JPH1050662A - 半導体製造方法及び装置及びそれを用いて製造された半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理パターンの微細化や外乱の影響を受け
ることなく、プラズマ処理の終点が常に安定かつ高精度
に検出できるようにすること。 【解決手段】 半導体ウエハ４にプラズマ５を用いた処
理を施す工程において、プラズマ中における発光をプラ
ズマと結像関係にある結像面８で、中心部の円形領域と
その周辺部のリング状領域の少なくとも２つに分割し、
前記円形領域からは特定波長で発光する活性種の発光強
度を検出し、前記リング状領域からは全波長または前記
特定波長と異なる波長で発光する活性種の発光強度信号
を検出し、それぞれの発光強度信号の時間変化に基づい
てプラズマ処理の進行状況を検知し、プラズマ処理の終
点を検出する半導体製造方法。プラズマ処理の進行状況
がより正確に捉えられ、終点での信号変化が明瞭にな
り、微小開口パターンのプラズマ処理の終点検出精度が
向上するという効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子及び半
導体製造方法及びそれに用いるプラズマ処理方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いた処理は、エッチング装
置を始めとして、半導体製造工程や液晶表示装置用基板
製造工程に広く適用されている。

【０００３】図１７に示すプラズマエッチング装置を例
にとり、従来の技術について説明する。このエッチング
装置では、高周波電源１９からの高電圧を、処理室１内
に互いに平行に配置した上部電極２と下部電極３との間
に印加し、両電極間での放電によりエッチング用ガスか
らプラズマ５を発生させ、その活性種で被処理体として
の半導体ウェハ４をエッチングする。エッチング処理に
際しては、エッチングの進行状況を監視し、その終点を
できるだけ正確に検出して、所定のパターン形状及び深
さだけエッチング処理を行うようにしている。

【０００４】従来から、エッチングの終点を検出する方
法には、分光分析、質量分析等の手法が用いられてお
り、中でも特開平７−３２１０９４号公報に示されるよ
うに、装置が簡便で感度の高い分光分析が広く用いられ
ている。具体的には、エッチング用ガス、その分解生成
物または反応生成物等のラジカルやイオン等の活性種の
うち特定の活性種を選択し、選択された活性種の発光ス
ペクトルの発光強度を測定する。

【０００５】具体例を図１７を用いて説明する。図１７
において、プラズマからの発光２０を窓６を通して結像
レンズ７で入射スリット１０上に結像させ、その後ろの
光路中に、中央に孔を有するミラーなどの光分岐材４１
を配置して、入射スリット１０通過後の光束を第１、第
２の光電変換素子１４、１６に結像させる。

【０００６】光分岐材４１で分岐された一方の光束は、
前記分光材によって選択された活性種の特定発光スペク
トルの波長成分のみが第１の光電変換素子１４上に集光
する。これにより、第１の光電変換素子から特定の活性
種の発光スペクトル強度に応じた信号が検出され、終点
判定ユニット１８に送られる。終点判定ユニット１８で
は、図１８に示すように発光強度の時間変化５１を観測
していき、変化点での発光強度やその１次微分値、ある
いは２次微分値等を予め設定しておいた閾値Ｓと比較す
ることにより、エッチングの終点位置Ｅが決定される。
終点が検出されると、終点判定ユニット１８により、高
周波電源１９の出力を停止する。

【０００７】選択する活性種はエッチング用ガスの種類
により異なる。例えば、ＣＦ等のフルオロカーボン系の
エッチング用ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチング
する場合には、その反応生成物であるＣＯからの発光ス
ペクトル（２１９ｎｍまたは４８３．５ｎｍ等）、ある
いは、中間生成物であるＣＦからの発光スペクトル（２
６０ｎｍ等）を測定する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、簡単な構成にしてエッチングの終点を求めることが
できる。しかし、半導体の回路パターンの微細化に伴
い、エッチングされる部分の総面積が小さくなり、反応
生成物の絶対量が低下してしまう。その結果、図１８に
一点鎖線５２で示すように、発光強度そのものが低下す
るとともに終点位置での発光強度の変化量が大幅に低下
し、終点位置の判定が困難になる。

【０００９】特に、プラズマ発光全体にゆらぎが生じた
場合や、外乱により信号にドリフトが生じた場合は、終
点検出はほぼ不可能になる。そこで、前述した図１７に
示す終点検出装置は、光分岐材４１を用いて、第１の光
電変換素子１４では特定活性種の発光スペクトル強度の
信号を検出し、第２の光電変換素子１６ではプラズマ光
全体の強度の信号を検出した後、例えば、２つの強度信
号において除算あるいは引き算などの補正演算処理を行
うことによって、プラズマ発光全体のゆらぎやドリフト
などの影響を軽減し、終点の検出精度を向上させる改良
を施している。

【００１０】しかし、ハーフミラーや中央に孔を有する
ミラーなどの光分岐材を用いて光を分割すると、検出光
量が約１／２に低下し、その結果検出信号のＳＮ比が低
下し、また前述の補正の効果が十分に発揮されないとい
う課題が生じていた。

