JP2000021855A - 半導体製造条件設定方法、半導体製造条件設定装置、この装置を用いた半導体製造装置、及びこの半導体製造装置により製造された半導体基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体のプラズマプロセスを安定な状態で行
える半導体製造条件設定方法、装置、半導体製造装置、
及び半導体基板を提供すること。 【解決手段】 光出力手段５と、プラズマ透過光を分光
する分光手段２８と、透過光強度を電気信号に変換する
光検出手段３０と、電気信号に基づいて透過光強度を算
出する透過光強度算出手段３５と、透過光強度に基づい
て吸収波長を算出する吸収波長算出手段３５と、二以上
の対応波長を選択する対応波長選択手段３５と、パラメ
ータと各対応波長の透過光強度との関係である基準透過
光データを作成する基準透過光データ作成手段３５と、
許容透過光範囲を決定する許容透過光範囲決定手段３５
と、被処理基板７の処理中の透過光強度を算出する処理
中透過光強度算出手段３５と、処理中強度に応じた候補
パラメータを選定する候補選定手段３５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電力を利用
してチャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理
基板に処理を施すプラズマエッチング、スパッタリン
グ、プラズマＣＶＤ等（以下「プラズマプロセス」とい
う。）の半導体製造工程において、高周波電力等の諸条
件を設定する方法、装置、この装置を用いた半導体製造
装置、及びこの半導体装置により製造された半導体基板
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体製造プロセスの中で、
プラズマを使用するプラズマプロセスが知られている。
このプラズマプロセスを効率良く行うためには、プラズ
マを発生するための高周波電力、チャンバ内の圧力、及
びチャンバ内に流入するエッチングガス等の流量等を所
定の値に設定しておくことが必要であり、これら高周波
電力、チャンバ内圧力、及びガス流量等のパラメータ
は、それぞれ半導体製造装置の外部に付設された高周波
電力計、容器内圧力計、及びガス流量計等により監視さ
れている。

【０００３】これらの計器によれば、プラズマプロセス
中に、チャンバの外部から与えた各パラメータの大き
さ、具体的には、高周波発生器からチャンバ内の高周波
電極等に印加された高周波電力、排気バルブからチャン
バ内のガスが排出された後の容器内圧力、及びガス導入
バルブを通過してチャンバ内に流れ込むガスの流量等を
測定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、プラズマプロ
セス中の半導体製造装置においては、プロセス中に生成
された処理材料の分解物がチャンバの内部壁面や高周波
電極に付着するため、高周波発生器から供給される高周
波電力に対するインピーダンス変化を起こして反応に使
われる実効電力が変動し、また、真空保持用の材料の劣
化に伴って、容器内圧力が変動する。さらには、ガス導
入バルブの開放時に生じるガスの急激かつ多量の流入や
ガス導入バルブの開閉誤差のため、チャンバ内、特に、
ウエハ等の被処理基板の近傍のガス流入量やガスの混合
比が変動してしまう。実効電力や容器内圧力等のパラメ
ータの変動は、例えば、プラズマエッチングにおいてエ
ッチングの方向が所望の方向にならなかったり、プラズ
マＣＶＤにおいて膜質が変質したり均一にならない、と
いう製品の品質低下を招くことになる。

【０００５】このようなパラメータの変動は、半導体製
造装置の外部に付設された高周波電力計等の各種計器で
は測定不可能なため、各種計器が所望の値を示している
にもかかわらず、実際のパラメータの値は所望の値とは
異なるという事態が生じる。そして、かかる事態の発生
は、外部の各種計器では発見できないため、プラズマプ
ロセスが正常に行われていないにもかかわらず半導体の
製造処理が継続して進行されたり、また、プロセス終了
後の材料の不具合から半導体製造装置の異常に気付いて
も、材料に不具合を生じさせる原因となったパラメータ
が分からないため、装置の復旧方法を見出すことができ
ない。

【０００６】このようにプラズマプロセスの進行に影響
を与える各パラメータの状況を高周波電力計、容器内圧
力計、及びガス流量計等のチャンバ外部に取り付けられ
た計器により監視するだけでは、チャンバ内において時
々刻々と変化するパラメータの値を掌握することができ
ず、半導体製造装置による安定したプラズマプロセスを
行うことが困難となる。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、外部の計器では測定できないパラメータの変
化を把握することで、半導体のプラズマプロセスを安定
な状態で行え、かつ、高品質な半導体を製造することが
できる半導体製造条件設定方法、半導体製造条件設定装
置、この装置を用いた半導体製造装置、及びこの半導体
製造装置により製造された半導体基板を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明に係る半導体製造条件設定方法
は、チャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理
基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件を設定する
方法であって、プラズマに光を照射する工程と、プラズ
マを透過した光を分光する工程と、分光された透過光の
各波長の透過光強度を算出する工程と、透過光強度に基
づいて、プラズマにおける吸収波長を算出する工程と、
製造条件である複数のパラメータの値を増減変化させた
ときに当該パラメータの増減変化に伴って透過光強度が
変化する吸収波長の中から、少なくとも二以上の吸収波
長を対応波長として各パラメータごとに選択する工程
と、パラメータの値と、各対応波長の透過光強度に基づ
く値との関係を示す基準透過光データを各パラメータご
とに作成する工程と、パラメータの許容範囲に対応し
た、各対応波長の透過光強度に基づく範囲である許容透
過光範囲を各パラメータごとに決定する工程と、被処理
基板に処理を施す際に得られる透過光の各対応波長の透
過光強度である処理中透過光強度を算出する工程と、基
準透過光データに基づいて、処理中透過光強度に応じた
候補パラメータを各パラメータの中から選定する工程
と、処理中透過光強度に基づく値が許容透過光範囲を越
えたときに、当該処理中透過光強度に基づく値が許容透
過光範囲内になるまで候補パラメータの値を調整する工
程とを備えることを特徴とする。

【０００９】請求項１記載の発明に係る半導体製造条件
設定方法によれば、まず、プラズマへ光を照射した際
に、この光の或る波長成分がプラズマ内の粒子によって
吸収される。プラズマを透過した光は、例えば、回折格
子等によって分光され、分光された透過光は、リニアイ
メージセンサー等によって受光されて、各波長における
透過光強度が算出される。この透過光強度を求めれば、
透過光のどの波長成分がプラズマ内の粒子によって吸収
されたかが求まる。分光された透過光の吸収波長の中に
は、高周波電力等のパラメータの値を増減変化させたと
きに、当該パラメータの変化に伴ってプラズマを透過し
た後の強度が変化するものがあるが、この透過光強度が
変化する吸収波長の中から少なくとも二以上の波長が対
応波長として選択される。対応波長の選択は、各パラメ
ータごと、すなわち、高周波電力、ガス流量等のパラメ
ータそれぞれについて行われる。

【００１０】対応波長が選択された後、パラメータの値
と、各対応波長の透過光強度との関係を示す基準透過光
データが各パラメータごとに作成される。基準透過光デ
ータが作成さる一方、パラメータの許容範囲に対応する
各対応波長の透過光強度に基づく範囲である許容透過光
範囲も決定される。ここで、パラメータの許容範囲につ
いて説明すると、パラメータが所望範囲から外れてある
値（異常値）になると、半導体製造工程を経た被処理基
板が目的の機能を果たさなくなるが、例えば、この異常
値から十分なマージンを考慮したものが、パラメータの
許容範囲となる。尚、パラメータの所望範囲とは、半導
体製造工程を経た被処理基板に不具合が生じなかった場
合の理想的な範囲を意味するものである。

