(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理物の厚みの途中でプラズマエッチング処理を終了させるプラズマ処理方法であって、
ガスから生成された反応生成物により、前記処理物をエッチングする工程と、  
前記処理物をエッチングしている際に、プラズマ処理空間において発生した特定の波長の光の発光強度を求める工程と、
前記求められた発光強度と、予めエッチング処理を同じ条件で連続して行うことで求められた前記特定の波長の光の発光強度とエッチング量から算出したエッチングレートとの間における相関関係と、からエッチングレートを求める工程と、
前記求められたエッチングレートに基づいて、前記エッチングの終点検出を行う工程と、
を備えたプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記処理物は、酸化シリコンを主成分として含み、
前記ガスは、フッ素原子を含む請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記特定の波長は、フッ素のピーク波長、水素のピーク波長、酸素のピーク波長、およびフッ化珪素のピーク波長のいずれかである請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記特定の波長の光の発光強度を求める工程において、複数の時点における前記発光強度を求め、
前記エッチングレートを求める工程において、前記求められた複数の時点における発光強度の平均値と、前記相関関係と、から前記エッチングレートを求める請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記終点検出を行う工程において、
前記求められたエッチングレートと、所望のエッチング量と、からエッチング時間を求め、
前記処理物をエッチングする工程におけるエッチング処理の経過時間が、前記求められたエッチング時間に達した時点を前記エッチング処理の終点とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記特定の波長の光の発光強度を求める工程において、所定の時点における前記発光強度を求め、
前記エッチングレートを求める工程において、前記求められた発光強度と、前記相関関係と、からエッチングレートを求め、
前記終点検出を行う工程において、
前記求められたエッチングレートと、前記所定の時点までの時間と、からエッチング量を求め、
前記エッチング量が、所望のエッチング量に達した場合には、前記所定の時点をエッチング処理の終点とし、
前記エッチング量が、前記所望のエッチング量に達しない場合には、前記所定の時点から所定の時間経過後に、前記特定の波長の光の発光強度を求める工程により再度求められた前記発光強度に基づいて、前記エッチング量を再度求める請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、酸化シリコンを主成分として含む処理物を載置する載置部と、
前記処理容器の内部を減圧する減圧部と、
前記処理容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記処理容器の内部に、フッ素原子を含むガスを供給するガス供給部と、
前記処理物をエッチングしている際に、前記処理容器の内部において発生した特定の波長の光の発光強度を検出する検出部と、
前記検出された発光強度と、予めエッチング処理を同じ条件で連続して行うことで求められた前記特定の波長の光の発光強度とエッチング量から算出したエッチングレートとの間における相関関係と、からエッチングレートを演算し、前記演算されたエッチングレートに基づいて、前記エッチングの終点の時期を演算する制御部と、
を備えたプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記特定の波長は、フッ素のピーク波長、水素のピーク波長、酸素のピーク波長、およびフッ化珪素のピーク波長のいずれかである請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記検出部は、複数の時点における前記発光強度を検出し、
前記制御部は、前記検出された複数の時点における発光強度の平均値と、前記相関関係と、から前記エッチングレートを演算する請求項７または８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記演算されたエッチングレートと、所望のエッチング量と、からエッチング時間を演算し、エッチング処理の経過時間が、前記演算されたエッチング時間に達した時点を前記エッチング処理の終点とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記検出部は、所定の時点における前記発光強度を検出し、
前記制御部は、
前記検出された発光強度と、前記相関関係と、からエッチングレートを演算し、
前記演算されたエッチングレートと、前記所定の時点までの時間と、からエッチング
量を演算し、
前記エッチング量が、所望のエッチング量に達した場合には、前記所定の時点をエッ
チング処理の終点とし、
前記エッチング量が、前記所望のエッチング量に達しない場合には、前記所定の時点か
ら所定の時間経過後に、前記検出部により再度検出された前記発光強度に基づいて、前記
