JPH11214360A - Plasma optical spectrophotometer and dry etching final point detection device thereof - Google Patents

Plasma optical spectrophotometer and dry etching final point detection device thereof

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JPH11214360A
JPH11214360A JP10010957A JP1095798A JPH11214360A JP H11214360 A JPH11214360 A JP H11214360A JP 10010957 A JP10010957 A JP 10010957A JP 1095798 A JP1095798 A JP 1095798A JP H11214360 A JPH11214360 A JP H11214360A
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JP
Japan
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light
dichroic mirror
etching
plasma
light receiving
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Application number
JP10010957A
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Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Kiyomoto
浩伸 清本
Masahiro Kurokawa
雅裕 黒川
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an input level to be increased by miniaturizing an optical filter in a detection device which spectralizes plasma light and detects the final point of etching. SOLUTION: Plasma light is dispersed for a specific wavelength by a dichroic mirror 3 and reflected light and transmitted light are received by first and second photosensitive elements, 4, 5, respectively. At least one of the first and second photosensitive elements 4, 5 is provided with optical filters 6, 7. Since light is thereby dispersed in advance by the dichroic mirror 3 per wavelength, a photosensitive level is not reduced by half and a constitution of the optical filters 6, 7 can be simplified.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマの状態を監
視するプラズマ光分光装置及びこれを用いたドライエッ
チング終点検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma optical spectroscope for monitoring the state of plasma and a dry etching end point detecting apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】真空容器中に低圧の反応性ガスや不活性
ガスを導入し、直流や高周波の放電によりそれらのガス
のプラズマを発生させ、プラズマにより容器内に設置し
た基板の表面をエッチングするプラズマエッチング装置
は、半導体集積回路の製造工程で用いられる。又ガス中
の放電を利用して容器中に設置した基板の表面に薄膜を
生成する陰極スパッタリング装置,プラズマCDV装
置,プラズマ重合装置,表面処理装置等も半導体集積回
路の製造工程に用いられている。このような装置を使用
する際には、プラズマ光を用いて加工工程を監視するこ
とが重要である。プラズマを監視するためにプラズマ光
を分光し、その波長からプラズマの状態を判別すること
が行われている。
2. Description of the Related Art A low-pressure reactive gas or an inert gas is introduced into a vacuum vessel, a plasma of the gas is generated by DC or high-frequency discharge, and the plasma is used to etch the surface of a substrate installed in the vessel. The plasma etching apparatus is used in a process of manufacturing a semiconductor integrated circuit. In addition, a cathode sputtering device, a plasma CDV device, a plasma polymerization device, a surface treatment device, and the like, which generate a thin film on the surface of a substrate placed in a container by utilizing discharge in a gas, are also used in the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit. . When using such an apparatus, it is important to monitor the processing steps using plasma light. 2. Description of the Related Art In order to monitor plasma, it has been practiced to disperse plasma light and determine the state of the plasma from its wavelength.

【0003】例えば特開昭60-58793号等の従来のプラズ
マ分光監視装置等においては、入射したプラズマ光を分
光するためハーフミラーや分岐ファイバが用いられ、そ
のハーフミラーの透過側にフィルタを設けて所定の波長
の光を検出し、反射側にも所定の波長の光のみを受光す
るモノクロメータを用いてその受光レベルを検出するよ
うにした構成が示されている。こうして得られた異なる
スペクトル領域の光量レベルを検出してその差や比によ
ってプラズマの状態を判別するようにしたプラズマ分光
監視装置が提案されている。
[0003] For example, in a conventional plasma spectroscopic monitoring apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-58793 or the like, a half mirror or a branch fiber is used to split incident plasma light, and a filter is provided on the transmission side of the half mirror. A configuration is shown in which a light having a predetermined wavelength is detected by using a monochromator that receives only light having a predetermined wavelength on the reflection side, and the light receiving level is detected. There has been proposed a plasma spectroscopic monitoring apparatus that detects the light intensity levels of different spectral regions obtained in this way and determines the state of the plasma based on the difference or ratio.

