(57)【要約】【課題】エッチングの終点を精度良く判定できるようにする。【解決手段】反応成分としてＨＦを含む処理ガスを吹出し口２１から吹き出して被処理物９０に接触させ、シリコン膜９３をエッチングする。吸引口２２から吸引した処理済みガスの一部を分析部５１に導入し、上記反応成分の濃度及び生成成分の濃度を分析する。判定部５２によって、上記２つの成分の濃度変化に基づき、エッチングの終点を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングすべき膜を含む被処理物に前記膜との反応性を有する反応成分を含む処理ガスを接触させ、
前記処理ガスが前記被処理物に接触した後の処理済みガス中の前記反応成分と、前記膜と前記反応成分との反応による生成成分の濃度変化に基づいて、前記膜のエッチングの終点を判定することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記膜が、シリコン又は酸化シリコンであり、前記反応成分が、ＨＦであり、前記生成成分が、ＳｉＦ４であり、前記処理済みガス中のＨＦ及びＳｉＦ４の濃度変化に基づいて、前記判定を行なうことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記処理済みガス中のＨＦ濃度とＳｉＦ４濃度の比が所定の値に達したか否かにより前記判定を行なうことを特徴とする請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
エッチングすべき膜を含む被処理物に前記膜との反応性を有する反応成分を含む処理ガスを接触させるエッチング装置に設けられ、前記膜のエッチングの終点を判定する装置であって、
前記処理ガスが前記被処理物に接触した後の処理済みガス中の前記反応成分の濃度と、前記膜と前記反応成分との反応による生成成分の濃度とを分析する分析部と、
前記反応成分及び前記生成成分の濃度変化に基づいて前記膜のエッチングの終点を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とするエッチング終点判定装置。
【請求項５】
前記分析部が、赤外線分光器であることを特徴とする請求項４に記載のエッチング終点判定装置。
【請求項６】
前記エッチング装置の前記処理済みガスを吸引する吸引路から分岐部を介して検出路を分岐させ、この検出路に前記分析部を接続し、前記検出路の少なくとも前記分岐部の近くの部分のコンダクタンスが、前記吸引路のコンダクタンスより小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載のエッチング終点判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エッチング方法及び装置に関し、特にエッチングが終点に達したか否かを判定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコン膜等のプラズマエッチングでは、偏光解析、反射解析等で残膜の厚さを光学的に測定し、エッチングの終点を検出している（特許文献１参照）。プラズマ発光を分析してエッチングの終点を検出することも行なわれている。
特許文献２では、最上層に不純物をドープしておき、ガス中の不純物を検出することで、エッチングの終点を判断している。
特許文献３では、ガス中の被エッチング物の濃度を分析し、被エッチング物がなくなった時点でエッチングを止めている。
特許文献４では、ガス中の基板を構成する２つの元素の濃度比からエッチングの深さを判断している。
特許文献５では、酸化シリコンの成膜においてチャンバーの内部をプラズマエッチングしてクリーニングする際、排ガス中のＳｉＦ４の濃度を分析することによりクリーニングの程度を判断している。
【特許文献１】特開２００８−４１９７４号公報
【特許文献２】特開平０５−０５５５７８号公報
【特許文献３】特開平０６−１２０１７２号公報
【特許文献４】特開平０６−１６３４６９号公報（段落００１６）
