JP2001196353A - ビューポート、光源付きビューポート、ビューポートガラス窓の透過状態測定装置、プラズマモニタ装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマプロセスを通して時々刻々と変化す
るガラス窓の光透過率変化の影響をリアルタイムで補正
し、ガラス窓の経時変化の影響を受けずにプラズマ状態
をモニタすることができるビューポート、光源付きビュ
ーポート、ビューポートガラス窓の透過状態測定装置、
プラズマモニタ装置およびプラズマ処理方法を提供す
る。 【解決手段】 本発明のビューポート７０は、チャンバ
２０に取り付けられる筒体７２に第１および第２ガラス
窓７４，７５を取り付けてなるビューポート７０であっ
て、第１および第２ガラス窓７４，７５は、第１から第
２ガラス窓に光が透過するように対向配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
を製造する分野で、特にプラズマプロセス(エッチン
グ、ＣＶＤ、スパッタ等)においてプラズマからの発光
をモニタするためのビューポート、光源付きビューポー
ト、ビューポートガラス窓の透過状態測定装置、プラズ
マモニタ装置およびプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造のプラズマプロセスにおいて
は、真空チャンバ内でのプラズマの発光をガラス窓を通
して外部の分光器に取り込み、プラズマの発光スペクト
ルをモニタしている。プラズマの発光スペクトルのモニ
タは、Ｓｉウエハなど半導体材料のエッチングや酸化膜
形成のためのＣＶＤ、磁性膜形成のためのスパッタなど
におけるプラズマ反応の状態の監視や、特定波長の強度
変化に基づくエッチングの終点監視に利用される。

【０００３】しかし、ガラス窓の内面には反応ガスによ
って生成された生成物が堆積したり、また、ガラス窓も
僅かずつであるが反応ガスにより表面がエッチングされ
たりする。このため、堆積した生成物により特定の波長
成分が吸収されたり、あるいはガラス窓表面の削れによ
り光が乱反射されたりして、ガラス窓の光透過率は経時
的に減少していく。この堆積やエッチングの程度は、プ
ラズマプロセスに使用されるガスの種類や量、チャンバ
ー内の圧力、ウエハの種類やビューポートの配置、ガラ
ス窓の温度など様々な要因によって異なるため、この影
響をあらかじめ推測することは難しく、真空チャンバー
内でのプラズマ状態を外部から正確にモニタすることは
困難である。

【０００４】そこで、特開平５−２５９２５０号公報
（以下、文献１という）には、ガラス窓（採光窓）の光
透過率の変化の影響を受けることなくチャンバ（処理
室）内のプラズマ状態を外部からモニタし、プラズマ処
理装置における処理特性の経時変化を正しくモニタする
ことを目的としたプラズマモニタ装置が開示されてい
る。

【０００５】すなわち、文献１に開示のプラズマモニタ
装置では、プラズマ発生前にチャンバの外部に設けられ
た参照光源からスペクトル分布が既知の光を参照光とし
てチャンバ内に導入し、導入された光をガラス窓を通し
てチャンバ外に設けられた分光器にて受光し、受光した
光に基づいてガラス窓の内面状態を推定してそのデータ
をメモリに記憶している。その後、実際にチャンバ内に
ウエハを搬送してプラズマを発生させ、その発光をガラ
ス窓を通してチャンバ外に設けられた分光器にて受光
し、メモリに記憶されているデータに基づいて、受光し
た光に対してガラス窓の内面状態に応じた補正を施し、
補正後の光に基づいてチャンバ内のプラズマ状態をモニ
タしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、チャンバ内で
プラズマを発光させてウエハの処理を進めるにつれ、ガ
ラス窓には時々刻々と生成物が堆積されて汚れを増し、
ガラス窓の光透過率は時々刻々と変化する。しかし、従
来のプラズマモニタ装置では、プラズマ発光前に予め測
定してメモリに記憶しておいたガラス窓の内面状態のデ
ータに基づいてプラズマの発光スペクトルの補正を行っ
ているため、プラズマプロセス中に逐次変化するガラス
窓の光透過率の変化を加味して発光スペクトルの補正を
リアルタイムで行うことができなかった。すなわち、従
来のプラズマモニタ装置では、プラズマの発光中にガラ
ス窓の内面状態を示すデータを得ることが構造的にでき
なかったため、プラズマの発光を停止した状態でガラス
窓の内面状態を示すデータを取得しておき、そのデータ
を次の測定までのガラス窓の内面状態を示すデータとし
て使用している。したがって、このデータに基づいて補
正して得られるプラズマの発光スペクトルは、必ずしも
正確なプラズマ状態を示すものではなかった。このよう
に、従来のプラズマモニタ装置では、プラズマからの発
光スペクトルをリアルタイムで補正し、長時間連続して
正確にモニタすることができず、プラズマプロセスを監
視する上で問題であった。

【０００７】そこで本発明は、プラズマプロセスを通し
て時々刻々と変化するガラス窓の光透過率変化の影響を
リアルタイムで補正し、ガラス窓の経時変化の影響を受
けずにプラズマ状態をモニタすることができるビューポ
ート、光源付きビューポート、ビューポートガラス窓の
透過状態測定装置、プラズマモニタ装置およびプラズマ
処理方法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】本発明のビューポート
は、チャンバに取り付けられる筒体に第１および第２ガ
ラス窓を取り付けてなるビューポートであって、第１お
よび第２ガラス窓は、第１から第２ガラス窓に光が透過
するように対向配置されていることを特徴とする。

【０００９】このビューポートでは、第１ガラス窓から
筒体内に入射した光は、第２ガラス窓から出射する。そ
して、第２ガラス窓から出射した光に基づいてガラス窓
の透過状態を測定することが可能となる。

【００１０】また本発明のビューポートでは、第１およ
び第２ガラス窓は、筒体の軸方向に対してそれぞれ所定
角度をなすように、当該筒体の一方の開口部に対向配置
されていることを特徴としてもよい。このビューポート
では、筒体の軸方向に沿って走行し第１および第２ガラ
ス窓の少なくともいずれかを透過してくる光を受光する
と同時に、当該軸方向と交差するように第１ガラス窓か
ら入射して第２ガラス窓から出射してくる光を受光する
ことができる。