エッチング量を再度演算する請求項７または８に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置やフォトマスクなどの微細構造体の製造においては、複数の層が積層された基板にプラズマエッチング処理（ドライエッチング処理）が施される。一般的に、積層方向に隣接する層は、材料が異なるものとなる。そのため、上側の層が除去された際には、プラズマ処理空間の内部において発生する光の発光スペクトルが変化する。そこで、発光スペクトルの変化を検出することで、エッチング処理の終点を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
ところが、基板が単一の材料から形成されていたり、一つの層の厚みの途中でプラズマエッチング処理を終了させたりする場合には、処理終了前後において、発光スペクトルの変化量が少なくなる。そのため、この様な場合には、発光スペクトルの変化に基づく終点検出を行うことができない。  
そこで、発光スペクトルの変化量が少ない場合であっても終点検出を行うことができるプラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−３６０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、発光スペクトルの変化量が少ない場合であっても終点検出を行うことができるプラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係るプラズマ処理方法は、処理物の厚みの途中でプラズマエッチング処理を終了させるをエッチングするプラズマ処理方法である。  
プラズマ処理方法は、ガスから生成された反応生成物により、前記処理物をエッチングする工程と、前記処理物をエッチングしている際に、プラズマ処理空間において発生した特定の波長の光の発光強度を求める工程と、前記求められた発光強度と、予めエッチング処理を同じ条件で連続して行うことで求められた前記特定の波長の光の発光強度とエッチング量から算出したエッチングレートとの間における相関関係と、からエッチングレートを求める工程と、前記求められたエッチングレートに基づいて、前記エッチングの終点検出を行う工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、発光スペクトルの変化量が少ない場合であっても終点検出を行うことができるプラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】処理物１００が石英ガラス基板であり、石英ガラス基板の厚みの途中までエッチング処理を行う場合における処理物１００のエッチング時間と、発光強度との関係を例示するためのグラフ図である。
【図２】処理物１００の番号と、エッチング深さとの関係を例示するためのグラフ図である。
【図３】各処理物１００毎の、フッ素のピーク波長（７０３．７ｎｍ）における発光強度と、エッチングレートとの関係を表したグラフ図である。
【図４】各処理物１００毎の、水素のピーク波長（６５６．５ｎｍ）における発光強度と、エッチングレートとの関係を表したグラフ図である。
【図５】各処理物１００毎の、酸素およびフッ化珪素のピーク波長における発光強度と、エッチングレートとの関係を表したグラフ図である。
【図６】第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）  
第１の実施形態に係るプラズマ処理方法は、例えば、以下のようにして行うことができる。  
まず、プラズマにより、フッ素原子を含むガスを励起、活性化させて反応生成物を生成する。  
なお、プラズマ処理に使用するガスは、フッ素原子を含むガスと他の原子を含むガスとの混合ガスであってもよい。例えば、不活性ガスやヘリウム、アルゴンなどとの混合ガスであってもよい。
フッ素原子を含むガスは、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８などとすることができる。
反応生成物は、ラジカル（中性活性種）、イオン、電子などである。ラジカルは、例えば、フッ素ラジカルなどである。  
この場合、ラジカルは化学的なエッチング（等方性エッチング）に寄与し、イオンは物理的なエッチング（異方性エッチング）に寄与する。
【００１１】
次に、生成された反応生成物は、プラズマ処理空間（例えば、後述するプラズマ処理空間２２）の内部を下降して、処理物１００の表面に到達する。  
処理物１００の表面には、開口部を有し、エッチングされる際にマスクとなる膜が形成されており、マスクとなる膜の開口部から露出した処理物１００の表面に対してエッチング処理が行われる。
処理物１００は、単一の材料から形成されていたり、一つの層の厚みの途中でエッチングを停止されるものとすることができる。
また、処理物１００は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を主成分として含む。  
処理物１００は、例えば、石英ガラス基板などとすることができる。  
処理物１００は、例えば、インプリント法に用いられるテンプレートを製造する際や、レベンソン型位相シフトマスクを製造する際などに用いられる石英ガラス基板とすることができる。ただし、処理物１００から形成されるものは、テンプレートやレベンソン型位相シフトマスクなどに限定されるわけではない。
あるいは、処理物１００は、シリコン（Ｓｉ）を主成分として含み、例えば、トレンチ孔が形成される半導体ウェーハとすることができる。
