JP2001210629A - ウエハ処理システム及びウエハ処理工程を監視する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】選択的に監視されるウエハ処理システム及びウ
エハ処理工程を監視する方法を提供すること。 【解決手段】ウエハ処理システムは、ウエハを処理室22
の内部領域内に配置する支持体を含むウエハ処理室22
と、ウエハの露出表面136から被膜を除去するために処
理室22内にプラズマを送る手段を含むウエハ処理機構
と、ウエハの表面近くで合焦されるプラズマと被膜の反
応性生成物の濃度を監視するために処理室22に取り付け
られる受光装置140とを含む。分光計を用いたアッシン
グの終了点検出における光学検出装置110を最適化する
ために、最も光強度が強い領域からの光を集めてウエハ
表面上のプラズマと被膜の生成物の濃度を監視して、完
全な終了点を確認する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路製造での
光学的監視方法の分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の製造時に、その集積回路の所
定の層に対して所望の回路パターンが誘電体フィルムに
エッチングされる。これを達成するために、エッチング
されることを望まない誘電体フィルムの領域にフォトレ
ジストが塗布される。誘電体材料と化学的に反応しかつ
フォトレジストと化学的に反応が少ないエッチングガス
がプラズマ内に発生する。このプラズマは、エッチング
される誘電体の表面に供給され、エッチングガスが誘電
体フィルムの表面に拡散する。エッチングガスは、化学
的に誘電体フィルムと反応して、揮発性生成物を形成す
る。この生成物は、誘電体フィルムの表面から脱着さ
れ、エッチングガス中に拡散する。

【０００３】誘電層内にパターンがエッチングされる
と、誘電層上の金属回路パターンを形成するのに用いら
れるフォトレジストは取り除かれる。エッチング後の残
留物は、サイドウォールにポリマーが堆積するので、こ
れを下側の層から完全に取り除かなければならない。フ
ォトレジストおよび誘電装置からフォトレジスト残留物
を取り除くのに用いられる１つのドライ処理方法は、ア
ッシングとして知られている。アッシング処理は、エッ
チング処理と同様である。しかし、アッシングのために
使用するガスは、誘電体に対してよりもフォトレジトに
対してより化学的に反応する。アッシングガスは、化学
的にフォトレジストと反応して揮発性生成物を形成す
る。この生成物は、アッシングガス中に拡散する。アッ
シング処理が完了した後、エッチングされたパターン
は、銅または他の導電材料で覆われる。

【０００４】光放射分光計は、これまで、エッチングガ
ス、このガスの生成物、および誘電材料に関する情報を
与えることによってエッチング処理の終了点を決定する
ために使用されてきた。この技術は、プラズマ内の誘電
物質の生成物による光放射の放射強度特性の変化に依存
する。高エネルギー状態から低エネルギー状態に電子が
変化するとき、励起された原子または分子が光を放射す
る。異なる化合物の原子および分子は、独特な一連のス
ペクトル線を放射する。プラズマ内の各化合物の放射強
度は、プラズマ内の化合物の相対濃度による。一般的な
光放射分光計は、反応性エッチングガス、エッチングガ
スの生成物、および誘電材料の放射強度を測定すること
により作動する。生成物の放射が減少して最終的にその
放射が停止すると終了点に到達する。光放射分光計は、
生成物の放射強度が衰えるのを検出してこの終了点を決
定する。

【０００５】ストリッピングおよびエッチングまたは半
導体素子としてのウエハの残留物除去処理の終了点を正
確に決めることは、非常に重要である。正確な終了点検
出は、装置の処理能力を改善し、かつ他のウエハ層への
損傷を最小化する。過多のアッシングおよび過少のアッ
シング処理は、集積回路用ウエハ内に好ましくないパタ
ーンを形成する。終了点を正確に決めることは難しい。
それは、半導体ウエハ処理用の処理室が、ほんの少しの
診断的なアクセスを提供するものであることによる。

【０００６】光放射分光計(OES)は、終了点の測定値を
決めるのに用いられるが、ウエハの領域に光学的に近づ
くことが難しいので、測定が不正確である。ウエハ加熱
用放射ランプがアッシング処理を促進するのに用いられ
る場合、ウエハを加熱するためのランプ光は、ウエハ表
面で放出され終了点を決定するのに使用する光を妨げ
る。

【０００７】放射状に加熱されるウエハ処理室におい
て、ウエハを加熱するのに用いる複数のランプが、広帯
域で完全黒体による光を放射する。広帯域で、黒体によ
るランプ放出における光強度は、被膜の反応生成物によ
って放出するよりも数倍大きなオーダであり、プラズマ
は、終了点を検出するために監視される。広帯域でかつ
黒体の光は、複数のランプが完全な出力であるとき、ラ
ンプ状態中最大の光強度となる。

【０００８】ランプからのストレー光は、ランプ状態
中、重大な影響を与えるほど多く発生する。分光計の中
に光を導く受光装置に関連するが、分光計の外側にある
ストレー光と、分光計を通過するストレー光の両方は、
非常に難しいアッシング処理の終了点を決めるために生
成物を監視する。アッシング処理中に、汚れおよび薄い
被膜が受光装置に堆積すること、およびストレー光を分
光計に飛散させる受光装置が不完全なために、ストレー
光が光学モニタ装置に入射する。さらに、遠方壁が、ス
トレー光を反射させ、そのストレー光を受光装置の視界
内に入射させる。揮発性生成物によって放出した光は、
一部は反射し、受光装置上の被膜および受光装置の不完
全によって分光計の視界からはずれて拡散する。不要の
ランプ光は、一部は、受光装置上の被膜および汚れ、ま
た受光装置における不完全により分光計の視界から外れ
る。受光装置の被膜および汚れは、分光計の入力に到達
する生成物を減少させ、さらに、分光計の入力内に入る
ランプ光を拡散させる。分光計に入るランプ光の増加と
揮発性生成物の光の減少は、ノイズに対抗する信号また
はバックグラウンドに対抗する信号を低下させ、光学検
出装置の性能を減退させる。

【０００９】分光計は、測定用の各波長に対して光を特
定の経路に導くように構成されている。これを完成する
ために、分光計は、光を反射または伝達する非常に多く
の内部表面を有する。これらの内部表面は、不完全な表
面であり、また分光計に入るランプ光のわずかな部分が
拡散して散らばることにより汚れる。複数のランプがウ
エハを放射加熱するのに用いられるとき、高い光強度の
ランプ光のわずかな部分が、適度に高レベルでランダム
に散らばった、分光計内部の光に導かれる。生成物によ
って放出した光の波長以外の波長であるランプ光のある
部分は、揮発性生成物によって放出される光を測定する
分光計の複数の波長チャネルに入る。分光計内のストレ
ー光は、分光計の不完全な内部表面から飛び散ったバッ
クグラウンド信号またはノイズ信号である。分光計内の
ストレー光は、ノイズに対抗する信号またはバックグラ
ウンドに対抗する信号を減少させる。

【００１０】下流の処理室には、多数の有益なＯＥＳ信
号に関する特別の問題があり、また、アッシング処理お
よびエッチング反応によって生じる最大信号からどの程
度の量がアクセスされるかが問題となる。さらに、放射
加熱ランプと、アッシング処理およびエッチング処理中
に変わるプラズマとの両方からの広帯域の光があり、こ
れらにより、ウエハによって放出される光を測定するこ
とがさらにいっそう難しくなる。アッシング速度が低い
場合、生じる信号が弱くなるので、アッシング処理の終
了点の検出をさらに難しくさせる。

【００１１】標準のエッチング装置の設計は、次の２点
において、ダウンストリーム式アッシャーの設計とは区
別される。第１には、エッチング装置に関連する圧力が
低下することである。この圧力低下は、反応性生成物の
所定の分子が処理室内を自由に移動し、また、処理室の
多くの壁面に何度も跳ね返って反応室内の生成物のほぼ
均一な分散を作り出す、分子の流れを可能にする。

【００１２】第２に、プラズマが処理室に満たされ、そ
して、その内部に留まる。これらの２つの理由によっ
て、エッチング装置における反応性生成物からの均一な
信号が得られる。