【００１１】また本発明の光源付きビューポートは、上
記した構成のビューポートの第１ガラス窓に光を入射さ
せる光源装置を備える、ことを特徴とする。この光源付
きビューポートでは、光源装置から第１ガラス窓に光が
入射され、第２ガラス窓からその光が出射する。

【００１２】また本発明の光源付きビューポートでは、
光源装置は、第１ガラス窓側に開口を有する第１遮光体
と、第１遮光体内に配置された基準光源と、を備え、開
口が第１ガラス窓を塞ぐように筒体に取り付けられてい
ることを特徴としてもよい。このようにすれば、基準光
源は第１遮光体内に配置されているため、外部からの光
の影響を受けることなく基準光源から第１ガラス窓に光
が入射される。

【００１３】本発明のビューポートガラス窓の透過状態
測定装置は、上記した構成の光源付きビューポートの第
２ガラス窓から出射する光を受光する受光装置を備え
る、ことを特徴とする。

【００１４】この透過状態測定装置では、光源装置から
第１ガラス窓に光が入射され、第２ガラス窓から出射し
た光が受光装置により受光される。そして、受光装置に
より受光した光に基づいて、ガラス窓の透過状態の測定
が可能となる。

【００１５】また本発明のビューポートガラス窓の透過
状態測定装置では、受光装置は、第２ガラス窓からの光
を分光する分光器と、分光器によって分光された光を光
電変換する光電変換素子と、を備えることを特徴として
もよい。このようにすれば、第２ガラス窓からの光は分
光器により分光され、分光された光は光電変換素子によ
り光信号から電気信号へと光電変換される。

【００１６】また本発明のビューポートガラス窓の透過
状態測定装置では、受光装置は、第２ガラス窓側に開口
を有し分光器および光電変換素子を包囲する第２遮光体
を備え、開口が第２ガラス窓を塞ぐように筒体に取り付
けられていることを特徴としてもよい。このようにすれ
ば、分光器および光電変換素子は第２遮光体に包囲され
ているため、外部からの光の影響を受けることなく第２
ガラス窓から出射する光が受光される。

【００１７】本発明のプラズマモニタ装置は、第１およ
び第２ガラス窓のうちの少なくともいずれかから出射さ
れるチャンバ内のプラズマからの光のプラズマスペクト
ルをモニタし、上記した構成の透過状態測定装置におけ
る光電変換素子の出力信号に基づいてプラズマスペクト
ルを補正することを特徴とする。

【００１８】このプラズマモニタ装置では、透過状態測
定装置における光電変換素子の出力信号に基づいて、第
１および第２ガラス窓のうちの少なくともいずれかから
出射されるチャンバ内のプラズマからの光のプラズマス
ペクトルの補正がなされる。そして、当該補正後のプラ
ズマスペクトルに基づいて、ガラス窓の経時変化の影響
を受けずにチャンバ内のプラズマ状態を長時間連続して
正確にモニタすることができる。

【００１９】また本発明のプラズマモニタ装置では、光
電変換素子の出力信号は、プラズマ処理前に受光装置に
より受光される光源装置からの光の基準スペクトルの信
号と、プラズマ処理中に受光装置により受光される光源
装置からの光の経時スペクトルの信号を含み、基準スペ
クトルの信号と経時スペクトルの信号とに基づいて補正
が行われることを特徴としてもよい。このようにすれ
ば、基準スペクトルの信号と経時スペクトルの信号とに
基づいてプラズマスペクトルの補正が行われる。

【００２０】また本発明のビューポートでは、第１およ
び第２ガラス窓は筒体の側面に対向配置されると共に、
筒体の一方の開口部に配置される第３ガラス窓を更に備
えることを特徴としてもよい。このビューポートでは、
第１ガラス窓から筒体内に入射した光は、第２ガラス窓
から出射する。そして、第２ガラス窓から出射した光に
基づいて、プラズマからの光が出射する第３ガラス窓の
透過状態を推定することが可能となる。

【００２１】本発明の光源付きビューポートは、上記し
た構成のビューポートの第１ガラス窓に光を入射させる
光源装置を備える、ことを特徴とする。この光源付きビ
ューポートでは、光源装置から第１ガラス窓に光が入射
され、第２ガラス窓からその光が出射する。

【００２２】また本発明の光源付きビューポートでは、
光源装置は、第１ガラス窓側に開口を有する第１遮光体
と、第１遮光体内に配置された基準光源と、を備え、開
口が第１ガラス窓を塞ぐように筒体に取り付けられてい
ることを特徴としてもよい。このようにすれば、基準光
源は第１遮光体内に配置されているため、外部からの光
の影響を受けることなく基準光源から第１ガラス窓に光
が入射される。

【００２３】本発明のビューポートガラス窓の透過状態
測定装置は、上記した構成の光源付きビューポートの第
２ガラス窓から出射する光を受光する受光装置を備え
る、ことを特徴とする。この透過状態測定装置では、光
源装置から第１ガラス窓に光が入射され、第２ガラス窓
から出射した光が受光装置により受光される。そして、
受光装置により受光した光に基づいて、第３ガラス窓の
透過状態の推定が可能となる。

【００２４】また本発明のビューポートガラス窓の透過
状態測定装置では、受光装置は、第２ガラス窓からの光
を分光する分光器と、分光器によって分光された光を光
電変換する光電変換素子と、を備えることを特徴として
もよい。このようにすれば、第２ガラス窓からの光は分
光器により分光され、分光された光は光電変換素子によ
り光信号から電気信号へと光電変換される。

