JPH08218186A - 気相エッチング装置及び気相エッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマを使用しない（プラズマレス）気相
エッチングを行う場合にも、信頼性に優れた終点検出が
できる気相エッチング装置、及び気相エッチング方法を
提供する。 【構成】 加工対象物と反応性ガスとの間でエッチング
反応を進行させる反応室を含む気相エッチング装置にお
いて、反応室から排気ガスを排出するガス排出手段と、
排気ガスの少なくとも一部をプラズマ化してプラズマガ
スを生成するプラズマ化手段と、プラズマガスが放射す
るプラズマ光を分析する分析手段と、分析手段の分析結
果に基づいて、反応室への反応性ガスの流入量を制御す
る制御手段とを備えている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光分光法等を用いて
エッチングの終点検出を行う気相エッチング装置、及
び、気相エッチング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気相エッチング装置は、反応性ガスによ
り、加工対象物をエッチング加工するものであり、半導
体ＩＣや液晶基板等の製造工程では、必須のものとなっ
ている。この気相エッチング装置は、加工精度を向上さ
せるために、また、加工工程を自動化するために、正確
なエッチングの終点検出を自動的に行うことが要求され
ている。ここで終点検出とは、半導体基板上等において
エッチング層の除去が終了した時点を検出することであ
る。終点検出が正確に行われない場合には、下地の膜層
のエッチングが継続して行われ、サイドエッチング等が
急速に進行し、エッチングしているパターンの幅が減少
する。このようなサイドエッチングは、３ミクロン以下
の微細なパターンを用いる高集積デバイスにおいて、デ
バイスパターンを破壊する深刻な原因となる。このた
め、気相エッチング装置は、正確な終点検出を行うこと
により、エッチングをモニターすることが重要である。
従来の気相エッチング装置は、終点検出方法として、質
量分析法や発光分光法等を用いている。

【０００３】質量分析法は、エッチングチャンバー内の
ガスの質量スペクトルを計測し、そのスペクトルの所定
の変化から終点を検出する方法である。ガスの質量スペ
クトルは、４重極質量分析計により計測する。４重極質
量分析計は、互いに平行に配置された４本の円柱電極か
ら構成されており、その中は、１０^ー6Ｔｏｒｒ以下の高
真空状態に減圧されている。電極には、交流電圧と直流
電圧を重ね合わせて印加する。これにより、４重極質量
分析計は、特定イオンに対してのみ集束作用をもち、他
のイオンに対しては発散作用をもつようなレンズ系とし
て機能でき、これを利用して、導入したガスの質量スペ
クトルを求めることが可能となる。

【０００４】発光分光法は、プラズマ化された反応性ガ
スの発光スペクトルによりエッチングの終点を検出する
方法である。プラズマ光は、光ファイバー等により、分
光分析器に導入され、モノクロメーター等を用いて各波
長成分に分光される。この結果、プラズマガスを組成す
る各原子、分子のプラズマ発光に対応した波長におい
て、ピークを有するスペクトルが得られる。図１１は、
このような発光スペクトルの例を示したものである。図
１１（ａ）は、ＳＦ₆ ガスをマイクロ波放電によりプラ
ズマ化させたときに計測されたスペクトルであり、図１
１（ｂ）は、さらにその中にシリコンウェハを挿入し、
ＳＦ₆ のプラズマガスでエッチングをしたときに計測さ
れたスペクトルである。両図を比較すると、例えば、４
４０ｎｍ近辺に現れたスペクトルのピークが、シリコン
のプラズマ発光に起因していることが分かる。従って、
この場合は、波長４４０ｎｍで現れるピーク値の増減を
モニターすることにより、エッチングの終点を検出する
ことが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の気相エ
ッチング装置は、質量分析法を用いた場合には、高真空
を得るために差動排気をする必要があるので、高価にな
るという問題があった。また、検出ガスをエッチングチ
ャンバーから取り出すための管が目詰まりを起こす等の
問題があった。一方、発光分光法を用いた場合には、信
頼性、経済性に優れるため、広く実用化され、実績があ
るが、原理的にプラズマ発光を必要とするために、プラ
ズマエッチングでないと使用できないという問題があっ
た。