【００１２】
次に、処理物１００の表面に到達した反応生成物により、処理物１００の表面がエッチングされる。  
次に、終点検出を行いエッチング処理を終了させる。
【００１３】
ここで、処理物１００が石英ガラス基板のように単一の材料から形成されていたり、一つの層の厚みの途中でエッチング処理を終了させたりする場合には、発光スペクトルの変化に基づく終点検出を行うことができないという問題がある。
【００１４】
図１は、処理物１００が石英ガラス基板であり、石英ガラス基板の厚みの途中までエッチング処理を行う場合における処理物１００のエッチング時間と、発光強度との関係を例示するためのグラフ図である。  
なお、図１における発光強度は、エッチング開始から終了までの、プラズマ発光中のフッ素原子から発生する光のピーク波長における発光強度である。なお、ピーク波長とは、各原子の発光スペクトルにおいて最も強い発光強度を示す波長を指す。  
図１から分かるように、任意の処理物１００のエッチング処理中においては、発光強度の変化量は少ないものとなる。  
なお、任意の処理物１００のエッチング処理中においては、水素原子から発生する光のピーク波長における発光強度、酸素原子から発生する光のピーク波長における発光強度、およびフッ化珪素（ＳｉＦ）から発生する光のピーク波長における発光強度も変化量が少ないものとなる。  
これは、処理物１００が単一の材料から形成されていたり、一つの層の厚みの途中でエッチング処理を終了させたりする場合にも同じ傾向が見られる。
そのため、処理物１００が単一の材料から形成されていたり、一つの層の厚みの途中でエッチング処理を終了させたりする場合には、発光スペクトル（発光強度）の変化に基づく終点検出を行うことができない。
【００１５】
またさらに、酸化シリコンを主成分として含む処理物を、同じ処理容器内で連続してエッチング処理する場合には、処理した処理物１００の数が多くなるにつれ、エッチング量が少なくなる（エッチングレートが低下する）という問題がある。
なお、「連続してエッチング処理を行う」とは、同じ処理容器内で複数の処理物に対して所定時間以内の時間間隔でエッチング処理を行うことを指す。所定時間とは、処理容器の内部温度が、連続処理を始める最初の処理物１００を処理するときの温度まで変化する程度の時間であり、例えば２時間程度である。
【００１６】
図２は、処理物１００の番号と、エッチング深さとの関係を例示するためのグラフ図である。処理物１００の番号は、複数の処理物に対して連続して処理を行ったときのＮ番目の番号を示すものである。  
図２から分かるように、連続処理した処理物１００の数が多くなるにつれ、エッチング深さ、すなわちエッチング量が少なくなる。  
このことは、エッチング工程において、エッチングレートが変動することを意味する。
【００１７】
エッチングレートの変動は、主に、処理容器２の内部温度の変化や、処理物１００や処理容器２の内壁などに付着した反応生成物の量の変化などによるものと考えられる。  
例えば、処理の開始から間もない間は、処理容器２の内部温度が低い。なお、処理容器２の内部温度とは、処理容器２の内壁や処理容器２内に存在する、内壁をプラズマのダメージから保護するための遮蔽体や処理物を載置する載置台などの部材の温度である。
そして、処理を開始すると、処理容器２内で発生するプラズマの輻射熱により、処理容器２の内部温度が上昇する。処理が終わった後も、処理容器２内の部材は、冷却媒体を接触させるなどの冷却を行うことが困難であり、自然冷却を待つことになる。そのため、処理が終わった後も、処理容器２の内部温度は、所定の時間高い温度のまま残った状態となる。
そしてこの状態のまま、次の処理物１００の処理を開始すると、前の処理物１００の処理の開始時よりも処理容器２の内部温度が高い状態で処理を開始することになる。
ここで、プラズマによって生成される反応生成物は、相対的に温度が低い部材に多く付着する。そのため、Ｎ＋１番目の処理時は、常温状態のＮ＋１番目の処理物が、Ｎ番目の処理時の内部温度が下降しきらない状態の処理容器２内に搬入されるため、Ｎ＋１番目の処理物１００の温度は、処理容器２の内部温度よりも相対的に温度が低い。すなわち、連続して処理した処理物１００の数が多くなるにつれ、処理物１００と、処理容器２の内部温度との熱較差が大きくなり、反応生成物が処理物１００の表面に付着しやすくなる。
また、反応生成物が処理物１００の表面に多く付着するほど、処理物１００のエッチングは阻害され、処理物１００のエッチングレートが低くなる。このため、連続して処理した処理物１００の数が多くなるにつれ、エッチングレートが低下する。
【００１８】
この様に、酸化シリコンを主成分として含む処理物を連続してエッチング処理する場合には、処理物１００毎にエッチングレートが変わる。そのため、予め定められたエッチングレートと、処理期間とに基づいて終点検出を行うと、エッチング深さの寸法精度が悪くなる。
【００１９】
この場合、Ｎ番目とＮ＋１番目の処理の間に、処理容器２の内部温度の低下を待つアイドリング時間を設ければ、エッチングレートを安定させることができる。ところが、アイドリング時間は２時間程度必要となるので、複数の処理物を連続処理する場合、一連のエッチングに要する時間が長くなる。
【００２０】
ここで、酸化シリコンを主成分として含む処理物をエッチングする場合には、フッ素原子を含むガスを用いたプラズマ処理が行われる。  