【0004】又特公平5-46971号公報では、ドライエッ
チングの終了を検出するためにグロー放電プラズマの発
光スペクトルの変化に基づいてドライエッチングの終点
を検出するようにした方法が提案されている。この出願
では一酸化炭素の発光スペクトルとヘリウムの発光スペ
クトル強度を差し引いた値の経時変化をモニタリング
し、この値の経時変化に基づいてドライエッチングの終
了を検出するようにしている。
Further, Japanese Patent Publication No. 5-46971 proposes a method for detecting the end of dry etching based on a change in the emission spectrum of glow discharge plasma in order to detect the end of dry etching. In this application, the change over time of the value obtained by subtracting the emission spectrum intensity of carbon monoxide and the emission spectrum of helium is monitored, and the end of dry etching is detected based on this change over time.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】これらはいずれもハー
フミラーや分岐ファイバを用いてプラズマ光を分光して
おり、夫々の波長での受光レベルが約1/2に低下する
ため、微小な信号変化をとらえることが難しくなるとい
う欠点があった。又所定の波長のスペクトルを取り出す
ために干渉フィルタが用いられるが、干渉フィルタは例
えば図5に示すように鋭い選択性を有する波長以外の波
長領域にサイドローブを生じる。従って特定の波長の光
のみを透過させるためにカラーフィルタを併用し、全体
として図7に示すように所定波長のみを透過させる必要
がある。干渉光フィルタとカラーフィルタ等の張り合わ
せを利用した光学フィルタを用いる場合には、高価であ
り、又その厚さも厚くなるため取扱にくいという欠点が
あった。又カラーフィルタを併用するため、フィルタ全
体の透過率が低下するという問題点もあった。
All of these methods use a half mirror or a branch fiber to separate the plasma light, and the light receiving level at each wavelength is reduced to about 1/2, so that a small signal change is caused. There is a drawback that it becomes difficult to capture An interference filter is used to extract a spectrum of a predetermined wavelength. The interference filter generates a side lobe in a wavelength region other than a wavelength having sharp selectivity as shown in FIG. Therefore, it is necessary to use a color filter in combination to transmit only light of a specific wavelength, and to transmit only a predetermined wavelength as a whole as shown in FIG. The use of an optical filter using a lamination of an interference light filter and a color filter or the like has the disadvantage that it is expensive and the thickness is too large to handle. In addition, the use of a color filter also has a problem that the transmittance of the entire filter is reduced.

【0006】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであって、光学フィルタを低価格化する
と共に、特定波長の光を受光レベルの低下なく受光でき
るようにすることを目的とする。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and has been made to reduce the cost of an optical filter and to receive light of a specific wavelength without lowering the light receiving level. Aim.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、プラズマ光を導き、その発光波長の一部を透過させ
るダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラー
によって反射された光を受光する第1の受光素子と、前
記ダイクロイックミラーを透過した光を受光する第2の
受光素子と、前記第1,第2の受光素子の少なくとも一
方の前面に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フ
ィルタと、を具備することを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a dichroic mirror for guiding plasma light and transmitting a part of the emission wavelength thereof, and a first dichroic mirror for receiving light reflected by the dichroic mirror. A light receiving element, a second light receiving element for receiving light transmitted through the dichroic mirror, and an optical filter provided on at least one of the front surfaces of the first and second light receiving elements and transmitting light of a predetermined wavelength. , Are provided.

【0008】ここで用いられる光学フィルタは、ダイク
ロイックミラーを反射又は透過して得られる光のうち、
プラズマ光分光装置で識別可能な変化の大きいスペクト
ルの波長の光を抽出する光学フィルタとする。このスペ
クトルは線スペクトルであってもよく、ある幅を持った
スペクトルであってもよい。このようにプラズマ光をダ
イクロイックミラーで特定の波長で分離することによっ
て、第1,第2の受光素子側で受光可能な波長があらか
じめ規定され、プラズマ光のスペクトル変化を高感度で
検出できることとなる。
The optical filter used here is one of the light obtained by reflecting or transmitting the dichroic mirror.
An optical filter for extracting light having a wavelength of a spectrum with a large change that can be identified by a plasma optical spectrometer. This spectrum may be a line spectrum or a spectrum having a certain width. By separating the plasma light at a specific wavelength by the dichroic mirror in this way, the wavelengths that can be received by the first and second light receiving elements are defined in advance, and a change in the spectrum of the plasma light can be detected with high sensitivity. .

