(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ化された反応種によりシリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、前記エッチングによって前記シリコン基板上に形成された構造面に保護膜を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返して前記シリコン基板をエッチングするプラズマエッチング処理において前記エッチングの終点を検出する方法であって、
前記エッチング工程中の特定反応種の発光強度データを取得し、
取得された発光強度データであって、前記エッチング工程開始後一定時間内及びエッチング工程終了前一定時間内にピークを生じている発光強度データから、該エッチング工程開始後一定時間内及び該エッチング工程終了前一定時間内に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に取得された発光強度データを抽出し、
抽出された発光強度データが予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにしたことを特徴とするプラズマエッチング終点検出方法。
【請求項２】
前記抽出発光強度データが予め設定された回数連続して前記基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング終点検出方法。
【請求項３】
プラズマ化された反応種によりシリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、前記エッチングによって前記シリコン基板上に形成された構造面に保護膜を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返して前記シリコン基板をエッチングするプラズマエッチング処理において前記エッチングの終点を検出する方法であって、
前記エッチング工程中の特定反応種の発光強度データを取得し、
取得された発光強度データであって、前記エッチング工程開始後一定時間内及びエッチング工程終了前一定時間内にピークを生じている発光強度データから、該エッチング工程開始後一定時間内及び該エッチング工程終了前一定時間内に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に取得された発光強度データを抽出し、
前記各エッチング工程について順次抽出される前記抽出発光強度データの変化量を算出し、
算出された変化量が予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにしたことを特徴とするプラズマエッチング終点検出方法。
【請求項４】
前記変化量が予め設定された回数連続して前記基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにしたことを特徴とする請求項３記載のプラズマエッチング終点検出方法。
【請求項５】
シリコン基板をチャンバ内に配置して、該チャンバ内でプラズマ化された反応種によりシリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、前記エッチングによって前記シリコン基板上に形成された構造面に保護膜を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返して前記シリコン基板をエッチングするプラズマエッチング処理において前記エッチングの終点を検出する装置であって、
前記チャンバ内の特定反応種の発光強度を検出する発光強度検出手段と、
前記発光強度検出手段によって検出されたエッチング工程中の発光強度データであって、前記エッチング工程開始後一定時間内及びエッチング工程終了前一定時間内にピークを生じている発光強度データから、該エッチング工程開始後一定時間内及び該エッチング工程終了前一定時間内に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に検出された発光強度データを抽出し、抽出した発光強度データが予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するエッチング終点検出手段とから構成したことを特徴とするプラズマエッチング終点検出装置。
【請求項６】
エッチング終点検出手段を、前記抽出発光強度データが予め設定された回数連続して前記基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するように構成したことを特徴とする請求項５記載のプラズマエッチング終点検出装置。
【請求項７】
シリコン基板をチャンバ内に配置して、該チャンバ内でプラズマ化された反応種によりシリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、前記エッチングによって前記シリコン基板上に形成された構造面に保護膜を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返して前記シリコン基板をエッチングするプラズマエッチング処理において前記エッチングの終点を検出する装置であって、
前記チャンバ内の特定反応種の発光強度を検出する発光強度検出手段と、
前記発光強度検出手段によって検出されたエッチング工程中の発光強度データであって、前記エッチング工程開始後一定時間内及びエッチング工程終了前一定時間内にピークを生じている発光強度データから、該エッチング工程開始後一定時間内及び該エッチング工程終了前一定時間内に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に検出された発光強度データを各エッチング工程について順次抽出するとともに、抽出した発光強度データの変化量を算出し、算出した変化量が予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するエッチング終点検出手段とから構成したことを特徴とするプラズマエッチング終点検出装置。
