JP2002110636A

JP2002110636A - 基板監視方法及び装置

Info

Publication number: JP2002110636A
Application number: JP2000290726A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Tajima; 大輔田島
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理基板に照射される光の発光強度の安定
化を図ることができる基板監視方法及び装置を提供す
る。【解決手段】基板監視装置１１は、ウェハＷに照射す
べき光を発生させるプラズマ光生成部１２を有してい
る。このプラズマ光生成部１２で生成されたプラズマ光
は、フィルタ１９で特定波長の光のみが取り出された状
態で、光ファイバケーブル１７ａ及び光分岐ケーブル１
８を介して処理チャンバ２に送られる。この処理チャン
バ２のドーム５の頂上部には、光分岐ケーブル１８と接
続された光誘導部２０が設けられ、この光誘導部２０
は、プラズマ光を支持部材３上のウェハＷに照射させる
と共に、ウェハＷから反射した光を光分岐ケーブル１８
に導く。この反射光は、光ファイバケーブル１７ｂを介
して光センサ２１に送られ、光センサ２１で光検出され
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、処理チャンバ内に
配置されたウェハ等の被処理基板に光を照射し、被処理
基板からの反射光を検出することにより、被処理基板の
状態を監視する基板監視方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置等の半導体製造装置に
は、被処理基板であるウェハ表面の膜厚（削り量）の変
化量を連続的に検出し、ウェハのダメージ層の解析を行
う等、処理中のウェハの状態を監視するための基板監視
装置を備えているものがある。

【０００３】このような基板監視装置は、例えば、水銀
ランプ等の光源を有し、この光源の光は光ファイバケー
ブルを介して処理チャンバに導かれ、処理チャンバ内に
配置されたウェハに照射される。このウェハで反射した
光は、光ファイバケーブルを介して光センサに送られ
る。この光センサでは、ウェハからの反射光の強度に基
づいてウェハ表面の膜厚の変化量が検出され、その検出
信号がコントローラに送出される。そして、コントロー
ラにおいて各種の解析処理が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来では、上述したよ
うに光源として水銀ランプ等を使用するのが一般的であ
るが、ランプ（特に短波長の光を発光するランプ）は、
発光強度がばらつく傾向にあり、不安定である。このよ
うにウェハに照射される光の強度が不安定であると、実
際のウェハ表面の膜厚の変化量とは異なる変化量が検出
されてしまい、結果としてウェハの正確な状態を把握で
きなくなる。

【０００５】本発明の目的は、被処理基板に照射される
光の発光強度の安定化を図ることができる基板監視方法
及び装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の基板監視方法
は、プラズマを発生させることによって生成したプラズ
マ光を、処理チャンバ内に配置された被処理基板に照射
し、被処理基板からの反射光を検出することにより、被
処理基板の状態を監視することを特徴とするものであ
る。

【０００７】このようにプラズマを発生させることで得
られるプラズマ光を、被処理基板に照射する光源として
使用することにより、被処理基板に照射される光の発光
強度のばらつきが低減し、安定化が図られる。また、こ
のように光源をプラズマ光とした場合には、水銀ランプ
等に比べて寿命の点で有利になる。さらに、光源を水銀
ランプ等とした場合には、必要とする光の光量に応じて
ランプをいちいち交換する必要があるが、プラズマ光を
使用する場合には、プラズマを発生させるための高周波
電力またはマイクロ波電力を変えるだけで、被処理基板
に照射される光の発光強度を任意に変えることができ
る。

【０００８】好ましくは、プラズマ光における特定波長
の光のみを取り出して被処理基板に照射する。これによ
り、被処理基板の状態検出に最適な波長の光を使用する
ことができる。

【０００９】また、好ましくは、減圧された容器内にプ
ラズマ光生成用ガスを導入し、高周波またはマイクロ波
を印加して容器内にプラズマを発生させることによっ
て、容器内に前記プラズマ光を生成する。これにより、
比較的簡単にプラズマ光を生成することができる。

【００１０】この場合、プラズマ光生成用ガスとして、
Ｎ₂ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガスのいずれかを
用いるのが好ましい。これにより、プラズマ光生成用ガ
スを変えることで、必要とする波長の光を得ることが可
能となる。