【００１１】本発明の目的は、検出光量の低下を少なく
し、被処理パターンの微細化やプラズマ変動や信号ドリ
フトなどの外乱の影響を受けることなく、プラズマ処理
の進行状況が常に安定かつ高精度に検出可能な、プラズ
マ処理方法及びその装置、並びに本方法及び装置を用い
た半導体製造方法及び装置、並びに本方法及び装置を用
いて製造された半導体素子を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被処理体にプラズマを用いた処理を施す
際に、前記プラズマ中における発光を前記プラズマと結
像関係にある結像面において、２つに分割し、一方から
は特定波長で発光する活性種の発光強度を検出し、他方
からは全波長あるいは前記特定波長と異なる波長で発光
する活性種の発光強度信号を検出し、それぞれの発光強
度信号の時間変化に基づいてエッチングの進行状況を検
知し、終点を検出するものである。

【００１３】また、前記プラズマ中における発光を前記
プラズマと結像関係にある結像面において、近傍の領域
を３つ以上に分割し、それぞれから全波長あるいは単波
長で発光する活性種の発光強度信号を検出し、それぞれ
の発光強度信号の時間変化に基づいてエッチングの進行
状況を検知し、エッチング処理の終点を検出するもので
ある。。

【００１４】また、前記プラズマ中における発光を前記
プラズマと結像関係にある結像面において、中心部の円
形領域とその周辺部のリング状領域に分割し、それぞれ
から全波長あるいは単波長で発光する活性種の発光強度
信号を検出し、それぞれの発光強度信号の時間変化に基
づいてエッチングの進行状況を検知し、その終点を検出
する手段を有することを特徴とするものである。

【００１５】また、前記プラズマ中における発光を前記
プラズマと結像関係にある結像面において、中心部の円
形領域とその周辺部の１つ以上の同心円のリング状領域
に分割し、それぞれから全波長あるいは単波長で発光す
る活性種の発光強度信号を検出し、それぞれの発光強度
信号の時間変化に基づいてエッチングの進行状況を検知
し、その終点を検出する手段を有するものである。

【００１６】また、前記プラズマ中における発光を前記
プラズマと結像関係にある結像面において、ウエハに対
して水平な複数の領域に分割し、それぞれから全波長あ
るいは単波長で発光する活性種の発光強度信号を検出
し、それぞれの発光強度信号の時間変化に基づいてエッ
チングの進行状況を検知し、その終点を検出する手段を
有するものである。

【００１７】また、前記プラズマ中における発光を前記
プラズマと結像関係にある結像面において、ウエハに対
して垂直な複数の領域に分割し、それぞれから全波長あ
るいは単波長で発光する活性種の発光強度信号を検出
し、それぞれの発光強度信号の時間変化に基づいてエッ
チングの進行状況を検知し、その終点を検出する手段を
有することを特徴とするものである。

【００１８】また、前記プラズマ中における発光を前記
プラズマと結像関係にある結像面において、マトリクス
状の複数の領域に分割し、それぞれから全波長あるいは
単波長で発光する活性種の発光強度信号を検出し、それ
ぞれの発光強度信号の時間変化に基づいてエッチングの
進行状況を検知し、終点を検出する手段を有することを
特徴とするものである。

【００１９】また、上記目的を達成するために、本発明
は装置の構成要件として、前記プラズマ中における発光
を前記プラズマと結像関係にある結像面において、２つ
以上に分割する手段と、前記プラズマ中において特定波
長で発光する活性種の発光強度を検出する発光検出手段
と、検出信号の時間的変化から前記処理の終点を検出す
る終点判定手段を具備している。

【００２０】また、上記目的を達成するために、本発明
は、半導体基板にプラズマを用いた処理を施す際に、上
記プラズマ処理の終点検出手段を用いるものである。

【００２１】また、上記目的を達成するために、本発明
は、半導体基板にプラズマを用いた処理を施して半導体
素子を製造する際に、上記プラズマ処理の終点検出手段
を用いるものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施例をプラズマエッチ
ング装置を例にとり、図１〜図１６を用いて説明する。

【００２３】まず、本発明の第１の実施形態を図１、図
２及び図４に基づいて説明する。ここにおいて、１は処
理室、２は上部電極、３は下部電極、４は半導体ウェ
ハ、５はプラズマ、６は石英窓、７は結像レンズ、８は
光ファイバ束、８ａ，８ｂ，８ｃは分割した光ファイバ
束、１０は入射スリット、１１は出射スリット、１２は
凹面グレーティング、１３は反射ミラー、１４，１６は
光電変換素子、１５は干渉フィルタ、１８は終点判定ユ
ニット、１９は高周波電源、２０はプラズマ発光、をそ
れぞれ表わす。