【００１３】ダウンストリーム式のプラズマアッシャー
の圧力は増加する。本発明者は、圧力の増加によるウエ
ハ表面のわずか上方に存在する層状の粘性流れの移行領
域を監察してきた。反応性生成物の被膜が取り除かれ、
そして、層流によってプラズマがウエハ表面の近くに存
在する。モニタされる生成物は、ウエハの表面上にまた
はその近くに形成され、かつプラズマの層流によってこ
の領域内に生成物が拘束される。生成物の信号を監視す
るのに有益なダウンストリーム式プラズマアッシャーの
領域は、ウエハ表面からこの表面よりわずか上方に伸び
る領域にある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、ウエハ処理室、ウエハ処理機構、および受光装
置を含む選択的に監視されるウエハ処理システム及びウ
エハ処理工程を監視する方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は各請求項に記載の構成を有する。本発明の
ウエハ処理システムは、少なくとも１つのウエハを処理
室の内部領域内に配置するための支持体を含むウエハ処
理室と、前記少なくとも１つのウエハの露出表面から被
膜を除去するために前記処理室内にウエハ処理材料を送
るための手段を含むウエハ処理機構と、処理室に取り付
けられ、かつ前記ウエハ処理材料と前記被膜の反応性生
成物の濃度を監視するために前記少なくとも１つのウエ
ハの表面近くに焦点が合せられる受光装置とを含むこと
を特徴としている。

【００１６】ウエハ処理室は、１つまたは複数のウエハ
を配置するための支持体を含む。ウエハ処理機構は、プ
ラズマ等のウエハ処理材料を処理室に導き、１つまたは
複数のウエハから被膜を除去するための手段を含む。受
光装置は、ウエハ表面およびその上方に供給されるウエ
ハ処理材料とウエハ表面上の被膜の反応性生成物の濃度
を監視するために所定の位置に取り付けられている。ま
た、他の構成によれば、受光装置は、処理室におけるウ
エハの第１端部近くに取り付けられ、前記少なくとも１
つのウエハの上方に生じる光放射スペクトル「残像」(o
ptical emission spectra)を監察することによりウエハ
処理材料と被膜の反応性生成物の濃度を監視する。

【００１７】本発明の選択的に監視されるプラズマ処理
システムは、さらに、ビューイングダンプを含むことが
できる。このビューイングダンプは、ウインドウに隣接
した、ウエハ処理室の内部室またはウエハ処理室の外部
に取り付けることが可能である。本発明の一実施形態で
は、ビューイングダンプは、受光装置に対向する処理室
の壁に設けた狭いポートまたはスリット、黒色のカバ
ー、およびダンプのボックス内にダイアモンド形状のデ
フレクタを含んでいる。ブラックボックスとデフレクタ
は、プラズマ反応室内でバックグラウンド光を捕捉す
る。

【００１８】ビューイングダンプは、ウエハ処理室によ
って発生したバックグラウンドに対抗する信号とノイズ
に対抗する信号を増加させる。ウエハ処理室からの不要
な光は、光学モニタ装置によって検出されるよりもビュ
ーイングダンプによって吸収される。

【００１９】本発明の他の構成によれば、ウエハ処理室
に偏光板(polarizer)が取り付けられ、被膜の反応性生
成物およびウエハ処理材料によって放出される光をろ過
する。この偏光板は、バックグラウンド光を取り除き、
またより少ない程度で生成物の信号光を取り除く。偏光
板は、所望の信号を減少させるけれども、バックグラウ
ンドに対抗する信号およびノイズに対抗する信号を増加
する利点を有する。それゆえ、バックグラウンドとノイ
ズをより多く取り除くことができる。

【００２０】選択的に監視されるウエハ処理システムの
受光装置は、リニア配列に構成されている。受光装置を
リニア配列に構成することにより、この配列の光ファイ
バーの各々は、ウエハの表面近くに配置することがで
き、またウエハ表面上の場所または表面近くからの光を
集めることができる。この構造において、各光ファイバ
ーの全視線は、ウエハ表面近くにある。受光装置をリニ
ア配列に構成することにより、所望の信号は最大化さ
れ、それにより、所望の信号が集中しかつバックグラウ
ンドおよびノイズが最小化される領域を各光ファイバー
の視線が貫通する。

【００２１】他の好ましい構成によれば、光学モニタ装
置は、ローパスフィルタを含む。このローパスフィルタ
は、レンズの前に、あるいはレンズと光ファイバーの
間、または光ファイバーと分光計の間に配置される。ロ
ーパスフィルタは、光が、このフィルタを介してレン
ズ、光ファイバー、または分光計に入射するのを選択的
に妨げる。ローパスフィルタは、被膜の生成物によって
放出される光またはプラズマ光の波長以外の波長を有す
る光を妨げるように選択することができる。

【００２２】受光装置は、ファン形状配列に構成するこ
ともできる。リニア配列と同様に、各光ファイバーは、
ウエハ表面の近くに配置され、ウエハ表面の近くの場所
から光を集める。このファン形状の配列では、受光装置
の視線は、ウエハ以上のより大きな領域をカバーする。
ウエハ上方のより大きな領域を監視することにより、よ
り満足のいく正確な信号が集られる。

【００２３】受光装置は、ウエハ表面上の各位置の均一
な分散を監視するように配置される。受光装置は、オリ
フィスを有する保持ブロックによって保持され、受入れ
レンズから適当な距離と角度に各光学素子を配置し、ウ
エハの表面の回りに均一に分散された焦点を定める。ウ
エハ表面上の均一な分散点を監視することによって、ウ
エハの大きな領域が監視され、より均一な終了点検出を
確定することができる。

【００２４】また、本発明のウエハ処理工程を監視する
方法によれば、露出表面上に被膜を有するウエハを設
け、前記露出表面にプラズマ形式のウエハ処理材料に供
給して、前記被膜を取り除き、前記露出表面上の代表的
な分散位置に受光装置を合焦させて、前記分散位置で反
応性生成物からの光放射を見るように、前記プラズマと
前記被膜の反応性生成物の濃度を監視する各ステップを
有することを特徴としている。本発明のこれらおよび他
の利点並びに本発明の特徴は、図面と関連して記載され
る例示的な実施形態の詳細な説明を読めばより良く理解
できるであろう。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図３および図４には、特に、参照番号２
０で概略示すマイクロ波プラズマアッシャーが示されて
いる。このプラズマアッシャー２０は、フォトレジスト
および／またはエッチング後の残留物をプラズマを用い
て除去するための方法を実行するのに適している。ここ
で説明するプラズマアッシャー２０は、プラズマ発生室
(ウエハ処理機構）２１とプラズマ反応室（ウエハ処理
室）２２を含んでいる。

【００２６】プラズマ発生室は、マイクロ波用エンクロ
ージャ２４を含む。このエンクロージャは、長手方向に
いくつかに区分された矩形状のボックスで、ここをプラ
ズマチューブ３２が貫通する構造となっている。各区画
は、プラズマチューブが通る開口を有する。それゆえ、
各部分は、入来するマイクロ波エネルギーの方位角およ
び軸方向に均一性を有するモード形成を増進するために
比較的短いキャビティとなっている。外側チューブ３４
は、キャビティ内のプラズマチューブを取り囲む。外側
チューブは、プラズマチューブからわずかに離れてお
り、正の空気圧が２つのチューブ間に供給されてプラズ
マチューブを効果的に冷却する。チューブ３４は、好ま
しくはサファイアで作られている。他のプラズマチュー
ブ材料としては、水晶、またはアルミナを被覆した水晶
が用いられる。

【００２７】絞り板が、マイクロ波構造体の開口側を覆
い、隣接する区画内にマイクロ波エネルギーを効果的に
供給する。この絞り板は、平坦な金属プレートで、絞り
を有し、この絞りを通してマイクロ波エネルギーが供給
される。

【００２８】マイクロ波トラップ４６，４８が両端部に
設けられ、マイクロ波伝送を妨げる。このようなトラッ
プは、米国特許第５４９８３０８号に開示されている形
式のもので良く、この開示内容は、本明細書に参考とし
て包含される。エアシール／方向フィーダーは、冷却空
気を可能にし、これを同軸チューブ間の空間に供給する
ために設けられている。

