(57)【要約】【課題】  光の強度低下に対する処置を容易にした終点検出装置及びドライエッチング装置を提供する。【解決手段】  密閉可能なチャンバ１０を有するドライエッチング装置１００の当該チャンバ１０内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、チャンバ１０の壁部に設けられた検出窓３０と、チャンバ１０の外側から検出窓３０を通してその内側へ光を投射するために当該チャンバ１０の該外側に配置された発光部５０と、チャンバ１０の内側から検出窓３０を通してその外側へ反射してくる光を検出するために当該チャンバ１０の該外側に配置された検出部６０と、検出部６０で得られる光の強度が最適値となるときの当該検出部６０及び発光部５０のそれぞれの配置位置を探索し、探し当てた配置位置に検出部６０と発光部５０とをそれぞれ移動させるコントローラ７０と、を備えたものである。【選択図】  図１
2006196578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、
前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、
前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ出てくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、
前記検出手段で得られる前記光の強度が基準値以上となるときの当該検出手段の配置位置を探索し、探し当てた前記配置位置に前記検出手段を移動させる検出位置制御手段と、を備えたことを特徴とする終点検出装置。
【請求項２】
密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、
前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、
前記チャンバの外側から前記検出窓を通してその内側へ光を投射するために当該チャンバの該外側に配置された光源手段と、
前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ反射してくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、
前記検出手段で得られる前記光の強度が基準値以上となるときの前記光源手段の配置位置を探索し、探し当てた前記配置位置に前記光源手段を移動させる光源位置制御手段と、を備えたことを特徴とする終点検出装置。
【請求項３】
密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、
前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、
前記チャンバの外側から前記検出窓を通してその内側へ光を投射するために当該チャンバの該外側に配置された光源手段と、
前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ反射してくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、
前記検出手段で得られる前記光の強度が基準値以上となるときの当該検出手段及び前記光源手段のそれぞれの配置位置を探索し、探し当てた前記配置位置に前記検出手段と前記光源手段とをそれぞれ移動させる位置制御手段と、を備えたことを特徴とする終点検出装置。
【請求項４】
密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、
前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、
前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ出てくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、
前記検出手段と前記検出窓との間に設けられて前記光の進行方向を修正する光路修正手段と、を備えたことを特徴とする終点検出装置。
【請求項５】
密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、
前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、
前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ出てくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、
前記検出手段から反れた前記光を前記検出手段に向けて反射させる反射手段と、を備えたことを特徴とする終点検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の終点検出装置を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、終点検出装置及びドライエッチング装置に関し、特に、チャンバ内でのプラズマ発光や、ウエーハ表面からの干渉光を検出することで、エッチングプロセスの終点を検出する終点検出装置において、光の強度低下に対する処置を容易にした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５（Ａ）は、従来例に係るドライエッチング装置４００の構成例を示す概念図である。このドライエッチング装置４００は、チャンバ４１０内部にプラズマ雰囲気を形成して、ウエーハＷ表面のシリコンや、ポリシリコン、シリコン酸化膜、又はシリコン窒化膜等をエッチングする装置である。