【００２４】図１は第１の実施形態におけるエッチング
終点検出装置を示すものである。本装置は、発光検出光
学系１０１、第１の光電変換系２０１、第２の光電変換
系３０１、及び終点判定ユニット１８から成る。

【００２５】本実施形態において、エッチング装置は平
行平板形プラズマエッチング装置とした。高周波電源１
９からの高周波電圧を、処理室１内に互いに平行に配置
した上部電極２と下部電極３との間に印加し、両電極間
での放電によりエッチング用ガスからプラズマ５を発生
させ、その活性種で被処理体としての半導体ウェハ４を
エッチングする。

【００２６】発光検出光学系１０１では、プラズマから
の発光２０を石英窓６を通して結像レンズ７により光フ
ァイバー束入射端面８上に結像する。プラズマ発光領域
中でウェハ４上のある一点と前記光ファイバー束入射端
面８とが結像関係にある。図２は発光検出光学系１０１
における光ファイバー束入射端面を光軸方向から見た様
子を示している。図２に示すように、前記光ファイバー
束入射端面は中心部の円形光ファイバー束８ａと、周辺
部のリング状光ファイバー束８ｂとに分割されている。

【００２７】前記中心部の円形光ファイバー束８ａを第
１の光電変換系２０１に、また前記周辺部のリング状光
ファイバー束８ｂを第２の光電変換系３０１にそれぞれ
接続する。第１の光電変換系２０１では、入射スリット
１０を通過した光束からなる入射スリット像がミラー１
３によって凹面グレーティング１２に入射し特定波長λ
１のみが出射スリット１１上に結像される。

【００２８】出射スリット１１を通過した光束は光電変
換素子１４で光電変換される。また、第２の光電変換系
３０１では、前記周辺部のリング状光ファイバー束から
の光束が集光レンズ３１によって光電変換素子１６上に
結像される。この際、光路中に干渉フィルタ１５を配置
し、特定の活性種の発光スペクトル成分λ２だけを選択
的に透過させる構成としても良い。

【００２９】ＣＦ等のフルオロカーボン系のエッチング
用ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合を
例にとると、反応生成物であるＣＯからの発光スペクト
ルを取り出す場合は、前記第１の光電変換系２０１での
特定波長には２１９ｎｍまたは４８３．５ｎｍを選択す
る。また前記第２の光電変換系３０１では２１９ｎｍま
たは４８３．５ｎｍの透過中心波長を有する干渉フィル
タを用いる。

【００３０】尚、発光検出光学系１０１を結像光学系と
して構成することにより、ウェハ上の限られた領域の発
光成分を検出することができるため、被加工膜厚の面内
ばらつきやエッチングレートの面内ばらつきに起因した
終点検出信号の鈍りを低減することが可能である。

【００３１】第１、第２の光電変換系で捕らえられたプ
ラズマの発光信号は前記終点判定ユニット１８に入力さ
れ、発光強度の変化によってエッチングの終点が検出さ
れる。終点が検出されると、制御信号に基づき前記高周
波電源１９の出力を停止する。

【００３２】ここで、前記終点判定ユニット１８に入力
される第１、第２の光電変換系からの発光信号とエッチ
ングの終点検出の方式の一例を図４を用いて説明する。

【００３３】図４の（ａ）は第１の光電変換系２０１に
おいて波長λ１の所望の活性種の発光スペクトルを取り
出すように設定した場合の前記光電変換素子１４からの
出力信号の時間変化を示したグラフである。測定開始
後、ある時間で発光強度が急激に低下する。この部分が
エッチングの終点位置である。

【００３４】図４の（ｂ）は第２の光電変換系３０１に
おいてプラズマ光の全波長あるいは特定の活性種の発光
スペクトル成分λ２だけを選択的に透過する干渉フィル
タを設置した場合の前記光電変換素子１６からの出力信
号である。それぞれの発光信号にはプラズマ光全体のゆ
らぎやドリフトなどが含まれているため、プラズマの発
光強度が低い場合には終点位置を見つけることが困難と
なる。

【００３５】そこで、第１の光電変換系２０１からの出
力信号と第２の光電変換系３０１からの出力信号におい
て、前述したように除算あるいは引き算などの演算を行
うことによって、図４の（ｃ）に示すように、プラズマ
光全体のゆらぎやドリフトなどを除去し、所望の発光ス
ペクトルの波長成分の変化のみを取り出し、精度良くエ
ッチングの終点検出を行うことができる。

【００３６】この際、先に述べたように半導体ウェハの
開口率が低いとエッチングの終点位置でのプラズマの発
光強度の変化が小さくノイズに埋もれてしまう場合があ
る。また、補正に用いる第２の光電変換系３０１に入力
されるプラズマ光のウェハ上での発光領域と第１の光電
変換系２０１に入力されるプラズマ光のウェハ上での発
光領域が大きく異なると、被加工膜厚の面内ばらつきや
エッチングレートの面内ばらつきになどにより、前述し
たプラズマ光のゆらぎやドリフトなどによる補正を正し
く行えない場合がある。