【００２９】マグネトロン５６は、カプラー５８を介し
てＴＥ₁₀モードを供給する導波管に供給されるマイクロ
波出力を与えるもので、導波管は、互いに垂直な部分６
０，６２を有する。導波管部分６２の長さは、移動可能
なプランジャで調整可能である。導波管部分６２の底部
プレートも、絞り板であり、マイクロ波エネルギーを区
画されたマイクロ波構造体２４内に結合する。こうし
て、プラズマは、プラズマチューブを通って流れるガス
内で励起される。再び図３を参照すると、端部キャップ
７０がマイクロ波トラップ４８に接している。また、取
り付け具７４が端部キャップ内に伸びるプラズマチュー
ブにガスを送るための中央オリフィスを有する。このガ
ス供給は、外部フローボックス(図示略）によって調整
される。

【００３０】プラズマチューブは、端部キャップ内のＯ
リングによってこの端部に支持されている。外側チュー
ブ３４は、その両端部がマイクロ波トラップ４６，４８
に接合して支持されている。スペーサが処理室に対して
適切な間隔となるように設けられている。プラズマチュ
ーブの他端部は、端部部材７８に配置され処理室内にガ
スを供給するためのオリフィスを有する。

【００３１】プラズマ反応室（ウエハ処理室）２２は、
ウエハ支持ピン９０，９２を含み、これらのピンは、処
理されるウエハ９８を支持する。チャック(図示略)を代
わりに設けることもできる。加熱は、ウエハの下方に配
置されたタングステン・ハロゲンランプ１４４のアレイ
によって行なわれる。好ましくは、ウエハ基板は、アッ
シング中、約８０℃〜３５０℃に加熱される。さらに、
好ましくは、基板は、温度を段階的に増加させることに
よって徐々に加熱される。加熱は、フォトレジストおよ
び／またはエッチング後の残留物と、プラズマとの反応
率を増加させる。その結果、処理能力を増加させる。

【００３２】１つまたはそれ以上のバッフル板がウエハ
上に設けられ、ウエハ表面へのプラズマの分散を促進さ
せる。さらに、ウエハ処理室は、光学検出装置１１０を
含んでいる。この光学検出装置１１０は、プラズマとフ
ォトレジストとの間で作られる反応生成物に対応する特
定の波長範囲を有する放射ピークを光学的に検出するも
のである。

【００３３】図３は、プラズマアッシャー２０を外側か
ら見た一部分を示す。図４において、用いられた参照番
号は、他の図面において用いられるものに一致する。好
ましくは、マイクロ波エンクロージャ２４は、矩形のＴ
Ｍ₁₁₀モードを支持するために寸法付けられ、このエン
クロージャ２４は、四角形断面とすることもできる。こ
の断面寸法は、ＴＭ₁₁₀モードが共振するようになって
いる。各断面の長さは、λ_g／２よりも小さい。ここで
λ_gはＴＥ₁₀₄モードのキャビティ内のガイド長さであ
る。

【００３４】動作において、フォトレジストおよび／ま
たはエッチング後の残留物を有する半導体ウエハ９８
は、ウエハ支持ピン９０，９２上の処理室２２内に配置
される。ウエハは、フォトレジストおよび／またはエッ
チング後の残留物とプラズマとの反応を加速するように
加熱されることが望ましい。処理室内の圧力は減少され
る。好ましくは、その圧力は、約１トル〜約５トルの間
に維持される。水素含有ガスおよびフッ素含有ガスの励
起可能なガス混合物のようなウエハ処理ガスが、ガス入
口を介してプラズマ発生室２１のプラズマチューブ３２
内に供給される。

【００３５】各区画では、プラズマチューブ内にプラズ
マを励起するためにマイクロ波エネルギーが供給され、
このプラズマは、電気的に中性な粒子および荷電粒子か
ら構成される。この荷電粒子は、プラズマが処理室に入
る前に選択的に取り除かれる。励起された、または活力
のあるフッ素原子および水素原子が処理室内に供給さ
れ、そして、フォトレジストおよび／またはエッチング
後の残留物と反応する。

【００３６】反応性生成物は発展しかつ光学検出装置１
１０によって光学的にモニタされる。反応性生成物ガス
は、処理室内でガスの掃引によって常に吹き払われる。
光学検出装置１１０(図１および図２参照）は、生成物
の放射ピークを検出する。この放射ピークが下位のスレ
ッショルド値に到達すると、フォトレジストおよび／ま
たはエッチング後の残留物の除去が完了し、プラズマは
停止される。さもなければ、プラズマを所定時間稼動さ
せることもできる。これは、エッチング後の残留物を基
板から取り除くのに特に有効であり、エッチング後の残
留するフォトレジストが最小になる。十分な量のフォト
レジストが存在していない場合、放射ピークは、容易に
検出されないことがわかっている。検出可能な放射ピー
クは、プラズマとフォトレジストとの反応から主に導か
れると考えられる。その時、真空を開放して、処理され
たウエハが処理室から取り出される。ウエハが引き出さ
れると、脱イオン化された水でウエハを洗浄して残った
残留物を除去する。

【００３７】本発明の一実施形態は、プラズマアッシャ
ー等のウエハ処理システム２０に向けられており、この
プラズマアッシャーは、ウエハ処理室２２、プラズマ源
（ウエハ処理機構）２１、および光学モニタ装置１１２
を有している。ウエハ処理室２２は、この内部領域内に
ウエハを位置決めるためのピン９０，９２を有する支持
体を含む。プラズマ源２１は、ウエハ処理材料を処理室
内に供給し、ウエハ９８の露出した表面から被膜を取り
除く。モニタ装置１１２は、受光装置１４０を有し、こ
の受光装置は、ウエハの表面上の位置またはこの表面か
らわずかに上方に焦点を合わせるレンズ１１６を備えて
いる。受光装置１４０は、ウエハ処理室２２に取り付け
られ、被膜の反応性生成物およびウエハ処理材料の濃度
(concentrations)を監視する。

【００３８】この実施形態の例では、レンズ１１６は、
光を処理室２２から光ファイバーの各々が線状に配列さ
れた光ファイバーケーブル(リニア配列）１１８に伝送
する。代表的なリニア配列は、直径0.010インチ（0.254
ｍｍ）ファイバーが６０本で構成されている。理想的に
は、リニア配列は、ファン形状に拡散できるように、す
なわちウエハの全表面から離れた領域から生じる光を見
るように配置されている。レンズ１１６は、処理室の外
側または処理室内のへこんだポート１２６内に配置され
た二重凸レンズである。レンズ１１６の曲率半径は、両
側が同一で本実施形態では、直径が１．５インチ（38.1
ｍｍ）で曲率半径が29.8ｍｍである。このレンズは、Ｃ
ＶＩレーザコーポレーションまたはEscoプロダクツによ
って作られている。ローパスフィルタ１１７は、レンズ
と光ファイバー（光学素子）との間に配置され、生成物
信号の波長以外の不要な波長光をさえぎる。処理室の壁
に設けた光入射ポート１２６は、矩形状で、高さ方向よ
りも幅方向が広い。この光入射ポート１２６は、光学的
に奥まった位置にあり、受光装置が生成物により汚れた
りまたは被膜されることを防止する。

【００３９】光学検出装置の好ましい光ファイバー列１
３８は、水晶光ファイバーケーブル１３８であり、入力
スリット１３２を有する分光計１３１に結合している。
光学モニタ装置１１２の視野分野における光は、レンズ
１１６を通過し、光ファイバー列１１８内に入る。この
受光された光線はファイバーを通って分光計の入力スリ
ット１３２へ移動する。入力スリット１３２を通過した
後、光線は、分光計１３１内の回折格子１３３によって
波長要素に分割される。分光計は、信号を分類する電荷
結合装置を含み、光線の分割された波長要素の各々を分
析し、光学モニタ装置１１２の視線１５２からの光線の
特性を分析することができる。

【００４０】図１２Ａを見ると、２つの適当な分光計が
あり、１つは、オーシャン オプティックス社から入手
可能な＃ＰＣ2000モデルであり、他の１つはヴェリティ
インスツルメント社から入手可能な＃ＳＤ１０２４で
ある。