【０００６】そこで、本発明の目的は、前述の課題を解
決して、プラズマを使用しない（プラズマレス）気相エ
ッチングを行う場合にも、信頼性に優れた終点検出がで
きる気相エッチング装置、及び、気相エッチング方法を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、加工対象物と反応性ガスとの間
でエッチング反応を進行させる反応室を含む気相エッチ
ング装置において、反応室から排気ガスを排出するガス
排出手段と、排気ガスの少なくとも一部をプラズマ化し
てプラズマガスを生成するプラズマ化手段と、プラズマ
ガスが放射するプラズマ光を分析する分析手段と、分析
手段の分析結果に基づいて、反応室への反応性ガスの流
入量を制御する制御手段とを備えている気相エッチング
装置とした。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の気相エッチング装置において、ガス排出手段は、主流
路と、主流路に接続し、排気ガスの一部が流れるバイパ
ス流路とを有し、プラズマ化手段は、バイパス流路に接
続されていることを特徴としている。さらに、請求項３
の発明は、請求項１又は２に記載の気相エッチング装置
において、ガス排出手段は、排気ポンプを有し、プラズ
マ化手段は、排気ポンプの排出側に設置されていること
を特徴としている。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１に記載の気相
エッチング装置においてガス排出手段は、主流路と、反
応室内の加工部位近傍に吸気口を配置し、加工部位近傍
のガスを吸入する検出用流路とを有し、プラズマ化手段
は、検出用流路に接続されていることを特徴としてい
る。また、請求項５の発明は、請求項４に記載の気相エ
ッチング装置において、主流路は、第１の排気ポンプを
有し、検出用流路は、主流路に接続しておらず、かつ、
主流路が有する第１の排気ポンプと異なる第２の排気ポ
ンプを有することを特徴としている。

【００１０】請求項６の発明は、請求項１〜請求項５の
気相エッチング装置において、プラズマ化手段は、容器
と、容器内に設置され、その容器内に流入する排気ガス
を分散するガス分散手段と、容器内のガス分散手段の下
流に設置され、排気ガスの透過部を有し、排気ガスの流
れ方向に対して、略垂直な少なくとも１対の電極を有す
る放電手段とを備えることを特徴としている。請求項７
の発明では、加工対象物と反応性ガスとの間でエッチン
グ反応を進行させる気相エッチング方法において、エッ
チング反応後の排気ガスの少なくとも一部をプラズマ化
し、プラズマガスを生成するプラズマ化工程と、プラズ
マガスが放射するプラズマ光を分析する分析工程と、分
析工程の分析結果に基づいて、反応室への反応性ガスの
流入量を制御する制御工程とを備えていることを特徴と
している。

【００１１】

【作用】請求項１に係る発明によれば、反応室からの排
気ガスは、プラズマ化手段に流入し、そこでプラズマ化
される。次に、分析手段は、プラズマ化手段内のプラズ
マガスが放射するプラズマ光を分析し、この分析結果に
基づいて、制御手段は、反応室への反応性ガスの流入量
を制御する。請求項２に係る発明によれば、排気ガス
は、最初に反応室から主流路に流入する。次に、排気ガ
スの一部は、バイパス流路へ分流し、さらに、バイパス
流路に接続されたプラズマ化手段内でプラズマ化され
る。

【００１２】請求項３に係る発明によれば、プラズマ化
手段は、反応室内のガスを排気するための排気ポンプの
排気側に設置され、プラズマ化手段により、プラズマ化
されたガスは、事故などにより反応室へ流入することが
ない。請求項４に係る発明によれば、加工部位近傍のガ
スは、その一部が検出用流路によって吸入される。吸入
されたガスは、検出用流路に接続しているプラズマ化手
段に流入し、プラズマ化される。請求項５に係る発明に
よれば、反応室は、主流路を介して第１の排気ポンプに
より排気され、プラズマ化手段は、検出用流路を介して
第２の排気ポンプにより排気される。

【００１３】請求項６に係る発明によれば、容器に流入
した排気ガスは、ガス分散手段により、容器内に分散さ
れる。次に、放電手段を放電させ、容器内の排気ガスを
プラズマ化する。請求項７に係る発明によれば、エッチ
ング反応後の排気ガスの少なくとも一部は、プラズマ化
工程でプラズマガスとなる。次に、プラズマガスが放射
する光は、分析工程で分析される。さらに、分析工程で
得られた分析結果は、制御工程へ送られ、制御工程で
は、反応室への反応性ガスの流入量を制御する。