【００３７】一方、本実施形態では、結像レンズ７によ
ってプラズマ光を結像し、その中心付近の光束とその極
近傍の光束を用いている。今、結像レンズ７による縮小
率を１／５とし、ファイバー束入射端面８における円形
ファイバー束８ａの直径を１ｍｍ、リング状ファイバ８
ｂの厚さを同じく１ｍｍとすると、ウェハ上での検出領
域は、互いに隣り合う５ｍｍの大きさになり、この程度
の距離では膜厚バラツキやエッチングレートのバラツキ
の影響は無視できる。

【００３８】従ってプラズマ光の光量をほとんど損なう
ことなく、ウェハ上の極近傍の２つの領域のプラズマ光
がそれぞれの光電変換系に入力されるので、図４に示し
た補正を施すことにより、エッチングの進行状況がより
正確に捉えられ、終点での信号変化が明瞭になり、微小
開口パターンのエッチング終点検出精度が向上する。

【００３９】また、第１の光電変換系２０１は本実施形
態の構成の他にも干渉フィルタを用いて特定スペクトル
成分λ１だけを選択的に透過させる構成としても良く、
第２の光電変換系３０１も本実施形態の構成の他にも、
第１の光電変換系と同様に凹面グレーティング１２と入
射・出射スリット１０、１１を用いて特定波長のみを取
り出す構成としても良い。

【００４０】本発明の第２の実施形態を図３に基づいて
説明する。

【００４１】エッチング装置及び第１、第２の光電変換
系の構成と機能は第１の実施形態と同様であるので説明
を省略する。図３は発光検出光学系１０１における光フ
ァイバー束入射端面を光軸方向から見た様子を示してい
る。本実施形態では例えば、プラズマ発光分布が帯状に
なっている場合、発光検出光学系１０１において光ファ
イバー束入射端面を矩形にし、プラズマ発光強度の高い
領域のみを選択的に受光するようにしたものである。本
構成により、発光強度の低い領域からの外乱光を防ぐこ
とができ発光強度信号のＳＮ比が向上する。また必要な
光ファイバーの数を低減することもできる。

【００４２】本発明の第３の実施形態を図５に基づいて
説明する。

【００４３】エッチング装置及び第１、第２の光電変換
系の構成と機能は第１の実施形態と同様であるので説明
を省略する。図５は発光検出光学系１０１における光フ
ァイバー束入射端面を光軸方向から見た様子を示してい
る。

【００４４】本実施形態では発光検出光学系１０１にお
いて、プラズマ発光強度の高い領域を光ファイバー束の
形状に合わせ且つこれに垂直な複数個の受光領域８ａ，
８ｂ，８ｃ，・・・を設けそれぞれの出力端を、例えば
第１の実施形態にあるような第２の光電変換系に入力す
る。こうすることによって、全波長あるいは単波長で発
光する活性種の発光強度信号を検出し、それぞれの発光
強度信号を演算することで、時間変化に基づくプラズマ
処理の進行状況を検知することができる。ここにおい
て、複数の受光領域を設けてこれを検出することによっ
て、検出光量の低下を少なくし、被処理パターンの微細
化やプラズマ変動や信号ドリフトなどの外乱の影響を受
けることなく、プラズマ処理の進行状況を検知すること
ができるのである。

【００４５】図８は、図１のプラズマ処理室及び検出光
学系を上方から見た様子を表している。

【００４６】本実施形態によれば、図８に示すように、
ウェハに対して水平面上の各位置での発光信号が検出で
き、それぞれを比較できるので、エッチング反応がより
強く反映され、終点時の信号変化が捉え易い場所での発
光情報を選択的に得ることが可能となり、終点検出精度
が向上する。

【００４７】またこの他に、図６に示すようにプラズマ
発光強度の高い領域を光ファイバー束の形状に合わせ且
つこれに平行な複数個の受光領域８ａ，８ｂ，８ｃ，・
・・に分割することで、ウェハに対して垂直な各位置で
の発光信号が検出できる。

【００４８】またこの他に、図７に示すようにプラズマ
発光強度の高い領域を光ファイバー束の形状に合わせ且
つマトリクス状に配置した複数個の受光領域８ａ，８
ｂ，８ｃ，・・・に分割することで、ウェハに対して任
意の位置での発光信号が検出できる。

【００４９】本発明の第４の実施形態を図９に基づいて
説明する。

【００５０】エッチング装置及び第１、第２の光電変換
系の構成と機能は第１の実施形態と同様であるので説明
を省略する。図９は発光検出光学系１０１における光フ
ァイバー束入射端面を光軸方向から見た様子を示してい
る。

【００５１】本実施形態では発光検出光学系１０１にお
いて、前記光ファイバー束入射端面８は中心部の円形光
ファイバー束８ａと、その周辺部の１つ以上の同心円の
リング状領域８ａ，８ｂ，８ｃ，・・・に分割し、それ
ぞれの出力端を、例えば第１の実施形態にあるような第
２の光電変換系に入力する。複数に分割された光束か
ら、それぞれの光電変換系によって、全波長あるいは単
波長で発光する活性種の発光強度信号を検出する。