【００４１】処理室２２の遠方側にあるビューイングダ
ンプポート１２７は、光学モニタ装置１１２の反対側に
あり、処理室内の凹部または処理室の外側のいずれかに
取り付けられるビューイングダンプ１２８を受入れる。
ビューイングダンプポートの大きさ，形状および位置
は、遠方壁から入射または反射して光学モニタ装置に入
る不要な光線の全てをビューイングダンプポートに入射
するように構成されている。このビューイングダンプ１
２８は、光学モニタ装置１１２に入射できるどのような
光線も妨げないように寸法つけられている。

【００４２】揮発性生成物によって放射される信号の測
定は、光学モニタ装置１１２の焦点１３０を注意深く選
択することによって最適化される。プラズマ１１４は、
揮発性生成物を形成するために被膜の表面１３６と反応
して信号を発する。揮発性生成物のプロフィールは、ウ
エハ９８上にあり、アッシングが完了した時を決定する
ために光放射分光計（ＯＥＳ）によって測定することが
できる。揮発性生成物の放射プロフィールは、ウエハ表
面１３６の近くに集中する。モニタされた揮発性生成物
の信号は、ウエハ表面近くの点で光学モニタ装置１１２
を焦点合せすることにより最大化される。ウエハの遠方
端１２４の近くに光学モニタ装置が配置され、その結
果、視線１５４の全体が集中した揮発性生成物のプロフ
ィール上にある。焦点近くの領域を監視することに加え
て、生じた統合ラインまたは視線を平均化する方法は、
ウエハ上のレンズ１１６から焦点１３０に、さらに、焦
点からビューイングダンプポート１２７に伸びている線
で示す。

【００４３】図１０は、プラズマと被膜による揮発性生
成物によって放出した信号による３０９ｎｍラインの放
射強度を示す。この強度は、ウエハ９８から０．１イン
チ（2.54ｍｍ）において最大ピークとなる。図１１に示
すプラズマ流の粘性層流特性が、表面近くにピークがあ
るウエハ表面１３６上の層に限定した被膜とプラズマに
よる生成物を保持する滑らかな流れ形状を導く。生成物
のプロフィールは、表面上に直接ピークを有することな
く、ウエハ表面から約０．１インチ上方にある。それ
は、ビューイング光の視線がウエハ上の経路に沿って集
合するからである。光学モニタ装置を配置しかつ焦点合
せさせることにより、焦点近くに生じた生成物は、光学
モニタ装置の全視線に沿った生成物とともに監視され
る。

【００４４】この信号強度は、ウエハ９８上に位置する
焦点１３０に従うのみならず、ウエハ上の経路長さにも
関係する。分光計は、いくつかの経路長さに沿って統合
的に測定されるので、信号強度は、経路長さ１５６が増
加すれば増加する。

【００４５】図１２Ｂ〜図１２Ｄは、本来的に焦点が合
わない光学モニタ装置１１２がどのようにしてレンズ１
１６に対して光ファイバー１３８を適切に配置すること
によって最適化できるかを示している。図１２Ｂは、光
ファイバー１３８のビューイング端１６０が合焦しない
位置に配置された、光学モニタ装置１１２を示してい
る。焦点１３０は、図１２Ｃに示すように、レンズと光
ファイバー端１６０との間の水平距離ｄ_hを調整するこ
とによって形成される。焦点１３０からレンズ１１６の
距離は、水平距離ｄ_hを変更することにより調整され
る。図１２Ｄにおいて、焦点１３０は、光ファイバー端
部１６０をレンズ１１６のビューイングビーム軸１５２
からの垂直距離ｄ_vだけ移動することにより、ウエハ表
面１３６に密接して配置することができる。最適な焦点
は、ウエハの遠方端でウエハの真上に位置している。光
学モニタ装置の焦点１３０を最適化することによって、
放射信号はほぼ２倍になる。

【００４６】光ファイバーケーブル内の光ファイバー１
３８のリニア配列１１８により、ウエハ９８のより完全
なサンプリングが可能になる。本発明は、ウエハの領域
を見るために光ファイバーのリニア配列を用いる。例え
ば、単一層のリニア配列は、通常直径が９〜１０ミクロ
ンの光ファイバーを６０本用いて、円形の束からなる光
ファイバーによって作られる。他のリニア配列は、Ｎ行
Ｍ列の光ファイバーを用いて構成することもでき、この
場合矩形状の束に形成される。矩形状の束は、最大放射
強度が生じるウエハ上の位置に受信用光ファイバーを集
中させる。

【００４７】円形配列の光ファイバーは、処理室２２内
の大きな円形パターンを見ることになる。この丸い束に
形成された光ファイバーの場合、ビューイング光は、ウ
エハ９８およびウエハ上の領域を見るのみならず、図１
１に示したバッフル板の下部側を見る。円形束の光ファ
イバーを用いると、生成物信号が最も強い処理室２２内
の領域を見ないので、信号の強さを弱める結果となる。
円形束は、また電源からのノイズ等を拾うので、信号処
理がより難しくなる。

【００４８】光ファイバーのリニア配列１１８を用いる
ことの利点は、さらに、所望の生成物信号を集中させて
見ることができることである。光ファイバーのリニア配
列は、ウエハのより大きな領域をサンプリングでき、そ
れゆえ、被膜の除去を完全にすることを高める。エッチ
ングおよびアッシングが完了したことの判断をより確実
にする。光ファイバーのリニア配列における視野範囲
は、ビューイングダンプ１２８と両立できる。

【００４９】光ファイバーのリニア配列における更なる
特徴は、光学モニタ装置のポート１２６のために必要と
される垂直方向長さを減少できることである。ビューイ
ングダンプ１２８がリニア配列の光ファイバーと共同し
て用いられるとき、ビューイングダンプポート１２７の
垂直長さも減少する。このポートの寸法を減少させるこ
とにより、処理室２２の内部形状についての制約を少な
くする。また、処理室２２からのプラズマの動的な流れ
に関する影響が減少する。この結果、ウエハ表面１３６
のアッシング処理が均一になるように改善される。細長
いポートは、プラズマ流に対して垂直である。プラズマ
流の流れ方向のポートの長さが小さいので、ポートの長
手方向寸法を短くなり、より対称のプラズマ流を生じ
る。

【００５０】この例示的な実施形態において、光ファイ
バー１３８のファン形状（扇形状）の分散を、リニア配
列の代わりに使用して、ウエハのサンプリングをさらに
向上させることができる。光ファイバーの並列構造の代
わりにファン形状配列に広げると、生成物信号の集中
（濃度）領域をより多くサンプリングすることができ
る。この配列が正しく広がり、かつ光ファイバーの適切
な数を有すると、ウエハ表面１３６の二次元的な全面積
をサンプリングすることができる。

【００５１】ウエハ表面１３６の大部分をサンプリング
することにより完全な被膜の除去が達成される。さら
に、ウエハ９８は、軸方向に対称な形でアッシングされ
るので、光ファイバーのファン形状配列は、ウエハ９８
の外周端１２４が最後にアッシングされる状況に対して
影響を受ける。処理室を光学的に見るための通常の方法
は、ウエハの端部を最後にアッシングする状況に対して
敏感でない。

【００５２】被膜を完全に除去するために、より多くの
ウエハ表面をサンプリングすることが必要である。ファ
ン形状配列の視野の範囲は、ビューイングダンプと両立
できる。

【００５３】本発明の他の実施形態では、ウエハを個別
にサンプリングする光ファイバーの配列を形作ることに
より、ウエハ表面の二次元的サンプリングを達成するこ
とができる。光ファイバーの配列１１８は、ウエハ上の
異なるコードを探査するライン統合または視線平均方法
用いるよりも、ウエハ９８上に焦点を合わせかつこのウ
エハ上の個別の位置をサンプリングできるように配置す
ることができる。

【００５４】ウエハの二次元的な表面をカバーする均一
に分散された配列点をサンプリングするために各光ファ
イバーの受光端に必要とされる正確な位置を決定するこ
とにより、真の二次元的なサンプリングを達成すること
ができる。各光ファイバーの正しい位置は、保持ブロッ
クによって維持することができる。この保持ブロック
は、ドリルで小さな孔が機械加工されて光ファイバーを
受入れるようになっており、各光ファイバーを、レンズ
１１６からの光ファイバーにおける適切な角度および距
離に対応して位置決める。