【００１４】

【実施例】以下、図面等を参照して、実施例について、
さらに詳しくに説明する。 （第１実施例）図１は、本発明に係る気相エッチング装
置の第１実施例の構成を示したブロック図である。エッ
チングチャンバー１は、内部に加工対象物を設置し、反
応性ガスとの間でプラズマを用いない（プラズマレス）
エッチング反応を進行させるための反応室であり、反応
性ガスにより腐食されにくい石英等から製作してある。
また、エッチングチャンバー１には、反応性ガスを供
給、排気するための供給管１６及び排気管１７が、さら
に、内部の圧力を検出するための圧力センサ１８が取り
付けてある。

【００１５】基板２は、シリコンウェハ等の加工対象物
であり、本実施例では、半導体プロセス用のガラス基板
の表面に、シリコンの薄膜をＣＶＤ等により付けたもの
を使用している。供給管１６は、反応性ガスをエッチン
グチャンバー１へ供給するための流路であり、その一部
に、流量を調節するためのエアバルブ（ストップバル
ブ）２８を備えている。これにより、本実施例では、反
応性ガスとして三フッ化塩素（ＣｌＦ₃ ）をエッチング
チャンバー１へ供給している。排気路１７は、エッチン
グチャンバー１から、ガスを排出するためのガス排出手
段であり、コンダクタンスバルブ６ａ、プラズマ化室
３、及び、ドライポンプ（図示省略）に接続してある。
従って、ドライポンプを稼働すると、エッチングチャン
バー１内のガスは、ドライポンプにより吸引され、ドラ
イポンプの排出側より、本実施例に係る装置の外へ排出
される。排気されるガスの流量は、コンダクタンスバル
ブ６ａにより調整される。

【００１６】圧力コントロールユニット７ａは、エッチ
ングチャンバー１内の圧力を所定の値に維持するための
コントローラである。圧力コントロールユニット７ａ
は、圧力センサ１８からエッチングチャンバー１内の圧
力に関する信号に基づいて、コンダクタンスバルブ６ａ
に制御信号を出力する。本実施例では、エッチングチャ
ンバ−内の圧力は、例えば１Ｔｏｒｒ程度に設定した。
プラズマ化室３は、排気管１７から排気ガスの供給を受
け、これをプラズマ化するためのプラズマ化手段であ
る。図２は、そのプラズマ化室３の構造を模式的に示し
た図であって、図２（ａ）は、側面図、図２（ｂ）は、
Ａ−Ａ断面図である。

【００１７】プラズマ化室３は、石英管１４、電極１
２、ＲＦ発振器１０及びメッシュ１３を備えている。石
英管１４は、略円筒形をしており、その両端は排気管１
７に接続されている。２枚の電極１２ａ，１２ｂは、Ｒ
Ｆ発振器１０から高周波電圧の供給を受けることによ
り、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）放電を
し、石英管１４内のガスをプラズマ化するための電極で
あり、石英管１４の側面外側に備えられている。本実施
例では、電極１２に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電
圧を印加した。メッシュ１３は、石英管１４の両端内側
に設置されており、石英管１４内で発生したプラズマガ
スが、エッチングチャンバー１側へ、又は、ドライポン
プ側へ拡散することを防止している。

【００１８】光ファイバー１１は、プラズマ化室３内の
プラズマガス光を発光スペクトル分析器４へ導入するた
めのものであり、一端は、プラズマ光が入射できるよう
に石英管１４の近傍に設置してあり、他端は、発光スペ
クトル分析器４へ光学的に接続してある。

【００１９】発光スペクトル分析器４は、プラズマ化室
３で発生したプラズマ光のうち、特定波長の光の強度を
検出するための分析手段である。具体的には、発光スペ
クトル分析器４へ導入した光を、モノクロメーターでス
ペクトル成分に分解、又は、光学フィルターでフィルタ
リングすることによって、所定波長の光を抽出し、その
光の強度を光電変換素子により電気信号に変換する。得
られた電気信号は、プロセスコントローラー５へ出力す
る。本実施例では、モノクロメーターを用い、フッ素の
プラズマ発光に対応する波長７０４ｎｍの光を抽出し、
その強度をフォトトランジスターによって電圧に変換し
ている。プロセスコントローラー５は、発光スペクトル
分析器４からの出力信号に基づき、エッチングチャンバ
ー１内のエッチングが終点に達しているか否かを判断
し、エッチングチャンバー１への反応性ガスの流入量を
制御するための制御手段である。ここで、エッチングの
終点検出は、発光スペクトル分析器４からの電圧、又
は、電圧の時間微分値をモニターすることにより行う。
また、エッチングチャンバー１への反応性ガスの流入量
の制御は、エアバルブ２８へ制御信号を出力し、そのバ
ルブの開閉を調整することにより行う。