【００５２】今、例えば上記結像面において３つの領域
に分割した場合について、図１０を用いて説明する。図
１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ第１、第２、
第３の光電変換系においてそれぞれ波長λ１、λ２、λ
３の所望の活性種の発光スペクトルを取り出すように設
定した場合のそれぞれの光電変換系からの出力信号の時
間変化を示したグラフである。それぞれ所望の活性種の
発光状態が分かるため、エッチングの進行状況がより詳
しく把握できる。

【００５３】また、受光領域の中心部の円形領域におい
て、エッチング反応がより強く反映され、終点時の信号
変化が捉え易い特定の波長を選択し、さらに選択した波
長を用いて演算を行うことにより、図１０の（ｄ）に示
すように精度良くエッチングの終点検出を行うことがで
きる。

【００５４】本発明の第５の実施形態を図１１に基づい
て説明する。

【００５５】エッチング装置の構成と機能は、第１の実
施形態と同様であるので説明を省略する。本装置は、発
光検出・光電変換系１０２及び終点判定ユニット１８か
ら成る。

【００５６】発光検出・光電変換系１０２では、プラズ
マからの発光２０を石英窓６を通して結像レンズ７によ
り光電変換素子４２上に結像する。プラズマ発光領域中
でウェハ４上のある一点と前記光電変換素子４２とが結
像関係にある。前記光電変換素子４２は同一平面上に複
数の光電変換素子あるいは複数の受光面を持つ光電変換
素子で構成され、同時に複数の領域での光電変換ができ
る。また前記光電変換素子４２の前面には光電変換素子
の複数の受光面それぞれに対応するように複数の干渉フ
ィルタ４１を配置する。これにより、前記光電変換素子
４２のそれぞれの受光面において異なった波長の発光強
度が検出できる。

【００５７】図１２〜図１４は前記発光検出・光電変換
系１０２における光電変換素子４２および複数の干渉フ
ィルタ４１を光軸方向から見た様子を示している。例え
ば、プラズマ発光分布が帯状になっている場合、図１２
に示すように、プラズマ発光分布に対し垂直な複数の受
光領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，・・・を設けそれぞれ
の出力を前記終点判定ユニット１８に接続する。このよ
うな構成にすれば、本発明の第３の実施形態と同様に、
ウェハに対して水平面上の各位置での発光信号が検出で
き、それそれを比較できるので、エッチング反応がより
強く反映され、終点時の信号変化が捉え易い場所での発
光情報を選択的に得ることが可能となり、終点検出精度
が向上する。

【００５８】またこの他に、図１３に示すように上記プ
ラズマ発光領域に平行な複数個の受光領域４２ａ，４２
ｂ，４２ｃ，・・・に分割することで、ウェハに対して
垂直な各位置での発光信号が検出できる。

【００５９】またこの他に、図１４に示すように上記プ
ラズマ発光領域をマトリクス状に配置した複数個の受光
領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，・・・に分割すること
で、ウェハに対して任意の位置での発光信号が検出でき
る。

【００６０】また、図１５に示すように、上記プラズマ
発光領域をマトリクス状に配置した複数個の受光領域４
２の前面に配置する前記複数の干渉フィルタの構成にお
いて、中央部分に特定の活性種の発光スペクトル成分λ
１だけを選択的に透過させる干渉フィルタ４１ａを、周
辺部分に全波長あるいは特定の活性種の発光スペクトル
成分λ２だけを選択的に透過させる干渉フィルタ４１ｂ
を配置し、それぞれの発光スペクトル成分の発光強度検
出するように前記発光検出・光電変換系１０２を構成す
る。

【００６１】前記発光検出・光電変換系１０２から出力
されるそれぞれの発光強度信号を本発明の第１の実施形
態と同様に、比較・補正することで、プラズマ光全体の
ゆらぎやドリフトなどを除去し、所望の発光スペクトル
の波長成分の変化のみを取り出し、精度良くエッチング
の終点検出を行うことができる。

【００６２】また、以上の検出光学系１０１の実施形態
においては、エッチャーの窓６からプラズマ発光を検出
する際に光ファイバーを用いていることから、前記エッ
チャー窓付近の物理的スペースが少ない場合でも容易に
配置でき、さらにエッチャー近傍の電気的ノイズが大き
い場合でも、光電変換素子及び電気信号線をエッチャー
近傍から離すことが可能なため、電気的ノイズに対して
有利となる。

【００６３】以上の実施形態では、エッチング装置は平
行平板形プラズマエッチング装置としたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、その基本原理から明らか
なように、プラズマ励起あるいは半導体ウェハへの何ら
かのエネルギー供給と同期した形で周期的にエッチング
反応が進む各種のエッチング装置、例えばマイクロ波エ
ッチング装置等にも適用可能であることは言うまでもな
い。