【請求項８】
前記エッチング終点検出手段を、前記変化量が予め設定された回数連続して前記基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するように構成したことを特徴とする請求項７記載のプラズマエッチング終点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマエッチング処理におけるエッチングの終点を検出する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチングガスをプラズマ化して生成されるラジカルやイオン等の反応種によりシリコン基板をエッチングする方法において、そのエッチング終点を検出する方法として、従来、複数の反応種の中から選定された特定の反応種について、その反応種の発光強度を測定し、その変動からエッチング終点を検出するという方法が知られている。
【０００３】
例えば、エッチングガスとしてＳＦ６ガスを用いる場合、これをプラズマ化すると、反応種としてＦラジカル（フッ素ラジカル）が生成されるが、エッチング終点に近づくとその消費量（エッチングに消費される量）が低下するため、プラズマ中のＦラジカルの量が徐々に増加することとなる。したがって、プラズマ中のＦラジカル量と相関のある当該Ｆラジカルの発光強度の変動を観察し、これが所定のレベルを越えたとき、エッチング終点であると判定することができる。
【０００４】
一方、プラズマエッチング法としては、エッチングガスをプラズマ化して、シリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、保護膜形成ガスをプラズマ化して、前記エッチングによって前記シリコン基板上に形成された構造面に保護膜（耐エッチング性を有する膜）を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返してシリコン基板をエッチングする方法（以下、このエッチング法を「ガススイッチングエッチング法」と称する）が知られている。
【０００５】
このガススイッチングエッチング法は、シリコン基板上に形成された構造面に保護膜を形成するようにしているので、等方性を有するＦラジカルを用いたエッチングにおいても、前記保護膜によってアンダーエッチングを効果的に防止することができ、高いエッチレートで効率的にトレンチ（深い溝又は穴）を形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このガススイッチングエッチング法に、上記終点検出方法を適用した場合、以下に説明するような問題があった。
【０００７】
図６は、上記ガススイッチングエッチング法におけるＦラジカルの発光強度を測定した結果を示すグラフであるが、同図６に示すように、上記ガススイッチングエッチング法では、エッチング工程におけるＦラジカルの発光強度が一定ではなく、保護膜形成工程からエッチング工程に移行する初期段階と、エッチング工程から保護膜形成工程に移行する終期段階において発光強度にピークを生じる。
【０００８】
これは、例えばエッチングによって前記トレンチを形成する場合、エッチング工程に移行した前記初期段階では、前の保護膜形成工程でトレンチ底部に形成された保護膜が除去されるまで、Ｆラジカルの消費が押えられ、前記終期段階では、エッチングによって生成されたガス（例えばＳｉＦ４）がトレンチ底部に滞留して、Ｆラジカルとの置換がうまく行われないために起こる現象であると考えられる。特に、高アスペクト比のトレンチエッチングにおけるトレンチの深さが深くなるほど、上記置換障害が大きくなる。
【０００９】
このように、前記初期段階及び終期段階において検出される発光強度は、当該エッチング工程における正確なエッチング進行状態を反映しておらず、したがって、エッチング工程中の発光強度のピーク値を採用したり、或いはその平均値を採用する手法では、当該エッチング工程における正確なエッチング進行状態を把握できないのである。このため、従来、エッチング不足や、逆に、過多のオーバエッチングによって所望の構造を得られないという問題を生じていた。
【００１０】
特に、図７に示す如き、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１０１が上層のシリコン層１０３と下層のシリコン層１０４との間に挟みこまれた構造のウエハ（ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｔａｔｏｒ）ウエハ）１００の前記上層シリコン層１０３を前記ガススイッチングエッチング法によってエッチングする場合、上層シリコン層１０３とシリコン酸化膜１０１との界面付近でのエッチング形状の制御が難しく、エッチンググランドがシリコン酸化膜１０１に達した後、これをオーバエッチングし過ぎると、同図７に示すように、溝（又は穴）１０５の底部でその側面の保護膜が破られ、上層シリコン層１０３が異常形状にエッチングされるという問題を生じる。このため、ＳＯＩウエハのトレンチエッチングにおいては、そのエッチング時間の制御が極めて重要な問題となる。尚、図７中の符号１０４はマスクである。