【００２０】次に、本実施例に係る装置の動作及びエッ
チングの終点検出方法について説明する。図３は、本実
施例に係る気相エッチング装置において、順次実行され
る工程の流れ図である。第１工程は、反応室に反応性ガ
スを供給する工程である。この工程において、はじめ
に、圧力コントロールユニット７ａは、コンダクタンス
バルブ６ａへ制御信号を出力し、コンダクタンスバルブ
６ａを開く。これにより、エッチングチャンバー１内の
ガスは、ドライポンプにより排出され、エッチングチャ
ンバー１内は、所定の圧力まで低下する。次に、プロセ
スコントローラー５は、エアバルブ２８へ制御信号を出
力し、エアバルブ２８を開く。この結果、エッチングチ
ャンバー１内へ反応性ガスが流入する。同時に、圧力コ
ントロールユニット７ａは、圧力計１８からの出力信号
に基づいて、コンダクタンスバルブ６ａへ制御信号を出
力し、コンダクタンスバルブ６ａの開閉を調整する。こ
れにより、排気ガスの流量が増減され、エッチングチャ
ンバー１内の圧力は、所定の値に維持される。

【００２１】第２工程は、加工対象物を反応性ガスによ
って加工する工程である。この工程では、エッチングチ
ャンバー１内で反応性ガスである三フッ化塩素（ＣｌＦ
₃ ）が、基板２の表面においてシリコンと式（１）の化
学反応し、シリコン（Ｓｉ）をエッチングする。 ４ＣｌＦ₃ ＋ ４Ｓｉ −＞ ３ＳｉＦ₄ ＋ ＳｉＣｌ₄ （１）

【００２２】第３工程は、反応室からの排気ガスの少な
くとも一部をプラズマ化し、プラズマガスを生成する工
程である。この工程では、ＳｉＦ₄ （四フッ化シリコ
ン）及び未反応のＣｌＦ₃ を含んだ排気ガスは、プラズ
マ化室３へ流入する。プラズマ化室３は、ＲＦ発振器１
０により電極１２に高周波電圧を加え、放電させること
により、流入した排気ガスをプラズマ化する。排気ガス
のうちＣｌＦ₃ は、ＣｌＦ（フッ化塩素）とＦ₂ （フッ
素）に解離し、この結果、フッ素に起因するプラズマ発
光が発生する。一方、ＳｉＦ₄ は、プラズマ雰囲気にお
いてほとんど解離せず、安定な揮発性ガスとなり、プラ
ズマ化室３より排気される。

【００２３】第４工程は、第３工程で生成されたプラズ
マガスが放射するプラズマ光を分析する工程である。こ
の工程では、プラズマ化室３内のプラズマ光は、光ファ
イバー１１により発光スペクトル分析器４へ導入され
る。発光スペクトル分析器４は、導入された光から、フ
ッ素に起因するプラズマ光である波長７０２ｎｍの光を
抽出し、その強度に対応した電圧をプロセスコントロー
ラー５へ出力する。

【００２４】第５工程は、第４工程の分析結果に基づい
て、反応室への反応ガスの流入量を制御する工程であ
る。この工程では、プロセスコントローラー５は、上記
電圧と、その時間微分値をモニターする。図４（ａ）及
び図４（ｂ）は、それぞれ、電圧及び電圧の時間微分値
の変化を模式的に示した図である。図４（ａ）におい
て、電圧は、エッチング開始とともに一旦減少し、しば
らくの間低い値を持続する。これは、反応性ガスのＣｌ
Ｆ₃ の一部が、エッチングチャンバー１内のエッチング
反応により消費されたために、プラズマ化室３におい
て、フッ素濃度が低下していることを示している。この
後、エッチング反応が進み、基板２の表面からシリコン
が除去されると、排気ガス中のＣｌＦ₃ 濃度が増大する
ために、プラズマ化室３中のフッ素濃度も増大する。そ
の結果、図中の電圧は、急激に増大し、電圧の時間微分
値が高い正のピークを示す。基板２表面からシリコンが
完全に除去され、エッチングが終点に達すると、式
（１）の反応が発生しなくなる。その結果、電圧は増大
を停止し、最大値Ｖ_max を示す。また、時間微分値はゼ
ロとなる。