【００５５】真の二次元的なサンプリングを使用して、
光ファイバーがウエハのより大きな面積をサンプリング
する。それにより、被膜のより完全な除去が行なわれ、
アッシングおよびエッチング処理の終了をより確実に識
別できるようになる。二次元的なサンプリングのために
配置された光ファイバー配列の視野範囲の形状は、ビュ
ーイングダンプの使用と両立できる。

【００５６】この実施形態では、ローパスフィルタ１１
７は、望ましくない波長の光が光ファイバーに入るのを
防止する。プラズマと被膜の生成物によって放出された
光の波長は、おおよそ３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲に
ある。放射加熱ランプ１４４は、出力レベルに従って、
３００ｎｍよりわずかに下の波長から１０００ｎｍ以上
の範囲の波長を生じることができる。この好適なローパ
スフィルタは、３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲の光のみ
を通過させる。ローパスフィルタ１１７は、広帯域のロ
ーパスフィルタでよい。３００ｎｍ以下の放射はほとん
どないので、ローパスフィルタは、４５０ｎｍ以上の波
長の光を通過させるものを使用することができる。

【００５７】このローパスフィルタは、不要なランプ光
が分光計に入らないようにし、かつ分光計１３１の出力
において、その光が検出器内に電位レベルで飛散する。
ローパスフィルタにより、生成物の波長光を有する低い
出力レベルの光が分光計に入りかつ処理されることが可
能となる。

【００５８】このローパスフィルタ１１７は、薄いもの
であり、厚さが約３インチ（76.2ｍｍ）のガラスディス
クで約１インチの直径を有する。ローパスフィルタは、
光ファイバーが分光計１３１に導く前の光経路内に設け
られる。また、ローパスフィルタは、分光計の直前にま
たはレンズ１１６の直前に配置することもできる。

【００５９】ローパスフィルタ１１７は、ガラスディス
クの表面上に多数の薄いフィルム層を蒸着して作られ、
所望の伝達特性および反射特性を得ている。例えば、Ｂ
Ｇ３ガラス基板は、誘電体と金属フィルムの約７０の層
によって覆われ、所望のバンド幅を達成することができ
る。

【００６０】この実施形態において、ビューイングダン
プ１２８は、バックグラウンドおよび信号ノイズを減少
するのに使用される。ビューイングダンプ１２８は、ウ
エハ処理室２２の遠方壁１４２から放出および反射した
光が光学モニタ装置に入らないようにする。光学モニタ
装置１１２がウエハ表面上に合焦させたとしても、光線
は、遠方壁１４２から発生し、焦点１３０を通過し、さ
らに、光ファイバー１３８に終端することができる。壁
が以前のあるいは現在のエッチングおよびアッシング処
理から生じる被膜および被膜の生成物によりわずかに覆
われている場合に、その壁から不要な光が発生する。不
必要な光は、壁に反射されかつ光学モニタ装置の視野範
囲に入る。不要の反射した光は、ウエハ９８を加熱する
ためにランプを用いる放射加熱装置においては特に多
い。

【００６１】光学モニタ装置１１２の対向する処理室の
壁によって放出および反射された光は、バックグラウン
ドに対抗する信号を減少させ、これにより、信号のより
大きなダイナミックレンジを高い出力レベルの解像度で
処理するために、ハードウエアおよびソフトウエアの処
理装置の要求が高まっている。図１４には、第１処理室
および本発明の処理室に対する全処理中における３０９
ｎｍの時間的経過を示している。第１室で監視される信
号の作図は、参照番号１６２で示され、改良された室内
で監視された信号は、参照番号１６６で示されている。
第１の高い放射信号レベルは、高ランプ出力ランプ状態
中のランプ光によるものであり、第２の（第１より高く
ない）高い放射信号レベルは、マイクロ波動作状態中の
アッシングによるものでものである。残留した不要の光
信号は、約１００秒後に見ることができる。ランプ１４
４による残留物信号は、壁１４２から放出するアッシン
グ信号か、プラズマ光による信号のいずれかである。図
１４は、ウエハの遠方端近くに合焦した点に、アッシン
グ処理が完了した後に、処理室の遠方壁１４２から放出
する信号による残留物信号があることを示している。

【００６２】実質的なランプ光の量は、処理室２２の遠
方壁１４２から拡散しながら飛散する。視野範囲内に飛
散される遠方壁１４２の入射光の割合は、小さいけれど
も、ランプ光は、それほど強くないので、ランプ光の大
部分は、受光装置によって見ることができ、また分光計
により測定することができる。アッシングの動作中、ウ
エハ９８に生じた被膜が遠方壁１４２上に堆積する。ア
ッシング工程に従って遠方壁から放出される生成物信号
を生じながら、ウエハ上の被膜と同様に壁上の堆積物が
取り除かれる。壁上の被膜とプラズマとの反応により、
壁の反射率が時間と共に変化する。ビューイングダンプ
は、遠方壁１４２から放出されかつ反射した光の大部分
が視野範囲１５５に入るのを妨げる。さもなければ、光
学モニタ装置によってこれらの光がすべて集められてし
まうことになる。

【００６３】ビューイングダンプ１２８は、遠方壁１４
２に散らばった光が受光装置１４０の視界１５５に入ら
ないようにする。このビューイングダンプは、光学モニ
タ装置によって見ることができる領域において、遠方壁
上に被膜が付着しないようにし、、また光学モニタ装置
１１２によって見ることができない光をビューイングダ
ンプに入射させる。ビューイングダンプ１２８の他の部
分の構成によれば、ポートまたはスロット１２７は、遠
方壁から取り除くことができる。即ち、ポートが処理室
の外側に通じなくても良い。好ましくは、ビューイング
ポート１２７は、汚れ及び被膜が蓄積しない形状がよ
い。

【００６４】ビューイングダンプ１２８を用いることに
より、光学モニタ装置は、ランプ光の入射を元の値より
１．６％程度減少させる。ダンプ１２８は、ランプ光お
よびプラズマ光を削減してバックグラウンドに対する信
号を向上させるために検出器または他の分光計を用いた
広帯域の装置である。ビューイングダンプ１２８は、関
連する信号をより容易に引き出すためにハードウエアお
よびソフトウエアの要求を減少させる。また、ビューイ
ングダンプ１２８は、別の意味で光学モニタ装置のため
の「ブラックホール」として作用する。

【００６５】ビューイングダンプ１２８は、遠方壁１４
２から放射される光を妨げることができる材料によって
作ることができる。１つのビューイングダンプは、複数
の剃刀を重ねて溶接したものである。入射光に対して有
効な広角のビューイングダンプ１２８を生じるように、
ステンレス鋼で作られた標準規格の剃刀が用いられる。
これらの刃は、未使用のもので、刃に被膜やペイントが
付着していないものである。ビューイングダンプ１２８
は、光吸収表面を有する剃刀から作られる。また、ビュ
ーイングダンプ１２８は、その前部に対して垂直な位置
から６０°を越える角度に及ぶ範囲の角度から見ると
き、黒く見える。ビューイングダンプ１２８によって吸
収されないで残る不要の光信号は、ウインドウとレンズ
１１６を保持するポート１２６から拡散した光、または
ウエハ９８の表面から拡散して散らばった光によるもの
である。

【００６６】本実施形態では、ビューイングダンプ１２
８は、処理室２２の遠方壁に設けたスロットまたはポー
ト、ブラックボックス１７６、およびダイアモンド形状
で反射可能な反射光捕捉装置１７０を含んでいる。ま
た、１つまたは複数のビューイングダンプ要素が陽極化
されている。好ましくは、ビューイングダンプ要素は、
黒色等の暗い色に陽極処理されている。光学モニタ装置
１１２の視線を受入れる光は、ポートまたはスリットを
通過し、ブラックボックス１７６内に入る。

【００６７】一旦ビューイングダンプに入った光は、光
捕捉装置１７０によって処理室２２に再突入するのを妨
げられる。例示するビューイングダンプは、ビューイン
グダンプポート１２７およびブラックカバー１８０の前
にブラックウインドウを有することもできる。このウイ
ンドウとカバーは、被膜が他のビューイングダンプ要素
に付着するのを防止する。ビューイングダンプは、ブラ
ックカバーを有するウインドウ、ブラックカバー、ブラ
ックダンプボックス、光捕捉装置を有するブラックダン
プボックス、剃刀ダンプを有するウインドウ、および剃
刀ダンプレーのいかなる組合せであっても良い。