この場合、例えば、フッ素原子を含むガスとしてＣＨＦ３を用いる場合には、ＣＨＦ３が分解されて、フッ素ラジカル、水素ラジカルなどが生成される。  
生成されたフッ素ラジカルと酸化シリコンが反応して、気体であるフッ化シリコンや酸素が生成される。そして、フッ化シリコンや酸素が処理物から脱離することでエッチングが進行する。
【００２１】
そのため、本発明者は、フッ素のピーク波長における発光強度、水素のピーク波長における発光強度、酸素のピーク波長における発光強度、およびフッ化珪素のピーク波長における発光強度と、エッチングレートとの間における相関関係を検討した。
【００２２】
図３〜５は、複数の処理物を同じ条件（処理容器内部の圧力、ガス種類、ガス流量、ソース電力、バイアス電力）で処理したときの、各原子のピーク波長における発光強度と、エッチングレートとの関係を表したグラフ図である。
図３は、各処理物１００毎の、フッ素のピーク波長（７０３．７ｎｍ）における発光強度と、エッチングレートとの関係を表したグラフ図である。  
図４は、各処理物１００毎の、水素のピーク波長（６５６．５ｎｍ）における発光強度と、エッチングレートとの関係を表したグラフ図である。  
図５は、各処理物１００毎の、酸素およびフッ化珪素のピーク波長における発光強度と、エッチングレートとの関係を表したグラフ図である。  
なお、酸素のピーク波長は７７７．２ｎｍ、フッ化珪素のピーク波長は７７７．０ｎｍであるため、酸素のピーク波長における発光強度と、フッ化珪素のピーク波長における発光強度とを区別することが難しい。そのため、図５における発光強度は、酸素およびフッ化珪素のピーク波長における発光強度としている。
【００２３】
また、図３〜図５は、フッ素原子を含むガスとしてＣＨＦ３を用いる場合である。そのため、図４において、水素のピーク波長における発光強度と、エッチングレートとの関係を例示した。しかしながら、例えば、フッ素原子を含むガスとしてＣＦ４を用いる場合には、水素がないので図４に例示をした相関関係はない。ただし、図３および図５に例示をした相関関係はある。
なお、どの程度の相関関係があるかを示す近似式の決定係数であるＲ−２乗値は、図３の場合は０．９４４５、図４の場合は０．９０２１、図５の場合は０．９０７３であった。このように、フッ素のピーク波長（７０３．７ｎｍ）における発光強度とエッチングレートとの相関が最も強いため、検出波長としてフッ素を設定するようにしてもよい。
【００２４】
図３〜図５から分かるように、発光強度と、エッチングレートとの間には、一次関数の近似式で表すことができる相関関係がある。  
そのため、発光強度と、エッチングレートとの間における相関関係を予め求めておけば、任意の時点における発光強度からその時点におけるエッチングレートを求めることができる。
【００２５】
この場合、終点検出は以下のようにして行うことができる。  
まず、処理物をエッチングしている際に、プラズマ処理空間において発生した特定の波長の光の発光強度を測定する。  
例えば、プラズマ処理空間において発生した光をプリズムなどの分光器を用いて所望の波長毎に分け、光電変換素子などにより所望の波長毎に発光強度を測定することができる。
【００２６】
次に、測定された発光強度と、予め求められた発光強度とエッチングレートとの間における相関関係と、からエッチングレートを求める。  
次に、求められたエッチングレートと、所望のエッチング量（エッチング深さ）とから、所望のエッチング量をエッチングするのにかかる時間となるエッチング時間を求める。
求められたエッチング時間を用いてエッチング処理の終点を検出する。  
例えば、エッチング処理の経過時間が、求められたエッチング時間に達した時点をエッチング処理の終点とする。
なお、複数の処理物１００に対して連続して処理を行うとき、複数の処理物１００に対する処理毎に上記のエッチング処理の終点を検出する。
【００２７】
ここで、図１において説明したように、任意の処理物１００のエッチング処理中においては、発光強度の変化量は少ないものとなる。  
そのため、任意の時点における発光強度に対するエッチングレートを用いても終点検出を行うことができる。
【００２８】
しかしながら、図１から分かるように、発光強度は僅かではあるが変動している。そのため、任意の時点における発光強度に対するエッチングレートを用いると、求められた終点の時期に誤差が生じるおそれがある。  
そのため、所定の期間における発光強度の平均値を求め、求められた発光強度の平均値に対するエッチングレートを用いるようにすることが好ましい。  
この場合、所定の期間内において、所定の時間間隔で発光強度を測定し、測定された発光強度の平均値を求めるようにすることができる。  
また、発光強度の平均値を求めるための期間は、エッチング処理の開始から実験などにより求められた予想される終点までの間の期間の半分以上の長さとすることが好ましい。
また、エッチング処理の開始直後におけるエッチングレートの変動が大きい場合には、発光強度の平均値を求めるための期間から、エッチング処理の開始から所定の間の期間を除外するようにすることが好ましい。  
この様にすれば、求められた終点の時期に誤差が生じるのを抑制することができる。
【００２９】
また、以下のようにして終点検出を行うこともできる。  
まず、所定の時点における発光強度を測定する。  
次に、測定された発光強度と、予め求められた発光強度とエッチングレートとの間における相関関係と、からその時点におけるエッチングレートを求める。  