【００２５】プロセスコントローラー５は、電圧がＶ
_max より小さい所定の値まで増大したこと、又は、時間
微分値が正のピークを過ぎて、ゼロより大きい所定の値
まで減少したことの一方又は両方を検出したときに、エ
ッチングが終点に達したと判断する。これにより、プロ
セスコントローラー５は、反応性ガスが、エッチング反
応を起こしてから、プラズマ化室３でプラズマ化される
までの時間遅れを補償して、終点検出をすることが可能
である。終点を検出したプロセスコントローラー５は、
反応性ガスの供給を停止するための制御信号をエアバル
ブ２８へ出力し、エッチングチャンバー１への反応性ガ
スの供給を停止する。

【００２６】このように、本実施例では、エッチングチ
ャンバー１において行うプラズマレスのエッチングを行
うとともに、その終点を発光分光法によって検出してい
る。この結果、プラズマレスエッチングにおいて、信頼
性の高い終点検出を行い、エッチングの加工精度を向上
できるという効果が得られる。

【００２７】（第２実施例）図５は、本発明に係る気相
エッチング装置の第２実施例の構成を示したブロック図
である。なお、第１実施例と同様な機能を果たす部分に
は、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略す
る。バイパス流路１９は、排気管１７を流動する排気ガ
スの一部をプラズマ化室３へ供給するための流路であ
り、バイパス流路１９には、プラズマ化室３及びコンダ
クタンスバルブ６ｂが接続されている。

【００２８】圧力センサ１８ｂは、プラズマ化室３内部
の圧力を計測するための圧力センサであり、計測した値
を圧力コントロ−ルユニット７ｂに出力する。圧力コン
トロ−ルユニット７ｂは、圧力センサ１８ｂからの出力
を、予め設定されている圧力基準値と比較する。値が一
致しない場合に、圧力コントロ−ルユニット７ｂは、コ
ンダクタンスバルブ６ｂへ制御信号を出力し、バルブの
開閉を制御する。この結果、バイパス流路１９中の排気
スピ−ドを、排気管１７の排気スピ−ドから独立して制
御することが可能であり、プラズマ化室３内の圧力は、
圧力基準値に一致するように調整される。

【００２９】他方、プロセスコントロ−ラ５は、発光ス
ペクトル分析器４からの電気信号をモニタ−し、その電
気信号がモニタ−可能なレンジを逸脱する場合には、圧
力コントロ−ルユニット７ｂに制御信号を出力し、プラ
ズマ化室３内のプラズマ発光が、モニター可能となるよ
うに調整する。このように、本実施例では、プラズマ化
室３は、バイパス流路１９に設置してあり、その内部の
圧力をエッチングチャンバ−１内の圧力と独立して制御
できために、プラズマ化室３で発生するプラズマ発光
を、安定に維持することが可能である。

【００３０】（第３実施例）図６は、本発明に係る気相
エッチング装置の第３実施例の構成を示したブロック図
である。本実施例は、エッチングチャンバ−１内のガス
を排気するドライボンプ８ａの排気側において、プラズ
マ化室３が、排気管１７に接続してある点において、第
１実施例と異なっている。従って、プラズマ化室３にお
いて活性化された排気ガスが、プラズマ化室３より流出
した場合に、その排気ガスが、エッチングチャンバ−１
に流入し、エッチングチャンバ−１を汚染したり、又
は、基板２に損傷を与えたりすることはない。

【００３１】（第４実施例）図７は、本発明に係る第４
実施例の構成を示したブロック図である。本実施例は、
バイパス流路１９が、エッチングチャンバ−１内のガス
を排気する、ドライボンプ８ａの排気側で、排気管１７
に接続してある点において、第２実施例と異なってい
る。従って、本実施例は、第２実施例の効果とともに、
プラズマ化室３において活性化された排気ガスが、エッ
チングチャンバ−１に流入し、エッチングチャンバ−１
を汚染したり、又は、基板２に損傷を与えたりすること
はないという効果を奏する。