図５（Ａ）に示すように、このドライエッチング装置４００は、チャンバ４１０と、このチャンバ４１０内でウエーハＷを支持するためのステージ４２０と、検出窓４３０と、反射鏡４４０と、発光部４５０と、検出部４６０とを含んだ構成となっている。
【０００３】
このドライエッチング装置４００では、そのエッチングプロセスの終点を検出するために、発光部４５０から光が発せられ、この光は反射鏡４４０で検出窓４３０方向に反射し、検出窓４３０を通ってウエーハＷ表面に入射する。そして、この光はウエーハＷ表面で反射し、検出窓４３０を通ってその上方にある検出部４６０に到達するようになっている。
【０００４】
また、この種の従来技術として、例えば特許文献１の図５に開示されたものがある。即ち、特許文献１にあっては、検出窓（光学窓）の形状を粗面にすること、及び、検出窓の取り付け位置をチャンバ上面から離れた位置に設定することで、検出部で検出される光の強度低下を防止するようになっている。
【特許文献１】特表２００３−５１０８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来例に係るドライエッチング装置によれば、検出窓４３０がチャンバ４１０の内部に露出した構造となっている。このため、図５（Ｂ）に示すように、検出窓４３０のチャンバ４１０の内部に面した表面は、プラズマ化されたエッチングガスによってエッチングされてしまい、エッチング時間の累積に伴って、検出部４６０で検出される光の強度が低下する現象（以下、「光の強度低下現象」という。）があった。
【０００６】
従来例では、このような光の強度低下現象に対して、作業者が発光部４５０や、検出部４６０の配置位置を小まめに調整することで対処していたが、その調整には手間がかかるという問題があった。さらに、上記位置調整でも対処できない場合には検出窓４３０を新品に交換するしかなく、その交換サイクルが短かった。
本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、光の強度低下に対する処置を容易にした終点検出装置及びドライエッチング装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の終点検出装置は、密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ出てくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、前記検出手段で得られる前記光の強度が基準値以上となるときの当該検出手段の配置位置を探索し、探し当てた前記配置位置に前記検出手段を移動させる検出位置制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、「チャンバの内側から検出窓を通してその外側へ出てくる光」とは、例えば、チャンバ内のプラズマ発光（即ち、プラズマによって生成された発光）や、ウエーハ表面の干渉光（即ち、ウエーハ表面における反射層の差異から干渉しあう光）等である。このような光は、エッチングの終点時に波長や、その波長における強さ、干渉パターン等が変化する。また、「検出手段」は、例えば、フォトダイオード、分光計、またはＣＣＤカメラに結合されたバンドパスフィルタ等である。さらに、「基準値」とは、例えばフォトダイオードにおいて、光電変換が行われるのに必要な最小限の光の強度値である。この値は、フォトダイオードの種類によってそれぞれ異なる。また、上記配置位置の探索と、探し当てた配置位置への検出手段の移動は、例えばモニターウエーハまたはプロダクションウエーハに対するエッチング処理時に行う。
発明１の終点検出装置によれば、検出手段の位置調整を自動で行うことができるので、作業者の上記位置調整に係る手間を低減することができる。
【０００９】
〔発明２〕  発明２の終点検出装置は、密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、前記チャンバの外側から前記検出窓を通してその内側へ光を投射するために当該チャンバの該外側に配置された光源手段と、前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ反射してくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、前記検出手段で得られる前記光の強度が基準値以上となるときの前記光源手段の配置位置を探索し、探し当てた前記配置位置に前記光源手段を移動させる光源位置制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、上記配置位置の探索と、探し当てた配置位置への光源手段の移動は、例えばモニターウエーハまたはプロダクションウエーハに対するエッチング処理時に行う。
発明２の終点検出装置によれば、光源手段の位置調整を自動で行うことができるので、作業者の上記位置調整に係る手間を低減することができる。
【００１１】