【００１１】各パラメータごとの許容透過光範囲が算出
された後、被処理基板に実際に処理が施され、プラズマ
を透過した透過光の各対応波長の光強度である処理中透
過光強度が算出される。そして、基準透過光データに基
づいて、数種類のパラメータの中から、処理中透過光強
度に応じた候補パラメータが選定される。さらに、処理
中透過光強度が許容透過光範囲を越えたときに、処理中
透過光強度が許容透過光範囲内になるまで候補パラメー
タの値が調整されて、チャンバ内の各パラメータを所望
範囲の近傍に設定・維持することができる。これによ
り、半導体製造工程を安定な状態で行うことができる。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体製造条件設定方法において、パラメータが、プラズ
マを生成するための高周波電力、プラズマを生成するた
めの周波数、プラズマ内に含まれるイオン又はラジカル
を被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、チャ
ンバ内に流入するガスの流量、チャンバ内の圧力、プラ
ズマを高密度に維持するための磁界の強さ、又はチャン
バ内の温度のうちの少なくとも一つであることを特徴と
する。

【００１３】請求項３記載の発明に係る半導体製造条件
設定装置は、チャンバ内に発生させたプラズマを使用し
て被処理基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件を
設定する装置であって、プラズマに向けて光を出力する
光出力手段と、プラズマを透過した光を分光する分光手
段と、透過光の分光方向に分解能を有し、分光された透
過光の各波長成分を受光するとともに当該透過光の各波
長の強度に応じた電気信号を出力する光検出手段と、光
検出手段から出力された電気信号に基づいて、透過光の
各波長の強度を算出する透過光強度算出手段と、透過光
強度算出手段より算出された透過光強度に基づいて、プ
ラズマにおける吸収波長を算出する吸収波長算出手段
と、製造条件である複数のパラメータの値を増減変化さ
せたときに当該パラメータの増減変化に伴って透過光強
度が変化する吸収波長の中から、少なくとも二以上の吸
収波長を対応波長として各パラメータごとに選択する対
応波長選択手段と、パラメータの値と、各対応波長の透
過光強度に基づく値との関係を示す基準透過光データを
各パラメータごとに作成する基準透過光データ作成手段
と、パラメータの許容範囲に対応した、各対応波長の透
過光強度に基づく範囲である許容透過光範囲を各パラメ
ータごとに決定する許容透過光範囲決定手段と、被処理
基板に処理を施す際に得られる透過光の各対応波長の透
過光強度である処理中透過光強度を算出する処理中透過
光強度算出手段と、基準透過光データに基づいて、処理
中透過光強度に応じた候補パラメータを各パラメータの
中から選定する候補パラメータ選定手段とを備えること
を特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明に係る半導体製造条件
設定装置によれば、まず、光出力手段から出力された光
がプラズマを透過する際に、この光の或る波長成分がプ
ラズマ内の粒子によって吸収される。プラズマを透過し
た光は、例えば、回折格子等の分光手段によって分光さ
れる。さらに、分光された透過光は、透過光の分光方向
に分解能を有する光検出手段によって検出され、当該光
検出手段は、当該透過光の各波長の強度に応じた電気信
号を出力する。光検出手段から発せられた電気信号を受
信した透過光強度算出手段は、この電気信号に基づい
て、透過光の各波長における透過光強度を算出する。さ
らに、吸収波長算出手段は、この透過光強度を参照し
て、透過光のどの波長成分がプラズマ内の粒子によって
吸収されたかが求まる。分光された透過光の吸収波長の
中には、高周波電力等のパラメータの値を増減変化させ
たときに、当該パラメータの変化に伴って透過光強度が
変化するものがあるが、対応波長選択手段によって、こ
の透過光強度が変化する波長の中から少なくとも二以上
の波長が対応波長として選択される。対応波長の選択
は、各パラメータごと、すなわち、高周波電力、ガス流
量等のパラメータそれぞれについて行われる。

【００１５】対応波長が選択された後、基準透過光デー
タ作成手段によって、パラメータの値と、各対応波長の
透過光強度との関係を示す基準透過光データが各パラメ
ータごとに作成される。基準透過光データが作成される
一方、許容範囲決定手段によって、パラメータの許容範
囲に対応する各対応波長の透過光強度に基づく範囲であ
る許容透過光範囲が決定される。各パラメータごとに許
容透過光範囲が決定された後、被処理基板に実際に処理
が施され、処理中透過光強度算出手段によって、プラズ
マを透過した透過光の各対応波長の光強度である処理中
透過光強度が算出される。そして、候補パラメータ選定
手段によって、数種類のパラメータの中から処理中透過
光強度に応じた候補パラメータが基準透過光データに基
づいて選定される。

【００１６】候補パラメータが選定された後、当該候補
パラメータの基準透過光データ等が、例えば、ディスプ
レイ等に表示される。そして、処理中透過光強度が許容
透過光範囲を越えたときに、オペレータは、高周波発生
器等の各種計器を操作することにより候補パラメータの
値を調整し、処理中透過光強度を許容透過光範囲内に収
める。これにより、チャンバ内のパラメータを所望範囲
の近傍に設定・維持することができ、半導体製造工程を
安定な状態で進めることができる。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項３記載の半
導体製造条件設定装置において、制御信号を受信するこ
とにより候補パラメータの値を制御するパラメータ値制
御手段と、処理中透過光強度に基づく値が許容透過光範
囲を越えたときに、処理中透過光強度に基づく値が許容
透過光範囲内になるまでパラメータ値制御手段に制御信
号を送信するパラメータ値設定手段とを更に備えること
を特徴とする。

【００１８】請求項４記載の発明に係る半導体製造条件
設定装置によれば、処理中透過光強度に基づく値が許容
透過光範囲を越えたときに、パラメータ値設定手段によ
って、処理中透過光強度に基づく値が許容透過光範囲内
になるまでパラメータ値制御手段に制御信号が送信され
る。制御信号が、パラメータ値制御手段に到達すると、
当該パラメータ値制御手段は、候補パラメータの値を制
御する。これにより、チャンバ内の候補パラメータを所
望範囲の近傍に自動的に設定・維持することができ、半
導体製造工程を安定な状態で進めることができる。

【００１９】請求項５記載の発明は、請求項３記載の半
導体製造条件設定装置において、パラメータが、プラズ
マを生成するための高周波電力、プラズマを生成するた
めの周波数、プラズマ内に含まれるイオン又はラジカル
を被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、チャ
ンバ内に流入するガスの流量、チャンバ内の圧力、プラ
ズマを高密度に維持するための磁界の強さ、又はチャン
バ内の温度のうちの少なくとも一つであることを特徴と
する。

【００２０】請求項６記載の発明は、請求項３記載の半
導体製造条件設定装置において、光出力手段が出力状態
にあるときに所定時間を指示する第一の受光タイミング
信号および光出力手段が出力停止状態にあるときに所定
時間と同時間を指示する第二の受光タイミング信号を生
成するタイミング信号生成手段を備え、光検出手段は、
第一の受光タイミング信号に基づいて所定時間だけ、第
一受光可能状態になると共に、第二の受光タイミング信
号に基づいて所定時間と同時間だけ、第二受光可能状態
になり、透過光強度算出手段は、第一受光可能状態にあ
る光検出手段から出力された電気信号と第二受光可能状
態にある光検出手段から出力された電気信号との差に基
づいて、透過光強度を算出することを特徴とする。

【００２１】請求項６記載の発明に係る半導体製造条件
設定装置によれば、光検出手段は、まず、光出力手段が
光を出力しているときに、第一の受光タイミング信号に
基づいて所定時間だけ第一受光可能状態となり、検出対
象である透過光及び雑音であるプラズマ光を受光する。
また、光検出手段は、光出力手段が光を出力していない
ときに、第二の受光タイミング信号に基づいて上記所定
時間と同じ時間だけ第二受光可能状態となり、プラズマ
光のみを受光する。そして、透過光強度算出手段は、第
一受光可能状態にある光検出手段から出力された電気信
号と第二受光可能状態にある光検出手段から出力された
電気信号との差をとることにより、雑音であるプラズマ
光の発光強度を除去して、透過光のみの強度を算出する
ことができる。