【００２５】また本発明のビューポートガラス窓の透過
状態測定装置では、受光装置は、第２ガラス窓側に開口
を有し分光器および光電変換素子を包囲する第２遮光体
を備え、開口が第２ガラス窓を塞ぐように筒体に取り付
けられていることを特徴としてもよい。このようにすれ
ば、分光器および光電変換素子は第２遮光体に包囲され
ているため、外部からの光の影響を受けることなく第２
ガラス窓から出射する光が受光される。

【００２６】本発明のプラズマモニタ装置は、第３ガラ
ス窓から出射されるチャンバ内のプラズマからの光のプ
ラズマスペクトルをモニタし、上記した構成の透過状態
測定装置における光電変換素子の出力信号に基づいてプ
ラズマスペクトルを補正することを特徴とする。

【００２７】このプラズマモニタ装置では、透過状態測
定装置における光電変換素子の出力信号に基づいて、第
３ガラス窓から出射されるチャンバ内のプラズマからの
光のプラズマスペクトルの補正がなされる。そして、当
該補正後のプラズマスペクトルに基づいて、ガラス窓の
経時変化の影響を受けずにチャンバ内のプラズマ状態を
長時間連続して正確にモニタすることができる。

【００２８】また本発明のプラズマモニタ装置では、光
電変換素子の出力信号は、プラズマ処理前に受光装置に
より受光される光源装置からの光の基準スペクトルの信
号と、プラズマ処理中に受光装置により受光される光源
装置からの光の経時スペクトルの信号を含み、基準スペ
クトルの信号と経時スペクトルの信号とに基づいて補正
が行われることを特徴としてもよい。このようにすれ
ば、基準スペクトルの信号と経時スペクトルの信号とに
基づいてプラズマスペクトルの補正が行われる。

【００２９】本発明のプラズマ処理方法は、チャンバ内
におけるプラズマ状態をガラス窓を通してモニタしなが
らターゲットにプラズマ処理を施すプラズマ処理方法で
あって、（１）プラズマ処理前にガラス窓に基準光を照
射し透過してくる光を受光して基準スペクトルを測定
し、（２）プラズマ処理中にガラス窓から出射してくる
プラズマ光を受光してプラズマスペクトルを測定すると
同時に、ガラス窓に対して基準光を照射し透過してくる
光を受光して経時スペクトルを測定し、（３）基準スペ
クトルと経時スペクトルとに基づいてプラズマスペクト
ルに対して補正を施し、（４）当該補正後のプラズマス
ペクトルに基づいてチャンバ内におけるプラズマ状態を
調整しながらプラズマ処理を行う、ことを特徴とする。

【００３０】この方法によれば、ガラス窓の光透過率変
化の影響をリアルタイムで補正し、ガラス窓の経時変化
の影響を受けずにチャンバ内のプラズマ状態を長時間連
続して正確にモニタしながら、長時間連続して安定した
プラズマ処理を行うことができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明のビューポート、光源付きビューポート、ビューポ
ートガラス窓の透過状態測定装置、プラズマモニタ装置
およびプラズマ処理方法の好適な実施形態について説明
する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複す
る説明を省略する。

【００３２】（第１実施形態）

【００３３】図１〜図３は、本発明の第１の実施形態を
示し、図１はプラズマモニタ装置を備えたプラズマ処理
装置の外観を示す分解斜視図、図２はプラズマ処理装置
の構成を示す構成図、図３はプラズマモニタ装置の構成
を示す断面図である。

【００３４】図１に示すように、プラズマ処理装置１０
は大別して真空チャンバ２０と、プラズマモニタ装置５
０とを備えている。

【００３５】真空チャンバ２０は、図１に示すように外
形が円柱状をなしている。そして図２に示すように、真
空チャンバ２０を構成する天板２２、底板２４および側
壁２６で囲まれる内部空間がプラズマ処理を行うための
処理室２８として機能している。この処理室２８内の上
方には上部電極３０が、また下方には下部電極３２が平
行に対向配置されており、下部電極３２の上面にターゲ
ットＴ、例えばシリコンウエハを載置するようになって
いる。これら上部電極３０と下部電極３２とは高周波電
源３４に接続されており、両電極間３０，３２に高周波
を印加することで、真空チャンバ２０内に導入されたエ
ッチングガスをプラズマ状態に励起する。このエッチン
グガスを導入するためのガス導入ライン３６が側壁２６
に接続されており、また真空チャンバ２０内を真空に保
持するための排気ライン３８が底板２４に接続されてい
る。

【００３６】また、図１および図２に示すように、真空
チャンバ２０の側壁２６には円形の貫通孔４０が形成さ
れている。そして、側壁２６の外周面上であって貫通孔
４０の形成部分には、後述するビューポート７０を接続
するためのボルト孔を複数有するフランジ部４２が形成
されている。

【００３７】プラズマモニタ装置５０は、図１〜図３に
示すように、ビューポートガラス窓の透過状態測定装置
（以下、透過状態測定装置という）６０を備えている。
そしてこの透過状態測定装置６０は、ビューポート７０
と、光源装置８０と、基準光用受光装置９０とを備えて
いる。

【００３８】ビューポート７０は、円筒状の筒体７２
と、当該筒体７２の一方の開口部に対向配置される第１
及び第２ガラス窓７４，７５とを備えている。これらガ
ラス窓７４，７５は、図３に示すように筒体７２の軸方
向Ｘに対してそれぞれ所定角度θ、本実施形態では４５
度の角度をなすように対向配置されている。

【００３９】光源装置８０は、第１ガラス窓７４側に開
口を有する第１遮光体８２と、第１遮光体８２内に配置
された基準光源８４とを備えている。基準光源８４は、
スペクトル分布が既知の、例えば白色光のような連続的
な波長成分を有する基準光を照射可能な光源である。こ
の基準光源８４は、第１及び第２ガラス窓７４，７５を
結ぶ光軸Ｙ上に配置されており、光軸Ｙは第１ガラス窓
７４上において筒体７２の軸方向Ｘに対して平行に伸び
る光軸Ｚと直交している。したがって、基準光源８４か
ら発せられた基準光は、光軸Ｚと直交するように第１ガ
ラス窓７４からビューポート７０内に入射して第２ガラ
ス窓７５から出射する。なお、第１遮光体８２は開口が
第１ガラス窓７４を塞ぐように筒体７２に取り付けられ
ており、外部からの光の進入が阻止されている。