【００１１】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、エッチング工程と保護膜形成工程とを繰り返すプラズマエッチング法において、正確にエッチング終点を検出することができる終点検出方法及び装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記課題を解決するための本発明の請求項１に記載した発明は、プラズマ化された反応種によりシリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、前記エッチングによって前記基板上に形成された構造面に保護膜を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返して前記シリコン基板をエッチングするプラズマエッチング処理において前記エッチングの終点を検出する方法であって、
前記エッチング工程中の特定反応種の発光強度データを取得し、取得された発光強度データであって、前記エッチング工程開始後一定時間内及びエッチング工程終了前一定時間内にピークを生じている発光強度データから、該エッチング工程開始後一定時間内及び該エッチング工程終了前一定時間内に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に取得された発光強度データを抽出し、抽出された発光強度データが予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにしたことを特徴とするプラズマエッチング終点検出方法に係る。
【００１３】
そして、かかるエッチング終点検出方法は、請求項５に記載した装置発明によって、これを好適に実施することができる。即ち、請求項５に記載した発明は、シリコン基板をチャンバ内に配置して、該チャンバ内でプラズマ化された反応種によりシリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、前記エッチングによって前記基板上に形成された構造面に保護膜を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返して前記シリコン基板をエッチングするプラズマエッチング処理において前記エッチングの終点を検出する装置であって、
前記チャンバ内の特定反応種の発光強度を検出する発光強度検出手段と、前記発光強度検出手段によって検出されたエッチング工程中の発光強度データであって、前記エッチング工程開始後一定時間内及びエッチング工程終了前一定時間内にピークを生じている発光強度データから、該エッチング工程開始後一定時間内及び該エッチング工程終了前一定時間内に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に検出された発光強度データを抽出し、抽出した発光強度データが予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するエッチング終点検出手段とから構成したことを特徴とするプラズマエッチング終点検出装置に係る。
【００１４】
上述したように、エッチング工程と保護膜形成工程とを繰り返すプラズマエッチング法では、保護膜形成工程からエッチング工程に移行する初期段階、及びエッチング工程から保護膜形成工程に移行する終期段階において検出されるエッチング反応種に対応した波長の光の発光強度は、正確なエッチング進行状態を反映していない。
【００１５】
そこで、本発明では、取得された発光強度データから、当該エッチング工程開始後一定時間内（前記初期段階）及び該エッチング工程終了前一定時間内（前記終期段階）に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に取得された発光強度データを抽出し、即ち、エッチング進行状態を正確に反映している時間帯の発光強度データを抽出し、抽出された発光強度データが予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにした。
【００１６】
これにより、エッチング終点を正確に検出することが可能となり、例えば、上記ＳＯＩウエハにおいても、高精度な形状のエッチング構造物を形成することが可能となる。
【００１７】
尚、前記エッチング終点の判定は、請求項２及び請求項６に記載した発明のように、前記抽出発光強度データが予め設定された回数連続して前記基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにするのが好ましい。１回のみ基準値を越えた場合にエッチング終点であると判定すると、前記抽出発光強度データにノイズが含まれている場合には、判定に誤りを生じる。上記のようにすれば、誤り無く正確な判定を行うことができる。
【００１８】
また、エッチング終点の判定手法としては、上述したものに限られず、請求項３及び７に記載した発明のように、各エッチング工程について順次抽出される発光強度データの変化量を基に、エッチング終点を検出するようにしても良い。
【００１９】
即ち、請求項３に記載した発明は、プラズマ化された反応種によりシリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、前記エッチングによって前記基板上に形成された構造面に保護膜を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返して前記シリコン基板をエッチングするプラズマエッチング処理において前記エッチングの終点を検出する方法であって、
前記エッチング工程中の特定反応種の発光強度データを取得し、取得された発光強度データであって、前記エッチング工程開始後一定時間内及びエッチング工程終了前一定時間内にピークを生じている発光強度データから、該エッチング工程開始後一定時間内及び該エッチング工程終了前一定時間内に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に取得された発光強度データを抽出し、前記各エッチング工程について順次抽出される前記抽出発光強度データの変化量を算出し、算出された変化量が予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにしたことを特徴とするプラズマエッチング終点検出方法に係る。