【００２２】請求項７記載の発明は、チャンバ内にプラ
ズマを発生させ、当該プラズマを使用して被処理基板に
処理を施すことにより半導体基板を製造する半導体製造
装置において、請求項３〜請求項６の何れか一項記載の
半導体製造条件設定装置を備え、チャンバは、当該チャ
ンバ内のプラズマの発光及び透過光を外部へ放出させる
ための監視窓と、当該チャンバ内に光を入射するための
入射窓とを有し、半導体製造条件設定装置の分光手段
は、監視窓を通過したプラズマ光及び透過光が入射する
位置に配置されていることを特徴とする。

【００２３】請求項７記載の発明に係る半導体製造条件
設定装置によれば、チャンバに、光を入射させるための
入射窓が設けられており、この入射窓からプラズマに向
けて光が入射される。また、チャンバには、透過光やプ
ラズマ光を外部へ放出させるための監視窓が設けられて
おり、この監視窓を通過した透過光は、上述の半導体製
造条件設定装置の分光手段に入射する。透過光が分光手
段に入射した後は、半導体製造条件設定装置によって各
パラメータの値が所望範囲の近傍に設定・維持されて、
半導体製造工程を安定な状態で進めることができる。

【００２４】請求項８記載の発明は、請求項７記載の半
導体製造装置において、入射窓又は監視窓のうち少なく
とも一方が、曇り止め手段を備えていることを特徴とす
る。

【００２５】請求項８記載の発明に係る半導体製造装置
によれば、曇り止め手段によって入射窓や監視窓の曇り
が防止されるため、プラズマへの光の照射や分光手段へ
の透過光の入射を効率良く行うことができる。

【００２６】請求項９記載の発明は、請求項８記載の半
導体製造装置において、曇り止め手段が、入射窓又は監
視窓のうち少なくとも一方を加熱するヒータであること
を特徴とする。

【００２７】請求項９記載の発明に係る半導体製造装置
によれば、ヒータによって入射窓や監視窓が加熱される
ため、チャンバの中心から移動した反応性イオンなどの
反応生成物が入射窓や監視窓に付着しにくくなり、これ
らの窓の曇りが防止される。

【００２８】請求項１０記載の発明に係る半導体基板
は、請求項７〜請求項９の何れか一項記載の半導体製造
装置により処理を施されたことを特徴とする。

【００２９】請求項１０記載の発明に係る半導体基板
は、チャンバ内の候補パラメータが所望範囲の近傍に維
持された状態で製造されているため、例えば、エッチン
グ等の処理が精度良くなされており、高品質である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体製造条
件設定方法、半導体製造条件設定装置、この装置を用い
た半導体製造装置、及びこの半導体製造装置により製造
された半導体基板の好適な実施形態について詳細に説明
する。尚、同一要素又は同一機能を有する要素には同一
符号を用いるものとし、重複する記載は省略する。

【００３１】（第１実施形態）図１は、第１実施形態に
係る半導体製造装置２の全体構成を示しており、図のよ
うに、本実施形態の半導体製造装置２には、半導体製造
条件設定装置４が装備されている。尚、本実施形態に係
る半導体製造装置２は、チャンバ６内にプラズマを発生
させて被処理基板であるシリコンウエハ７をエッチング
するプラズマドライエッチング装置である。

【００３２】石英等からなる略円筒形のチャンバ６の上
面には、エッチングガスであるＣＨＦ₃，ＣＦ₄，Ａｒ等
の混合ガスをチャンバ６内へ流入させるガス導入ポート
８が挿入されており、さらに、このガス導入ポート８に
は、エッチングガスの流入量を調節するガス導入バルブ
８ａが備えられている。また、チャンバ６の下面には、
チャンバ６内のガスを外部に流出させて減圧するための
排気ポート１０が挿入されており、さらに、この排気ポ
ート１０には、ガスの流出量を調節する排気バルブ１０
ａが備えられている。

【００３３】チャンバ６の内部には、上部電極１２ａと
ウエハ７を支持する下部電極１２ｂとが互いに対向して
配置されており、上部電極１２ａには、プラズマ１３を
生成するための周波数及び電力を発生させる高周波発生
器１４が接続され、下部電極１２ｂには、生成されたプ
ラズマ内に含まれるイオン又はラジカルを当該下部電極
１２ｂに誘導するバイアス電圧を供給するためのバイア
ス電源１６が接続されている。また、下部電極１２ｂの
下方には、チャンバ６内の温度を調節するための温度調
整器１８が配置されている。さらに、チャンバ６の外周
には、環状の磁石コイル２０が設けられている。この磁
石コイル２０は、チャンバ６内にプラズマを捕捉する磁
場を形成し、高密度のプラズマを生成、維持するもので
ある。

【００３４】また、チャンバ６の外周面の一部（図１中
左側）には、外部に突出した円筒形の突出部２２ａが形
成されており、この突出部２２ａの先端には、プラズマ
光が透過可能な無蛍光ガラス製の入射窓２４ａがはめ込
まれている。さらに、この外周を覆うように、曇り止め
手段であるリング状のヒータ２６が突出部２２ａの外周
に配置されている。このヒータ２６は、入射窓２４ａを
加熱するためのものであり、入射窓２４ａの温度を周囲
の突出部２２ａよりも高くすることによって、チャンバ
６内のプラズマ１３から移動した反応性イオンなどの反
応生成物が入射窓２４ａに付着しにくくなり、入射窓２
４ａの曇りが防止される。

【００３５】一方、突出部２２ａと対向する位置には、
突出部２２ｂが形成されており、この突出部２２ｂの先
端には、無蛍光ガラス製の監視窓２４ｂがはめ込まれて
いる。さらに、この外周を覆うように、曇り止め手段で
あるリング状のヒータ２６’が突出部２２ｂの外周に配
置されている。このヒータ２６’は、監視窓２４ｂを加
熱するためのものであり、監視窓２４ｂの温度を周囲の
突出部２２ｂよりも高くすることによって、チャンバ６
内のプラズマ１３から移動した反応性イオンなどの反応
生成物が監視窓２４ｂに付着しにくくなり、監視窓２４
ｂの曇りが防止される。

【００３６】また、入射窓２４ａや監視窓２４ｂの曇り
を防止するために、ヒータ２６，２６’で入射窓２４ａ
や監視窓２４ｂを加熱する構成でなく、電極を設けて電
位勾配を作ることで、反応性イオンを入射窓２４ａや監
視窓２４ｂに近付けないようにする構成も採用すること
ができる。図２は、電極を用いた例を示している。図２
（ａ）の構成では、突出部２２内に、メッシュ電極２６
ａが監視窓２４ｂと平行に配置されており、このメッシ
ュ電極２６ａに電圧を印加すると、反応性イオンがメッ
シュ電極２６ａに吸着されて監視窓２４ｂまで到達しな
いか、メッシュ電極２６ａに反発されて監視窓２４ｂか
ら遠ざかる。これにより、監視窓２４ｂの曇りが防止さ
れる。図２（ｂ）の構成では、突出部２２の外周に環状
電極２６ｂが配置されている。この環状電極２６ｂに電
圧を印加すると、反応性イオンは、当該環状電極２６ｂ
に引きつけられて、突出部２６ｂの内周面に吸着した
り、監視窓２４ｂ方向への移動を抑制される。このた
め、反応性イオンは、監視窓２４ｂまで到達せず、監視
窓２４ｂの曇りが防止される。尚、ここでは、監視窓２
４ｂを対象として電極を用いた場合を説明したが、入射
窓２４ａの周囲の突出部２２ａにメッシュ電極２６ａや
環状電極２６ｂを配置しても良い。