【0009】本願の請求項2の発明は、プラズマ光を導
き、その発光波長の一部を透過させるダイクロイックミ
ラーと、前記ダイクロイックミラーによって反射された
光を受光する第1の受光素子と、前記ダイクロイックミ
ラーを透過した光を受光する第2の受光素子と、前記第
1,第2の受光素子の少なくとも一方の前面に設けら
れ、所定の波長の光を透過する光学フィルタと、前記第
1,第2の受光素子の出力に基づいてエッチングの終了
に伴う発光スペクトルの変化を検出する信号処理手段
と、を具備することを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a dichroic mirror for guiding plasma light and transmitting a part of the emission wavelength thereof, a first light receiving element for receiving light reflected by the dichroic mirror, and the dichroic mirror. A second light receiving element for receiving light transmitted through the mirror, an optical filter provided on at least one of the front surfaces of the first and second light receiving elements, and transmitting light of a predetermined wavelength; Signal processing means for detecting a change in the emission spectrum accompanying the end of the etching based on the output of the second light receiving element.

【0010】又請求項2の発明では、少なくとも1つの
光学フィルタはダイクロイックミラーを透過又は反射し
て得られる光のうち、エッチングの前後で変化の大きい
スペクトルの波長の光を抽出する光学フィルタとする。
この変化の大きいスペクトルは線スペクトルであっても
よく、ある幅を持ったスペクトルとしてもよい。このよ
うな光学系を用いて、エッチングの終了を信号処理手段
によって検出するようにしている。
According to the second aspect of the present invention, the at least one optical filter is an optical filter for extracting light having a wavelength of a spectrum having a large change before and after etching, out of light obtained by transmitting or reflecting through the dichroic mirror. .
The spectrum having a large change may be a line spectrum or a spectrum having a certain width. Using such an optical system, the end of etching is detected by signal processing means.

【0011】本願の請求項3の発明は、請求項2のドラ
イエッチング終点検出装置において、前記信号処理手段
は、前記第1,第2の受光素子のレベルを平均化処理す
る平均処理手段と、前記第1,第2の出力の加算値を算
出する加算手段と、前記第1,第2の受光素子の出力を
減算する減算手段と、前記第1,第2の受光素子の出力
比を算出する比演算手段と、前記第1,第2の受光素子
の出力の和に対する差又はいずれか一方の出力を演算す
る割算手段と、前記加算手段,減算手段,比演算手段及
び割算手段のうち選択されたいずれか一つの出力と所定
の閾値レベルとを比較する比較手段とを有し、前記比較
手段の出力に基づいてエッチングの終点を検出すること
を特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the dry etching end point detecting apparatus according to the second aspect, the signal processing means includes an averaging means for averaging levels of the first and second light receiving elements; Adding means for calculating an added value of the first and second outputs; subtracting means for subtracting the outputs of the first and second light receiving elements; and calculating an output ratio of the first and second light receiving elements. Calculating means for calculating a difference with respect to the sum of outputs of the first and second light receiving elements or one of the outputs, and adding means, subtracting means, ratio calculating means and dividing means. And comparing means for comparing any one of the selected outputs with a predetermined threshold level, and detecting an end point of the etching based on the output of the comparing means.

【0012】又請求項3の発明では、エッチングの物質
やガス雰囲気の種類に応じて演算式を選択することによ
って、エッチングの終了を確実に検出できるようにして
いる。
According to the third aspect of the present invention, the end of the etching can be reliably detected by selecting an arithmetic expression in accordance with the type of the etching substance or the gas atmosphere.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態による
エッチング終点検出装置の光学系部分の構成を示す図で
あり、図2は信号処理部の構成を示すブロック図であ
る。図1に示すように本実施の形態によるエッチング終
点検出装置は、図示しない真空層から基板周辺部分のプ
ラズマ光を光ファイバ1を介してエッチング終点検出装
置の光学系に導いている。光ファイバ1の端面にはレン
ズ2が設けられ、その焦点位置にはダイクロイックミラ
ー3で反射される位置に第1の受光素子4が配置され
る。又ダイクロイックミラー3を透過する光の焦点位置
には第2の受光素子5が配置される。受光素子4及び5
の前面には夫々光学フィルタ6及び7が設けられてい
る。ダイクロイックミラー3は検出すべき波長域の光を
波長によって分離するものであり、例えば図3に示すよ
うに波長580nm以上の波長の光を反射し、これより
波長の短い光を透過することによって光を分離するもの
である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical system portion of an etching end point detecting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a signal processing unit. As shown in FIG. 1, in the etching end point detecting apparatus according to the present embodiment, plasma light in the peripheral portion of the substrate is guided from an unillustrated vacuum layer to the optical system of the etching end point detecting apparatus via an optical fiber 1. A lens 2 is provided on the end surface of the optical fiber 1, and a first light receiving element 4 is disposed at a focal position of the lens 2 at a position where the light is reflected by the dichroic mirror 3. Further, a second light receiving element 5 is disposed at a focal position of light transmitted through the dichroic mirror 3. Light receiving elements 4 and 5
Are provided with optical filters 6 and 7, respectively. The dichroic mirror 3 separates light in a wavelength range to be detected according to the wavelength. For example, as shown in FIG. 3, the dichroic mirror 3 reflects light having a wavelength of 580 nm or more and transmits light having a shorter wavelength. Is to be separated.