次に、求められたエッチングレートと、エッチング開始から所定の時点までの時間とからエッチング量（エッチング深さ）を求める。
【００３０】
求められたエッチング量（エッチング深さ）が、所望のエッチング量（エッチング深さ）に達しない場合には、所定の時点から所定の時間経過後に、同様にしてエッチング量（エッチング深さ）を再度求める。    
求められたエッチング量（エッチング深さ）が、所望のエッチング量（エッチング深さ）に達した場合には、エッチング処理を終了させる。  
すなわち、求められたエッチング量（エッチング深さ）が、所望のエッチング量（エッチング深さ）に達した時期を終点とする。
【００３１】
以上に説明したように、本実施の形態に係るプラズマ処理方法は以下の工程を備えたものとすることができる。  
フッ素原子を含むガスから生成された反応生成物により、処理物１００をエッチングする工程。  
処理物１００をエッチングしている際に、プラズマ処理空間において発生した特定の波長の光の発光強度を求める工程。  
求められた発光強度と、予め求められた特定の波長の光の発光強度とエッチングレートとの間における相関関係と、からエッチングレートを求める工程。  
求められたエッチングレートに基づいて、終点検出を行う工程。
【００３２】
この場合、特定の波長は、フッ素のピーク波長、水素のピーク波長、酸素のピーク波長、およびフッ化珪素のピーク波長のいずれかである。
【００３３】
また、特定の波長の光の発光強度を求める工程において、複数の時点における発光強度を求めるようにすることができる。  
次に、エッチングレートを求める工程において、求められた複数の時点における発光強度の平均値と、前述した相関関係と、からエッチングレートを求めるようにすることができる。
【００３４】
また、終点検出を行う工程において、求められたエッチングレートと、所望のエッチング量と、からエッチング時間を求めるようにすることができる。  
そして、処理物１００をエッチングする工程におけるエッチング処理の経過時間が、求められたエッチング時間に達した時点をエッチング処理の終点とすることができる。
【００３５】
また、特定の波長の光の発光強度を求める工程において、所定の時点における発光強度を求めるようにすることができる。  
次に、エッチングレートを求める工程において、求められた発光強度と、前述した相関関係と、からエッチングレートを求める。  
次に、終点検出を行う工程において、求められたエッチングレートと、所定の時点までの時間と、からエッチング量を求める。  
エッチング量が、所望のエッチング量に達した場合には、前述した所定の時点をエッチング処理の終点とする。  
エッチング量が、所望のエッチング量に達しない場合には、前述した所定の時点から所定の時間経過後に、特定の波長の光の発光強度を求める工程により再度求められた発光強度に基づいて、エッチング量を再度求める。
【００３６】
本実施の形態によれば、発光スペクトルの変化量が少ない場合であっても正確な終点検出を行うことができる。  
またさらに、酸化シリコンを主成分として含む処理物１００をエッチング処理するため、エッチングレートが変動する場合であっても、正確な終点検出を行うことができる。  
その結果、発光スペクトルの変化量が少ない場合や、酸化シリコンを主成分として含む処理物１００をエッチング処理する場合であっても、エッチング深さの精度を格段に高めることができる。  
また、アイドリング時間を少なくしても、正確な終点検出を行うことが可能となるので、生産性の向上を図ることもできる。
【００３７】
（第２の実施形態）  
次に、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明する。  
図６は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置１を例示するための模式断面図である。
図６に示すように、プラズマ処理装置１には、処理容器２、載置部３、電源部４、電源部５、減圧部６、ガス供給部７、検出部８および制御部９が設けられている。
【００３８】
処理容器２は、本体部２０および窓部２１を有する。  
本体部２０は、略円筒形状を呈している。  
本体部２０は、例えば、アルミニウム合金などの金属から形成することができる。  
また、本体部２０は、接地されている。
【００３９】
窓部２１は、板状を呈し、本体部２０の天板に設けられている。  
窓部２１は、電磁場を透過させることができ、エッチング処理を行った際にエッチングされにくい材料から形成されている。  
窓部２１は、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。  
処理容器２は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な気密構造となっている。  
処理容器２の内部には、処理物１００をエッチング処理するための空間であるプラズマ処理空間２２が設けられている。
【００４０】
本体部２０には、検出窓２０ｄが嵌めこまれており、後述する検出部８は、検出窓２０ｄを通して処理容器２の内部において発生した特定の波長の光の発光強度を検出する。
本体部２０には、処理物１００を搬入搬出するための搬入搬出口２０ａが設けられている。  
搬入搬出口２０ａは、ゲートバルブ２０ｂにより気密に閉鎖できるようになっている。  ゲートバルブ２０ｂは、扉２０ｂ１およびシール部材２０ｂ２を有する。  