【００３７】次に、再び図１を用いて、半導体製造条件
設定装置４の構成について説明する。本実施形態の半導
体製造条件設定装置４は、監視窓２４と対向してチャン
バ６に装着される光出力部５を備えており、この光出力
部５には、キセノンフラッシュランプが内装されてい
る。このキセノンフラッシュランプは、紫外・可視から
赤外にわたって、強い連続スペクトルを放射する。ま
た、半導体製造条件設定装置４には、パルスタイミング
信号を生成するタイミング信号生成部１１が備えられて
おり、光出力部５は、このタイミング信号生成部１１か
ら出力されるパルスタイミング信号に同期してパルス光
を出力する。尚、パルスタイミング信号を生成するタイ
ミング信号生成部１１は、光出力部５内に内蔵しても良
い。また、出力光をパルスにする他の構成として、光を
通過させる光通過部と光を遮断する光遮断部とが回転板
の回転方向に交互に設けられたチョッパを用いる構成を
採用してもよい。光出力部５から出力された光は、プラ
ズマ内を通過する際に、プラズマに含まれる原子、分
子、イオン、又はラジカル等の粒子によって、或る波長
成分が吸収される。

【００３８】また、半導体製造条件設定装置４は、監視
窓２４を通過してチャンバ６から放出される透過光を分
光する分光器２８及び分光器２８により分光された透過
光を検出するＰＤ（フォトダイオード）アレイ３０を備
えている。透過光は、分光器２８の入射スリットに入射
され、回折格子に照射されることによってスペクトルに
分解される。尚、図示は省略するが、監視窓２４を通過
した透過光を効率よく分光器２８に入射させるため、監
視窓２４と分光器２８の間には、光ファイバ等が配設さ
れている。ＰＤアレイ３０には、透過光の分光方向、換
言すれば、スペクトルの分解方向にフォトダイオードが
複数配列され、当該ＰＤアレイ３０は、透過光の各波長
成分を受光すると共に当該透過光を光電変換して透過光
の各波長における強度に応じたアナログ信号を出力す
る。尚、分光器として、回折格子の代わりにフィルタを
用いることができ、また、光検出器として、ＰＤアレイ
３０の代わりに、光電子増倍管等を用いることもでき
る。

【００３９】さらに、分光器２８とＰＤアレイ３０との
間には、ＰＤアレイ３０とともに光検出手段を構成する
ゲート２９が介在されている。このゲート２９は、タイ
ミング信号生成部１１から出力される受光タイミング信
号に基づいて、光の通過及び遮断の切り換えを行う。

【００４０】ＰＤアレイ３０には、当該ＰＤアレイ３０
から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器３２が接続され、さらに、このＡ／Ｄ変換
器３２には、制御部３４が接続されている。制御部３４
には、種々の演算処理を行うＣＰＵ３５が内蔵されてお
り、さらに、当該ＣＰＵ３５には、上述のＡ／Ｄ変換器
３２からデジタル信号として出力された透過光の各波長
における透過光強度に関するデータ等を記憶できるＲＡ
Ｍ３５ａ、及び後述する基準透過光データを作成するプ
ログラム等が記憶されているＲＯＭ３５ｂが接続されて
いる。また、ＣＰＵ３５には、制御部３４の外部に設け
られたディスプレイ３６が出力可能に、キ−ボード３８
が入力可能に接続されている。

【００４１】ここで、図３を用いて、上記タイミング信
号生成部１１が生成する二つの受光タイミング信号、及
びこれらの信号に基づくＣＰＵ３５による透過光強度算
出手法について説明する。図３の横軸は、時間の経過を
示しており、縦軸は、チャンバ６の監視窓２４から放出
される光の強度を示している（単位は任意）。時刻Ｔ_1S
〜Ｔ_1E、Ｔ_2S〜Ｔ_2E、Ｔ_3S〜Ｔ_3E、及びＴ_4S〜Ｔ_4Eは、
タイミング信号生成部１１で生成されるパルスタイミン
グ信号に同期して、光出力部５からパルス光が出力され
ている状態である。

【００４２】タイミング信号生成部１１は、光出力部５
にパルスタイミング信号を送信すると共に、このパルス
タイミング信号に同期して光出力部５から出力されるパ
ルス光と、パルス幅およびパルス間隔が同じである第一
受光タイミング信号を生成する。この第一受光タイミン
グ信号は、パルス光が出力される度に生成され、Ｔ_1S〜
Ｔ_1E、Ｔ_2S〜Ｔ_2E、Ｔ_3S〜Ｔ_3E、及びＴ_4S〜Ｔ_4Eの合計
時間を指示することになる。このような所定時間を指示
する第一受光タイミング信号がゲート２９に入力される
と、ゲート２９は、第一受光タイミング信号が示す所定
時間だけ開き、光が通過できる状態となって、分光器２
８により分光された光がＰＤアレイ３０に到達する。但
し、この場合、ＰＤアレイ３０には、検出対象である透
過光のみならず雑音であるプラズマ光も入射している
が、この問題の対処法については後述する。

【００４３】次に、タイミング信号生成部１１が生成す
る第二受光タイミング信号について説明する。第二受光
タイミング信号は、図３において、所定の時刻Ｔ_Aおよ
びＴ_B（Ｔ_A＜Ｔ_B）を示すものである。ここで、時刻Ｔ_A
は、光出力部５から光が出力されていない状態における
任意の時刻であり、時刻Ｔ_Bは、任意の時刻Ｔ_Aから、Ｔ
_1S〜Ｔ_1E、Ｔ_2S〜Ｔ_2E、Ｔ_3S〜Ｔ_3E、Ｔ_4S〜Ｔ_4Eの合計
時間が経過した時刻である。このような時刻Ｔ_AとＴ_Bと
の間の所定時間を指示する第二受光タイミング信号がゲ
ート２９に入力されると、ゲート２９は、当該第二受光
タイミング信号が示す所定時間（Ｔ_A〜Ｔ_B）だけ開き、
光通過状態となって、分光器２８により分光された光が
ＰＤアレイ３０に到達する。この際、ゲート２９は、第
二受光タイミング信号に従って、透過光が発生していな
いときに開いているため、ＰＤアレイ３０は、雑音であ
るプラズマ光のみを受光することになる。

【００４４】以上のように、第一受光タイミング信号お
よび第二受光タイミング信号を受信することにより受光
可能状態となったＰＤアレイ３０は、第一受光タイミン
グ信号を受信した際に受光した光の強度に応じた電気信
号と、第二受光タイミング信号を受信した際に受光した
光の強度に応じた電気信号とをそれぞれＡ／Ｄ変換器３
２を介してＣＰＵ３５に送信する。そして、これら二つ
の電気信号を受信したＣＰＵ３５は、これらの電気信号
の差を求めることにより、透過光の強度を算出する。す
なわち、検出対象である透過光の強度と雑音であるプラ
ズマ光の発光強度とが合わさった値から、プラズマ光の
発光強度を差し引くことにより透過光の強度のみを求め
ている。尚、第一受光タイミング信号のパルス幅および
パルス間隔は、必ずしも光出力部５から出力されるパル
ス光と等しくする必要はなく、適宜変更することができ
る。但し、第一受光タイミング信号が指示する所定時間
と第二受光タイミング時間が指示する時間とを等しくす
る必要がある。

【００４５】続いて、図１及び図４のフロー図を用い
て、以上のように構成された半導体製造条件設定装置４
により半導体製造装置２の製造条件であるパラメータを
設定する過程を説明する。尚、半導体製造装置２には、
(1)プラズマ１３を生成するために上部電極１２ａに印
加される高周波電力、(2)プラズマ１３を生成するため
の周波数、(3)バイアス電源により下部電極１２ｂに印
加されるバイアス電圧、(4)チャンバ６内に流入するガ
スの流量、(5)チャンバ６内の圧力、(6)磁石コイル２０
によりチャンバ内に生成される磁界の強さ、(７)チャン
バ６内の温度、の７つの製造パラメータがある。