【0014】この実施の形態ではシリコン基板上にSi
2 層及びその上部にポリシリコン層が形成され、ポリ
シリコン層をエッチングする際のエッチング終点を検出
するものとする。プラズマ放電によって生ずるプラズマ
光は、ポリシリコンをエッチング中には図4(a)に示
すような発光特性を有しており、ポリシリコン層のエッ
チングが終了しSiO2 層のエッチングにかかると、図
4(b)に示すようなスペクトルが得られるものとす
る。このスペクトルからは所定の波長、例えば704n
mの波長と780nmの波長でエッチングの終了前後で
の変化が大きい。又400〜600nmの全体の光量が
SiO2 層のエッチング時に比べてポリシリコン層のエ
ッチング時の方が大きいという特徴がわかる。このため
例えば光学フィルタ6としては図5に示すように波長7
04nmに急峻な特性を有する干渉光フィルタを用い
る。この光学フィルタ6は610nm以下の波長では光
が透過するが、ダイクロイックミラー3により610n
m以下の光は反射してこない。従って図5の干渉フィル
タに加えて610nm以下の光を遮光するためのカラー
フィルタを用いることなく、干渉フィルタのみを受光素
子4の前面に配置すれば足りる。このような特性のフィ
ルタは、例えばガラス基板上に10層程度の誘電体薄膜
を堆積した干渉フィルタを用いて実現することができ
る。この場合には光学フィルタ6の厚さはほぼガラス基
板に等しく、例えば1mm程度で実現することができ
る。又光学フィルタには他のカラーフィルタを重ね合わ
せて用いる必要がなく、干渉フィルタのみを透過する光
を受光素子で受光できるため、透過率を高く保つことも
できる。この場合には光学フィルタ7は不要となる。又
この光学フィルタ6に代えて図4(a),図4(b)に
示すように780nmのピークの有無を検出するフィル
タとする場合には、例えば図6に示すように780nm
以上の光を透過するカットフィルタを用いて構成するこ
とができる。尚この実施の形態ではこれ以上の波長のレ
ベルは低いため考慮する必要はない。
In this embodiment, Si is formed on a silicon substrate.
It is assumed that a polysilicon layer is formed on the O 2 layer and an upper portion thereof, and an etching end point when the polysilicon layer is etched is detected. The plasma light generated by the plasma discharge has light emission characteristics as shown in FIG. 4A during the etching of the polysilicon, and when the etching of the polysilicon layer is completed and the etching of the SiO 2 layer is started, the figure is obtained. It is assumed that a spectrum as shown in FIG. From this spectrum, a predetermined wavelength, for example, 704n
The change before and after the end of the etching is large at the wavelength of m and the wavelength of 780 nm. Also, it can be seen that the entire light amount of 400 to 600 nm is larger when the polysilicon layer is etched than when the SiO 2 layer is etched. For this reason, for example, as shown in FIG.
An interference light filter having a sharp characteristic at 04 nm is used. Although the optical filter 6 transmits light at a wavelength of 610 nm or less, the optical filter 6 has a wavelength of 610 nm due to the dichroic mirror 3.
Light below m is not reflected. Therefore, it is sufficient to dispose only the interference filter in front of the light receiving element 4 without using a color filter for blocking light of 610 nm or less in addition to the interference filter of FIG. A filter having such characteristics can be realized by using, for example, an interference filter in which about 10 dielectric thin films are deposited on a glass substrate. In this case, the thickness of the optical filter 6 is substantially equal to the glass substrate, and can be realized, for example, at about 1 mm. Further, it is not necessary to use another color filter on the optical filter in a superimposed manner. Since light transmitted only through the interference filter can be received by the light receiving element, the transmittance can be kept high. In this case, the optical filter 7 becomes unnecessary. When the optical filter 6 is replaced with a filter for detecting the presence or absence of a peak at 780 nm as shown in FIGS. 4A and 4B, for example, as shown in FIG.
It can be configured using a cut filter that transmits the above light. In this embodiment, there is no need to consider the level of wavelengths higher than this, because it is low.