【００６８】ビューイングダンプ１２８を設けるための
選択肢が多数あることは、当業者には明らかであろう。
１つの好ましい方法は、ビューイングダンプポート１２
７またはポート延長部の領域内で処理室の内側にビュー
イングダンプ１２８を設けることである。他の選択肢
は、ビューイングダンプと処理室２２の間にウインドウ
を設けて処理室の外側にビューイングダンプ１２８を設
けることである。処理室の外側にダンプ１２８を取り付
けることは、ダンプをきれいに保つ利点を有するが、ダ
ンプをいかなる反応に対して参加させることはできな
い。ビューイングダンプに剃刀形式を用いることの１つ
の利点は、ダンプ刃の表面状態がダンプ１２８の性能に
影響されないことである。ダンプが、汚れ、あるいは被
膜または被膜残留物で覆われる場合でも、ダンプの光吸
収特性が低下することがない。反射性の真のステンレス
鋼で作られたビューイングダンプ１２８は、汚れや腐食
でその反射率が減少しても、より効果的である。

【００６９】好ましいビューイングダンプポート１２７
またはスロットは、プラズマの流れを乱すことを最小に
するために小さくなっている。スロットは、光ファイバ
ーのリニア配列１１８と両立できるもので、例えば、ス
ロット遠方壁１４２でのビューイングビーム１４８の高
さが２倍となる高さを有するスロットを用いることがで
きる。

【００７０】遠方壁１４２でビューイングビーム１４８
が２倍程度高いスロットは、誤差の許容範囲内である。
例えば、３インチの高さを有するビューイングダンプポ
ート１２７は、遠方壁で１／８インチ高さ幅を有する光
ファイバー配列を用いることができる。より大きなスリ
ットは、光学的に限界にある結果を生じ、プラズマの付
加的な乱れを調整することはできない。スロットを有す
るポートを用いるビューイングダンプにより、このダン
プの光学的要素を、より長い時間にわたり、堆積物のな
い表面に維持することができる。

【００７１】本実施形態では、二重の凸レンズが処理室
からの光を光ファイバーまたは直接分光計に入る光を結
合しかつ合焦させるために用いられる。受光装置の最も
外側の表面には、保護用ウインドウを用いない場合、レ
ンズの前方に、またはレンズ自体にウインドウが設けら
れる。レンズ１１６またはレンズの背後に置かれたウイ
ンドウ１５０は、処理室２２の内側から奥に引っ込んで
いる。受光装置１４０の外側表面が汚れると、生成物に
よって放出される光は、受光装置に入るのが妨げられ、
不要なランプ光が、汚れまたは被膜に反射して受光装置
内に入射する。

【００７２】その結果、バックグラウンドに対抗する減
少した信号またはノイズに対抗する信号を生じる。凹レ
ンズまたはウインドウは、汚れや被膜を覆うことをより
少なくする。さらに、狭いポートは、このポートを介し
て受光装置１４０が処理室を見ることになるが、光学モ
ニタ装置１１２の最外側光学表面が被膜や他の汚染物質
により覆われるのを減少させることができる。受光装置
１４０の最外側表面をへこませると、実質的にウインド
ウまたはレンズに付着する被膜の量を減少させる。受光
装置１４０を凹部に配置することによって、所望の生成
物の光が受光装置に入射することができるようになり、
一方、不要なランプ光は反射されないので、ノイズに対
抗する信号およびバックグラウンド比率に対抗する信号
が増加する。さらに、受光装置を凹部に配置することに
より、外側レンズまたはウインドウを洗浄するのに必要
な時間が実際に減少する。

【００７３】二重凸レンズの代わりに円筒レンズを用い
ると、ウエハ９８を水平に横切る視線を広げて、ウエハ
上の集中領域のより多くでサンプリングすることができ
る。この円筒レンズを用いると、終了点決定の再現性が
増加する。円筒レンズは、円形束の光ファイバーまたは
リニア配列の光ファイバーのいずれかを使用できる。

【００７４】本発明の具体例では、バックグラウンド信
号およびノイズ信号を減少させるためにレンズ１１６と
共同する偏光板(polarizer)１２２を用いる。エッチン
グおよびアッシング処理に対して関連する波長（例、３
０９ｎｍ）では、薄いフィルムの偏光板は、減少した信
号強度により生じる比較的大きな吸収を有する。しか
し、十分な信号があっても信号の一部が犠牲になるの
で、薄いフィルムの偏光板が用いられる。偏光板１２２
が薄いフィルムの偏光板である場合、この偏光板をレン
ズとウインドウの間に挿入することができる。信号強度
が犠牲にされない場合、信号の減少が重大になることが
ないので、光軸に沿ってより多くの空間を必要とする異
なる形式の偏光板を用いることができる。例えば、広帯
域で偏光するビームスプリッターキューブまたは他のブ
ロックを用いる部品を用いることができる。偏光板１２
２が大きいと、レンズ１１６と光ファイバー配列１１８
の間に配置できなくなる。

【００７５】本実施形態では、ビューイング受光装置
は、ウエハ表面に合焦する。この受光装置により、ある
角度でウエハ表面に合焦させると、視線１５４の全体が
生成物の集中領域にあり、信号強度が改善される。受光
装置の視線とウエハ表面との間の距離は、焦点１３０の
最小スポット寸法、ウエハ表面の平面に対する視角、焦
点１３０とウエハの周縁１２４との間の距離、処理室を
通るガスの流速、および実行される特定の処理方法な等
の多数のパラメータにより受入れ可能である。

【００７６】図１４において、分光計によって測定され
た信号強度のグラフは、アッシャ装置の動作時間にわた
ってプロットされている。従来の信号は、参照番号１６
２で示され、本発明の信号は、参照番号１６６で示され
ている。このグラフは、ランプ中に最も一般的に存在し
ている不要なストレー光が、本発明の実行によって大い
に減少することを示している。また、グラフは、本発明
を実行することにより、所望の生成物信号が大いに増加
することを示している。

【００７７】図１０において、０．１インチ（2.54ｍ
ｍ）直径の一般的な焦点スポットに対して、焦点がウエ
ハ表面の０．４インチ（10．16ｍｍ）以内であると、強
い生成物信号を達成できる。このピーク強度は、ウエハ
表面の０．２インチ（5.08ｍｍ）以内に得られる。表面
近くの信号強度における減少は、ビューイング受光装置
がウエハ表面に対してほぼ接線方向に視線があること、
および受光装置が視線の接線方向に沿って統合している
という事実によっている。生成物は、ウエハの表面上方
に沿って半径方向外側に層状のプラズマ流によって吹き
払われる。生成物の統合ラインの濃度(concentration)
は、ウエハ表面での層流の粘性引きずりによる。

【００７８】光学モニタ装置１１２は、好ましくは、ウ
エハが作られた材料に対するブルースター(Brewster)角
度に相当する角度でウエハ９８を見る。シリコン等の一
般的なウエハ材料に対して、ビューイング受光装置とウ
エハ表面上の焦点領域との間の角度は、１６．２°とな
る。光学モニタ装置は、理想的には、この装置に対する
ウエハ９８の遠方端１２４でのウエハ表面に合焦する。
ブルースター角度でウエハを見ることの可能性は、処理
室２２のアスペクト比に従う。ある室では、例えば、処
理室２２の垂直寸法は、あまりに小さすぎるので、ブル
ースター角度でウエハの遠方端上にレンズ１１６によっ
て合焦させることができない。

【００７９】好ましい実施形態では、光学モニタ装置１
１２に入射する光は、偏光してノイズに対抗する信号お
よびバックグラウンド比率に対抗する信号を増加させ
る。半導体処理ツールに用いられるウエハ９８は、シリ
コン等の誘電体材料で一般的に作られる。誘電体材料の
特性は、入射光が反射する角度を決定する。この反射特
性は入射光の偏光による。この現象は、光学検出装置１
１０のバックグラウンドに対抗する信号を改善するため
に利用される。