シール部材２０ｂ２は、例えば、Ｏ（オー）リングなどとすることができる。  
扉２０ｂ１は、図示しないゲート開閉機構により開閉される。  
扉２０ｂ１が閉まった時には、シール部材２０ｂ２が搬入搬出口２０ａの近傍にある壁面に押しつけられ、搬入搬出口２０ａが気密に閉鎖されるようになっている。
【００４１】
載置部３は、処理容器２の内部であって、処理容器２（本体部２０）の底面の上に設けられている。  
載置部３は、酸化シリコンを主成分として含む処理物１００を載置する。  
載置部３は、電極３０、台座３１、および絶縁リング３２を有する。  
電極３０は、プラズマ処理空間２２の下方に設けられている。電極３０の上面は処理物１００を載置するための載置面となっている。  
電極３０は、金属などの導電性材料から形成することができる。
【００４２】
台座３１は、電極３０と、本体部２０の底面の間に設けられている。  
台座３１は、電極３０と、本体部２０の間を絶縁するために設けられている。  
台座３１は、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。
【００４３】
絶縁リング３２は、リング状を呈し、電極３０の側面、および台座３１の側面を覆うように設けられている。  
絶縁リング３２は、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。
【００４４】
電源部４は、電源４０および整合器４１を有する。  
電源部４は、いわゆるバイアス制御用の高周波電源である。すなわち、電源部４は、載置部３に載置された処理物１００に引き込むイオンのエネルギーを制御するために設けられている。  
電極３０と電源４０は、整合器４１を介して電気的に接続されている。
【００４５】
電源４０は、イオンを引き込むために適した比較的低い周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数）を有する高周波電力を電極３０に印加する。  
整合器４１は、電極３０と電源４０の間に設けられている。整合器４１は、電源４０側のインピーダンスと、プラズマＰ側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合回路などを備えている。
【００４６】
電源部５は、電極５０、電源５１、および整合器５２を有する。  
電源部５は、プラズマＰを発生させるための高周波電源である。すなわち、電源部５は、プラズマ処理空間２２において高周波放電を生じさせてプラズマＰを発生させるために設けられている。  
本実施の形態においては、電源部５が、処理容器２の内部にプラズマＰを発生させるプラズマ発生部となる。  
電極５０、電源５１、および整合器５２は、配線により電気的に接続されている。
【００４７】
電極５０は、処理容器２の外部であって、窓部２１の上に設けられている。  
電極５０は、電磁場を発生させる複数の導体部と複数の容量部（コンデンサ）とを有したものとすることができる。
【００４８】
電源５１は、１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の周波数を有する高周波電力を電極５０に印加する。この場合、電源５１は、プラズマＰの発生に適した比較的高い周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数）を有する高周波電力を電極５０に印加する。  
また、電源５１は、出力する高周波電力の周波数を変化させるものとすることもできる。
【００４９】
整合器５２は、電極５０と電源５１の間に設けられている。整合器５２は、電源５１側のインピーダンスと、プラズマＰ側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合回路などを備えている。
【００５０】
プラズマ処理装置１は、上部に誘導結合型電極を有し、下部に容量結合型電極を有する二周波プラズマエッチング装置である。  
ただし、プラズマの発生方法は例示をしたものに限定されるわけではない。  
プラズマ処理装置１は、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置や、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を用いたプラズマ処理装置などであってもよい。
【００５１】
減圧部６は、ポンプ６０および圧力制御部６１を有する。  
減圧部６は、処理容器２の内部が所定の圧力となるように減圧する。  
ポンプ６０は、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）などとすることができる。  
ポンプ６０と圧力制御部６１は、配管を介して接続されている。
【００５２】
圧力制御部６１は、処理容器２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器２の内圧が所定の圧力となるように制御する。  
圧力制御部６１は、例えば、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）などとすることができる。  
圧力制御部６１は、配管を介して、本体部２０に設けられた排気口２０ｅに接続されている。
【００５３】
ガス供給部７は、処理容器２の内部のプラズマ処理空間２２にガスＧ１を供給する。  
