと入射スリットとの間に、前記入射スリ
    ットの位置と異なる位置にもプラズマ光を集光させる光
    学部材を配置し、このプラズマ光が集光する平面に、前
    記入射スリットと共役な位置と方向が付されたフォーカ
    シングマットを配置すると共に前記集光レンズを光軸に
    沿って移動可能に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】 前記光学部材は、一部に穴の開いたミラ
    ーであることを特徴とする請求項1に記載のプラズマエ
    ッチャーのエンドポイント検出装置。
JP03221788A 1991-09-02 1991-09-02 プラズマエッチャーのエンドポイント検出装置 Expired - Lifetime JP3100192B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100306691B1 (ko) * 1997-11-07 2001-12-17 가네꼬 히사시 반도체장치의제조방법
KR101335011B1 (ko) * 2012-10-09 2013-12-02 한국생산기술연구원 스캐닝 줌 렌즈를 갖는 분광 분석기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100306691B1 (ko) * 1997-11-07 2001-12-17 가네꼬 히사시 반도체장치의제조방법
KR101335011B1 (ko) * 2012-10-09 2013-12-02 한국생산기술연구원 스캐닝 줌 렌즈를 갖는 분광 분석기

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