【００４６】まず、図１を用いて、チャンバ６内のプラ
ズマの発生から、ＣＰＵ３５が吸収波長を算出するまで
の過程を説明する。尚、最初に説明するエッチング処理
は、ウエハに正式な処理を施すために行うものではな
く、後述の基準透過光データなどの諸データを求めるた
めに行うものである。以下、このような、諸データを求
めるために行うエッチングを試験エッチングという。

【００４７】ガス導入バルブ８ａを開いてチャンバ６内
にエッチングガスを流入させつつ、排気バルブ１０ａの
操作によりチャンバ６内を所定圧に減圧し、さらに、チ
ャンバ６内の温度、詳しくは、ウエハ７を支持する下部
電極１２ｂの下方の温度を所定温度に設定した後、高周
波発生器１４とバイアス電源１６を作動させて上部電極
１２ａと下部電極１２ｂとの間に高周波電力を印加させ
ることにより、電極１２ａ，１２ｂ間にプラズマ１３が
発生する。このプラズマ１３は、磁石コイル２０により
形成された磁場によって、高密度な状態が維持されてい
る。

【００４８】プラズマが発生すると、例えば、ＣＦ₄が
励起されて、イオンないしはラジカルとなる。そして、
このイオン等は、バイアス電圧の作用によって下部電極
１２ｂ上に載置されたウエハ７方向に向けて誘導され、
ウエハ７の表面に成膜されたＳｉＯ₂膜と反応し、試験
エッチングが進行する。

【００４９】プラズマが発生して試験エッチングが進行
すると同時に、タイミング信号生成部１１にパルスタイ
ミング信号を出力させ、光出力部５からパルス光を出力
させる。プラズマ内の粒子にパルス光が当たると、当該
粒子の吸収波長と同じ波長成分が吸収される。粒子によ
って或る波長成分が吸収された透過光は、監視窓２４を
通過して分光器２８に到達する。この際、監視窓２４
は、ヒータ２６によって曇り止めがなされているため、
透過光は、当該監視窓２４を容易に通過することができ
る。

【００５０】分光器２８の入射スリットに入射した透過
光は、回折格子に照射されることによってスペクトルに
分解される。そして、上述のようにゲート２９が開いて
いる状態の時に、スペクトルに分光された透過光はＰＤ
アレイ３０によって受光され、透過光の各波長における
強度に関するデータである透過光強度データがアナログ
信号として出力される。透過光強度データがアナログ信
号としてＡ／Ｄ変換器３２に到達すると、当該アナログ
信号はデジタル信号に変換される。そして、デジタル変
換された透過光強度データは、制御部３４のＣＰＵ３５
に送信され、ＣＰＵ３５は、透過光強度データに基づい
て、透過光の各波長の透過光強度を算出するとともに、
透過光強度データをＲＡＭ３５ａに記憶させる。

【００５１】次に、ＣＰＵ３５は、透過光強度に基づい
て、プラズマ１３内の粒子によって吸収された吸収波長
を算出する。光の或る波長成分が粒子によって吸収され
ると、そのスペクトルに暗線が現れる。暗線が現れた部
分の透過光強度は低くなっていることから、ＣＰＵ３５
は、吸収波長を算出することができる。以上が、吸収波
長の算出までの過程である。

【００５２】次に、図４のフロー図を参照して、吸収波
長を算出したＣＰＵ３５が、エッチング中の各パラメー
タを所望範囲に設定・維持する制御手順を説明する。
尚、パラメータの理想的な範囲である所望範囲はチャン
バ外部の各種計器では求めることができないが、透過光
の吸収波長から得られる情報に基づいて、パラメータを
理想的な範囲に設定・維持することが、本実施形態の目
的である。

【００５３】まず、オペレータは、試験エッチングをし
ながら、各パラメータの値を強制的に増減変化させる。
例えば、チャンバ６内の圧力を増減するには、排気バル
ブ１０ａを調節すればよい。但し、パラメータは一つず
つ変化させ、あるパラメータを変化させている最中は、
他のパラメータは変化させない。パラメータの値を強制
変化させると、この変化に伴って透過光強度が変化する
吸収波長が幾つかある。ＣＰＵ３５は、これらの透過光
強度が変化した吸収波長の中から少なくとも二以上の吸
収波長を対応波長として選択する（Ｓ１０１）。すなわ
ち、対応波長とは、パラメータに相関を有し、当該パラ
メータ値の変化に伴って透過光強度が変化する吸収波長
を意味する。

【００５４】ここで一旦、図５を参照して、対応波長の
選択方法について具体的に説明する。図５（ａ）は、エ
ッチング中の透過光強度を示す透過光強度データを図示
したものであり、５つの吸収波長が見られる。横軸は透
過光の波長で、縦軸は透過光強度（単位は任意）であ
る。図５（ｂ）は、ガス流量を所望値から強制的に増加
させた場合の透過光強度データを示しており、吸収波長
ＸとＹにおいて、それぞれ透過光強度の大きな増加、減
少が見られる。そして、ＣＰＵ３５は、このように透過
光強度に大きな変化の見られた吸収波長を、対応波長と
して選択する。選択された対応波長の波長は、ＲＡＭ３
５ａに記憶される。尚、対応波長は、三本以上選択して
もよく、例えば、図５（ｂ）において、波長Ｘの左隣の
波長も僅かながら透過光強度が増加しているので、この
波長も対応波長として選択しても良い。対応波長を選択
する数などの基準は、制御部３４のＲＡＭ３５ａやＲＯ
Ｍ３５ｂに予め記憶させておいてもよいし、また、オペ
レータが、キーボード３８によりその都度入力するよう
にしてもよい。

【００５５】再び、図４のフロー図を用いて、ＣＰＵ３
５の制御手順を説明する。各パラメータごとに対応波長
を選択した後、ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３５ｂに記憶され
たプログラムに基づいて、強制的に値を変化させたとき
のパラメータ値と各対応波長の透過光強度との関係であ
る基準透過光データを作成する（Ｓ１０２）。図６は、
基準透過光データをグラフ化したものであり、図６
（ａ）〜（ｃ）は、それぞれパラメータを高周波電力、
ガス流量、圧力としたときの基準透過光データを示して
いる。縦軸は、対応波長の透過光強度（単位は任意）を
示しており、横軸は、パラメータ値の目安を示してい
る。但し、このパラメータの値は、チャンバ６外の計器
で測定した値であり、チャンバ６内のパラメータの正確
な値を示しているわけではない。ＣＰＵ３５は、作成し
た基準透過光データを、ＲＡＭ３５ａに記憶させる。

【００５６】図６（ａ）〜（ｃ）に示されているよう
に、高周波電力、ガス流量、圧力は、ともに波長Ａ，
Ｂ，Ｃの三つの波長に相関がある。図７は、図６（ａ）
〜（ｃ）の基準透過光データに基づいて、パラメータと
対応波長との関係をまとめた表であり、各パラメータの
値を増加又は減少させたときに、各対応波長の透過光強
度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示してい
る。尚、この図において、右上がりの矢印は増加、右下
がりの矢印は減少、水平な矢印は不変を意味している。
図７より、例えば、高周波電力を増加させたときは、波
長Ａ，Ｂ，Ｃの透過光強度が全て減少し、圧力を増加さ
せたときは、波長Ａの透過光強度は減少、波長Ｂの透過
光強度は不変、波長Ｃの透過光強度は増加、となること
がわかる。