【００４０】基準光用受光装置９０は、筒体７２の軸方
向Ｘと交差、本実施形態では直交するように、第１ガラ
ス窓７４からビューポート７０内に入射して第２ガラス
窓７５から出射してくる光を受光できるように、第２ガ
ラス窓７５の外部であって光軸Ｙ上に配置されている。
この基準光用受光装置９０は、所定波長毎に光を分光す
ることが可能なグレーティングからなる基準光用分光器
９２と、分光された光を受光するための１次元フォトダ
イオードアレイ等からなる基準光用リニアイメージセン
サ９４とを備えている。そして、この基準光用分光器９
２と基準光用リニアイメージセンサ９４とは外部からの
光の進入がないように第２遮光体９６に包囲されてい
る。この第２遮光体９６は第２ガラス窓７５側に開口を
有し、当該開口が第２ガラス窓７５を塞ぐように筒体７
２に取り付けられている。

【００４１】プラズマモニタ装置５０は、更に透過状態
測定装置６０に取り付けられるプラズマ用受光装置１０
０を備えている。

【００４２】プラズマ用受光装置１００は、筒体７２の
軸方向Ｘに沿って進み、第１ガラス窓７４から出射して
くる光を受光できるように、第１ガラス窓７４の外部で
あって光軸Ｚ上に配置されている。このプラズマ用受光
装置１００は、所定波長毎に光を分光することが可能な
グレーティングからなるプラズマ用分光器１０２と、分
光された光を受光するための１次元フォトダイオードア
レイ等からなるプラズマ用リニアイメージセンサ１０４
とを備えている。そして、このプラズマ用分光器１０２
とプラズマ用リニアイメージセンサ１０４とは外部から
の光の進入がないように第３遮光体１０６に覆われてい
る。

【００４３】これら基準光用及びプラズマ用リニアイメ
ージセンサ９４，１０４は、図２に示すようにそれぞれ
Ａ／Ｄコンバータ１１２，１１０に接続されており、Ａ
／Ｄコンバータ１１０は直接演算器１１４に接続されて
いる。一方、Ａ／Ｄコンバータ１１２は信号切替器１１
６に接続されている。信号切替器１１６は、Ａ／Ｄコン
バータ１１２から送出されてきたデジタルの光電変換信
号を、演算器１１４と基準スペクトル記憶メモリ１１８
とのいずれかに切り換えて送出する。

【００４４】基準スペクトル記憶メモリ１１８は、プラ
ズマ発生前に基準光源８４から発せられ、基準光用受光
装置９０によって受光して得られた光電変換信号を、第
１および第２ガラス窓７４，７５の初期の光透過率を反
映した基準スペクトルとして記憶する。

【００４５】演算器１１４は、プラズマ用受光装置１０
０から送られてくるプラズマスペクトル信号と、基準光
用受光装置９０から送られてくる基準光の経時スペクト
ル信号と、基準スペクトル記憶メモリ１１８から送られ
てくる基準スペクトル信号とから、真空チャンバ２０内
のプラズマ状態や、第１および第２ガラス窓７４，７５
の光透過率の経時劣化の度合いを算出する。

【００４６】なお、図１に示すように、ビューポート７
０を構成する筒体７２の他方の開口部にはフランジ部７
６が形成されており、フランジ部７６には複数のボルト
孔が形成されている。そして、ビューポート７０のフラ
ンジ部７６と真空チャンバ２０のフランジ部４２とがボ
ルトを介して締結されて、プラズマ処理装置１０が構成
されている。

【００４７】次に、図３を参照して本モニタ装置５０に
よるプラズマからの光のモニタ原理について説明する。

【００４８】まず、図３に示すようにプラズマ発光前に
基準光源８４から基準光を発し、第１ガラス窓７４から
ビューポート７０内に入射して第２ガラス窓７５から出
射してくる光を基準光用受光装置９０により受光する。
このとき、基準光源８４から発せられる基準光のスペク
トル強度をＲ(λ)とすると、その光は２つのガラス窓７
４、７５を透過するため、基準光用受光装置９０により
受光される基準スペクトル強度Ｉ_r0(λ)は、第１および
第２ガラス窓７４，７５の当初の光透過率をａ ₀(λ）と
すると、

【００４９】

【数１】

【００５０】と表される。

【００５１】次に、プラズマプロセス中に真空チャンバ
２０内のプラズマから発せられ、光軸Ｚ上を走行して第
１ガラス窓７４から出射してくる光をプラズマ用受光装
置１００により受光する。

【００５２】第１ガラス窓７４は、プラズマによって当
初の光透過率（角度４５度方向からの光透過率）がａ
₀(λ)だったものが徐々に曇りの度合いを増して光透過
率が低下する。プロセス中の第１ガラス窓７４の光透過
率をａ（λ）とすれば（実際には時間の関数なのでａ
(λ,t)となる）、プラズマ用受光装置１００によって受
光されるプラズマスペクトル強度Ｉ_p(λ)は、プラズマ
の真のスペクトル強度をＰ(λ)とすれば、

【００５３】

【数２】

【００５４】と表される。

【００５５】一方、プラズマ用受光装置１００によりプ
ラズマの発光を受光するのと同時に、光軸Ｚと直交する
光軸Ｙ上を走行するように基準光源８４から基準光を出
射し、その光を第１及び第２ガラス窓７４，７５を通し
て基準光用受光装置９０により受光する。この時、基準
光源８４からの光はガラス窓を２枚分透過する。したが
って、基準光用受光装置９０により受光される基準光の
経時スペクトル強度Ｉ _r(λ)は、

【００５６】

【数３】

【００５７】と表される。

【００５８】プラズマプロセス中にＩ_p（λ)、Ｉ_r(λ)
を逐次測定し、その都度以下のように第１および第２ガ
ラス窓７４，７５の曇りの変動を補正し、補正後のプラ
ズマスペクトル強度Ｉ（λ）に基づいて、真空チャンバ
２０内のプラズマ状態をモニタする。