【0015】さて図2に示すブロック図において、受光
素子4及び5の光は夫々プリアンプ11及び12によっ
て増幅され、アナログスイッチ13,14に導かれる。
プリアンプ11,12の出力はアナログスイッチ13,
14によりいずれか一方の出力が選択され、メインアン
プ15に導かれる。メインアンプ15は選択された出力
を増幅するものであり、その出力はピークホールド回路
(P/H回路)16に与えられる。又ピークホールド回
路16はCPU17からのパルスによってホールド/リ
セットされる。このピーク値はCPU17に与えられ
る。CPU17にはA/D変換部17a,平均値処理部
17b,D/A変換部17c,17d及び発振・分周部
17eを有しており、ピーク値はA/D変換部17aに
より一旦デジタル値に変換され、平均値処理部17bに
よって平均値処理が行われる。そして平均値処理後の受
光素子4及び5の夫々の平均値レベルが、D/A変換部
17c,17dを介してアナログ出力回路18及び19
に与えられる。発振・分周部17eはアナログスイッチ
13,14に交互にタイミング信号を与えると共に、所
定周期でホールド/リセットパルスをピークホールド回
路16に出力するものである。アナログ出力回路18,
19より出力されるアナログ信号を夫々S1及びS2と
する。アナログ信号S1,S2は信号処理部20の加算
器21,減算器22,比演算器23,割算器24に入力
される。加算器21はS1+S2、減算器22はS1−
S2を演算するものであり、比演算器23はS1/S2
を演算するものである。又割算器24は和と差の割算、
例えば(S1−S2)/(S1+S2)の演算又は和と
いずれか一方の割算、即ちS1/(S1+S2)の演
算、S2/(S1+S2)のいずれかの演算を行うもの
である。これらの出力はマルチプレクサ(MPX)25
によりいずれか1つの出力が選択され、比較器26に与
えられる。比較器26はマルチプレクサ25で選択され
た信号と閾値とを比較することによりエッチング終点検
出信号を出力するものである。又信号処理部20にはマ
ルチプレクサ25のいずれかの入力を選択するための演
算式選択部27が設けられている。
In the block diagram shown in FIG. 2, light from the light receiving elements 4 and 5 is amplified by preamplifiers 11 and 12, respectively, and guided to analog switches 13 and 14.
The outputs of the preamplifiers 11 and 12 are analog switches 13 and
One of the outputs is selected by 14 and guided to the main amplifier 15. The main amplifier 15 amplifies the selected output, and the output is supplied to a peak hold circuit (P / H circuit) 16. The peak hold circuit 16 is held / reset by a pulse from the CPU 17. This peak value is given to the CPU 17. The CPU 17 has an A / D conversion unit 17a, an average value processing unit 17b, D / A conversion units 17c and 17d, and an oscillation / frequency division unit 17e, and the peak value is temporarily converted to a digital value by the A / D conversion unit 17a. And the average value processing unit 17b performs the average value processing. Then, the average level of each of the light receiving elements 4 and 5 after the average value processing is output to the analog output circuits 18 and 19 via the D / A converters 17c and 17d.
Given to. The oscillating / frequency dividing unit 17e alternately supplies a timing signal to the analog switches 13 and 14 and outputs a hold / reset pulse to the peak hold circuit 16 at a predetermined cycle. Analog output circuit 18,
The analog signals output from 19 are S1 and S2, respectively. The analog signals S1 and S2 are input to an adder 21, a subtractor 22, a ratio calculator 23, and a divider 24 of the signal processing unit 20. The adder 21 is S1 + S2, and the subtractor 22 is S1-
S2 is calculated, and the ratio calculator 23 calculates S1 / S2
Is calculated. The divider 24 divides the sum and the difference,
For example, an operation of (S1−S2) / (S1 + S2) or a sum and one of the divisions, that is, an operation of S1 / (S1 + S2) or an operation of S2 / (S1 + S2) is performed. These outputs are connected to a multiplexer (MPX) 25
, One of the outputs is selected and given to the comparator 26. The comparator 26 outputs an etching end point detection signal by comparing the signal selected by the multiplexer 25 with a threshold value. The signal processing section 20 is provided with an arithmetic expression selecting section 27 for selecting any one of the inputs of the multiplexer 25.