【００２０】
また、請求項７に記載した発明は、シリコン基板をチャンバ内に配置して、該チャンバ内でプラズマ化された反応種によりシリコン基板上のエッチンググランドをエッチングする工程と、前記エッチングによって前記基板上に形成された構造面に保護膜を形成する工程との、少なくとも２つの工程を交互に繰り返して前記シリコン基板をエッチングするプラズマエッチング処理において前記エッチングの終点を検出する装置であって、
前記チャンバ内の特定反応種の発光強度を検出する発光強度検出手段と、前記発光強度検出手段によって検出されたエッチング工程中の発光強度データであって、前記エッチング工程開始後一定時間内及びエッチング工程終了前一定時間内にピークを生じている発光強度データから、該エッチング工程開始後一定時間内及び該エッチング工程終了前一定時間内に得られた発光強度データを除いて、該エッチング工程の中間時間帯に検出された発光強度データを各エッチング工程について順次抽出するとともに、抽出した発光強度データの変化量を算出し、算出した変化量が予め設定された基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するエッチング終点検出手段とから構成したことを特徴とするプラズマエッチング終点検出装置に係る。
【００２１】
また、上記請求項２及び６記載の発明と同様に、上記請求項３及び７に記載の発明における前記エッチング終点の判定は、請求項４及び請求項８に記載した発明のように、前記抽出発光強度データが予め設定された回数連続して前記基準値を越えたとき、エッチング終点であると判定するようにするのが好ましい。
【００２２】
尚、本発明における前記プラズマエッチング処理は、エッチングガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングするエッチング工程と、保護膜形成ガスをプラズマ化して、エッチングによってシリコン基板上に形成された構造面に保護膜を形成する保護膜形成工程とが交番的に繰り返されるガススイッチングエッチング法によるものであり、当該プラズマエッチング処理には、チャンバ内にエッチングガスと保護膜形成ガスとを完全に切り換えて導入して、前記エッチング工程と保護膜形成工程とを繰り返し実施する処理の他、チャンバ内にエッチングガスと保護膜形成ガスとを同時に導入し、その各導入量を増減させることで、主としてエッチングが進行する工程と、主として保護膜形成が進行する工程とが交番的に繰り返される処理も含まれる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。図１は、図１は本実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部ブロック図で示した断面図である。
【００２４】
図１に示すように、このエッチング装置１は、内部にエッチング室２ａが形成された筐体状のエッチングチャンバ２と、前記エッチング室２ａ内の下部領域に配設され、被エッチング物たるシリコン基板Ｓが載置される基台３と、エッチング室２ａ内にエッチングガス及び保護膜形成ガスを供給するガス供給部７と、エッチング室２ａ内を減圧する減圧部１３と、エッチング室２ａ内に供給されたエッチングガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化するプラズマ生成部１５と、前記基台に高周波電力を印加する高周波電源１８と、これら各部の作動を制御する制御装置２０と、エッチングの終点を検出する終点検出装置３０とを備えている。
【００２５】
前記エッチングチャンバ２はセラミックから形成され、その天井部には、石英ガラスなどの透明体からなる覗き窓２ｂが設けられ、この覗き窓２ｂを通して外部からエッチング室２ａ内を観察することができるようになっている。
【００２６】
前記基台３上には、シリコン基板ＳがＯリング４などのシール部材を介して載置される。この基台３はその基部３ａがエッチング室２ａ外に導出されるように設けられており、その中心部には、基台３とシリコン基板Ｓとの間に形成された空間５ａに通じる連通路５が設けられ、この連通路５を通して前記空間５ａ内にヘリウムガスが充填，封入され。また、基台３には冷却水循環路６が形成されており、この冷却水循環路６内を循環する冷却水（２０℃）により、前記基台３及びヘリウムガスを介して、前記シリコン基板Ｓが冷却されるようになっている。また、この基台３には前記高周波電源１８によって１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されており、基台３及び基台３上に載置されたシリコン基板Ｓにバイアス電位を生じるようになっている。
【００２７】
前記ガス供給部７は、前記エッチングチャンバ２の上端部に接続されたガス供給管８と、このガス供給管８にそれぞれマスフローコントローラ１１，１２を介して接続されたガスボンベ９，１０とからなり、マスフローコントローラ１１，１２により流量調整されたガスがガスボンベ９，１０からエッチング室２ａ内に供給される。尚、ガスボンベ９内にはエッチング用のＳＦ６ガスが充填され、ガスボンベ１０内には保護膜形成用のＣ５Ｆ８ガスが充填されており、エッチングガスとしてはこの他にＣＦ４，ＣＨＦ３，Ｃ４Ｆ８，Ｃ３Ｆ８を用いることができ、保護膜形成ガスとしてはこの他のフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）を用いることができる。
【００２８】