【００５９】すなわち、補正後のプラズマスペクトル強
度Ｉ（λ）は、

【００６０】

【数４】

【００６１】と表される。

【００６２】初期の光透過率ａ₀(λ)は時間的変動の無
い一定値であるため、この補正後のプラズマスペクトル
強度Ｉ（λ）は、第１ガラス窓７４の光透過率の変動の
影響を受けることのない値である。したがって、この補
正後のプラズマスペクトル強度Ｉ（λ）を利用すること
で、第１ガラス窓７４の光透過率の変動の影響を受ける
ことなくプラズマ状態をモニタすることができる。な
お、ａ₀(λ)の影響も補正の必要があれば、プラズマ処
理装置１０の使用前毎に第１および第２ガラス窓７４，
７５の初期の透過状態を測定しておけば良い。

【００６３】またこのプラズマモニタ装置５０では、ビ
ューポート７０の第１および第２ガラス窓７４，７５の
光透過率劣化を監視することにより、真空チャンバ２０
内部への付着物の堆積状態を把握することもできる。

【００６４】すなわち、初期の光透過率ａ₀(λ)に対す
るプロセス中の光透過率ａ (λ)は、

【００６５】

【数５】

【００６６】として求めることができる。

【００６７】次に、図１〜図３を参照して上記したプラ
ズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法について説
明する。

【００６８】まず、プラズマ処理を施すターゲットＴ、
例えばシリコンウエハを実際に下部電極３２上に載置す
る。そして、真空チャンバ２０にプラズマモニタ装置５
０を取り付ける。その後、排気ライン３８より真空チャ
ンバ２０内の空気を排出して所望の真空状態を維持す
る。次に、基準光源８４から光を発し、第１ガラス窓７
４から入射して第２ガラス窓７５から出射してくる光を
基準光用受光装置９０により受光し、基準光用分光器９
２により所定波長毎にスペクトル分解する。そして、ス
ペクトル分解された光を基準光用リニアイメージセンサ
９４によって受光して電気信号に変換する。この基準光
用リニアイメージセンサ９４によって光電変換されたア
ナログの光電変換信号をＡ／Ｄコンバータ１１２によっ
てデジタルの光電変換信号に変換する。そして、この光
電変換信号を信号切替器１１６を介して基準スペクトル
記憶メモリ１１８に入力し、そのデータを第１および第
２ガラス窓７４，７５の初期の光透過率ａ₀（λ）を反
映した基準スペクトル強度Ｉ_{r 0}（λ）として記憶してお
く。

【００６９】次に、ガス導入ライン３６からエッチング
ガスを導入し、高周波電源３４により上下両電極３０，
３２間に高周波を印加してシリコンウエハＴ上でプラズ
マを発生させ、シリコンウエハＴの表面をエッチング処
理する。

【００７０】エッチング処理の際には、プラズマからの
光をビューポート７０の第１ガラス窓７４を通してプラ
ズマ用受光装置１００により受光し、プラズマ用分光器
１０２により所定波長毎にスペクトル分解する。そし
て、スペクトル分解された光をプラズマ用リニアイメー
ジセンサ１０４によって受光して電気信号に変換する。
このプラズマ用リニアイメージセンサ１０４によって光
電変換されたアナログの光電変換信号をＡ／Ｄコンバー
タ１１０によってデジタルの光電変換信号に変換し、こ
の光電変換信号をプラズマスペクトル強度Ｉ_p（λ）と
して演算器１１４に入力する。

【００７１】またエッチング処理の際には、基準光源８
４から発せられ、第１ガラス窓７４から入射して第２ガ
ラス窓７５から出射してくる光を基準光用受光装置９０
により受光し、基準光用分光器９２により所定波長毎に
スペクトル分解する。そして、スペクトル分解された光
を基準光用リニアイメージセンサ９４によって受光して
電気信号に変換する。この基準光用リニアイメージセン
サ９４によって光電変換されたアナログの光電変換信号
を、Ａ／Ｄコンバータ１１２によってデジタル信号に変
換する。そして、この光電変換信号を信号切替器１１６
を介して基準光の経時スペクトル強度Ｉ_r（λ）として
演算器１１４に入力する。

【００７２】次に、演算器１１４において、基準スペク
トル強度Ｉ_r0（λ）および経時スペクトル強度Ｉ
_r（λ）を用い、（４）式に基づいてプラズマスペクト
ル強度Ｉ_p（λ）に対して補正を施す。

【００７３】そして、補正後のプラズマスペクトル強度
Ｉ（λ）に基づいて、真空チャンバ２０内におけるプラ
ズマ状態をリアルタイムで連続してモニタし、上下部両
電極３０，３２間に印加する高周波や導入するエッチン
グガス量等を調節しながらプラズマ処理を行う。

【００７４】また、基準スペクトル強度Ｉ_r0（λ）、経
時スペクトル強度Ｉ_r（λ）を用い、（５）式に基づい
て第１および第２ガラス窓７４，７５の光透過率劣化Ｔ
を算出し、この光透過率劣化Ｔをモニタすることで、真
空チャンバ２０内部への付着物の堆積状態をリアルタイ
ムで長時間連続して把握することもできる。

【００７５】次に、本実施形態の作用および効果につい
て説明する。

【００７６】本実施形態では、ビューポート７０は、筒
体７２の軸方向Ｘに対してそれぞれ所定角度θをなすよ
うに一方の開口部に対向配置される第１及び第２ガラス
窓７４，７５を備えている。したがって、筒体７２の軸
方向Ｘに沿う光軸Ｚ上を走行してくる真空チャンバ２０
内のプラズマからの光をプラズマ用受光装置１００によ
り受光すると同時に、光軸Ｚと交差する光軸Ｙ上を走行
してくる基準光を基準光用受光装置９０により受光する
ことができる。したがって、基準光用受光装置９０によ
って受光される光に基づいて、プラズマからの光の受光
時における第１ガラス窓７４の内面状態を測定し、プラ
ズマ用受光装置１００により受光した光に対してこの内
面状態に応じた補正を施すことで、第１ガラス窓７４の
光透過率変化の影響をリアルタイムで補正し、第１ガラ
ス窓７４の経時変化の影響を受けずに真空チャンバ２０
内のプラズマ状態を長時間連続して正確にモニタするこ
とができる。