【0016】このようなエッチング終点検出装置を用い
てエッチングの終了を検出する際には、光ファイバ1か
らの光をダイクロイックミラー3で分光し、受光素子4
及び5の双方に入光させる。図4に示すようにSiO2
層上のポリシリコンのエッチングの終了を検出するに
は、ポリシリコンからSiO2 層にエッチングが進んだ
ことからエッチングの終了を検出するため、光学フィル
タ6として前述したように704nmのピークを有する
干渉光フィルタを用いる。又他方の受光素子5にはこれ
より短い全波長の受光量を検出するため、光フィルタ7
は用いない。そしてアナログスイッチ13,14により
受光信号を交互に選択し、メインアンプ15によってそ
の出力を増幅し、ピークを保持して平均値演算処理を行
うことによって夫々のアナログ出力信号S1,S2を得
る。この場合には出力信号S1とS2の比又は割算によ
り容易にエッチングの終了を判別することができる。
When detecting the end of etching using such an etching end point detecting device, the light from the optical fiber 1 is split by the dichroic mirror 3 and
And 5 are incident. As shown in FIG. 4 SiO 2
In order to detect the end of the etching of the polysilicon on the layer, since the etching has been advanced from the polysilicon to the SiO 2 layer, the interference having the peak of 704 nm as the optical filter 6 as described above is used as the optical filter 6. An optical filter is used. The other light receiving element 5 has an optical filter 7 for detecting the light receiving amount of all shorter wavelengths.
Is not used. Then, the light receiving signals are alternately selected by the analog switches 13 and 14, the output thereof is amplified by the main amplifier 15, the peak value is held, and the average value calculation process is performed to obtain the respective analog output signals S1 and S2. In this case, the end of the etching can be easily determined by the ratio or the division of the output signals S1 and S2.

【0017】.この実施の形態ではSiO2 層上のポリ
シリコンのエッチング終了を検出するようにしたエッチ
ング終点検出装置について説明しているが、エッチング
の物質とガスの雰囲気により決定される固有のピーク波
長等の特徴点を把握し、これを検出できるように構成し
ておくことによって、他の物質や他のガスの雰囲気中に
おいてもエッチングの終了を検出することができる。例
えばSiO2 膜をFラジカルでエッチングする際には、
451nm,482nm,520nmを検出すればよ
い。アルミニウムの場合には306nm,394nm,
396nmを検出し、Si3 4 の場合には362n
m,674nm,388nm等のピークのレベルを検出
することによって、夫々エッチングの終了を検出するこ
とができる。この場合には夫々の波長を分離するダイク
ロイックミラー,光学フィルタを用いる。この光学フィ
ルタはダイクロイックミラーを介して得られる光のうち
エッチングの前後で変化の大きいスペクトルの波長を用
い、又エッチング終了前後で変化の大きい信号処理部の
演算式を用いることはいうまでもない。
[0017] In this embodiment, an etching end point detecting device that detects the end of etching of polysilicon on a SiO 2 layer is described. However, characteristics such as a unique peak wavelength determined by an etching substance and a gas atmosphere are described. By grasping the points and detecting them, it is possible to detect the end of the etching even in an atmosphere of another substance or another gas. For example, when etching a SiO 2 film with F radicals,
What is necessary is just to detect 451 nm, 482 nm, and 520 nm. In the case of aluminum, 306 nm, 394 nm,
396 nm, and 362n in the case of Si 3 N 4
The end of the etching can be detected by detecting the level of the peak at m, 674 nm, 388 nm or the like. In this case, a dichroic mirror and an optical filter for separating the respective wavelengths are used. It goes without saying that this optical filter uses the wavelength of the spectrum of the light obtained through the dichroic mirror, which has a large change before and after the etching, and also uses the arithmetic expression of the signal processing unit that changes greatly before and after the etching.