前記減圧部１３は、前記エッチングチャンバ２の下端部に接続された排気管１４と、この排気管１４に接続された図示しない真空ポンプとからなり、この真空ポンプ（図示せず）によって前記エッチング室２ａ内が所定の低圧（例えば１０ｍＴｏｒｒ）に減圧される。
【００２９】
前記プラズマ生成部１５は、前記エッチングチャンバ２の前記基台３より高い位置の外周に沿って配設されたコイル１６と、このコイル１６に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する高周波電源１７とからなり、コイル１６に高周波電力を印加することによりエッチング室２ａ内の空間に変動磁場が形成され、エッチング室２ａ内に供給されたガスがこの変動磁場によって誘起される電界によりプラズマ化される。
【００３０】
また、前記制御装置２０は、前記マスフローコントローラ１１，１２を制御し、ガスボンベ９，１０からエッチング室２ａ内に供給されるガス流量を図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く調整するガス流量制御手段２１と、前記コイル１６に印加される高周波電力を図２（ｃ）に示す如く制御するコイル電力制御手段２２と、前記基台３に印加される高周波電力を図２（ｄ）に示す如く制御する基台電力制御手段２３とからなる。
【００３１】
また、前記終点検出装置３０は、一方端が前記覗き窓２ｂと対向し、同端部からエッチング室２ａ内の光を受光するように配設された光ファイバ３１と、この光ファイバ３１の他方端に接続し、光ファイバ３１によって受光された光の発光強度を検出するスペクトルメータ３２と、スペクトルメータ３２によって検出された発光強度データを受信して、当該発光強度データを基にエッチングの終点を検出する処理装置３３からなる。尚、前記スペクトルメータ３２は、本例では、主たるエッチング反応種としてのＦラジカル（フッ素ラジカル）（波長約７０４ｎｍ）の発光強度を検出するように設定されている。
【００３２】
また、前記処理装置３３は、前記スペクトルメータ３２によって検出された発光強度データを基に、図３及び図４に示した処理を行い、エッチングの終点を検出して、エッチング終了信号を前記制御装置２０に送信するエンドポイント検出処理部３４と、前記発光強度データなどを記憶するデータ記憶部３５とからなる。尚、前記制御装置２０からエンドポイント検出処理部３４には、エッチング処理開始信号や工程信号（現在の処理工程がエッチング工程であるのか保護膜形成工程であるのかの別を表す信号）が送信されるようになっている。
【００３３】
次に、以上の構成を備えたエッチング装置１の作用について説明する。
【００３４】
はじめに、シリコン基板Ｓをエッチングする態様について説明する。
【００３５】
まず、フォトリソグラフィなどを用いて所望形状のエッチングマスク（例えばレジスト膜やＳｉＯ２膜など）をシリコン基板Ｓ上に形成した後、このシリコン基板Ｓをエッチングチャンバ２内に搬入し、Ｏリング４を介して基台３上に載置する。そして、この後、連通路５から空間５ａ内にヘリウムガスを充填，封入する。なお、冷却水循環路６内の冷却水は絶えず循環されている。
【００３６】
ついで、ガスボンベ９及び１０からＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスをそれぞれエッチング室２ａ内に供給するとともに、コイル１６に高周波電力を印加し、基台３に高周波電力を印加する。
【００３７】
エッチング室２ａ内に供給されるＳＦ６ガスの流量は、図２（ａ）に示すように、Ｖｅ２からＶｅ１の範囲で矩形波状に変化し、また、Ｃ５Ｆ８ガスの流量は、図２（ｂ）に示すように、Ｖｄ２からＶｄ１の範囲で矩形波状に変化し、且つＳＦ６ガスの位相とＣ５Ｆ８ガスの位相とが相互に逆になるようにガス流量制御手段２１によってそれぞれ制御される。
【００３８】
また、コイル１６に印加される高周波電力は、図２（ｃ）に示すように、Ｗｃ２からＷｃ１の範囲で矩形波状に変化し、基台３に印加される高周波電力は、図２（ｄ）に示すように、Ｗｐ２からＷｐ１の範囲で矩形波状に変化し、且つコイル１６に印加される高周波電力の位相と基台３に印加される高周波電力の位相とが同相となるようにそれぞれコイル電力制御手段２２，基台電力制御手段２３によって制御される。
【００３９】
エッチング室２ａ内に供給されたＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスは、コイル１６によって生じた変動磁界内で、イオン，電子，Ｆラジカルなどを含むプラズマとなり、プラズマはこの変動磁界の作用によって高密度に維持される。プラズマ中に存在するＦラジカルはＳｉと化学的に反応して、シリコン基板ＳからＳｉを持ち去る、即ちシリコン基板Ｓをエッチングする働きをし、イオンは基台３及びシリコン基板Ｓに生じた自己バイアス電位により基台３及びシリコン基板Ｓに向けて加速され、シリコン基板Ｓに衝突してこれをエッチングする。斯くして、これらＦラジカル及びイオンによってマスク開口部のシリコン基板Ｓ表面（エッチンググランド）がエッチングされ、所定幅及び深さの溝や穴が形成される。
【００４０】
一方、Ｃ５Ｆ８ガスはプラズマ中で重合物を形成し、これが前記側面及び底面（エッチンググランド）に堆積してフロロカーボン膜を形成する働きをする。このフロロカーボン膜はＦラジカルと反応せず、Ｆラジカルに対する保護膜として作用し、この保護膜によってサイドエッチングやアンダーカットが防止される。
【００４１】
このように、ＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスを同時にエッチング室２ａ内に供給して得られるプラズマの存在下では、Ｆラジカル及びイオン照射によるエッチングと、重合による保護膜の形成という相反する作用が同時に溝（又は穴）の底面及び側面上で進行する。詳細には、イオン照射の多い底面では、重合物の堆積よりもイオン照射による重合物の剥離の方がより強く作用して、Ｆラジカル及びイオンによるエッチングが進行し易く、一方イオン照射の少ない側面では、イオン照射による重合物の剥離よりも重合物の堆積の方がより強く作用して、保護膜の形成が進行し易い。