【００７７】特に、第１および第２ガラス窓７４，７５
は筒体７２の軸方向Ｘに対してそれぞれ４５度の角度を
なすように対向配置されているため、プラズマから発せ
られた光が走行する光軸Ｚと第１ガラス窓７４とのなす
角度と、基準光源８４から発せらた光が走行する光軸Ｙ
と第１および第２ガラス窓７４，７５とのなす角度は、
ともに４５度で等しくなる。ここで、入射する角度によ
って第１および第２ガラス窓７４，７５の光透過率は変
化するものであるが、本実施形態では、第１ガラス窓７
４に４５度の角度で入出射してプラズマ用受光装置１０
０により受光されたプラズマからの光を、同じ４５度の
角度で第１および第２ガラス窓７４，７５に入出射して
基準光用受光装置９０により受光された基準光源８４か
らの光に基づいて補正することが可能となる。その結
果、ガラス窓に入射する角度による光透過率の変動を考
慮する必要がなくなり、プラズマ状態のモニタ精度の一
層の向上を図ることができる。

【００７８】また、本実施形態では、上記したプラズマ
モニタ装置５０を備えたプラズマ処理装置１０を用い
て、第１ガラス窓７４の光透過率変化の影響をリアルタ
イムで補正し、第１ガラス窓７４の経時変化の影響を受
けずに真空チャンバ２０内のプラズマ状態を長時間連続
して正確にモニタしながら、長時間連続して安定したプ
ラズマ処理を行うことができる。

【００７９】なお、本実施形態において、基準光源８４
から発せられた基準光の第１ガラス窓７４によるプラズ
マ用受光装置１００への反射光が、その程度は非常に小
さいもののプラズマ発光の強度に比べて誤差を生ずるほ
どに影響のある場合には、それぞれの光軸Ｙ、Ｚをずら
して基準光源８４およびプラズマ用受光装置１００を配
置すればよい。またプラズマ発光の第１ガラス窓７４に
よる基準光用受光装置９０への反射光については、必要
であればその影響が無視できる程度に基準光源８４の強
度を確保すればよい。

【００８０】これら反射光の影響は、基準光源８４を周
期的にパルス点灯する構造とし、点灯時、非点灯時のプ
ラズマの発光スペクトルと基準光源８４の基準光のスペ
クトルをその周期に同期して測定し、各周期間のスペク
トルの差をとることによっても補正することができる。

【００８１】（第２実施形態）

【００８２】以下、図４を参照しながら、本発明の第２
実施形態について説明する。なお、上述した第１実施形
態に関して説明した要素と同一の要素には同一の符号を
付し、重複する説明を省略する。

【００８３】本実施形態では、プラズマモニタ装置５０
の構成が第１の実施形態と相違している。すなわち、第
１の実施形態のプラズマモニタ装置５０は、ビューポー
ト７０の第１および第２ガラス窓７４，７５の内面状態
の経時変化がほぼ等しいとした場合の構成を示している
が、第１および第２ガラス窓７４，７５のそれぞれで内
面状態の経時変化が無視できないほどに異なる場合は、
図４に示すように、第２ガラス窓７５についてもプラズ
マからの光を受光できるようにプラズマ用受光装置１０
０を設ける。

【００８４】この場合、第１および第２ガラス窓７４，
７５のそれぞれのプロセス中の光透過率をそれそれａ
₁(λ)、ａ₂(λ)とし、第１および第２ガラス窓７４，７
５のそれぞれを透過してプラズマ用受光装置１００によ
り受光されるプラズマスペクトル強度をＩ_P1(λ)、Ｉ_P2
(λ)とすれば、補正後のプラズマスペクトル強度Ｉは、

【００８５】

【数６】

【００８６】と表される。

【００８７】上述したとおり、初期の光透過率ａ₀(λ)
は時間的変動の無い一定値であるため、この補正後のプ
ラズマスペクトル強度Ｉ（λ）は、第１および第２ガラ
ス窓７４，７５の光透過率の変動の影響を受けることの
ない値である。したがって、この補正後のプラズマスペ
クトル強度Ｉ（λ）を利用することで、第１および第２
ガラス窓７４，７５の光透過率の変動の影響を受けるこ
となくプラズマ状態を長時間連続して正確にモニタする
ことができる。

【００８８】また第１および第２ガラス窓７４，７５の
光透過率劣化は、両ガラス窓７４，７５の光透過率の平
均として、

【００８９】

【数７】

【００９０】として求めることができる。

【００９１】このように、本実施形態では、第１および
第２ガラス窓７４，７５のそれぞれで内面状態の経時変
化が無視できないほどに異なる場合であっても、ガラス
窓の光透過率変化の影響をリアルタイムで補正し、第１
および第２ガラス窓７４，７５の経時変化の影響を受け
ずに真空チャンバ２０内のプラズマ状態を長時間連続し
て正確にモニタすることができる。

【００９２】（第３実施形態）

【００９３】以下、図５を参照しながら、本発明の第３
実施形態について説明する。なお、上述した第１実施形
態に関して説明した要素と同一の要素には同一の符号を
付し、重複する説明を省略する。

【００９４】本実施形態では、プラズマモニタ装置５０
の構成が第１の実施形態と相違している。すなわち本実
施形態では、プラズマモニタ装置５０を構成するビュー
ポート１２０は、筒体１２２と、筒体１２２の側面に対
向配置される第１および第２ガラス窓１２６，１２７
と、筒体１２２の一方の開口部に配置される第３ガラス
窓１２４とを備えている。