【００６４】更に、上記実施形態では、本発明のエッチ
ング装置への適用例について説明したが、本発明の終点
検出方法及び装置はエッチング処理の終点検出に限定さ
れるものではなく、プラズマ処理が進行するに従い、発
光スペクトル強度が変化するような各種プラズマ処理装
置の終点検出に適用することが可能である。また、被処
理体も半導体ウェハに限定されるものではなく、液晶表
示装置用基板等、その製造工程においてプラズマ処理が
施される様々な素子、材料にも適用される。

【００６５】本発明の第６の実施形態を図１６に基づい
て説明する。本実施形態では、先に述べた５つの実施形
態に基づく発光検出光学系１０１または発光検出光学・
光電変換系１０２と終点判定ユニット１８から成るエッ
チング終点検出装置を半導体製造ラインのホトリソグラ
フィ工程に導入する。

【００６６】図１６に示すように、まず、膜付け装置４
０１により、半導体ウェハ上にシリコン酸化膜等の被加
工膜が形成される。次に、レジスト塗布装置４０２によ
りレジストが塗布され、露光装置４０３により、レチク
ルやマスク上の所望の回路パターンが転写される。露光
された半導体ウェハは、現像装置４０４で転写パターン
に対応したレジスト部が除去される。エッチング装置４
０５では、このレジストパターンをマスクとしてレジス
ト除去部の被加工膜がエッチングされる。

【００６７】エッチング中に生じる反応生成物の発光ス
ペクトルは発光検出光学系１０１で検出され、発光強度
信号は常時、終点判定ユニット１８に送られ、エッチン
グ終点が検出されると、制御信号に基づきエッチング装
置４０５のプラズマ出力を停止する。エッチング終了後
の半導体ウェハはアッシング装置４０６に送られ、レジ
ストが除去された後、洗浄装置４０７により洗浄され
る。

【００６８】本実施形態では、ホトリソグラフィ工程中
のエッチング装置に、先に述べた実施形態に基づく発光
検出光学系１０１と終点判定ユニット１８から成るエッ
チング終点検出装置を用いることにより、エッチング終
点検出精度が向上し、エッチング不足による膜残りや、
オーバエッチングによる下地膜のけずれが低減する。こ
れにより、ホトリソグラフィ工程中のエッチング起因の
不良を低減することが可能となり、高品質の半導体素子
の製造が可能となる。

【００６９】また、パターン開口率が１％あるいはそれ
以下の微小なコンタクトホールのエッチングでは、現
状、終点検出が困難なため、エッチング途中でエッチレ
ートと残膜厚を測定し、残りのエッチングを時間管理で
終了させている。このように、エッチング途中で余分な
先行作業が入るため、エッチング工程のスループットが
低下していた。

【００７０】しかし、本実施形態によれば、常に高い精
度で終点検出が可能となるため、このような先行作業が
不要となり、エッチング工程の生産性が向上し、製造ラ
イン全体の自動化も可能となる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、被処理体にプラズマを
用いた処理を施す際に、プラズマ中における発光を前記
プラズマと結像関係にある結像面おいて、２つに分割
し、一方からは特定波長で発光する活性種の発光強度を
検出し、他方からは全波長あるいは該特定波長と異なる
波長で発光する活性種の発光強度信号を検出することに
より、プラズマ発光全体ゆらぎやドリフトなどの影響が
除去でき、プラズマ処理の進行状況がより正確に捉えら
れ、終点での信号変化が明瞭になり、微小開口パターン
のプラズマ処理の終点検出精度が向上するという効果を
有する。

【００７２】また、本発明によれば、被処理体にプラズ
マを用いた処理を施す際に、プラズマ中における発光を
前記プラズマと結像関係にある結像面おいて、近傍の領
域を３つ以上に分割し、それぞれから全波長あるいは単
波長で発光する活性種の発光強度信号を検出すること
で、各光電変換系での発光信号を比較でき、エッチング
反応がより強く反映された発光情報を得ることが可能と
なり、終点検出精度が向上するという効果を有する。

【００７３】また、本発明によれば、発光検出光学系１
０１において光ファイバー束入射端面を矩形に配置し、
プラズマ発光強度の高い領域のみを選択的に受光するよ
うにしたことにより、発光強度の低い領域のからの外乱
光を防ぐことができ発光強度信号のＳ／Ｎ比が向上する
という効果を有する。

【００７４】また、本発明によれば、高精度なエッチン
グ終点検出が可能となるので、ホトリソグラフィ工程中
のエッチング起因の不良を低減することが可能となり、
高品質の半導体素子の製造が可能となる。

【００７５】また、本発明によれば、高精度なエッチン
グ終点検出が可能となるので、時間管理のための先行作
業が不要となり、エッチング工程の生産性が向上し、半
導体製造ライン全体の自動化も可能となる。