【００４２】
以上のことを考慮して本実施形態においては、ＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスの流量、並びにコイル１６に印加される高周波電力及び基台３に印加される高周波電力を、上述した如く図２に示すようにそれぞれ制御している。
【００４３】
具体的には、図２においてｅ（エッチング工程）で示す時間帯については、ＳＦ６ガスの供給量をＶｅ１と多くし、Ｃ５Ｆ８ガスの供給量をＶｄ２と少なくするとともに、コイル１６に印加される高周波電力をＷｃ１と高くし、基台３に印加される高周波電力をＷｐ１と高くしている。ＳＦ６ガスの供給量を多くし、Ｃ５Ｆ８ガスの供給量を少なくし、コイル１６に印加される高周波電力を高くすることにより、エッチングに必要なＦラジカルやイオンを適量生成することができる一方、重合物の生成をサイドエッチングやアンダーカットを防止することができる最低限の量に押さえることができる。また、基台３に印加される高周波電力を高くすることにより、イオン照射速度を高め、エッチング速度を高めることができる。
【００４４】
以上により、イオン照射の多いエッチンググランド（底面）については、重合物の堆積よりもイオン照射による重合物の剥離の方がかなり強く作用して、Ｆラジカルやイオンによるエッチングが進行する一方、イオン照射の少ない側面では、イオン照射による重合物の剥離よりも重合物の堆積の方がより強く作用して、保護膜の形成が進行し、エッチングによって順次形成される側面がこの保護膜によって直ちに被覆される。
【００４５】
一方、図２においてｄ（保護膜形成工程）で示す時間帯については、ＳＦ６ガスの供給量をＶｅ２と少なくし、Ｃ５Ｆ８ガスの供給量をＶｄ１と多くするとともに、コイル１６に印加される高周波電力をＷｃ２と低くし、基台３に印加される高周波電力をＷｐ２と低くしている。ＳＦ６ガスの供給量を少なくし、Ｃ５Ｆ８ガスの供給量を多くすることにより、保護膜形成に必要な重合物をより多く生成することができる一方、Ｆラジカルやイオンの生成を、エッチンググランドに堆積される重合物を剥離するのに必要な最低限の量に押さえることができる。また、基台３に印加される高周波電力を低くすることにより、エッチンググランドに堆積される重合物を剥離するのに必要な程度にイオン照射速度を遅くすることができ、溝側壁に堆積される保護膜がイオン照射によって剥離されるのを防止することができる。
【００４６】
以上により、エッチンググランド（底面）については、堆積される重合物をイオン照射によって剥離する程度にエッチングが抑制される一方、イオン照射の少ない側面では、より多くの重合物が堆積して、強固な保護膜が形成される。
【００４７】
斯くして、以上のｅ工程及びｄ工程を順次繰り返して実施することにより、主としてエッチングの進行する工程（エッチング工程）と、主として保護膜形成の進行する工程（保護膜形成工程）とが交番的に繰り返され、エッチングによって順次形成される側壁が保護膜によって直ちに被覆されるとともに、引き続いて実行される工程において、保護膜が更に強固に形成されるので、上述したサイドエッチングやアンダーカットを確実に防止することができ、これにより、内壁面が垂直であり且つその垂直方向の表面うねりが１００ｎｍ以下であり、更に好ましくは４０ｎｍ以下であるトレンチを、効率よくシリコン基板Ｓ上に形成することができる。
【００４８】
このような作用を奏するための前記ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１は６０〜３００ｓｃｃｍの範囲であるのが好ましく、流量Ｖｅ２は０〜８０ｓｃｃｍの範囲であるのが好ましい。尚、流量Ｖｅ２の範囲に０ｓｃｃｍを含めているのは、Ｃ５Ｆ８ガスをプラズマ化した際にもイオンが生成されるため、エッチンググランドに堆積される重合物の除去に必要なイオン量を、このＣ５Ｆ８ガスからもたらされるイオンで十分まかなうことができると考えられるからである。また、前記Ｃ５Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１は５０〜２６０ｓｃｃｍの範囲であるのが好ましく、流量Ｖｄ２は０〜１５０ｓｃｃｍの範囲であるのが好ましい。
【００４９】
また、コイル１６に印加される高周波電力Ｗｃ１は８００〜３０００Ｗの範囲であるのが好ましく、Ｗｃ２は６００〜２５００Ｗの範囲であるのが好ましい。更に、基台３に印加される高周波電力Ｗｐ１は３〜５０Ｗの範囲であるのが好ましく、Ｗｐ２は５〜１５Ｗの範囲であるのが好ましい。
【００５０】
また、前記ｅ工程の実施時間は３〜４５秒の範囲が好ましく、前記ｄ工程の実施時間は３〜３０秒の範囲が好ましい。
【００５１】
このように、本例によれば、シリコン基板Ｓをエッチングして得られた溝又は穴側面の垂直方向の表面うねりを１００ｎｍ以下、更に好ましくは４０ｎｍ以下にすることができるので、半導体集積回路の高集積化，高密度化を図ることができ、また、トレンチ・キャパシタとした場合には、その絶縁性が低下するのを防止することができ、更に、歯車を形成した場合には、その伝達損失を極力小さいものとすることができる。
【００５２】
次に、エッチングの終点を検出する態様について説明する。
【００５３】
上述したように、光ファイバ３１を介してエッチング室２ａ内の光がスペクトルメータ３２に受光され、主たるエッチング反応種としてのＦラジカルの発光強度が検出される。
【００５４】
スペクトルメータ３２によって検出された発光強度データは、逐次エンドポイント検出処理部３４に送信され、当該エンドポイント検出処理部３４において図３及び図４に示した処理が実行され、エッチング終点が検出される。