ガス供給部７は、ガス収納部７０、ガス制御部７１、および開閉弁７２を有する。  
ガス収納部７０は、ガスＧ１を収納し、収納したガスＧ１を処理容器２の内部に供給する。  
ガス収納部７０は、例えば、ガスＧ１を収納した高圧ボンベなどとすることができる。  ガス収納部７０とガス制御部７１は、配管を介して接続されている。
【００５４】
ガス制御部７１は、ガス収納部７０から処理容器２の内部にガスＧ１を供給する際に流量や圧力などを制御する。  
ガス制御部７１は、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。
ガス制御部７１と開閉弁７２は、配管を介して接続されている。  
開閉弁７２は、配管を介して、処理容器２に設けられたガス供給口２０ｃに接続されている。  
開閉弁７２は、ガスＧ１の供給と停止を制御する。  
開閉弁７２は、例えば、２ポート電磁弁などとすることができる。  
なお、開閉弁７２の機能をガス制御部７１に持たせることもできる。
【００５５】
ガスＧ１は、プラズマＰにより励起、活性化された際に、処理物１００を化学的にエッチングすることができるラジカルが生成されるものとすることができる。  
ガスＧ１は、フッ素原子を含むガスとすることができる。ガスＧ１は、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８などとすることができる。
【００５６】
検出部８は、処理物１００をエッチングしている際に、処理容器２の内部において発生した特定の波長の光の発光強度を検出する。  
検出部８は、例えば、処理容器２の内部において発生した光を所望の波長毎に分け、所望の波長毎に発光強度を測定する。  
検出部８は、分光器８０および変換部８１を有するものとすることができる。  
分光器８０は、処理容器２の内部において発生した光から特定の波長の光を分離する。分光器８０は、例えば、プリズムなどを備えたものとすることができる。分離される波長は、例えば、フッ素のピーク波長に対応する７０３．７ｎｍ、水素のピーク波長のピーク波長に対応する６５６．５ｎｍ、酸素のピーク波長に対応する７７７．２ｎｍ、フッ化珪素のピーク波長に対応する７７７．０ｎｍなどとすることができる。
【００５７】
変換部８１は、分光器８０により分離された特定の波長の光の発光強度を電気信号に変換する。変換部８１は、例えば、光電変換素子、増幅器、アナログ−デジタル変換器などを備えたものとすることができる。
【００５８】
制御部９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、メモリなどの記憶部とを備えている。  
制御部９は、記憶部に格納されている制御プログラムに基づいて、プラズマ処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。なお、各要素の動作を制御する制御プログラムには既知の技術を適用することができるので、詳細な説明は省略する。
【００５９】
制御部９は、例えば、ゲートバルブ２０ｂに設けられた図示しないゲート開閉機構を制御して、図示しないゲート開閉機構に扉２０ｂ１の開閉を行わせる。  
制御部９は、例えば、電源４０および整合器４１を制御して、電源４０および整合器４１に電極３０に対する高周波電力の印加を行わせる。  
制御部９は、例えば、電源５１および整合器５２を制御して、電源５１および整合器５２に電極５０に対する高周波電力の印加を行わせる。  
制御部９は、例えば、処理容器２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、圧力制御部６１に処理容器２の内部が所定の圧力となるように減圧させる。  
制御部９は、例えば、ガス制御部７１を制御して、プラズマ処理空間２２に供給するガスＧ１の流量や圧力などを制御させる。  
制御部９は、例えば、開閉弁７２を制御して、開閉弁７２にガスＧ１の供給と供給の停止を行わせる。
【００６０】
またさらに、制御部９に設けられた演算部は、検出部８からの出力と、記憶部に格納されている前述した発光強度とエッチングレートとの間における相関関係と、からエッチングレートを演算し、演算されたエッチングレートに基づいて、終点の時期を演算する。  
例えば、まず、プラズマＰを用いたエッチング処理中に、検出部８に設けられた分光器８０が、処理容器２の内部において発生した光から特定の波長の光を分離する。  
次に、検出部８に設けられた変換部８１が、分光器８０により分離された特定の波長の光の発光強度を電気信号に変換する。
【００６１】
次に、制御部９に設けられた演算部が、変換部８１からの電気信号と、記憶部に格納されている発光強度とエッチングレートとの間における相関関係と、からエッチングレートを演算し、演算されたエッチングレートに基づいて、終点の時期を演算する。
【００６２】
なお、特定の波長は、フッ素のピーク波長、水素のピーク波長、酸素のピーク波長、およびフッ化珪素のピーク波長のいずれかとすることができる。
【００６３】
また、検出部８は、複数の時点における発光強度を検出することもできる。  
制御部９は、検出された複数の時点における発光強度の平均値と、前述した相関関係と、からエッチングレートを演算することができる。  
そして、制御部９は、演算されたエッチングレートと、所望のエッチング量と、からエッチング時間を演算し、エッチング処理の経過時間が、演算されたエッチング時間に達した時点をエッチング処理の終点とすることができる。