【００９５】第１および第２ガラス窓１２６，１２７
は、筒体１２２の側面において、筒体１２２の軸方向Ｘ
に直交する光軸Ｗ上に対向配置されている。一方、第３
ガラス窓１２４は、筒体１２２の一方の開口部に筒体１
２２の軸方向Ｘに対して直交するように配置されてい
る。

【００９６】基準光源８４は、第１および第２ガラス窓
１２６，１２７を結ぶ光軸Ｗ上に配置されている。した
がって、基準光源８４から発せられた基準光は、筒体１
２２の軸Ｘと直交するように第１ガラス窓１２６からビ
ューポート１２０内に入射して第２ガラス窓１２７から
出射する。なお、この基準光源８４は第１遮光体８４に
覆われており、外部からの光の進入が阻止されている。

【００９７】基準光用受光装置９０は、筒体１２２の軸
方向Ｘと交差、本実施形態では直交するように、第１ガ
ラス窓１２６からビューポート１２０内に入射して第２
ガラス窓１２７から出射してくる光を受光できるよう
に、第２ガラス窓１２７の外部であって第１および第２
ガラス窓１２６，１２７を結ぶ光軸Ｗ上に配置されてい
る。この基準光用受光装置９０は、所定波長毎に光を分
光することが可能なグレーティングからなる基準光用分
光器９２と、この分光された光を受光するための１次元
フォトダイオードアレイ等からなる基準光用リニアイメ
ージセンサ９４を備えている。そして、この基準光用分
光器９２と基準光用リニアイメージセンサ９４とは外部
からの光の進入がないように第２遮光体９６に覆われて
いる。

【００９８】一方、プラズマ用受光装置１００は、筒体
１２２の軸方向Ｘに沿って進み、第３ガラス窓１２４か
ら出射してくる光を受光できるように、第３ガラス窓１
２４の外部であって筒体１２２の軸Ｘ上に配置されてい
る。プラズマ用受光装置１００は、所定波長毎に光を分
光することが可能なグレーティングからなるプラズマ用
分光器１０２と、この分光された光を受光するための１
次元フォトダイオードアレイ等からなるプラズマ用リニ
アイメージセンサ１０４とを備えている。そして、この
プラズマ用分光器１０２とプラズマ用リニアイメージセ
ンサ１０４とは外部からの光の進入がないように第３遮
光体１０６に覆われている。

【００９９】また、筒体１２２の他方の開口部にはフラ
ンジ部１２８が形成されており、フランジ部１２８には
複数のボルト孔が形成されている。そして、ビューポー
ト１２０のフランジ部１２８と真空チャンバ２０のフラ
ンジ部４２とがボルトを介して締結されて、プラズマ処
理装置１０が構成されている。

【０１００】このように本実施形態では、筒体１２２の
軸方向Ｘに沿って走行してくる真空チャンバ２０内のプ
ラズマからの光をプラズマ用受光装置１００により受光
すると同時に、筒体１２２の軸Ｘと交差する光軸Ｗ上を
走行してくる基準光を基準光用受光装置９０により受光
することができる。したがって、第１、第２および第３
ガラス窓１２６，１２７，１２４の方向によらず堆積物
が均一に堆積する場合、基準光用受光装置９０によって
受光される光に基づいて、プラズマからの光の受光時に
おける第３ガラス窓１２４の内面状態を推定し、プラズ
マ用受光装置１００により受光した光に対してこの内面
状態に応じた補正を施すことで、第３ガラス窓１２４の
光透過率変化の影響をリアルタイムで補正し、第３ガラ
ス窓１２４の経時変化の影響を受けずに真空チャンバ２
０内のプラズマ状態を長時間連続して正確にモニタする
ことができる。

【０１０１】なお、本発明は上記した実施形態に限定さ
れることなく、種々の変形が可能である。

【０１０２】例えば、第１から第３の実施形態では、筒
体７２，１２２と第１、第２および第３ガラス窓７４，
７５，１２６，１２７，１２４とによりビューポート７
０，１２０を構成したが、これに光源装置８０まで含め
て光源付きビューポートを構成してもよい。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、ガラス窓の光透過率変
化の影響をリアルタイムで補正し、ガラス窓の経時変化
の影響を受けずにチャンバ内のプラズマ状態を長時間連
続して正確にモニタすることができる。

【０１０４】また本発明によれば、チャンバ内のプラズ
マ状態を正確にモニタしながら長時間連続して安定した
プラズマ処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示し、プラ
ズマモニタ装置を備えたプラズマ処理装置の外観を示す
分解斜視図である。

【図２】図２は、プラズマ処理装置の構成図である。

【図３】図３は、プラズマモニタ装置の構成を示す断面
図である。

【図４】図４は、本発明の第２の実施形態を示し、プラ
ズマモニタ装置の構成を示す断面図である。

【図５】図５は、本発明の第３の実施形態を示し、プラ
ズマ処理装置の外観を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１０…プラズマ処理装置、２０…真空チャンバ、５０…
プラズマモニタ装置、６０…ビューポートガラス窓の透
過状態測定装置、７０，１２０…ビューポート、７２，
１２２…筒体、７４…第１ガラス窓、７５…第２ガラス
窓、８０…光源装置、８２…第１遮光体、８４…基準光
源、９０…基準光用受光装置、９２…基準光用分光器、
９４…基準光用リニアイメージセンサ、９６…第２遮光
体、１００…プラズマ用受光装置、１２４…第３ガラス
窓、１２６…第１ガラス窓、１２７…第２ガラス窓、Ｔ
…ターゲット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｅ Ｆターム(参考） 2G043 AA03 CA02 DA05 EA06 EA08 EA13 FA03 GA04 GB01 JA04 LA03 MA06 NA01 NA06 NA13 2G057 AA04 AA14 AB01 AB06 AC03 BA01 BB01 DA04 DA06 DB05 DC01 2G086 EE12 5F004 BA04 BB13 BB29 CB02 CB09 CB16 5F045 EB02 EB03 EC03 GB08