【００５５】
具体的には、エンドポイント検出処理部３４は、前記制御装置２０からエッチング処理を開始する信号を受信して、処理を開始し、スペクトルメータ３２によって検出された発光強度データの当該スペクトルメータ３２からの受信を開始する（ステップＳ１）。
【００５６】
次に、カウンタｎをリセットした後（ステップＳ２）、前記制御装置２０から受信される工程信号がエッチング工程であるか保護膜形成工程であるかを確認し（ステップＳ３）、エッチング工程である場合には、タイマをオンにして（ステップＳ４）、タイマの経過時間Ｔがｔ１＜Ｔ＜ｔ２である間に、スペクトルメータ３２から受信した発光強度データを前記データ記憶部３５に格納する（ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７）。
【００５７】
前記時間ｔ２はタイマがタイムアップするまでの時間であり、この時間ｔ２及び前記時間ｔ１は、予め任意に設定され、前記データ記憶部３５に格納されている。斯くして、図６に示すように、エッチング工程開始後一定時間（時間ｔ１の間）（エッチングの初期段階）、及びエッチング工程終了前一定時間（エッチング工程時間から前記時間ｔ２を差し引いた残りの時間）（エッチングの終期段階）を除いた、エッチング工程の中間時間帯における発光強度データが前記データ記憶部３５に格納される。
【００５８】
そして、タイマがタイムアップすると（ステップＳ６）、エンドポイント検出処理部３４は、次に、前記ステップＳ７で格納した発光強度データを前記データ記憶部３５から読み出し（ステップＳ８）、読み出した発光強度データについてその平均値Ｉを算出した後（ステップＳ９）、算出した平均値Ｉが、予め設定された基準値Ｋを超えたかどうかを確認し（ステップＳ１０）、平均値Ｉが基準値Ｋを超えていない場合には、前記ステップＳ３以降の処理を繰り返す。一方、平均値Ｉが基準値Ｋを超えている場合には、更に、前回の平均値Ｉが基準値Ｋを越えているかどうかを確認し（ステップＳ１１）、前回の平均値Ｉが基準値Ｋを超えている場合には前記カウンタｎを更新し（ステップＳ１２）、前回の平均値Ｉが基準値Ｋを超えていない場合には、前記ステップＳ２以降の処理を繰り返す。尚、基準値Ｋは予め設定され、前記データ記憶部３５内に格納されている。
【００５９】
次に、ステップＳ１２において更新されたカウンタｎが予め設定された回数Ｎに達したかどうかを確認し（ステップＳ１３）、カウンタｎが設定回数Ｎに達していない場合には、前記ステップＳ３以降の処理を繰り返す一方、設定回数Ｎに達した場合には、エッチングが終了していると判定して、前記制御装置２０にエッチング終了信号を送信した後（ステップＳ１４）、前記スペクトルメータ３２からのデータの取り込みを終了して（ステップＳ１５）、当該処理を終了する。
【００６０】
そして、前記制御装置２０は、エンドポイント検出処理部３４からエッチング終了信号を受信して、当該エッチング処理を終了する。
【００６１】
このように、本例の終点検出装置３０によれば、エッチング工程開始後の一定時間、及びエッチング工程終了前の一定時間を除いた、エッチング工程の中間時間帯におけるＦラジカルの発光強度データを基に、これが基準値Ｋを設定回数Ｎだけ連続して越えた場合に、エッチング終点であると判定される。
【００６２】
上述したように、エッチング工程と保護膜形成工程とを繰り返すプラズマエッチング法では、保護膜形成工程からエッチング工程に移行する初期段階、及びエッチング工程から保護膜形成工程に移行する終期段階において検出されるＦラジカルに対応した波長の光の発光強度は、正確なエッチング進行状態を反映していないものとなっている。
【００６３】
本例の終点検出装置３０では、スペクトルメータ３２によって取得された発光強度データから、当該エッチング工程開始後一定時間内（時間ｔ１の間）及び該エッチング工程終了前一定時間内（エッチング工程時間から前記時間ｔ２を差し引いた残りの時間）に得られた発光強度データを除くようにしているので、前記時間ｔ１及びｔ２を適宜適切に設定することで、エッチング進行状態を反映していない時間帯である前記エッチング工程の初期段階及び終期段階の発光強度データを効果的に取り除くことができ、エッチング進行状態を正確に反映したエッチング工程の中間時間帯における発光強度データのみを抽出することができる。
【００６４】
そして、このようにして抽出された発光強度データを基にエッチング終点の判定を行うことで、正確なエッチング終点を検出することが可能となる。尚、この意味で、前記時間ｔ１は、これをエッチング工程時間の２割から３割程度の時間に設定するのが好ましく、前記時間ｔ２は、これをエッチング工程時間の７割から８割程度の時間に設定するのが好ましい。
【００６５】
斯くして、本例のエッチング装置１によれば、上記のようにエッチング終点を正確に検出することができるので、例えば、上記ＳＯＩウエハにおいても、高精度な形状のエッチング構造物を形成することが可能となる。
【００６６】
尚、本例の終点検出装置３０では、前記発光強度データが基準値Ｋを設定回数Ｎだけ連続して越えた場合に、エッチング終点であると判定するように構成したが、これは、発光強度データにノイズが含まれている場合に生じる誤判定の防止を目的としたものであり、発光強度データにノイズが含まれにくい場合には、上記構成とする必要は必ずしも無く、発光強度データの平均値Ｉが１度でも基準値Ｋを越えれば、直ちにエッチング終点であると判定するように構成することができる。
【００６７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は何らこれに限定されるものではない。
【００６８】
例えば、上例のエッチングの終点判定処理において、各エッチング工程について順次抽出される発光強度データ平均値Ｉの変化量ΔＩを算出し、算出された変化量ΔＩが予め設定された基準値Ｋ’を設定回数Ｎだけ連続して越えたとき、エッチング終点であると判定するようにしても良い。