エッチング処理の経過時間が、エッチング処理の終点に達したら、制御部９は、電源４１、電源５１を制御して電極３０、電極５０に対する高周波電力の印加を停止させ、ガス供給部７を制御してガスＧ１の導入を停止し、エッチング処理を終了させる。
【００６４】
また、検出部８は、所定の時点における発光強度を検出することもできる。  
制御部９は、検出された発光強度と、前述した相関関係と、からエッチングレートを演算し、演算されたエッチングレートと、所定の時点までの時間と、からエッチング量を演算する。  
そして、制御部９は、演算されたエッチング量が、所望のエッチング量に達した場合には、前述した所定の時点をエッチング処理の終点とする。  
また、制御部９は、演算されたエッチング量が、所望のエッチング量に達しない場合には、前述した所定の時点から所定の時間経過後に、検出部８により再度検出された発光強度に基づいて、エッチング量を再度演算する。以降、演算されたエッチング量が、所望のエッチング量に達するまで演算が繰り返される。
なお、エッチング処理の終点検出は、前述したものと同様とすることができるので詳細な説明は省略する。
【００６５】
次に、プラズマ処理装置１の作用について例示をする。  
ゲートバルブ２０ｂの扉２０ｂ１を、図示しないゲート開閉機構により開く。  
図示しない搬送部により、搬入搬出口２０ａから処理物１００を処理容器２内に搬入する。搬入された処理物１００は載置部３上に載置される。  
処理物１００のエッチング処理が施される側の面には、酸化シリコンを主成分として含む領域が露出している。
【００６６】
図示しない搬送部を処理容器２の外に退避させる。  
図示しないゲート開閉機構によりゲートバルブ２０ｂの扉２０ｂ１を閉じる。  
減圧部６により処理容器２内が所定の圧力となるように減圧される。この際、処理容器２の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器２の内圧が所定の圧力となるように圧力制御部６１により制御される。
【００６７】
次に、ガス供給部７から処理容器２内のプラズマ処理空間２２にガスＧを供給する。  
この場合、ガスＧは、フッ素原子を含むガスとすることができる。そのため、生成される反応生成物には、フッ素ラジカルが含まれている。フッ素原子を含むガスは、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８などとすることができる。
【００６８】
次に、電源５１により所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数）を有する高周波電力が電極５０に印加される。また、電源４１により所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数）を有する高周波電力が電極３０に印加される。
【００６９】
この場合、例えば、処理容器２の内圧を０．２Ｐａとし、ガスＧをＣＨＦ３とし、ガスＧの流量を２０ｓｃｃｍとし、電極５０に印加される電力を７００Ｗとし、電極３０に印加される電力を１１０Ｗとすることができる。
【００７０】
電極５０が誘導結合型電極を構成するので、窓部２１を介して電磁場が処理容器２の内部に導入される。そのため、処理容器２の内部に導入された電磁場によりプラズマ処理空間２２にプラズマＰが発生する。発生したプラズマＰによりガスＧが励起、活性化されて反応生成物が生成される。生成された反応生成物は、プラズマ処理空間２２内を下降して処理物１００の表面に到達し、エッチング処理が行われる。
【００７１】
次に、検出部８に設けられた分光器８０が、処理容器２の内部において発生した光から特定の波長の光を分離する。  
次に、検出部８に設けられた変換部８１が、分光器８０により分離された特定の波長の光の発光強度を電気信号に変換する。
【００７２】
次に、制御部９に設けられた演算部が、変換部８１からの電気信号と、記憶部に格納されている発光強度とエッチングレートとの間における相関関係と、からエッチング処理の終点を演算する。  
次に、制御部９は、演算されたエッチング処理の終点に基づいて、エッチング処理を終了させる。すなわち、終点を検出したら、制御部が電源４１、電源５１を制御して電極３０、電極５０に対する高周波電力の印加を停止させ、ガス供給部７を制御してガスＧ１の導入を停止させて、エッチング処理を終了させる。
【００７３】
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。  
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。  
例えば、プラズマ処理装置１が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７４】
１  プラズマ処理装置、２  処理容器、３  載置部、４  電源部、５  電源部、６  減圧部、７  ガス供給部、８  検出部、９  制御部、２２  プラズマ処理空間、３０  電極、４０  電源、５０  電極、５１  電源、１００  処理物、Ｇ  ガス、Ｐ  プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006713298.tif 000006
【図６】
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