【００７６】また、本発明によれば、高精度にプラズマ
処理の進行状況をモニタリングできるため、例えば、被
処理体の膜厚などのバラツキを把握でき、エッチングの
前行程のプロセスへのフィードバックが可能となるた
め、エッチング工程の生産性が向上するなどの効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態におけるエッチング終
点検出装置を示す図である。

【図２】発光検出光学系１０１における光ファイバー束
入射端面を光軸方向から見た図である。

【図３】発光検出光学系１０１における光ファイバー束
入射端面を光軸方向から見た別の例の図である。

【図４】第１、第２の光電変換系からの発光信号とエッ
チングの終点検出の方式の一例を示した図である。

【図５】発光検出光学系１０１における光ファイバー束
入射端面を光軸方向から見た別の例の図である。

【図６】発光検出光学系１０１における光ファイバー束
入射端面を光軸方向から見た別の例の図である。

【図７】発光検出光学系１０１における光ファイバー束
入射端面を光軸方向から見た別の例の図である。

【図８】プラズマ処理室１及び検出光学系１０１を上方
から見た図である。

【図９】発光検出光学系１０１における光ファイバー束
入射端面を光軸方向から見た別の例の図である。

【図１０】複数の光電変換系からの出力信号の時間変化
を示したグラフである。

【図１１】本発明の第５の実施形態における発光検出・
光電変換系及び終点判定ユニットを示す図である。

【図１２】発光検出・光電変換系１０２における光電変
換素子４２および複数の干渉フィルタ４１を光軸方向か
ら見た図である。

【図１３】発光検出・光電変換系１０２における光電変
換素子４２および複数の干渉フィルタ４１を光軸方向か
ら見た別の例の図である。

【図１４】発光検出・光電変換系１０２における光電変
換素子４２および複数の干渉フィルタ４１を光軸方向か
ら見た別の例の図である。

【図１５】発光検出・光電変換系１０２における光電変
換素子４２および複数の干渉フィルタ４１を光軸方向か
ら見た別の例の図である。

【図１６】本発明の第6の実施形態における半導体製造
ラインのホトリソグラフィ工程を示すブロック図であ
る。

【図１７】従来のエッチング終点検出装置を示す図であ
る。

【図１８】従来のエッチング終点検出装置による、活性
種の発光強度の時間変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 処理室 ２ 上部電極 ３ 下部電極 ４ 半導体ウェハ ５ プラズマ ６ 石英窓 ７ 結像レンズ ８ 光ファイバ束 ８ａ，８ｂ，８ｃ 分割した光ファイバ束 １０ 入射スリット １１ 出射スリット １２ 凹面グレーティング １３ 反射ミラー １４，１６，４２ 光電変換素子 １５ 干渉フィルタ １８ 終点判定ユニット １９ 高周波電源 ２０ プラズマ発光 ４１ 複数の干渉フィルタ ４１ａ，４１ｂ 干渉フィルタ ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 光電変換素子の受光面 ４３，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 光電変換素子の出力 １０１ 発光検出光学系 １０２ 発光検出・光電変換系 ２０１ 第１の光電変換系 ３０１ 第２の光電変換系 ４０１ 膜付け装置 ４０２ レジスト塗布装置 ４０３ 露光装置 ４０４ 現像装置 ４０５ エッチング装置 ４０６ アッシング装置 ４０７ 洗浄装置。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体にプラズマを用いた処理を施す
   工程において、 プラズマ中における発光を前記プラズマと結像関係にあ
   る結像面で、少なくとも２つに分割し、 一方からは特定波長で発光する活性種の発光強度を検出
   し、他方からは全波長または前記特定波長と異なる波長
   で発光する活性種の発光強度信号を検出し、 それぞれの発光強度信号の時間変化に基づいて、プラズ
   マ処理の進行状況を検知し、プラズマ処理の終点を検出
   する、 ことを特徴とする半導体製造方法。
2. 【請求項２】 被処理体にプラズマを用いた処理を施す
   工程において、 プラズマ中における発光を前記プラズマと結像関係にあ
   る結像面で、少なくとも２つに分割し、 それぞれから全波長または単波長で発光する活性種の発
   光強度信号を検出し、 それぞれの発光強度信号の時間変化に基づいて、プラズ
   マ処理の進行状況を検知し、プラズマ処理の終点を検出
   する、 ことを特徴とする半導体製造方法。
3. 【請求項３】 被処理体にプラズマを用いた処理を施す
   工程において、 プラズマ中における発光を前記プラズマと結像関係にあ
   る結像面で、中心部の円形領域とその周辺部のリング状
   領域の少なくとも２つに分割し、前記円形領域からは特
   定波長で発光する活性種の発光強度を検出し、前記リン
   グ状領域からは全波長または前記特定波長と異なる波長
   で発光する活性種の発光強度信号を検出し、 それぞれの発光強度信号の時間変化に基づいてプラズマ
   処理の進行状況を検知し、プラズマ処理の終点を検出す
   る、 ことを特徴とする半導体製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の半導体製造方法におい
   て、 前記結像面で、少なくとも２つに分割する方法は、中心