【００５７】再び、図４のフロー図を用いて、ＣＰＵ３
５の制御手順を説明する。基準透過光データを作成した
後、ＣＰＵ３５は、この基準透過光データに基づいて、
パラメータの許容範囲に対応する各対応波長の透過光強
度の範囲である許容透過光範囲を決定する（Ｓ１０
３）。尚、パラメータの許容範囲は、試験エッチングを
繰り返すことによって見出される。エッチング中に、高
周波電力が正常に変動すれば、高周波電力が要因となる
製品不良は当然起こらない。ところが、エッチング開始
後のある時刻において、高周波電力をある値以上まで強
制的に増加させれば、ウエハ上に塗布されているレジス
ト膜がプラズマからの加熱によって熱変質を起こす。レ
ジスト膜が変質すると、エッチングが設計通りに行われ
ず、製品の不良につながることになる。すなわち、この
ときの電力値が、製品に不具合を生じさせない上限にな
る。

【００５８】一方、高周波電力をある値まで減少させる
と、プラズマ密度の不足と、ウエハ温度の不足からエッ
チング速度が低下し、エッチング処理に長時間を要す
る。すなわち、このときの電力値が、製品に不具合を生
じさせない下限になる。そして、これらの上限および下
限から十分なマージンを考慮したものが、他のパラメー
タが一定条件下にあるときの高周波電力の許容範囲とな
り、このときの透過光強度が許容透過光範囲となる。オ
ペレータが、許容透過光範囲の上限値及び下限値を入力
すると、ＣＰＵ３５は、これらの値で規定される範囲を
許容透過光範囲として決定する。許容透過光範囲を決定
した後、ＣＰＵ３５は、許容透過光範囲に関するデータ
をＲＡＭ３５ａに記憶させる。

【００５９】尚、エッチング精度を向上したい場合は、
許容透過光範囲を狭めて入力すればよい。また、高周波
電力に限られず、ガス流量や圧力を強制的に変化させた
場合ついても、エッチング形状の不良、エッチング速度
の低下、および面内の不均一性など、エッチング処理後
のウエハの特性に悪影響の出る場合を予め把握して、許
容透過光範囲を定める。また、チャンバ６内の温度のよ
うに、エッチング開始から時々刻々と値が変動するパラ
メータについては、エッチング開始から任意の時間ごと
に許容透過光範囲が決定されることになる。さらにま
た、オペレータが許容透過光範囲を決定せず、ＣＰＵ３
５が、許容透過光範囲を決定するように構成することも
できる。例えば、試験エッチングを終えた後、完成した
ウエハ７が高品質であり、エッチング処理が理想的なパ
ラメータ値の下で行われていたことを確認したオペレー
タが、そのときの各対応波長の透過光強度を入力する。
そして、ＣＰＵ３５は、入力された透過光強度に所定の
許容誤差を設け、この許容誤差の範囲を許容透過光範囲
として決定する。尚、許容誤差の範囲を変更すること
で、許容透過光範囲の幅を調整することができる。

【００６０】以上のステップ１０３までで試験エッチン
グは終了し、次に、ウエハ７に対するエッチング処理が
実際に開始され、半導体製造条件設定装置４は、エッチ
ング中に各パラメータの値を許容範囲内に設定・維持す
る。以下、この過程を説明する。

【００６１】プラズマ内を通過した透過光は、分光器２
８によりスペクトルに分光され、この各波長成分の透過
光強度データは、ＰＤアレイ３０及びＡ／Ｄ変換器３２
を介して、ＣＰＵ３５に到達する。ここで、ＣＰＵ３５
は、ＲＡＭ３５ａから、各パラメータの基準透過光デー
タと対応波長の波長に関するデータとを呼び出す。この
後、ＣＰＵ３５は、透過光強度データのうち、対応波長
の透過光強度のみを監視することになり、随時、エッチ
ング処理中の各対応波長の透過光強度を処理中透過光強
度として算出する（Ｓ１０４）。

【００６２】処理中透過光強度を算出した後、ＣＰＵ３
５は、基準透過光データに基づいて、処理中透過光強度
に応じた候補パラメータを各パラメータの中から選定す
る（Ｓ１０５）。候補パラメータとは、処理中透過光強
度の変化に影響を与えたパラメータを意味する。ここ
で、基準透過光データをまとめた図７を用いて、候補パ
ラメータの選定方法を説明する。例えば、エッチング中
に、波長Ａ，Ｂ，Ｃの透過光強度が全て減少したような
場合には、図７上段に示す相関から、高周波電力が何ら
かの原因で増加したと推定され、高周波電力が候補パラ
メータとして選定される。また、波長ＡとＢの透過光強
度が減少し、波長Ｃの透過光強度が増加したような場合
には、図７中段の相関から、チャンバ６内のガス流量が
何らかの原因で減少したと推定され、ガス流量が候補パ
ラメータとして選定される。さらに、波長Ｂの透過光強
度が変化せず、波長Ａの透過光強度が増加し、波長Ｃの
透過光強度が減少したような場合には、図７下段の相関
から、チャンバ６内の圧力が何らかの原因で増加したと
推定され、圧力が候補パラメータとして選定される。

【００６３】尚、図７に示すデータでは、各パラメータ
ごとに各対応波長の変化の組み合わせが異なるため、三
つの対応波長の増減変化を求めれば、一つのパラメータ
を決定できる。しかし、ある二つのパラメータを増減変
化させたときに、三つの対応波長が全て同じ変化をする
場合もあり得る。このような場合、ＣＰＵ３５は、選択
する対応波長の数を増やしたり、処理中発光強度の値そ
のものを基準透過光データの値と比較して、候補パラメ
ータを選択する。

【００６４】再び、図４のフロー図を用いて、ＣＰＵ３
５の制御手順を説明する。候補パラメータを選択した
後、ＣＰＵ３５は、候補パラメータに対応する基準透過
光データをディスプレイ３６に表示する（Ｓ１０６）。
このとき、ディスプレイ３６には、(1)エッチング開始
後の時刻、(2)ＲＡＭ３５ａから呼び出された、エッチ
ング開始後の時刻における候補パラメータの許容透過光
範囲、及び(3)現在の処理中透過光強度も併せて表示さ
れる。エッチング中に何らかの原因で候補パラメータが
許容範囲を越えて異常値になったときは、ディスプレイ
３６に表示された処理中透過光強度が変化して許容透過
光範囲を越える。このとき、オペレータは、許容透過光
範囲の限界値と処理中透過光強度との差を求め、さら
に、この差を埋めるには候補パラメータの値をどれだけ
調整すれば良いかを、基準透過光データを参照して求め
る。

【００６５】候補パラメータの調整量を求めたオペレー
タは、候補パラメータの値を正常な範囲に戻すべく、高
周波発生器等の各種計器を操作する。そして、処理中透
過光強度が許容透過光範囲内になるまで各種計器を操作
することにより、チャンバ６内の候補パラメータを所望
範囲の近傍に設定・維持することができ、これにより、
エッチング処理を安定な状態で進めることができる。
尚、処理中透過光強度が許容透過光範囲を越えたとき
に、ＣＰＵ３５が、その旨をアラームでオペレータに知
らせるように構成してもよい。また、許容透過光範囲の
限界値と処理中透過光強度との差をオペレータが求める
のではなく、ＣＰＵ３５が求めるようにしてもよい。

【００６６】基準透過光データをディスプレイ３６に表
示した後、ＣＰＵ３５は、エッチングがエンドポイント
に達しているか否かを判定する（Ｓ１０７）。尚、ＣＰ
Ｕ３５は、エッチングがエンドポイントに達したか否か
の判定をするにあたって、ＲＯＭ３５ｂに記憶されてい
るデータや、オペレータにより入力された演算式を参照
する。エンドポイントに達していないときは、ステップ
１０４にリターンして、再び処理中透過光強度の算出を
行う。一方、エンドポイントである場合は、ステップ１
０８に進み、エッチングが終了した旨をディスプレイ３
６に表示してオペレータに知らせる。また、チャンバ６
にエッチング終了指令を送出するように構成することも
当然可能である。