【特許文献５】特開２００７−１４２０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
膜厚を偏光解析や反射解析で測定する方法では、膜厚が薄くなるにしたがって測定誤差が大きくなる。そのため、エッチングの対象膜が未だ残っているのに終点と判定したり、エッチング対象膜が無くなったのに終点判定が遅れ、下地の保護膜までエッチングしてしまったりすることがあった。
プラズマ発光分析は、適用するエッチング装置が被処理物をプラズマ空間の内部に配置する所謂ダイレクト式のプラズマエッチング装置である必要がある。そのため、被処理物がプラズマ空間の外部に配置され、プラズマガスがプラズマ空間から被処理物に向けて噴き出される所謂リモート式のプラズマエッチング装置には採用できず、適用範囲が限定される。
上掲特許文献２〜５に記載の方法では、何れもエッチング反応によってガス中に混入した成分のみの濃度からエッチングの終点等を判断している。そのため、エッチングガスに雰囲気ガス等が混入した場合、精度を確保するのが困難になる。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、エッチングすべき膜の厚さが小さくなっても誤差が大きくならず、さらには雰囲気ガスの混入等の外乱があっても判定精度を確保できる終点判定手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係るエッチング方法は、エッチングすべき膜を含む被処理物に前記膜との反応性を有する反応成分を含む処理ガスを接触させ、
前記処理ガスが前記被処理物に接触した後の処理済みガス中の前記反応成分と、前記膜と前記反応成分との反応による生成成分の濃度変化に基づいて、前記膜のエッチングの終点を判定することを特徴とする。
これによって、エッチングすべき膜の厚さが小さくなっても誤差が大きくなることがなく、エッチングの終点を精度良く判定できる。処理空間に雰囲気ガスが混入するなどの外乱があっても判定精度を確保できる。
【０００６】
前記膜が、シリコン又は酸化シリコンであり、前記反応成分が、ＨＦであり、前記生成成分が、ＳｉＦ４であり、前記処理済みガス中のＨＦ及びＳｉＦ４の濃度変化に基づいて、前記判定を行なうことが好ましい。
これによって、シリコン又は酸化シリコンのエッチングの終点を精度良く確実に判定できる。
【０００７】
前記処理済みガス中のＨＦ濃度とＳｉＦ４濃度の比が所定の値に達したか否かにより前記判定を行なうことが好ましい。
これによって、処理済みガスに外部の雰囲気ガス等が巻き込まれて各成分の濃度が小さくなったとしても、それに影響を受けることなく、エッチングの終点を確実に判定できる。
【０００８】
本発明に係るエッチング終点判定装置は、エッチングすべき膜を含む被処理物に前記膜との反応性を有する反応成分を含む処理ガスを接触させるエッチング装置に設けられ、前記膜のエッチングの終点を判定する装置であって、
前記処理ガスが前記被処理物に接触した後の処理済みガス中の前記反応成分の濃度と、前記膜と前記反応成分との反応による生成成分の濃度とを分析する分析部と、
前記反応成分及び前記生成成分の濃度変化に基づいて前記膜のエッチングの終点を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、エッチングすべき膜の厚さが小さくなっても誤差が大きくなることがなく、エッチングの終点を精度良く判定できる。処理空間に雰囲気ガスが混入するなどの外乱があっても判定精度を確保できる。
【０００９】
前記分析部が、赤外線分光器であることが好ましい。
これによって、前記反応成分及び生成成分の濃度分析を確実に行なうことができる。
【００１０】
前記エッチング装置の前記処理済みガスを吸引する吸引路から分岐部を介して検出路を分岐させ、この検出路に前記分析部を接続し、前記検出路の少なくとも前記分岐部の近くの部分のコンダクタンスが、前記吸引路のコンダクタンスより小さいことが好ましい、