【００８０】終了点が近づくと、残留被膜の薄い層は比
較的早く取り除かれる。それゆえ、反射特性に関連して
モニタされるべき材料は、誘電体材料のウエハ９８自体
である。種々の被膜材料の誘電率を考慮する必要がな
い。

【００８１】一般的なシリコンウエハに対する反射率は
かなり高い。しかし、反射光は、ブルースター角度θ_B
に対するビューイング角度を調整することによって偏光
することができる。与えられた材料に対して、ブルース
ター角度θ_Bは、次式で定義される。 θ_B＝tan^-1（ｎ₂／ｎ₁） ここで、θ_Bは、ウエハ表面に直交する入射光であり、
ｎ₂は、光が、特に真空の処理室に入射する材料の屈折
指数である。ｎ₁は、光がシリコンまたは他のウエハ材
料に入射する材料の屈折指数である。

【００８２】ブルースター角度θ_Bにおいて、入射平面
内にある電界の偏向を受ける全ての光は、反射要素なし
で第２材料に伝達される。入射平面は、入射光線および
反射光線の両方を含む平面として定義される。

【００８３】第１の実施形態では、光学モニタ装置は、
ウエハをブルースター角度θ_Bで見る。光学モニタ装置
によってモニタされる、ウエハ材料によって反射したい
ずれの光も１つの偏光として構成される。偏光板１２２
は、光学モニタ装置１１２内に含まれており、反射光の
残留する偏光された成分を取り除く。ウエハ材料は、ウ
エハ上に入射する光の一成分が取り除かれ、偏光板１２
２は、残りの成分を取り除く。すべての被膜が取り除か
れる終了点では、分光計によって測定される光はない。
その理由は、ブルースター角度θ_Bで見られるウエハ
は、そのウエハから反射した光の一成分を取り除き、さ
らに、偏光板は、残りの成分を取り除く。偏光装置は、
生成物から所望の信号を減少する間、バックグラウンド
比率に対抗する信号が増加して、バックグラウンド信号
は大きな振幅で減少される。

【００８４】シリコンウエハに対する計算された最適角
度は、概略、θ_B＝７３．８°であり、それは、受光装
置とウエハ表面との間の１６．２°の角度に変換され
る。焦点１３０と光学モニタ装置１１２との間の水平お
よび垂直間の距離の比は、３．４４対１となる。３．４
４対１のアスペクト比は、一般的な処理室２２の構造と
両立できる。

【００８５】図１３Ａ〜図１３Ｃは、選択されたレンズ
の焦点距離Ｌが、光学モニタ装置１１２のビューイング
光線１４８にどのように影響するかを示す。短い焦点距
離のレンズを選択することによって、ビューイング光線
は、放射信号が最大である経路に沿ってのみ光を通過さ
せるように狭まる。短い焦点距離を有するレンズを用い
ると、ビューイング光線１４８がより狭いことから信号
強さが減少する。しかし、より狭い光線によってモニタ
されるバックグラウンドの量が減少するので、信号対バ
ックグラウンド信号は増加する。図１３Ｃは、短い焦点
距離を有する場合の結果を示す。

【００８６】図１３Ａは、ウエハが図の底部に配置され
かつ左側にレンズ１１６と光ファイバー１１８を有する
元の構造を示している。このウエハは、ビューイング光
線１４８を示す光線のわずか下側に示されている。図１
３Ａにおいて、ウエハの周縁１２４の近くでビューイン
グ光線をカットオフしないように、ビューイング光線の
軸線がウエハよりも上方に位置しなければならないこと
を示している。

【００８７】図１３Ｂおよび図１３Ｃには、より短い焦
点距離が示されている。短い焦点距離を有するレンズ
は、ビューイング光線が大きく広がる前に、光線のリダ
イレクション(redirection)を可能にする。そして、ビ
ューイング光線１４８は、ビームらしい特性を維持す
る。狭いビューイング光線は、ウエハ表面１３６により
近づいて表面上を低く進み、それにより、生成物の信号
が最大であるウエハ表面上の領域から光を受け取ること
ができる。

【００８８】上述したこれらの記載は、単に例示のため
になされたものであり、本発明は、ここに記載した実施
形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の
範囲またはその技術的思想から逸脱しない範囲で種々の
変更及び修正を含むものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る終了点検出のための受光装置を示
す概略平面図である。

【図２】本発明に係る終了点検出のための受光装置を示
す概略正面図である。

【図３】マイクロ波プラズマアッシャーの斜視図であ
る。

【図４】マイクロ波プラズマアッシャーの前断面図であ
る。

【図５】マイクロ波プラズマアッシャーの処理室の概略
斜視図である。

【図６】マイクロ波プラズマアッシャーの処理室の平面
図である。

【図７】処理室に取り付けられた光学ポートを含む処理
室の一部分を示す拡大断面図である。

【図８】処理室に取り付けられた光学ポートを含む処理
室を示す断面図である。

【図９】光学ポートとビューイングダンプを有する処理
室の前断面図である。

【図１０】ウエハ上の距離と特定の波長光の信号強度と
の関係を示すチャート図である。

【図１１】処理室内のプラズマの流れを示す、マイクロ
波プラズマアッシャーの概略図である。

【図１２】１２Ａは、ウエハ上に伸びる動作ラインを有
する光学系の概略図であり、１２Ｂは、焦点を結ばない
光学系とウエハの概略図であり、１２Ｃは、ウエハの表
面上の領域を見るために焦点を合わせた光学系の概略図
であり、１２Ｄは、ウエハの表面に焦点を合わせた光学
系の概略図である。

【図１３】１３Ａは、ウエハの表面上に焦点を合わせた
光学系の概略図であり、１３Ｂと１３Ｃは、１２Ｃと１
２Ｄの場合よりも短い焦点距離でウエハの表面上に焦点
を合わせた概略図である。

【図１４】２つの異なる反応室に対する３０９ｎｍの光
強度と時間との関係を示すグラフ図である。

【図１５】ビューイングダンプの拡大部分断面図であ
る。

【符号の説明】

２０ プラズマアッシャー ２１ プラズマ発生室 ２２ ウエハ処理室 ９０，９２ 支持体 ９８ ウエハ １１０ 光学検出装置 １１２ 光学モニタ装置 １１４ プラズマ（ウエハ処理材料） １１６ レンズ １１８ リニア配列 １２２ 偏光板 １２７ ポート １２８ ビューイングダンプ １３０ 焦点 １３１ 分光計 １３６ 表面 １３８ 光ファイバー １４０ 受光装置 １４４ ランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレ ギル カルドソ アメリカ合衆国 メリーランド 20723 ローレル ステッビング ウエイ−アパー トメント Ｅ 9190 (72)発明者 ダニエル ブリアン リチャードソン アメリカ合衆国 メリーランド 21158 ウエストミンスター ハルター ロード 3316