【００６７】（第２実施形態）図８は、第２実施形態に
係る半導体製造装置２の全体構成を示しており、本実施
形態が第１実施形態と異なるのは、半導体製造条件設定
装置４に、各パラメータ値を制御する制御部４０〜５０
が装備されている点である。高周波制御部４０は、高周
波発生器１４に制御信号を送信して高周波電力および周
波数を制御するもので、磁界制御部４２は、磁石コイル
２０に制御信号を送信してチャンバ６内の磁界の強さを
制御するものである。また、温度制御部４４は、温度調
整器１８に制御信号を送信してチャンバ６内の温度を制
御するもので、バイアス電圧制御部４６は、バイアス電
源１６に制御信号を送信してバイアス電圧を制御するも
のである。さらに、圧力制御部４８は、排気バルブ１０
ａに制御信号を送信してチャンバ６内の圧力を制御する
ものであり、ガス流量制御部５０は、ガス導入バルブ８
ａに制御信号を送信してガス流量を制御するものであ
る。これらの制御部４０〜５０は、全て制御部３４のＣ
ＰＵ３５に接続されている。

【００６８】続いて、図９のフロー図を用いて、以上の
ように構成された半導体製造条件設定装置４により半導
体製造装置２の製造条件であるパラメータを設定する過
程を説明する。但し、ステップ１０１の対応波長の選択
から、ステップ１０５の候補パラメータの選定までは、
第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【００６９】ステップ１０５で候補パラメータを選定し
た後、ＣＰＵ３５は、処理中透過光強度が各パラメータ
の許容透過光範囲を越えたか否かを判定する（Ｓ１０
６）。処理中透過光強度が許容透過光範囲を越えないと
きはエッチングが正常に行われていることを意味し、ス
テップ１０９に進んで、エッチングがエンドポイントに
達しているか否かを判定する。エンドポイントに達して
いないときは、ステップ１０４にリターンして、再び処
理中透過光強度の算出が行われる。一方、エンドポイン
トである場合は、ステップ１１０に進み、エッチングが
終了した旨をディスプレイ３６に表示してオペレータに
知らせるとともに、ＣＰＵ３５は、各制御部４０〜５０
に停止信号を送信して、各制御部４０〜５０は、それぞ
れ高周波発生器１４、磁石コイル２０、温度調整器１
８、バイアス電源１６、排気バルブ１０ａ、ガス導入バ
ルブ８ａに終了信号を送信して、エッチング終了動作を
行わせる。

【００７０】一方、ステップ１０６において、処理中透
過光強度が許容透過光範囲を越えたときは、ＣＰＵ３５
は、各制御部４０〜５０に制御信号を送信する。例え
ば、候補パラメータとして、温度が選択されたとする。
この場合において、各対応波長の処理中透過光強度が温
度に関する許容透過光範囲を越えたときは、ＣＰＵ３５
（パラメータ値設定手段）は、温度制御部４４に温度を
制御する旨の指令を送信し、当該指令を受信した温度制
御部４４（パラメータ値制御手段）は、温度調整器１８
を調整する。

【００７１】温度制御部４４に指令を送信した後、ＣＰ
Ｕ３５は、各対応波長の処理中透過光強度が許容透過光
範囲内になったか否かを判定する（Ｓ１０８）。各対応
波長の処理中透過光強度が許容透過光範囲内にならない
場合は、ＣＰＵ３５は、ステップ１０７にリターンし
て、再び温度制御部４４へ温度を制御する旨の指令を送
信する。一方、各対応波長の処理中透過光強度が許容透
過光範囲内になった場合は、温度がその時間における理
想的な値にあることになり、ステップ１０９に進んで、
エッチングがエンドポイントに達しているか否かを判定
する。尚、本実施形態では、温度を制御する場合につい
て説明したが、他のパラメータについても、同様に制御
することができる。

【００７２】エッチングがエンドポイントに達した場合
は、ステップ１１１に進み、エッチングが終了した旨を
ディスプレイ３６に表示してオペレータに知らせるとと
もに、ＣＰＵ３５は、各制御部４０〜５０に停止信号を
送信して、各制御部４０〜５０は、それぞれ高周波発生
器１４、磁石コイル２０、温度調整器１８、バイアス電
源１６、排気バルブ１０ａ、ガス導入バルブ８ａに終了
信号を送信して、エッチング終了動作を行わせる。本実
施形態の半導体製造装置２によれば、ＣＰＵ３５が各対
応波長の処理中透過光強度を許容範囲内にすることで各
パラメータを所望範囲に近付けることができるため、オ
ペレータが操作する必要がなくなる。このため、エッチ
ング処理をスムーズに進めつつ、高品質の半導体基板を
得ることができる。しかも、不良製品が低減し、歩留ま
りの改善を行える。また、半導体製造装置が安定状態か
ら逸脱する機会が減少するため、装置の稼働時間が延び
て、全体としての生産性が向上する。

【００７３】（第３実施形態）第３実施形態の半導体製
造条件設定装置の構成は、第２実施形態の構成と同様で
ある。第２実施形態の半導体製造条件設定装置４と異な
るのは、各パラメータを理想的な範囲に設定・維持する
ために透過光の強度そのものを用いるのではなく、各対
応波長の透過光強度の比を用いる点に特徴がある。具体
的には、基準透過光データを、パラメータの値と各波長
の透過光強度の比の値（透過光強度に基づく値）との関
係を示すものとし、許容透過光範囲を各対応波長の透過
光強度の比で定めた範囲（透過光強度に基づく範囲）に
する。そして、各対応波長ごとに算出した処理中透過光
強度の比の値（処理中透過光強度に基づく値）が許容透
過光範囲を越えたときに、候補パラメータの値が調整さ
れることになる。

【００７４】本実施形態の半導体製造条件設定装置によ
れば、各対応波長の透過光強度の値そのものでなく、各
対応波長間の透過光強度の比を用いて各種演算処理を行
っているため、あるエッチング処理で、例えば、チャン
バ外部の環境温度が変化してＰＤアレイの感度が低下し
たとしても、各対応波長の透過光強度の相対値は殆ど変
わらないので、基準透過光データとの比較の際に誤差が
生じにくく、候補パラメータを所望範囲の近傍に効率よ
く維持することができる。

【００７５】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではない。例えば、ウエハへの処
理はエッチングに限られず、スパッタリングやプラズマ
ＣＶＤなど、他のプラズマプロセスでもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸収波長における透過光強度の変化を監視することで、
外部の計器では測定できないパラメータの変化を把握す
ることができ、半導体のプラズマプロセスを安定な状態
で行え、かつ、高品質な半導体を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る半導体製造装置の全体構成
図である。

【図２】図２（ａ）は、監視窓の曇りを防止するために
メッシュ電極を用いた構造を示す図である。図２（ａ）
は、監視窓の曇りを防止するために環状電極を用いた構
造を示す図である。

【図３】タイミング信号生成部による受光タイミング信
号の生成方法を説明するために用いた図である。

【図４】第１実施形態に係るＣＰＵの制御手順を示すフ
ロー図である。

【図５】第１実施形態において対応波長の選択方法を説
明するために用いた透過光強度データであり、図５
（ａ）は、パラメータ値を変化させる前の透過光強度を
示す図である。図５（ｂ）は、パラメータ値を強制的に
変化させた場合の透過光強度を示す図である。

【図６】図６（ａ）は、高周波電力の基準透過光データ
を示す図である。図６（ｂ）は、ガス流量の基準透過光
データを示す図である。図６（ｃ）は、圧力の基準透過
光データを示す図である。