【0018】更に他のエッチング対象となる物質のエッ
チング終了を検出する場合にも、そのプラズマ発光スペ
クトルに基づいてフィルタ及びその演算式を選択するこ
とにより、種々の物質のエッチングの終了を検出するこ
とができる。
Further, when detecting the end of etching of another substance to be etched, the end of etching of various substances can be detected by selecting a filter and its arithmetic expression based on the plasma emission spectrum. Can be.

【0019】又本実施の形態ではエッチングの終了を検
出する装置について示しているが、エッチングの終了だ
けでなくプラズマ発光スペクトルに基づいてプラズマの
起動又は停止の有無を同様にして判別することも可能と
なる。又ガス中の放電を利用して容器中に設置した基板
の表面に薄膜を生成する陰極スパッタリング装置,プラ
ズマCDV装置,プラズマ重合装置,表面処理装置等も
半導体集積回路の製造工程に用いられている。このよう
な装置においてもプラズマの状態を監視することによっ
て、半導体上に薄膜を形成する際にその進行状態を知る
用途として用いることができる。
In this embodiment, an apparatus for detecting the end of etching is shown. However, not only the end of etching but also the start / stop of plasma can be similarly determined based on the plasma emission spectrum. Becomes In addition, a cathode sputtering device, a plasma CDV device, a plasma polymerization device, a surface treatment device, and the like, which generate a thin film on the surface of a substrate placed in a container by utilizing discharge in a gas, are also used in the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit. . By monitoring the state of the plasma also in such an apparatus, the apparatus can be used for knowing the progress of a thin film when forming a thin film on a semiconductor.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上詳細に説明したように本願の請求項
1の発明によれば、光学系にダイクロイックミラーを用
いているため、ダイクロイックミラーで透過又は反射さ
れた光を夫々受光素子で受光することにより、各受光素
子で受光することによってプラズマ状態の検出のための
波長を規定することができる。従ってハーフミラー等で
光が減衰することなくプラズマ状態の監視を行うことが
できる。又請求項2の発明によれば、この光学系を用い
て所定の波長の光のレベルの変化に基づいてドライエッ
チングの終了を検出することができる。更に請求項3の
発明では、第1,第2の受光素子の出力の平均値の和と
差,比及び和と差との割算値のいずれかに基づいて所定
の閾値と比較することによってエッチングの終了を検出
している。そのためエッチング対象となる物質や周囲の
ガスによって適切な演算式を選択することによって、種
々のエッチングの終了を検出することができるという効
果が得られる。
As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, since the dichroic mirror is used in the optical system, the light transmitted or reflected by the dichroic mirror is received by the light receiving element. Thus, the wavelength for detecting the plasma state can be defined by receiving light with each light receiving element. Therefore, the plasma state can be monitored without the light being attenuated by the half mirror or the like. According to the second aspect of the present invention, the end of dry etching can be detected based on a change in the level of light having a predetermined wavelength using this optical system. Further, in the invention according to claim 3, by comparing with a predetermined threshold value based on any one of the sum and difference of the average value of the outputs of the first and second light receiving elements, the ratio and the division value of the sum and difference. The end of etching is detected. Therefore, by selecting an appropriate arithmetic expression according to the substance to be etched or the surrounding gas, the effect of detecting the end of various types of etching can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態によるエッチング終点検出
装置の光学系部分を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an optical system portion of an etching end point detecting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】この実施の形態によるエッチング終点検出装置
の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an etching end point detecting device according to the embodiment.

【図3】この実施の形態によるダイクロイックミラーの
特性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing characteristics of a dichroic mirror according to the embodiment.

【図4】(a)はポリシリコンエッチング時のプラズマ
光の発光スペクトル、(b)はSiO2 のエッチング時
のプラズマの発光スペクトルである。
4A is an emission spectrum of plasma light at the time of etching polysilicon, and FIG. 4B is an emission spectrum of plasma at the time of etching SiO 2 .

【図5】この実施の形態による光学フィルタの特性の一
例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of characteristics of the optical filter according to the embodiment.

【図6】本発明の他の実施の形態による光学フィルタの
特性の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of characteristics of an optical filter according to another embodiment of the present invention.

【図7】従来のドライエッチング終点検出装置に用いら
れる光学フィルタの一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of an optical filter used in a conventional dry etching end point detecting device.