〔発明３〕  発明３の終点検出装置は、密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、前記チャンバの外側から前記検出窓を通してその内側へ光を投射するために当該チャンバの該外側に配置された光源手段と、前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ反射してくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、前記検出手段で得られる前記光の強度が基準値以上となるときの当該検出手段及び前記光源手段のそれぞれの配置位置を探索し、探し当てた前記配置位置に前記検出手段と前記光源手段とをそれぞれ移動させる位置制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
このような構成であれば、検出手段と光源手段のそれぞれの位置調整を自動で行うことができるので、作業者の上記位置調整に係る手間を低減することができる。
【００１２】
〔発明４〕  発明４の終点検出装置は、密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ出てくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、前記検出手段と前記検出窓との間に設けられて前記光の進行方向を修正する光路修正手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、光路修正手段としては、例えば、水や、溶液又はガス等を透明な容器に封入した封入体等が挙げられる。被封入材に溶液を選択した場合にはその溶質や溶媒の種類を変えることで、封入体の屈折率を変えることができ、光の進行方向を修正することが可能である。また、被封入材に水、溶液、ガスの何れを選択した場合、その容量（封入体の厚さ）を変えることで光路長を変えることができ、光の進行方向を修正することが可能である。
【００１４】
発明４の終点検出装置によれば、エッチングの進行によって、検出窓の光学特性が変動した場合でも、検出窓を通った後の光の進行方向を光路修正手段で修正することによって、この光を検出手段に到達させることが可能である。従って、検出手段の位置調整に係る作業者の手間を低減することができる。
【００１５】
〔発明５〕  発明５の終点検出装置は、密閉可能なチャンバを有するドライエッチング装置の当該チャンバ内でのエッチング処理の終点を検出する終点検出装置であって、前記チャンバの壁部に設けられた検出窓と、前記チャンバの内側から前記検出窓を通してその外側へ出てくる光を検出するために当該チャンバの該外側に配置された検出手段と、前記検出手段から反れた前記光を前記検出手段に向けて反射させる反射手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
ここで、反射手段は、例えば、チャンバの外側であって、検出窓と検出手段とを結ぶ光路の延長線上に設けられた半円鏡である。
発明５の終点検出装置によれば、検出窓を通って出てきた光が検出手段から反れる方向に散乱している場合でも、この反れる方向に散乱した光（散乱光）を検出手段に集めることが可能である。従って、従来例と比べて、光の回収効率を高めることができ、検出窓の交換頻度を少なくすることが可能である。これにより、例えば、検出窓自体の購入コストを減らすことができる。また、検出窓の交換に伴うドライエッチング装置の停止時間を減らすことができるので、その生産能力の向上に貢献することができる。
【００１７】
〔発明６〕  発明６のドライエッチング装置は、発明１から発明５の何れか一の終点検出装置を備えたことを特徴とするものである。
このような構成であれば、発明１から発明５の何れか一の終点検出装置が応用されるので、光の強度低下に対する処置が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る終点検出装置及びドライエッチング装置１００について説明する
（１）第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態に係るドライエッチング装置１００の構成例を示す概念図である。このドライエッチング装置１００は、半導体装置の前工程で、シリコンや、ポリシリコン、シリコン酸化膜をプラズマ雰囲気中でエッチングする装置である。図１に示すように、このドライエッチング装置１００は、密閉可能なチャンバ１０と、ウエーハＷを支持するためのステージ２０と、検出窓３０と、反射鏡４０と、発光部５０と、検出部６０と、コントローラ７０とを含んだ構成となっている。
【００１９】
検出窓３０はチャンバ１０の上方壁部に設けられている。この検出窓３０は、チャンバ１０の内側から外側との間を貫通する開口部に、サファイヤガラスがはめ込まれた構造となっている。発光部５０は、光をチャンバ１０内に投射するものであり、チャンバ１０の外側に配置されている。この発光部５０は、コントローラ７０の制御下でその位置を調整することが可能となっている。反射鏡４０は、チャンバ１０の外側であって、検出窓３０の近くに設けられている。この反射鏡４０は、検出窓３０の表面を通る垂線に対して例えば４５゜の傾きを持った状態で配置されている。この反射鏡４０によって、発光部５０から投射される光は検出窓３０側に反射される。
【００２０】
検出部６０は、チャンバ１０の内側から検出窓３０を通してその外側へ反射してくる光を検出するものである。この検出部６０は、フォトダイオード、分光計、またはＣＣＤカメラに結合されたバンドパスフィルタ等である。この検出部６０は、コントローラ７０の制御下でその位置を調整することが可能となっている。