【図７】図６（ａ）〜（ｃ）の基準透過光データに基づ
いて、パラメータと対応波長との関係をまとめた表であ
る。

【図８】第２実施形態に係る半導体製造装置の全体構成
図である。

【図９】第２実施形態に係るＣＰＵの制御手順を示すフ
ロー図である。

【符号の説明】

２…半導体製造装置、４…半導体製造条件設定装置、５
…光出力部、６…チャンバ、７…ウエハ、８…ガス導入
ポート、８ａ…ガス導入バルブ、１０…排気ポート、１
０ａ…排気バルブ、１１…タイミング信号生成部、１２
ａ…上部電極、１２ｂ…下部電極、１３…プラズマ、１
４…高周波発生器、１６…バイアス電源、１８…温度調
整器、２０…磁気コイル、２２…突出部、２４…監視
窓、２６…ヒータ、２９…ゲート、３４…制御部。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F004 BA08 BB02 BB07 BB11 BB13 CA02 CA03 CA06 CA08 CB02 CB16 5F045 AA08 AA19 BB01 BB04 EH01 EH13 EH16 EH20 GB05 GB06 GB07 GB08 GB16 GB17 5F103 AA08 AA10 BB42 BB48 BB51 BB52 BB54 BB56 BB57 BB58 BB59 NN01 NN02 NN03 NN04 NN05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内に発生させたプラズマを使用
   して被処理基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件
   を設定する方法であって、 前記プラズマに光を照射する工程と、 前記プラズマを透過した前記光を分光する工程と、 分光された前記透過光の各波長の透過光強度を算出する
   工程と、 前記透過光強度に基づいて、前記プラズマにおける吸収
   波長を算出する工程と、 前記製造条件である複数のパラメータの値を増減変化さ
   せたときに当該パラメータの増減変化に伴って前記透過
   光強度が変化する前記吸収波長の中から、少なくとも二
   以上の前記吸収波長を対応波長として前記各パラメータ
   ごとに選択する工程と、 前記パラメータの値と、前記各対応波長の前記透過光強
   度に基づく値との関係を示す基準透過光データを前記各
   パラメータごとに作成する工程と、 前記パラメータの許容範囲に対応した、前記各対応波長
   の前記透過光強度に基づく範囲である許容透過光範囲を
   前記各パラメータごとに決定する工程と、 前記被処理基板に前記処理を施す際に得られる前記透過
   光の前記各対応波長の透過光強度である処理中透過光強
   度を算出する工程と、 前記基準透過光データに基づいて、前記処理中透過光強
   度に応じた候補パラメータを前記各パラメータの中から
   選定する工程と、 前記処理中透過光強度に基づく値が前記許容透過光範囲
   を越えたときに、当該処理中透過光強度に基づく値が前
   記許容透過光範囲内になるまで前記候補パラメータの値
   を調整する工程と、 を備えることを特徴とする半導体製造条件設定方法。
2. 【請求項２】 前記パラメータは、前記プラズマを生成
   するための高周波電力、前記プラズマを生成するための
   周波数、前記プラズマ内に含まれるイオン又はラジカル
   を前記被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、
   前記チャンバ内に流入するガスの流量、前記チャンバ内
   の圧力、前記プラズマを高密度に維持するための磁界の
   強さ、又は前記チャンバ内の温度のうちの少なくとも一
   つであることを特徴とする請求項１記載の半導体製造条
   件設定方法。
3. 【請求項３】 チャンバ内に発生させたプラズマを使用
   して被処理基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件
   を設定する装置であって、 前記プラズマに向けて光を出力する光出力手段と、 前記プラズマを透過した前記光を分光する分光手段と、 前記透過光の分光方向に分解能を有し、分光された前記
   透過光の各波長成分を受光するとともに当該透過光の各
   波長の強度に応じた電気信号を出力する光検出手段と、 前記光検出手段から出力された電気信号に基づいて、前
   記透過光の各波長の強度を算出する透過光強度算出手段
   と、 前記透過光強度算出手段より算出された透過光強度に基
   づいて、前記プラズマにおける吸収波長を算出する吸収
   波長算出手段と、 前記製造条件である複数のパラメータの値を増減変化さ
   せたときに当該パラメータの増減変化に伴って前記透過
   光強度が変化する前記吸収波長の中から、少なくとも二
   以上の前記吸収波長を対応波長として前記各パラメータ
   ごとに選択する対応波長選択手段と、 前記パラメータの値と、前記各対応波長の前記透過光強
   度に基づく値との関係を示す基準透過光データを前記各
   パラメータごとに作成する基準透過光データ作成手段
   と、 前記パラメータの許容範囲に対応した、前記各対応波長
   の透過光強度に基づく範囲である許容透過光範囲を前記
   各パラメータごとに決定する許容透過光範囲決定手段
   と、 前記被処理基板に前記処理を施す際に得られる前記透過
   光の前記各対応波長の透過光強度である処理中透過光強
   度を算出する処理中透過光強度算出手段と、 前記基準透過光データに基づいて、前記処理中透過光強
   度に応じた候補パラメータを前記各パラメータの中から
   選定する候補パラメータ選定手段と、 を備えることを特徴とする半導体製造条件設定装置。
4. 【請求項４】 制御信号を受信することにより前記候補
   パラメータの値を制御するパラメータ値制御手段と、 前記処理中透過光強度に基づく値が前記許容透過光範囲
   を越えたときに、当該処理中透過光強度に基づく値が前
   記許容透過光範囲内になるまで前記パラメータ値制御手
   段に前記制御信号を送信するパラメータ値設定手段と、 を更に備えることを特徴とする請求項３記載の半導体製
   造条件設定装置。
5. 【請求項５】 前記パラメータは、前記プラズマを生成
   するための高周波電力、前記プラズマを生成するための
   周波数、前記プラズマ内に含まれるイオン又はラジカル
   を前記被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、
   前記チャンバ内に流入するガスの流量、前記チャンバ内
   の圧力、前記プラズマを高密度に維持するための磁界の
   強さ、又は前記チャンバ内の温度のうちの少なくとも一
   つであることを特徴とする請求項３記載の半導体製造条
   件設定装置。
6. 【請求項６】 前記光出力手段が出力状態にあるときに
   所定時間を指示する第一の受光タイミング信号および前
   記光出力手段が出力停止状態にあるときに前記所定時間
   と同時間を指示する第二の受光タイミング信号を生成す
   るタイミング信号生成手段を備え、 前記光検出手段は、前記第一の受光タイミング信号に基
   づいて前記所定時間だけ、第一受光可能状態になると共
   に、前記第二の受光タイミング信号に基づいて前記所定
   時間と同時間だけ、第二受光可能状態になり、 前記透過光強度算出手段は、前記第一受光可能状態にあ
   る前記光検出手段から出力された電気信号と前記第二受
   光可能状態にある前記光検出手段から出力された電気信
   号との差に基づいて、前記透過光強度を算出することを
   特徴とする請求項３記載の半導体製造条件設定装置。
7. 【請求項７】 チャンバ内にプラズマを発生させ、当該
   プラズマを使用して被処理基板に処理を施すことにより
   半導体基板を製造する半導体製造装置において、 請求項３〜請求項６の何れか一項記載の半導体製造条件
   設定装置を備え、 前記チャンバは、当該チャンバ内に前記光を入射するた
   めの入射窓と、当該チャンバ内の前記プラズマの発光及
   び前記透過光を外部へ放出させるための監視窓とを有
   し、 前記半導体製造条件設定装置の前記分光手段は、前記監
   視窓を通過した前記プラズマ光及び前記透過光が入射す
   る位置に配置されていることを特徴とする半導体製造装
   置。
8. 【請求項８】 前記入射窓又は前記監視窓のうち少なく
   とも一方は、曇り止め手段を備えていることを特徴とす
   る請求項７記載の半導体製造装置。
9. 【請求項９】 前記曇り止め手段は、前記入射窓又は前
   記監視窓のうち少なくとも一方を加熱するヒータである
   ことを特徴とする請求項８記載の半導体製造装置。
10. 【請求項１０】 請求項７〜請求項９の何れか一項記載
    の半導体製造装置により前記処理を施されたことを特徴
    とする半導体基板。