【００６９】
具体的には、前記エンドポイント検出処理部３４が、図３に示した処理に引き続き、図５に示した処理を実行するように構成される。即ち、エンドポイント検出処理部３４は、図３に示した処理後、前記ステップＳ７で格納した発光強度データを前記データ記憶部３５から読み出し（ステップＳ２１）、読み出した発光強度データについてその平均値Ｉを算出して（ステップＳ２２）、算出した平均値Ｉをデータ記憶部３５に格納した後（ステップＳ２３）、前エッチング工程における平均値Ｉを前記データ記憶部３５から読み出し（ステップＳ２４）、前エッチング工程の平均値Ｉと現エッチング工程の平均値Ｉとの差分をとって変化量ΔＩを算出する（ステップＳ２５）。
【００７０】
そして、次に、前記算出した変化量ΔＩが、予め設定された基準値Ｋ’を超えたかどうかを確認し（ステップＳ２６）、変化量ΔＩが基準値Ｋ’を超えていない場合には、前記ステップＳ３以降の処理を繰り返す。一方、変化量ΔＩが基準値Ｋを超えている場合には、更に、前回の変化量ΔＩが基準値Ｋ’を越えているかどうかを確認し（ステップＳ２７）、前回の変化量ΔＩが基準値Ｋ’を超えている場合には前記カウンタｎを更新し（ステップＳ２８）、前回の変化量ΔＩが基準値Ｋ’を超えていない場合には、前記ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
【００７１】
次に、エンドポイント検出処理部３４は、ステップＳ２８において更新されたカウンタｎが予め設定された回数Ｎに達したかどうかを確認し（ステップＳ２９）、カウンタｎが設定回数Ｎに達していない場合には、前記ステップＳ３以降の処理を繰り返す一方、設定回数Ｎに達した場合には、エッチングが終了していると判定して、前記制御装置２０にエッチング終了信号を送信した後（ステップＳ３０）、前記スペクトルメータ３２からのデータの取り込みを終了して（ステップＳ３１）、当該処理を終了する。
【００７２】
尚、この場合においても、上例と同様に、発光強度データにノイズが含まれにくい場合には、変化量ΔＩが１度でも基準値Ｋ’を越えたとき、直ちにエッチング終点であると判定するように構成することができる。
【００７３】
また、エッチングプロセスは、ＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスの流量、コイル１６に印加される高周波電力、基台３に印加される高周波電力といった各エッチング条件をそれぞれ上記範囲で変化させることにより、主としてエッチングの進行する工程と、主として保護膜形成の進行する工程とを交番的に繰り返して実行されるものであれば良く、変化させる上記各エッチング条件を適宜組み合わせて実施することができる。
【００７４】
即ち、コイル１６の印加電力及び基台３の印加電力を一定にして、ＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスの流量を上記範囲で変化させるようにしても良く、或いはコイル１６の印加電力のみを一定にして、基台３の印加電力並びにＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスの流量を上記範囲で変化させるようにしても良く、或いは逆に基台３の印加電力を一定にして、コイル１６の印加電力並びにＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスの流量を上記範囲で変化させるようにしても良い。
【００７５】
また、本例では、エッチング工程をｅ工程から開始してｅ工程とｄ工程とを順次繰り返し実施するようにしたが、これに限るものではなく、ｄ工程から開始してｄ工程とｅ工程とを順次繰り返し実施するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部ブロック図で示した断面図である。
【図２】本実施形態におけるＳＦ６ガス及びＣ５Ｆ８ガスの流量、並びにコイル及び基台に印加される高周波電力の制御状態を示すタイミングチャートである。
【図３】本実施形態に係る終点検出装置の処理手順を示したフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る終点検出装置の処理手順を示したフローチャートである。
【図５】本発明の他の態様に係る終点検出手順を示したフローチャートである。
【図６】ガススイッチングエッチング法における特定反応種の発光強度を示したグラフである。
【図７】ＳＯＩウエハのトレンチエッチングを説明するための説明図である。
【符号の説明】
Ｓ    シリコン基板
１    エッチング装置
２    エッチングチャンバ
２ａ  エッチング室
３    基台
７    ガス供給部
８    ガス供給管
９，１０  ガスボンベ
１１，１２  マスフローコントローラ
１３  減圧部
１４  排気管
１５  プラズマ生成部
１６  コイル
１７，１８  高周波電源
２０  制御装置
２１  ガス流量制御手段
２２  コイル電力制御手段
２３  基台電力制御手段
３０  終点検出装置
３２  スペクトルメータ
３３  処理装置
３４  エンドポイント検出処理部
３５  データ記憶部
【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】
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【図６】
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【図７】
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