これによって、吸引路から検出路に分流した処理済みガスを増速でき、短時間で分析部に達するようにでき、濃度分析ひいては終点判定の応答性を高めることができる。
【００１１】
本発明は、ほぼ大気圧近傍下（常圧下）でのプラズマエッチングに好適である。ここで、ほぼ大気圧近傍下（ほぼ常圧）とは、１．０１３×１０4〜５０．６６３×１０4Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡易化を考慮すると、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａが好ましく、９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａがより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エッチングすべき膜の厚さが小さくなっても誤差が大きくなることがなく、エッチングの終点を精度良く判定できる。処理空間に雰囲気ガスが混入するなどの外乱があっても判定精度を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、被処理物９０は、例えばフラットパネルディスプレイ用のガラスを基板９１とし、この基板９１上に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなる下地膜９２が形成されている。下地膜９２上にアモルファスシリコンからなるシリコン膜９３が積層されている。シリコン膜９３は、アモルファスシリコンに代えて、ポリシリコンや単結晶シリコンであってもよい。
【００１４】
被処理物９０のシリコン膜９３がエッチング装置１によってエッチングされる。
エッチング装置１は、支持部１０と、ノズルヘッド２０を備えている。支持部１０に被処理物９０が支持されている。支持部１０は、ステージやローラコンベア等で構成されている。支持部１０には移動機構が付加されており、被処理物９０をノズルヘッド２０に対し図１の２つの白抜き矢印で示す左右方向に往復移動させるようになっている。
【００１５】
ノズルヘッド２０は、支持部１０の上方に離れて配置されている。ノズルヘッド２０には、１又は複数の吹出し口２１と、１又は複数の吸引口２２が形成されている。ここでは、ノズルヘッド２０の中央部に１つの吹出し口２１が配置され、この吹出し口２１を挟んでその両側に吸引口２２が配置されている。吹出し口２１及び吸引口２２は、図１の紙面と直交する方向に延びるスリット状になっている。
【００１６】
処理ガス供給源３０から供給路３１が延びている。この供給路３１が吹出し口２１に連なっている。処理ガス供給源３０は、処理ガスを供給路３１に送出する。処理ガスは、シリコン膜９３との反応性を有する反応成分としてＨＦ（フッ素系反応成分）及びＯ３（酸化性反応成分）を含んでいる。ＨＦは、例えばＣＦ４等のフルオロカーボンに水（Ｈ２Ｏ）を添加してプラズマ化することにより生成することができる。Ｏ３は、例えばオゾナイザーによって生成することができる。ＣＦ４とＨ２ＯとＯ３の混合ガスをプラズマ化することにより、ＨＦとＯ３を１つのプラズマ生成装置で同時に生成することにしてもよい。
【００１７】
ノズルヘッド２０の吸引口２２から吸引路４１が延びている。吸引路４１が、吸引ポンプ４０（吸引手段）に連なっている。吸引ポンプ４０には、スクラバ等の排ガス処理設備（図示省略）が付設されている。
【００１８】
エッチング装置１には、シリコン膜９３のエッチングが終点に達したか否かを判定するために、エッチング終点判定装置５０が設けられている。エッチング終点判定装置５０は、分析部５１と、判定部５２を備えている。分析部５１は、フーリエ変換赤外線分光器（ＦＴＩＲ）で構成され、サンプリングしたガスの組成を赤外線で分光分析し、ひいては各ガス成分の濃度を分析するようになっている。
【００１９】
分析部５１は、次のようにして吸引路４１に接続されている。