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a) 少なくとも１つのウエハ（98）を処
   理室（22）の内部領域内に配置するための支持体（90、
   92）を含むウエハ処理室（22）と、 (b) 前記少なくとも１つのウエハ（98）の露出表面（1
   36）から被膜を除去するために前記処理室（22）内にウ
   エハ処理材料（114）を送るための手段を含むウエハ処
   理機構（21）と、 (c) 前記処理室に取り付けられ、かつ前記ウエハ処理
   材料と前記被膜の反応性生成物の濃度を監視するために
   前記少なくとも１つのウエハの表面近くに焦点が合せら
   れる受光装置（140）とを含むことを特徴とするウエハ
   処理システム。
2. 【請求項２】前記処理室（22）に取り付けられてこの処
   理室内で光を吸収するためのビューイングダンプ（12
   8）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のウエ
   ハ処理システム。
3. 【請求項３】前記ビューイングダンプ（128）は、前記
   受光装置の視野フィールド内で前記ウエハ処理室（22）
   の内部に取り付けられていることを特徴とする請求項２
   記載のウエハ処理システム。
4. 【請求項４】前記ウエハ処理室（22）は、その側壁内に
   伸びるスロットを有し、前記ビューイングダンプ（12
   8）は、前記スロットに近い前記ウエハ処理室に取り付
   けられていることを特徴とする請求項２記載のウエハ処
   理システム。
5. 【請求項５】ビューイングダンプ（128）は、ボックス
   （176）と反射光の捕捉装置（170）を含むことを特徴と
   する請求項２記載のウエハ処理システム。
6. 【請求項６】前記ウエハ処理室の内部領域から放出され
   た信号をろ過するために取り付けられたフィルタ（11
   7）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のウエ
   ハ処理システム。
7. 【請求項７】(a) 少なくとも１つのウエハ（98）を処
   理室（22）の内部領域内に配置するための支持体（90、
   92）を含むウエハ処理室（22）と、(b) 前記少なくと
   も１つのウエハ（98）の露出表面（136）から被膜を除
   去するために前記処理室（22）内にウエハ処理材料（11
   4）を送るための手段を含むウエハ処理機構（21）と、
   (c) 前記処理室（22）における前記ウエハの第１端部
   近くに取り付けられ、前記少なくとも１つのウエハ（9
   8）の上方に生じる光放射スペクトルを監察することに
   より前記ウエハ処理材料と前記被膜の反応性生成物の濃
   度を監視するための受光装置（140）と含むことを特徴
   とするウエハ処理システム。
8. 【請求項８】前記受光装置（140）は、リニア配列（11
   8）に構成される光ファイバー（138）を含むことを特徴
   とする請求項７記載のウエハ処理システム。
9. 【請求項９】前記ウエハ処理室（22）に取り付けられた
   ビューイングダンプ（128）をさらに含むことを特徴と
   する請求項７記載のウエハ処理システム。
10. 【請求項１０】前記受光装置（140）は、前記ウエハ処
    理室（22）の内部領域から凹んだ位置にあることを特徴
    とする請求項７記載のウエハ処理システム。
11. 【請求項１１】前記ウエハ処理室（22）は、この処理室
    のサイドウォール内に伸びるスロットを有し、また、前
    記ビューイングダンプ（128）は、前記スロットの近く
    の前記ウエハ処理室に取り付けられていることを特徴と
    する請求項９記載のウエハ処理システム。
12. 【請求項１２】前記ビューイングダンプ（128）は、ボ
    ックス（176）と光捕捉装置（170）を含むことを特徴と
    する請求項９記載のウエハ処理システム。
13. 【請求項１３】前記ウエハ処理室（22）の内部領域から
    放射された信号をろ過するために、前記ウエハ処理室
    （22）に取り付けられるフィルタ（117）をさらに含む
    ことを特徴とする請求項７記載のウエハ処理システム。
14. 【請求項１４】前記受光装置（140）は、ファン形状配
    列に構成された複数の入力端を有する多数の光ファイバ
    ー（138）を含むことを特徴とする請求項７記載のウエ
    ハ処理システム。
15. 【請求項１５】(a) 少なくとも１つのウエハ（98）を
    位置決めるための支持体（90、92）を含むウエハ処理室
    （22）と、(b) 前記少なくとも１つのウエハ（98）か
    ら被膜を除去するために前記ウエハ処理室（22）内にウ
    エハ処理材料（114）を送るための手段を含むウエハ処
    理装置（21）と、(c) 前記処理室（22）に取り付けら
    れるとともに、各光学素子が前記少なくとも１つのウエ
    ハ表面上にある前記被膜の反応性生成物とウエハ処理材
    料の局所的な濃度を監察するために配置され、かつ前記
    ウエハ表面上の代表的な分散個所を監視するための受光
    装置（140）とを含むことを特徴とするウエハ処理シス
    テム。
16. 【請求項１６】前記ウエハ処理室（22）に取り付けられ
    たビューイングダンプ（128）をさらに含むことを特徴
    とする請求項１５記載のウエハ処理システム。
17. 【請求項１７】(a) 少なくとも１つのウエハ（98）を
    位置決めるための支持体（90、92）を含むウエハ処理室
    （22）と、(b) 前記少なくとも１つのウエハ（98）か
    ら被膜を除去するために前記ウエハ処理室（22）内にウ
    エハ処理材料（114）を送るための手段を含むウエハ処
    理機構（21）と、(c) 前記ウエハ処理室のウエハの第
    １端部近くに取り付けられて平面状の配列（118）に構
    成されかつ二重の凸レンズを有し、前記少なくとも１つ
    のウエハ（98）の表面（136）から生じる光放射スペク
    トルを監察することにより前記ウエハ処理材料と前記被
    膜の反応性生成物の濃度を監視するための受光装置（14
    0）と(d) 不要な信号が前記受光装置（140）に入るの
    を防止するために、前記ウエハ処理室に取り付けられる
    ボックス（176）とダイアモンド形状の反射部材とを含
    むビューイングダンプ（128）と、(e)前記ウエハ処理材
    料と前記被膜の反応性生成物の濃度によって放出される
    複数の信号をろ過するために前記処理室内に取り付けた
    ローパスフィルタ（117）とを含むことを特徴とするウ
    エハ処理システム。
18. 【請求項１８】(a) 露出表面（136）上に被膜を有する
    ウエハを設け、(b) 前記露出表面にプラズマ（114）を
    供給して、前記被膜を取り除き、(c) 受光装置（140）
    を用いて、前記露出表面から伸びている合焦領域におい
    て、前記プラズマと前記被膜の反応性生成物の濃度を監
    視し、前記合焦領域における光放射分光計からの信号を
    用いて前記濃度を測定する、各ステップを有することを
    特徴とするウエハ処理工程を監視する方法。
19. 【請求項１９】不要な信号が前記受光装置によって監視
    されないように、ビューイングダンプ（128）を用いて
    不要な信号を吸収するステップをさらに含むことを特徴
    とする請求項１８記載の方法。
20. 【請求項２０】前記露出表面から反射される信号を偏光
    させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１
    ８記載の方法。
21. 【請求項２１】前記プラズマと前記被膜の反応性生成物
    の濃度によって放出される信号をろ過するステップをさ
    らに含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
22. 【請求項２２】(a) 露出表面（136）上に被膜を有する
    ウエハを設け、(b) 前記露出表面にウエハ処理材料（1
    14）に供給して、前記被膜を取り除き、(c) 前記ウエ
    ハ上方の領域にある反応性生成物から生じる光放射スペ
    クトルを監察することにより、前記ウエハ処理材料と前
    記被膜の反応性生成物の濃度を監視する、各ステップを
    有することを特徴とするウエハ処理工程を監視する方
    法。
23. 【請求項２３】受光装置は、ほぼ平坦な配列に構成され
    た光ファイバー（138）を含むことを特徴とする請求項
    ２２記載の方法。
24. 【請求項２４】受光装置は、リニア配列（118）に構成
    された光ファイバー（138）を含むことを特徴とする請
    求項２２記載の方法。
25. 【請求項２５】受光装置は、ファン形状配列に構成され
    た光ファイバー（138）を含むことを特徴とする請求項
    ２２記載の方法。
26. 【請求項２６】前記受光装置によって不要な信号を監視
    しないように、ビューイングダンプ（128）を用いて不
    要な信号を吸収するステップをさらに含むことを特徴と
    する請求項２２記載の方法。
27. 【請求項２７】前記ウエハ処理材料と前記被膜の反応性
    生成物の濃度によって放出される信号を偏光するステッ
    プをさらに含むことを特徴とする請求項２２記載の方
    法。
28. 【請求項２８】前記ウエハ処理材料と前記被膜の反応性
    生成物の濃度によって放出される信号をろ過するステッ
    プをさらに含むことを特徴とする請求項２２記載の方
    法。
29. 【請求項２９】(a) 露出表面（136）上に被膜を有する
    ウエハを設け、(b) 前記露出表面にプラズマ形式のウ
    エハ処理材料（114）に供給して、前記被膜を取り除
    き、(c) 前記露出表面（136）上の代表的な分散位置に
    受光装置を合焦させて、前記分散位置で反応性生成物か
    らの光放射を見るように、前記プラズマと前記被膜の反
    応性生成物の濃度を監視する、各ステップを有すること
    を特徴とするウエハ処理工程を監視する方法。
30. 【請求項３０】前記受光装置によって不要な信号を監視
    しないように、ビューイングダンプ（128）を用いて不
    要な信号を吸収するステップをさらに含むことを特徴と
    する請求項２８記載の方法。
31. 【請求項３１】受光装置は、凹部に設けられていること
    を特徴とする請求項２８記載の方法。