【符号の説明】 1 光ファイバ 2 レンズ 3 ダイクロイックミラー 4 第1の光学素子 5 第2の光学素子 6,7 光学フィルタ 11,12 プリアンプ 13,14 アナログスイッチ 15 メインアンプ 16 ピークホールド回路 17 CPU 17a A/D変換部 17b 平均値処理部 17c,17d D/A変換部 17e 発振・分周部 18,19 アナログ出力回路 20 信号処理部 21 加算器 22 減算器 23 比演算器 24 割算器 25 マルチプレクサ 26 比較器 27 演算式選択部[Description of Signs] 1 Optical fiber 2 Lens 3 Dichroic mirror 4 First optical element 5 Second optical element 6,7 Optical filter 11,12 Preamplifier 13,14 Analog switch 15 Main amplifier 16 Peak hold circuit 17 CPU 17a A / D converter 17b Average value processor 17c, 17d D / A converter 17e Oscillator / divider 18, 19 Analog output circuit 20 Signal processor 21 Adder 22 Subtractor 23 Ratio calculator 24 Divider 25 Multiplexer 26 Comparator 27 Operation expression selection section

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ光を導き、その発光波長の一部
を透過させるダイクロイックミラーと、 前記ダイクロイックミラーによって反射された光を受光
する第1の受光素子と、 前記ダイクロイックミラーを透過した光を受光する第2
の受光素子と、 前記第1,第2の受光素子の少なくとも一方の前面に設
けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタと、を
具備することを特徴とするプラズマ光分光装置。
1. A dichroic mirror for guiding plasma light and transmitting a part of an emission wavelength thereof, a first light receiving element for receiving light reflected by the dichroic mirror, and receiving light transmitted through the dichroic mirror. Second
And a light filter provided on at least one of the front surfaces of the first and second light receiving elements and transmitting light of a predetermined wavelength.
【請求項2】 プラズマ光を導き、その発光波長の一部
を透過させるダイクロイックミラーと、 前記ダイクロイックミラーによって反射された光を受光
する第1の受光素子と、 前記ダイクロイックミラーを透過した光を受光する第2
の受光素子と、 前記第1,第2の受光素子の少なくとも一方の前面に設
けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタと、 前記第1,第2の受光素子の出力に基づいてエッチング
の終了に伴う発光スペクトルの変化を検出する信号処理
手段と、を具備することを特徴とするドライエッチング
終点検出装置。
2. A dichroic mirror for guiding plasma light and transmitting a part of the emission wavelength thereof, a first light receiving element for receiving light reflected by the dichroic mirror, and receiving light transmitted through the dichroic mirror. Second
A light-receiving element, an optical filter provided on at least one of the front surfaces of the first and second light-receiving elements, and transmitting light of a predetermined wavelength, and etching based on an output of the first and second light-receiving elements. And a signal processing means for detecting a change in the emission spectrum accompanying the end of the dry etching.
【請求項3】 前記信号処理手段は、 前記第1,第2の受光素子のレベルを平均化処理する平
均処理手段と、 前記第1,第2の出力の加算値を算出する加算手段と、 前記第1,第2の受光素子の出力を減算する減算手段
と、 前記第1,第2の受光素子の出力比を算出する比演算手
段と、 前記第1,第2の受光素子の出力の和に対する差又はい
ずれか一方の出力を演算する割算手段と、 前記加算手段,減算手段,比演算手段及び割算手段のう
ち選択されたいずれか一つの出力と所定の閾値レベルと
を比較する比較手段とを有し、前記比較手段の出力に基
づいてエッチングの終点を検出することを特徴とする請
求項2記載のドライエッチング終点検出装置。
3. An averaging means for averaging levels of the first and second light receiving elements; an adding means for calculating an added value of the first and second outputs; Subtracting means for subtracting the output of the first and second light receiving elements; ratio calculating means for calculating the output ratio of the first and second light receiving elements; and calculating the output of the first and second light receiving elements. Dividing means for calculating a difference with respect to the sum or any one of the outputs; and comparing one of the outputs selected from the adding means, the subtracting means, the ratio calculating means and the dividing means with a predetermined threshold level. 3. The dry etching end point detecting device according to claim 2, further comprising a comparing unit, wherein an end point of the etching is detected based on an output of the comparing unit.
JP10010957A 1998-01-23 1998-01-23 Plasma optical spectrophotometer and dry etching final point detection device thereof Pending JPH11214360A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018146299A (en) * 2017-03-02 2018-09-20 株式会社トプコン Surveying instrument

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