吸引路４１から分岐部４１ｂを介して検出路５３が分岐されている。検出路５３の流路断面積は、吸引路４１の流路断面積より十分に小さい。この検出路５３に分析部５１が設けられている。検出路５３の下流端には吸引ポンプ５４が設けられている。検出路５３の分析部５１より上流側であって分岐部４１ｂの近くには、絞り弁５５が設けられている。
【００２０】
分析部５１に判定部５２が接続されている。判定部５２は、マイクロプロセッサで構成されている。周知の通り、マイクロプロセッサは、ＣＰＵとプログラムＲＯＭとＲＡＭと入出力インターフェースを備えている。判定部５２は、分析部５１の分析結果に基づいて、エッチングの終点判定を行なう。
分析部５１の分析結果及び判定部５２による判定結果は、モニタ（図示省略）に表示されるようになっている。
【００２１】
上記構成のエッチング装置１によってシリコン膜９３をエッチングする方法を、エッチングの終点判定を中心に説明する。
処理ガス供給源３０のＨＦ及びＯ３を含む処理ガスを、供給路３１に通してノズルヘッド２０へ送り、吹出し口２１から吹き出して被処理物９０に接触させる。これにより、シリコン膜９３のエッチング反応が起きる。具体的には、Ｏ３によりシリコンが酸化されて酸化シリコンになり、この酸化シリコンとＨＦとが反応して揮発性のＳｉＦ４が生成される。
【００２２】
処理ガスが被処理物９０に接触した後の処理済みガスは、各吸引口２２に吸い込まれ、吸引路４１を通り、吸引ポンプ４０から排気される。処理済みガスには、ＳｉＦ４等のエッチング反応による生成成分や、エッチング反応に使われなかったＨＦ等の反応成分が含まれている。
【００２３】
吸引ポンプ５４の駆動によって処理済みガスの一部が分岐部４１ｂから検出路５３に分流する。検出路５３は吸引路４１より流路断面積が小さいため、検出路５３内の処理済みガスの流速を吸引路４１内の処理済みガスの流速より大きくできる。しかも、絞り弁５５によって該絞り弁５５より下流側の検出路５３が低圧になるため、検出路５３内の処理済みガスの流速を一層大きくできる。これによって、処理済みガスを短時間で分析部５１に導入できる。
【００２４】
ＦＴＩＲからなる分析部５１は、処理済みガスの組成を定量分析する。具体的には、処理済みガス中のＨＦ（反応成分）の濃度とＳｉＦ４（生成成分）の濃度を検出する。
【００２５】
分析部５１による分析データは、随時、判定部５２へ入力される。判定部５２は、この分析データに基づいて、シリコン膜９３のエッチングが終点に達したか否かを判定する。具体的には、処理済みガス中のＨＦとＳｉＦ４の濃度変化に基づいて終点判定を行なう。
【００２６】
例えば、判定部５２は、下式の演算を行ない、ＨＦとＳｉＦ４の濃度比ｒを求める。
ｒ＝［ＨＦ］／［ＳｉＦ４］    （式１）
式１において、［ＨＦ］は、ＨＦの濃度であり、［ＳｉＦ４］は、ＳｉＦ４の濃度である。判定部５２のＲＯＭには、濃度比ｒの閾値ｒ０（所定の値）が記憶されている。判定部５２は、算出した濃度比ｒが閾値ｒ０に達したか否かを判断する。
【００２７】
被処理物９０の表面にシリコン膜９３が残っている段階では、処理ガス中のＨＦの消費量が大きく、ＳｉＦ４の生成量が大きい。したがって、処理済みガス中のＨＦ濃度は比較的低く、ＳｉＦ４濃度は比較的高い。そのため、濃度比ｒが閾値ｒ０を下回っている。
ｒ＜ｒ０    （式２）
このとき、判定部５２は、未だエッチング終点に達していないと判断する。
【００２８】
シリコン膜９３が除去されると下地の窒化シリコン膜９２が露出する。窒化シリコンはアモルファスシリコンより反応速度が小さい。そのため、シリコン膜９３が残っている段階よりもＨＦの消費量が小さくなり、ＳｉＦ４の生成量が小さくなる。したがって、処理済みガス中のＨＦ濃度は上昇し、ＳｉＦ４濃度は低下する。これにより、濃度比ｒが閾値ｒ０を上回る。
ｒ≧ｒ０    （式３）
このとき、判定部５２は、エッチングが終点に達したと判断する。これによって、シリコン膜９３が除去された時点ないしはその直後にエッチングを終了することができ、下地膜９３が余計にエッチングされるのを防止できる。