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバに取り付けられる筒体に第１お
   よび第２ガラス窓を取り付けてなるビューポートであっ
   て、 前記第１および第２ガラス窓は、前記第１から第２ガラ
   ス窓に光が透過するように対向配置されていることを特
   徴とするビューポート。
2. 【請求項２】 前記第１および第２ガラス窓は、前記筒
   体の軸方向に対してそれぞれ所定角度をなすように、当
   該筒体の一方の開口部に対向配置されていることを特徴
   とする請求項１に記載のビューポート。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のビューポートの前記第
   １ガラス窓に光を入射させる光源装置を備える、ことを
   特徴とする光源付きビューポート。
4. 【請求項４】 前記光源装置は、前記第１ガラス窓側に
   開口を有する第１遮光体と、前記第１遮光体内に配置さ
   れた基準光源と、を備え、前記開口が前記第１ガラス窓
   を塞ぐように前記筒体に取り付けられていることを特徴
   とする請求項３に記載の光源付きビューポート。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の光源付きビューポート
   の前記第２ガラス窓から出射する光を受光する受光装置
   を備える、ことを特徴とするビューポートガラス窓の透
   過状態測定装置。
6. 【請求項６】 前記受光装置は、前記第２ガラス窓から
   の光を分光する分光器と、前記分光器によって分光され
   た光を光電変換する光電変換素子と、を備えることを特
   徴とする請求項５に記載のビューポートガラス窓の透過
   状態測定装置。
7. 【請求項７】 前記受光装置は、前記第２ガラス窓側に
   開口を有し前記分光器および前記光電変換素子を包囲す
   る第２遮光体を備え、前記開口が前記第２ガラス窓を塞
   ぐように前記筒体に取り付けられていることを特徴とす
   る請求項６に記載のビューポートガラス窓の透過状態測
   定装置。
8. 【請求項８】 前記第１および第２ガラス窓のうちの少
   なくともいずれかから出射される前記チャンバ内のプラ
   ズマからの光のプラズマスペクトルをモニタし、請求項
   ６に記載の透過状態測定装置における前記光電変換素子
   の出力信号に基づいて前記プラズマスペクトルを補正す
   ることを特徴とするプラズマモニタ装置。
9. 【請求項９】 前記光電変換素子の出力信号は、プラズ
   マ処理前に前記受光装置により受光される前記光源装置
   からの光の基準スペクトルの信号と、プラズマ処理中に
   前記受光装置により受光される前記光源装置からの光の
   経時スペクトルの信号を含み、前記基準スペクトルの信
   号と前記経時スペクトルの信号とに基づいて前記補正が
   行われることを特徴とする請求項８に記載のプラズマモ
   ニタ装置。
10. 【請求項１０】 前記第１および第２ガラス窓は前記筒
    体の側面に対向配置されると共に、前記筒体の一方の開
    口部に配置される第３ガラス窓を更に備えることを特徴
    とする請求項１に記載のビューポート。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のビューポートの前
    記第１ガラス窓に光を入射させる光源装置を備える、こ
    とを特徴とする光源付きビューポート。
12. 【請求項１２】 前記光源装置は、前記第１ガラス窓側
    に開口を有する第１遮光体と、前記第１遮光体内に配置
    された基準光源と、を備え、前記開口が前記第１ガラス
    窓を塞ぐように前記筒体に取り付けられていることを特
    徴とする請求項１１に記載の光源付きビューポート。
13. 【請求項１３】 請求項１１に記載の光源付きビューポ
    ートの前記第２ガラス窓から出射する光を受光する受光
    装置を備える、ことを特徴とするビューポートガラス窓
    の透過状態測定装置。
14. 【請求項１４】 前記受光装置は、前記第２ガラス窓か
    らの光を分光する分光器と、前記分光器によって分光さ
    れた光を光電変換する光電変換素子と、を備えることを
    特徴とする請求項１３に記載のビューポートガラス窓の
    透過状態測定装置。
15. 【請求項１５】 前記受光装置は、前記第２ガラス窓側
    に開口を有し前記分光器および前記光電変換素子を包囲
    する第２遮光体を備え、前記開口が前記第２ガラス窓を
    塞ぐように前記筒体に取り付けられていることを特徴と
    する請求項１４に記載のビューポートガラス窓の透過状
    態測定装置。
16. 【請求項１６】 前記第３ガラス窓から出射される前記
    チャンバ内のプラズマからの光のプラズマスペクトルを
    モニタし、請求項１４に記載の透過状態測定装置におけ
    る前記光電変換素子の出力信号に基づいて前記プラズマ
    スペクトルを補正することを特徴とするプラズマモニタ
    装置。
17. 【請求項１７】 前記光電変換素子の出力信号は、プラ
    ズマ処理前に前記受光装置により受光される前記光源装
    置からの光の基準スペクトルの信号と、プラズマ処理中
    に前記受光装置により受光される前記光源装置からの光
    の経時スペクトルの信号を含み、前記基準スペクトルの
    信号と前記経時スペクトルの信号とに基づいて前記補正
    が行われることを特徴とする請求項１６に記載のプラズ
    マモニタ装置。
18. 【請求項１８】 チャンバ内におけるプラズマ状態をガ
    ラス窓を通してモニタしながらターゲットにプラズマ処
    理を施すプラズマ処理方法であって、 プラズマ処理前に前記ガラス窓に基準光を照射し透過し
    てくる光を受光して基準スペクトルを測定し、 プラズマ処理中に前記ガラス窓から出射してくるプラズ
    マ光を受光してプラズマスペクトルを測定すると同時
    に、前記ガラス窓に対して基準光を照射し透過してくる
    光を受光して経時スペクトルを測定し、 前記基準スペクトルと前記経時スペクトルとに基づいて
    前記プラズマスペクトルに対して補正を施し、 当該補正後のプラズマスペクトルに基づいて前記チャン
    バ内におけるプラズマ状態を調整しながらプラズマ処理
    を行う、ことを特徴とするプラズマ処理方法。