   部の円形領域とその周辺部の２つ以上の同心円のリング
   状領域に分割することを特徴とする半導体製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載の半導体製造方
   法において、 前記周辺部のリング状領域は、プラズマ発光強度の高い
   領域のみを選択的に受光できるような切欠きリング状領
   域であることを特徴とする半導体製造方法。
6. 【請求項６】 請求項２に記載の半導体製造方法におい
   て、 前記結像面で、少なくとも２つに分割する方法は、前記
   被処理体の面に対して水平な複数の領域に分割すること
   を特徴とする半導体製造方法。
7. 【請求項７】 請求項２に記載の半導体製造方法におい
   て、 前記結像面で、少なくとも２つに分割する方法は、前記
   被処理体の面に対して垂直な複数の領域に分割すること
   を特徴とする半導体製造方法。
8. 【請求項８】 請求項２に記載の半導体製造方法におい
   て、 前記結像面で、少なくとも２つに分割する方法は、マト
   リクス状の複数の領域に分割することを特徴とする半導
   体製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の半導体製造方法におい
   て、 前記マトリクス状の複数領域のそれぞれの前面に干渉フ
   ィルタを配置し、その中央部分には特定の活性種の発光
   スペクトル成分のみを透過させる干渉フィルタを設ける
   ことを特徴とする半導体製造方法。
10. 【請求項１０】 被処理体にプラズマを用いた処理を施
    す処理装置において、 プラズマ中における発光を前記プラズマと結像関係にあ
    る結像面で、少なくとも２つに分割する手段と、 一方からは特定波長で発光する活性種の発光強度を検出
    し、他方からは全波長または前記特定波長と異なる波長
    で発光する活性種の発光強度信号を検出する手段と、 それぞれの発光強度信号の時間変化に基づいて、プラズ
    マ処理の進行状況を検知し、プラズマ処理の終点を検出
    する手段とを、有することを特徴とする半導体製造装
    置。
11. 【請求項１１】 被処理体にプラズマを用いた処理を施
    す処理装置において、 プラズマ中における発光を前記プラズマと結像関係にあ
    る結像面で、少なくとも２つに分割する手段と、 それぞれから全波長あるいは単波長で発光する活性種の
    発光強度信号を検出する手段と、 それぞれの発光強度信号の時間変化に基づいて、プラズ
    マ処理の進行状況を検知し、プラズマ処理の終点を検出
    する手段とを、有することを特徴とする半導体製造装
    置。
12. 【請求項１２】 被処理体にプラズマを用いた処理を施
    す処理装置において、 プラズマ中における発光を前記プラズマと結像関係にあ
    る結像面で、中心部の円形領域とその周辺部のリング状
    領域の少なくとも２つに分割する手段と、 前記円形領域からは特定波長で発光する活性種の発光強
    度を検出し、前記リング状領域からは全波長または前記
    特定波長と異なる波長で発光する活性種の発光強度信号
    を検出する手段と、 それぞれの発光強度信号の時間変化に基づいてプラズマ
    処理の進行状況を検知し、終点を検出する手段とを、有
    することを特徴とする半導体製造装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の半導体製造装置に
    おいて、 前記結像面で、少なくとも２つに分割する手段は、中心
    部の円形領域とその周辺部の２つ以上の同心円のリング
    状領域に分割することを特徴とする半導体製造装置。
14. 【請求項１４】 請求項１２または１３に記載の半導体
    製造装置において、 前記周辺部のリング状領域は、プラズマ発光強度の高い
    領域のみを選択的に受光できるような切欠きリング状領
    域であることを特徴とする半導体製造装置。
15. 【請求項１５】 請求項１１に記載の半導体製造装置に
    おいて、 前記結像面で、少なくとも２つに分割する手段は、前記
    被処理体の面に対して水平な複数の領域に分割すること
    を特徴とする半導体製造装置。
16. 【請求項１６】 請求項１１に記載の半導体製造装置に
    おいて、 前記結像面で、少なくとも２つに分割する手段は、前記
    被処理体の面に対して垂直な複数の領域に分割すること
    を特徴とする半導体製造装置。
17. 【請求項１７】 請求項１１に記載の半導体製造装置に
    おいて、 前記結像面で、少なくとも２つに分割する手段は、マト
    リクス状の複数の領域に分割することを特徴とする半導
    体製造装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の半導体製造装置に
    おいて、 前記マトリクス状の複数領域のそれぞれの前面に干渉フ
    ィルタを配置し、その中央部分には特定の活性種の発光
    スペクトル成分のみを透過させる干渉フィルタを設ける
    ことを特徴とする半導体製造装置。
19. 【請求項１９】 請求項１、２または３に記載の半導体
    製造方法を用いて製造されたことを特徴とする半導体素
    子。
20. 【請求項２０】 請求項１０、１１または１２に記載の
    半導体製造装置を用いて製造されたことを特徴とする半
    導体素子。