【００２９】
本発明によれば、従来の偏光解析や反射解析による終点判定とは異なり、シリコン膜９３の厚さが小さくなるにしたがって測定誤差が大きくなることはない。したがって、エッチング終点を精度よく判定できる。処理済みガス中の２つの成分（ＨＦ及びＳｉＦ４）の比ｒに基づいて判定を行なっているため、処理済みガスに外部から雰囲気ガス（空気等）が混入して上記各成分（ＨＦ及びＳｉＦ４）の濃度が低下したとしても、判定精度に影響することはない。
また、ＨＦ等の反応成分を含む処理ガスを被処理物に吹き付けてエッチングするものであれば汎用的に適用でき、適用範囲が限定されない。被処理物９０をプラズマ空間の外部に配置し、処理ガスをプラズマ空間から吹出して被処理物９０に吹き付ける所謂リモート式のプラズマエッチング装置にも、被処理物９０をプラズマ空間の内部に配置し、プラズマ化された処理ガスを被処理物９０に直接的に当てる所謂ダクレクト式のプラズマエッチング装置にも適用できる。
処理済みガスは吸引路４１から検出路５３に分流すると増速され、短時間で分析部５１に達するため、被処理物９０のエッチング状態を殆ど時間遅れ無く検知でき、判定の応答性を高めることができる。
【００３０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、判定部５２が、濃度比の閾値ｒ０に代えて、ＨＦ濃度の閾値及びＳｉＦ４の閾値をＲＯＭに記憶しておき、ＨＦ濃度とＳｉＦ４濃度がそれぞれ対応する閾値を超えたか否かによりエッチング終点を判定することにしてもよい。
処理済みガス中の２つの成分（例えばＨＦ及びＳｉＦ４）に限られず、３つ以上の成分（例えばＨＦ、Ｏ３、ＳｉＦ４等）を定量分析してもよく、１つの成分だけを定量分析してもよい。
エッチング対象膜は、シリコンに限られず、酸化シリコンであってもよい。その場合、処理ガス中の反応成分は、ＨＦ等のフッ素系反応成分だけでよく、Ｏ３等の酸化性反応成分は不要である。
さらに、エッチング対象膜は、シリコンや酸化シリコンに限られず、窒化シリコン等の他の絶縁膜や半導体膜であってもよい。処理ガスの反応成分及びエッチング終点判定装置５０で定量分析する生成成分は、エッチング対象膜に対応して適宜選択するとよい。
エッチング反応は、エッチング対象膜のエッチングの終了によって処理済みガスの反応成分濃度と生成成分濃度が変化するものであればよく、エッチング終点判定装置５０は、この濃度の変化を分析するものであればよい。
分析部５１は、ガスの濃度を分析できるものであればＦＴＩＲに限られない。
判定部５２は、マイクロプロセッサに代えてアナログ回路で構成されていてもよい。
本発明の終点判定は、反応成分を含む処理ガスを被処理物に吹き付けてエッチングするものであれば、汎用的に適用可能である。
【実施例１】
【００３１】
実施例を説明する。本発明は、この実施例に限定されるものではない。
図２に示すように、ステージ状の支持部１０に３つの被処理物９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃを左右に並べて配置した。各被処理物９０Ａ〜９０Ｃの下地膜９２は、窒化シリコンであり、エッチング対象膜９３は、アモルファスシリコンであった。各被処理物９０Ａ〜９０Ｃの膜９３の初期厚さは測定しておらず、不明であった。各被処理物９０Ａ〜９０Ｃの左右方向の寸法は、２５０ｍｍであり、３つの被処理物９０Ａ〜９０Ｃの合計の左右方向の寸法は、７５０ｍｍであった。被処理物９０Ａ〜９０Ｃの左右の両外側にそれぞれポリイミド樹脂からなる添え板９４Ｌ，９４Ｒを配置した。添え板９４Ｌ，９４Ｒの厚さは、被処理物９０Ａ〜９０Ｃと同じにし、添え板９４Ｌ，９４Ｒと被処理物９０Ａ〜９０Ｃの上面を面一に揃えた。
【００３２】