【００３２】（第５実施例）図８は、本発明に係る気相
エッチング装置の第４実施例の構成を示したブロック図
である。検出用流路２０は、エッチングチャンバー１内
の反応性ガスを採取するための流路であり、一端にサン
プリング管９を備え、また、他端は、排気管１７に接続
している。サンプリング管９の先端は、口径が微小な吸
入口を有し、基板２上の加工部位近傍に設置してある。
ここで、サンプリング管９の吸入口の口径が微小である
のは、ガスを吸入することにより、加工部位の近傍に圧
力変化をもたらし、エッチング反応に悪影響を与えるこ
とを防ぐためである。また、検出用流路２０には、エッ
チングチャンバ−１に近い位置において、プラズマ化室
３及びコンダクタンスバルブ６ｂを接続している。プラ
ズマ化室３は、検出用流路２０より排気ガスの供給を受
け、前述した他の実施例と同様に、これをプラズマ化す
る。コンダクタンスバルブ６ｂは、検出用流路２０中に
おける排気ガスの流量を調整することにより、プラズマ
化室３内の圧力を、圧力コントロールユニット７ｂに設
定されている圧力基準値に一致させる。

【００３３】このように、本実施例では、エッチング反
応を起こしている反応性ガスは、エッチング部位近傍で
サンプリング管９により採取され、エッチングチャンバ
−１の近くに設置したプラズマ化室３へ流入する。従っ
て、反応性ガスがエッチング反応を起こしてから、プラ
ズマ化室でプラズマ化されるまでの時間を短縮し、終点
検出の精度を向上させることが可能である。

【００３４】（第６実施例）次に、本発明に係る気相エ
ッチング装置の第６実施例について説明する。図９は、
本実施例の構成を示したブロック図である。本実施例
は、検出用流路２０が、主流路１７に接続していない点
において、第５実施例と異なっている。また、本実施例
は、主流路１７と検出用流路２０が、それぞれ異なるド
ライポンプ８ａと８ｃに接続している点においても、第
５実施例と異なっている。従って、本実施例では、エッ
チングチャンバ−１は、主流路１７を介してドライポン
プ８ａにより排気され、プラズマ化室３は、検出用流路
２０を介してドライポンプ８ｃにより排気される。この
結果、プラズマ化室３内の圧力は、エッチングチャンバ
−１内の圧力よりも低く設定でき、排気ガスを安定して
プラズマ化することが可能である。

【００３５】（第７実施例）次に、本発明に係るプラズ
マ化手段であって、第１実施例で説明したプラズマ化室
３と異なる構成のものについて、図１０を用いて説明す
る。図１０は、本実施例のプラズマ化室を模式的に示し
た図である。プラズマ化室２７は、石英管２１の両端に
ＳＵＳ製のマニホ−ルド２２ａ，２２ｂを設置した構造
となっており、エッチングチャンバ−１からの排気ガス
は、マニホ−ルド２２ａ，２２ｂを介して石英管２１に
流入又は流出する。

【００３６】ガスバッファ−板２３は、石英管２１に流
入した排気ガスを、石英管２１内へ均一に分散させるた
めのものであり、アルミニウム等からなる多孔板を、そ
の平面が石英管２１の円筒軸に対して垂直となるよう
に、石英管２１内のマニホ−ルド２２ａ近くに設置して
ある。電極板２４ａ及び２４ｂは、放電を発生させるこ
とにより、排気ガスをプラズマ化するための電極であ
り、アルミニウム等からなる多孔板を、その平面が石英
管２１の円筒軸に対して垂直となるように、支持体２５
ａ、２５ｂによって、石英管２１内に設置してある。電
極板２４ａは、切り替えスイッチ２６を介して、ＲＦ発
振器１０に接続してあり、電極板２４ｂは、アースされ
ている。

【００３７】以上のように構成したプラズマ化室２７に
おいて、マニホ−ルド２２ａから流入した排気ガスは、
ガスバッファ−板２３によって、石英管２１の、円筒軸
に対して垂直な断面全体へ広がるように分散させられ
る。また、ＲＦ発振器１０は、例えば１３．５６ＭＨｚ
の高周波電圧を電極２４ａに印加することにより、電極
２４ａと、２４ｂとの間にＲＦ放電を発生させる。これ
により、プラズマ化室２７は排気ガスを安定してプラズ
マ化することが可能である。なお、本実施例のプラズマ
化室２７においては、光ファイバー１１は、石英管２１
の側面のうち、電極２４ａと２４ｂとで挟まれた空間を
周回する部分に、その一端を設置する。これにより、電
極板２４ａと２４ｂの間で発生したプラズマ光を、確実
に光ファイバ−１１へ入射させることが可能となる。