コントローラ７０は、ドライエッチング装置１００の終点検出を含む処理動作全てを制御する装置であり、例えばＣＰＵとメモリ等から構成されている。このコントローラ７０は、検出部６０で得られる光の強度がその検出に最適な値（この最適な値は、少なくとも、光電変換に必要な最小限の強度値以上の値である。）となるときのそれぞれの配置位置を探索し、探し当てた配置位置に検出部６０と発光部５０とをそれぞれ移動させる機能を有する。このコントローラ７０は、チャンバ１０の外側に配置されており、例えば信号線を介して検出部６０や、発光部５０等にそれぞれ接続している。
【００２１】
このドライエッチング装置１００では、チャンバ１０の上方壁部に設けられた検出窓３０と、反射鏡４０と、発光部５０と、検出部６０と、コントローラ７０とによって、終点検出装置が構成されている。
このドライエッチング装置１００も、従来例で示したドライエッチング装置４００（図５（Ａ）及び（Ｂ）参照。）と同様に、検出窓３０がチャンバ１０内部に露出した構造となっている。そのため、検出窓３０のチャンバ１０内部に面した表面は、プラズマ化されたエッチングガスによってエッチングされてしまい、エッチング時間の累積に伴って、光の強度低下現象が顕著となる。
【００２２】
このような光の強度低下現象に対応するため、このドライエッチング装置１００では、例えばモニターウエーハまたはプロダクションウエーハに対するプラズマエッチング時に、発光部５０と、検出部６０について、それぞれ位置調整を行う。次に、これら発光部５０と、検出部６０の位置調整の手順について説明する。
図２は、終点検出装置における発光部５０と、検出部６０のそれぞれの位置調整の手順を示すフローチャートである。
【００２３】
まず始めに、図２のステップＳ１では、コントローラ７０の制御下で発光部５０から光を投射させる。すると、発光部５０から出た光は、反射鏡４０で９０゜曲がる方向に反射して検出窓３０方向に進み、検出窓３０を通ってチャンバ１０内に入る。次に、チャンバ１０内に入った光（入射光）は、ステージ２０上のウエーハＷ表面で反射する。そして、反射した光（反射光）は、チャンバ１０の内側から検出窓３０を通ってその外側に配置された検出部６０に到達する。
【００２４】
検出部６０は、この光を光電変換し、その変換後の電気信号をコントローラ７０に送信する。コントローラ７０は、この検出部６０から送られてきた電気信号に基づいて、検出部６０に到達した光がエッチングの終点検出を行うに十分な強度を有するか否か（即ち、光の強度低下が有るか無いか）を判断する。光の強度が十分である場合（即ち、光の強度低下が無い場合）には、発光部５０や、検出部６０の位置調整は不要である。従って、図２のフローチャートを終了する。
【００２５】
一方、光の強度が十分でない場合（即ち、光の強度低下が有る場合）には、図２のステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、コントローラ７０の制御下で、発光部５０と検出部６０とをそれぞれの可動範囲内で移動させる。このような可動範囲内での移動動作を一定時間繰り返して行い、この間、検出部６０で検出される光の強度が最適となるときの、検出部６０と発光部５０のそれぞれの配置位置（以下、「最適位置」という。）を探索する。この探索では、発光部５０からの光を連続して投射させる。また、検出部６０では、光電変換を常時行い、その光電変換により得られる電気信号をコントローラ７０に送信する。
【００２６】
ステップＳ３では、この検出部６０から送られてきた信号に基づいて、検出部６０と発光部５０のそれぞれの最適位置を決定する。ここで、最適位置とは、例えば光の強度が最も大きくなるときの、検出部６０と発光部５０のそれぞれの配置位置である。そして、検出部６０と発光部５０とをそれぞれ最適位置に移動させ、図２のフローチャートを終了する。
【００２７】
このように、本発明の第１実施形態に係るドライエッチング装置１００によれば、検出部６０で検出される光の強度をコントローラ７０にフィードバックする。そして、コントローラ７０はこのフィードバックされた結果に基づいて、検出部６０と発光部５０のそれぞれの最適位置を探索する。
このような構成であれば、検出部６０と発光部５０のそれぞれの配置位置を自動調整することができるので、作業者の上記位置調整に係る手間を低減することができる。また、上記自動調整により、ドライエッチング装置１００における製品処理の中断時間を減少させることが可能であり、その生産能力の向上を期待することができる。
【００２８】
この第１実施形態では、発光部５０が本発明の「光源手段」に対応し、検出部６０が本発明の「検出手段」に対応している。また、コントローラ７０が本発明の「位置制御手段」、「検出位置制御手段」、「光源位置検出手段」にそれぞれ対応している。
【００２９】
（２）第２実施形態
図３は本発明の第２実施形態に係るドライエッチング装置２００の構成例を示す概念図である。図３において、図１に示したドライエッチング装置１００と同一の構成を有する部分には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
図３に示すように、このドライエッチング装置２００では、チャンバ１０の上方壁部に設けられた検出窓３０と、反射鏡４０と、発光部５０と、検出部６０と、コントローラ７０と、光路修正装置８０とによって、終点検出装置が構成されている。