エッチング装置１の構成は、実施形態と同様とした。ＨＦ及びＯ３を含む処理ガスをノズルヘッド２０から吹出すとともに、支持部１０を左右に往復移動させた。処理済みガスの一部を吸引路４１から検出路５３に分流させ、分析部５１にて定量分析し、処理済みガス中のＨＦ濃度及びＳｉＦ４濃度を検出した。この検出データに基づいて判定部５２により式１に示す濃度比ｒ＝［ＨＦ］／［ＳｉＦ４］を演算した。ＳｉＦ４の濃度に関しては運転開始時（図３の横軸の０［ｓｅｃ］）の検出値を差し引いたうえで、式１に代入した。
【００３３】
図３は、検出濃度及び濃度比の経時変化を示したものである。濃度比の線には、各サンプル９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９４Ｌ，９４Ｒのデータと考えられるピークに、そのサンプルの符号９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９４Ｌ，９４Ｒを付した。
【００３４】
何れの被処理物９０Ａ〜９０Ｃでもシリコン膜９３が残っている段階（時間３００［ｓｅｃ］以前）では、処理済みガス中のＨＦ濃度は低くなり、ＳｉＦ４濃度は高くなり、濃度比ｒは小さくなった。添え板９４Ｌ，９４Ｒを処理しているときは、反応が起きないため、ＨＦ濃度は高くなり、ＳｉＦ４濃度は低くなり、濃度比ｒは大きくなった。
【００３５】
運転時間が３３０［ｓｅｃ］付近を過ぎると、添え板９４Ｌ，９４Ｒの処理時ではないにも拘わらず、ＨＦ濃度が高くなり、ＳｉＦ４濃度が低くなり、濃度比ｒが大きくなり、３００［ｓｅｃ］以前とは挙動が明らかに異なってきた。したがって、処理済みガスの反応成分と生成成分の濃度変化を観測することにより、エッチング終点を判定できることが明らかになった。濃度比ｒの閾値ｒ０は、サンプル９０Ｂのピークの変動からｒ０＝１程度に設定するとよいことが判った。一方、濃度比ｒがｒ＝１に達した時点では、エッチング終点に達した部分が被処理物の全面に及んでいない可能性もあるため、閾値ｒ０を例えばｒ０＝５に設定することにしてもよい。これにより、被処理物の全面を確実にエッチングすることができる。濃度比ｒがｒ＝１に達した以降、被処理物をノズルヘッド２０に対し約１回程度片道移動又は往復移動させるだけで濃度比ｒがｒ＝５程度になる。したがって、この間のオーバーエッチング量は僅かであり、好適なエッチング終点を設定できる。
【００３６】
支持部１０とノズルヘッド２０の相対位置等から被処理物９０Ａ〜９０Ｃの処理時であるか添え板９４Ｌ，９４Ｒの処理時であるかを判断し、添え板９４Ｌ，９４Ｒの処理時である場合は、濃度比ｒが閾値ｒ０を上回っても無視するとよい。
図３において、３５０［ｓｅｃ］以降のピークは、下地の窒化シリコン膜９２のエッチングによるものと推察される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明は、例えばフラットパネルディスプレイ用のガラス基板や半導体基板の製造工程におけるエッチング処理に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング終点判定装置を含むエッチング装置の概略構成図である。
【図２】実施例１で用いたエッチング装置及びサンプルの概略構成図である。
【図３】実施例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１      エッチング装置
１０    支持部
２０    ノズルヘッド
２１    吹出し口
２２    吸引口
３０    処理ガス供給源
３１    供給路
４０    吸引ポンプ（吸引手段）
４１    吸引路
４１ｂ  分岐部
５０    エッチング終点判定装置
５１    分析部（赤外線分光器）
５２    判定部
５３    検出路（コンダクタンス低減部）
５４    吸引ポンプ
５５    絞り弁（コンダクタンス低減部）
９０    被処理物
９１    基板
９２    下地膜
９３    シリコン膜（エッチング対象膜）
９４Ｌ，９４Ｒ  添え板
【図１】
2009260001.tif 000003
【図２】
2009260001.tif 000004
【図３】
2009260001.tif 000005