【００３８】（その他の実施例）本発明に係る気相エッ
チング装置は、以上説明した実施例に限定されることは
なく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発
明に含まれる。第１実施例では、エッチングの終点検出
を行うのに、フッ素に起因する発光スペクトルの変化を
モニターしているが、これは、シリコン、又は、シリコ
ン化合物に起因する発光スペクトル（波長２５０ｎｍ近
辺、又は、波長４５０ｎｍ近辺）の変化をモニターして
もよい。また、第１実施例では、ＣｌＦ₃ ガスを用いて
シリコンをエッチングする例について記述したが、本発
明では、分析手段で分析する波長を、エッチングガスの
組成、又は、エッチングされる材料の組成等に合わせて
適切に選択することにより、他のエッチングガスを用い
て、他の材料をエッチングすることも可能である。一例
としては、ＳＦ₆ ガスによりシリコンをエッチングする
場合、ＣＣｌ₄ ガスでアルミニウムをエッチングする場
合がある。

【００３９】第２実施例及び第４実施例〜第６実施例で
は、プラズマ化室３の圧力調整にコンダクタンスバルブ
を用いているが、コンダクタンスバルブの代わりに、プ
ラズマ化室３の排気側のバイパス流路１９又は検出用流
路２０に、窒素ガスを導入することで、排気ガスの排気
スピードを制御し、圧力調整を行うことも可能である。
さらに、第２実施例及び第５実施例では、プラズマ化室
３へ窒素ガスを導入して、圧力制御を行うことも可能で
ある。

【００４０】また、エッチングチャンバーとして、プラ
ズマエッチング装置用の反応室を使用することも可能で
ある。この場合は、プラズマ化室に設置した電極と、そ
の電極に高周波電圧を供給する発振器の間に、切り替え
スイッチを設け（図１１参照）、切り替えスイッチの一
端をエッチングチャンバー１に接続する。これにより、
本発明に係る装置は、必要に応じて、プラズマレスのエ
ッチング装置としても、プラズマエッチング装置として
も使用可能となる。またさらに、プラズマ化室３は、Ｒ
Ｆ発振器を用いて、ＲＦ放電を行う場合について説明を
したが、これは、マイクロ波発振器を用いて、マイクロ
波放電を行うことでもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、請求項１の
発明によれば、分析手段は、プラズマ化手段によりプラ
ズマ化された排気ガスが放射するプラズマ光を分析し、
制御手段は、その分析結果に基づいて反応室への反応性
ガスの流入量を制御するので、反応室において、プラズ
マを利用しないエッチングを行っている場合にも、プラ
ズマ発光に基づく信頼性の高い終点検出を行うことが可
能であるという効果がある。

【００４２】請求項２の発明によれば、プラズマ化手段
は、バイパス流路に設置してあるので、プラズマ化手段
内の圧力を反応室内の圧力と無関係に制御でき、プラズ
マ発光を、安定に維持することが可能であるという効果
がある。請求項３の発明によれば、プラズマ化手段は、
排気ポンプの排出側に設置されているので、事故等によ
りプラズマ化手段内で活性化されたガスが、反応室へ流
入し、反応室を汚染したり、加工対象物に損傷を加えた
りすることがないという効果がある。

【００４３】請求項４の発明によれば、検出用流路は、
反応室内の加工部位近傍のガスの一部を吸入し、そのガ
スをプラズマ化手段に供給するので、反応性ガスがエッ
チング反応を起こしてから、分析手段により分析される
までの時間遅れが小さくなり、終点検出の精度が向上す
るという効果がある。請求項５の発明によれば、請求項
４の発明に係る効果に加え、反応室は、主流路を介して
第１の排気ポンプにより排気し、プラズマ化手段は、検
出用流路を介して第２の排気ポンプにより排気するため
に、プラズマ化室３内の圧力を、エッチングチャンバ−
１内の圧力よりも低く設定することが可能であるという
効果がある。

【００４４】請求項６の発明によれば、プラズマ化手段
は、その容器内に流入する排気ガスを、ガス分散手段に
より分散させるとともに、放電手段を放電させることに
より、排気ガスをプラズマ化するので、排気ガスを安定
してプラズマ化できるという効果がある。請求項７の発
明によれば、エッチング反応後の排気ガスの少なくとも
一部をプラズマ化し、プラズマガスを生成するプラズマ
化工程と、プラズマガスが放射するプラズマ光を分析す
る分析工程と、分析工程の分析結果に基づいて、反応室
への反応性ガスの流入量を制御する制御工程とを備えて
いるために、反応室において、プラズマを用いないエッ
チングを行っている場合にも、プラズマ発光に基づく信
頼性の高い終点検出を行うことが可能であるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る気相エッチング装置の第１実施
例の構成を示したブロック図