光路修正装置８０は、検出部６０と検出窓３０との間に設けられており、チャンバ１０の内側から検出窓３０を通ってその外側へ出てきた光の進行方向を修正するものである。
【００３１】
この光路修正装置８０は、例えば、水や、溶液又はガス等を透明な容器に封入した封入体である。被封入材に溶液を選択した場合にはその溶質や溶媒の種類を変えることで、封入体の屈折率を変えることができ、光の進行方向を修正することが可能である。また、被封入材に水、溶液、ガスの何れかを選択した場合、その容量（封入体の厚さ）を変えることで光路長が変え、光の進行方向を修正することが可能である。
【００３２】
このドライエッチング装置２００では、検出窓３０を新品に交換してからのエッチングの累積時間と、光の進行方向の変化との関係を実験等を通して求めておく。次に、この実験結果に基づいて、上記光の進行方向の変化をキャンセルするような屈折率の異なる複数の封入体を用意する。そして、上記実験の履歴から、エッチングの累積時間に対する各封入体の交換のタイミングを決めておく。
【００３３】
このような構成であれば、エッチングの進行によって、検出窓３０の光学特性（屈折率等）が変動した場合でも、検出窓３０を通った後の光の進行方向を光路修正装置８０で修正し、この光を検出部６０に到達させることが可能である。従って、検出部６０の位置調整に係る作業者の手間を低減することができる。
また、検出窓３０自体のエッチングを止めることはできないが、光路修正装置８０を組み合わせて使用することにより、従来技術では使用できない程度までエッチングされた検出窓３０をその後も引き続き使用することが可能である。これにより、検出窓３０のロングライフ化が可能である。
【００３４】
この第２実施形態では、光路検出装置８０が本発明の「光路修正手段」に対応している。その他の対応関係は、第１実施形態と同様である。
なお、この第２実施形態では、光路修正装置８０が、例えば、水や、溶液又はガス等を透明な容器に封入した封入体である場合について説明した。しかしながら、光路修正装置８０は、これに限られることはない。例えば、検出窓３０と同素材であるサファイヤガラス製のプレートでも良い。このように検出窓３０と同素材であるプレートを用いる場合には、厚さを変えることで、その光路長を変えることができる。従って、厚さの異なる（つまり、光路長の異なる）プレートを複数枚用意しておき、エッチングの累積時間に合わせてこれらプレートを入れ替えすることで、封入体の場合と同様に、光の進行方向を修正することが可能である。
【００３５】
（３）第３実施形態
図４は本発明の第３実施形態に係るドライエッチング装置３００の構成例を示す概念図である。図４において、図１に示したドライエッチング装置１００と同一の構成を有する部分には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
図４に示すように、このドライエッチング装置３００では、チャンバ１０の上方壁部に設けられた検出窓３０と、反射鏡４０と、発光部５０と、検出部６０と、半円鏡９０とによって、終点検出装置が構成されている。
図４に示すように、半円鏡９０は、チャンバ１０の外側であって、検出窓３０と検出部６０とを結ぶ光路の延長線上に設けられている。この半円鏡９０は、検出部６０と向かい合う面側に、回転放物面（即ち、放物線をその軸のまわりに回転して得られる曲面）状の鏡面を備えており、この鏡面で検出部６０から反れた光を検出部６０に向けて反射させるものである。
【００３７】
このような構成であれば、検出窓３０を通って出てきた光が検出部６０から反れる方向に散乱している場合でも、この反れる方向に散乱した光（散乱光）を検出部６０に集めることが可能である。従って、従来例と比べて、光の回収効率を高めることができ、検出窓３０の交換頻度を少なくすることが可能である。これにより、例えば、検出窓３０のロングライフ化が可能であり、検出窓３０自体の購入コストを減らすことができる。また、検出窓３０の交換に伴うドライエッチング装置の停止時間を減らすことができるので、その生産能力の向上に貢献することができる。
【００３８】
この第３実施形態では、半円鏡９０が本発明の「反射手段」に対応している。その他の対応関係は、第１実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施形態に係るドライエッチング装置１００の構成例を示す図。
【図２】発光部５０と検出部６０のそれぞれの位置調整の手順を示すフローチャート。
【図３】第２実施形態に係るドライエッチング装置２００の構成例を示す図。
【図４】第３実施形態に係るドライエッチング装置３００の構成例を示す図。
【図５】従来例に係るドライエッチング装置４００の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１０  チャンバ、２０  ステージ、３０  検出窓、４０  反射鏡、５０  発光部、６０検出部、７０  コントローラ、８０  光路修正装置、９０  半円鏡、１００，２００，３００  ドライエッチング装置、Ｗ  ウエーハ
【図１】
2006196578.tif 000003
【図２】
2006196578.tif 000004
【図３】
2006196578.tif 000005
【図４】
2006196578.tif 000006
【図５】
2006196578.tif 000007