【図２】 本発明に係る気相エッチング装置で用いたプ
ラズマ化手段の模式図

【図３】 本発明に係る気相エッチング装置において、
順次実行される工程の流れ図

【図４】 本発明に係る気相エッチング装置で用いる制
御装置において、モニターされる電圧及び電圧の時間微
分値の変化の一例を示した模式図

【図５】 本発明に係る気相エッチング装置の第２実施
例の構成を示したブロック図

【図６】 本発明に係る気相エッチング装置の第３実施
例の構成を示したブロック図

【図７】 本発明に係る気相エッチング装置の第４実施
例の構成を示したブロック図

【図８】 本発明に係る気相エッチング装置の第５実施
例の構成を示したブロック図

【図９】 本発明に係る気相エッチング装置の第６実施
例の構成を示したブロック図

【図１０】 本発明に係る気相エッチング装置の第７実
施例の構成を示したブロック図

【図１１】 発光分析法において計測される発光スペク
トルの一例を示した図。

【符号の説明】

１ エッチングチャンバー ２ 基板 ３ プラズマ化室 ４ 発光スペクトル分析器 ５ プロセスコントローラー ６ コンダクタンスバルブ ７ 圧力コントロールユニット ８ ドライポンプ ９ サンプリング管 １０ ＲＦ発振器 １１ 光ファイバー １２ 電極 １３ メッシュ １４ 石英管 １６ 供給管 １７ 排気管 １８ 圧力センサ １９ バイパス流路 ２０ 検出用流路 ２１ 石英管 ２２ マニホ−ルド ２３ ガスバッファ−板 ２４ 電極板 ２５ 支持体 ２６ 切り替えスイッチ ２７ プラズマ化室 ２８ エアバルブ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工対象物と反応性ガスとの間でエッチ
   ング反応を進行させる反応室を含む気相エッチング装置
   において、 前記反応室から排気ガスを排出するガス排出手段と、 前記排気ガスの少なくとも一部をプラズマ化してプラズ
   マガスを生成するプラズマ化手段と、 前記プラズマガスが放射するプラズマ光を分析する分析
   手段と、 前記分析手段の分析結果に基づいて、前記反応室への前
   記反応性ガスの流入量を制御する制御手段と、 を備えていることを特徴とする気相エッチング装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の気相エッチング装置に
   おいて、 前記ガス排出手段は、主流路と、前記主流路に接続し、
   前記排気ガスの一部が流れるバイパス流路とを有し、 前記プラズマ化手段は、前記バイパス流路に接続されて
   いる、ことを特徴とする気相エッチング装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の気相エッチング
   装置において、 前記ガス排出手段は、排気ポンプを有し、 前記プラズマ化手段は、前記排気ポンプの排出側に設置
   されている、 ことを特徴とする気相エッチング装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の気相エッチング装置に
   おいて、 前記ガス排出手段は、主流路と、前記反応室内の加工部
   位近傍に吸気口を配置し、前記加工部位近傍のガスを吸
   入する検出用流路とを有し、 前記プラズマ化手段は、前記検出用流路に接続されてい
   る、 ことを特徴とする気相エッチング装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の気相エッチング装置に
   おいて、 前記主流路は、第１の排気ポンプを有し、 前記検出用流路は、前記主流路に接続しておらず、か
   つ、前記主流路が有する第１の排気ポンプと異なる第２
   の排気ポンプを有する、 ことを特徴とする気相エッチング装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５の気相エッチング装
   置において、 前記プラズマ化手段は、 容器と、 前記容器内に設置され、その容器内に流入する前記排気
   ガスを分散するガス分散手段と、 前記容器内の前記ガス分散手段の下流に設置され、前記
   排気ガスの透過部を有し、前記排気ガスの流れ方向に対
   して、略垂直な少なくとも１対の電極を有する放電手段
   と、 を備えることを特徴とする気相エッチング装置。
7. 【請求項７】 加工対象物と反応性ガスとの間でエッチ
   ング反応を進行させる気相エッチング方法において、 前記エッチング反応後の排気ガスの少なくとも一部をプ
   ラズマ化し、プラズマガスを生成するプラズマ化工程
   と、 前記プラズマガスが放射するプラズマ光を分析する分析
   工程と、 前記分析工程の分析結果に基づいて、前記反応室への前
   記反応性ガスの流入量を制御する制御工程と、 を備えていることを特徴とする気相エッチング方法。