【００１１】また、好ましくは、プラズマ光を被処理基
板の上方から照射する。これにより、光検出が効率良く
行える。

【００１２】また、本発明の基板監視装置は、プラズマ
を発生させることによってプラズマ光を生成するプラズ
マ光生成部と、プラズマ光生成部で生成したプラズマ光
を処理チャンバ内に配置された被処理基板に照射するプ
ラズマ光照射手段と、被処理基板からの反射光を検出す
る光検出部とを備えることを特徴とするものである。

【００１３】このようにプラズマ光生成部とプラズマ光
照射手段と光検出部を設けることにより、上記基板監視
方法を実施することができる。従って、被処理基板に照
射される光の発光強度が安定化する。また、水銀ランプ
等に比べて寿命の点で有利となる。さらに、光源を交換
することなく、被処理基板に照射される光の発光強度を
容易に変えることができる。

【００１４】好ましくは、プラズマ光照射手段は、プラ
ズマ光生成部で生成したプラズマ光における特定波長の
光のみを取り出す光学素子を有し、この特定波長の光を
被処理基板に照射する。これにより、被処理基板の状態
検出に最適な波長の光を使用することができる。

【００１５】また、好ましくは、プラズマ光生成手段
は、プラズマ光生成用ガスを導入するためのガス導入口
を有する容器と、容器内を減圧する減圧手段と、高周波
またはマイクロ波を印加して容器内にプラズマを発生さ
せる手段とを有する。これにより、比較的簡単な構造
で、プラズマ光を生成することができる。

【００１６】この場合、好ましくは、減圧手段は、処理
チャンバ内を減圧するポンプである。これにより、装置
全体に含まれるポンプの数を少なくでき、コスト削減が
図れる。

【００１７】また、好ましくは、プラズマ光照射手段
は、処理チャンバの上部に設けられ、プラズマ光生成部
で生成したプラズマ光を被処理基板に照射させると共
に、被処理基板からの反射光を光検出部に導く光誘導部
を有する。これにより、プラズマ光が被処理基板の上方
から被処理基板に向かって照射され、被処理基板で反射
されるため、光検出が効率良く行える。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る基板監視方法
及び装置の好適な実施形態について図面を参照して説明
する。

【００１９】図１は、本発明の一実施形態による基板監
視装置を備えたエッチング装置を示す概略構成図であ
る。同図において、エッチング装置１は処理チャンバ２
を有し、この処理チャンバ２の側面には、エッチングガ
スを導入するためのガス導入口２ａが設けられている。
処理チャンバ２内には、エッチング処理すべき被処理基
板である半導体ウェハＷを支持するリング状の支持部材
（カソード）３が配置されている。この支持部材３は、
図示しない昇降機構により上下動可能である。また、処
理チャンバ２には、処理チャンバ２内を真空減圧するポ
ンプ４が接続されている。

【００２０】処理チャンバ２の上部には、セラミック製
のドーム５が配置され、このドーム５にはコイル６が設
けられている。コイル６には、マッチングネットワーク
７を介して高周波電源８が接続されており、この高周波
電源８によりコイル６に高周波を印加して処理チャンバ
２内にプラズマを発生させる。また、支持部材３には、
マッチングネットワーク９を介してバイアス用高周波電
源１０が接続されており、プラズマ種のウェハＷ表面へ
の移送を高めるようにしている。

【００２１】このようなエッチング装置１によりウェハ
Ｗに対してＳｉのエッチング処理を行う場合、ポンプ４
により処理チャンバ２内を真空減圧している状態で、図
示しない搬送ロボットによりウェハＷを処理チャンバ２
内に搬入して支持部材３上に載置する。続いて、図示し
ない昇降機構により支持部材３を処理可能な位置（図１
に示す位置）まで上昇させる。そして、コイル６に高周
波を印加して処理チャンバ２内にプラズマを発生させ
る。続いて、エッチングガス（例えばＣｌ₂ガスやＨＢ
ｒガス）をガス導入口２ａから処理チャンバ２内に導入
すると、エッチングガスはプラズマ放電励起によって活
性化し、Ｓｉのエッチングが促進され、ＳｉＯ₂等の反
応副生成物が排気除去される。

【００２２】以上のようなエッチング装置１には、エッ
チング処理中のウェハＷの状態を連続的に監視するため
の基板監視装置１１が備えられている。この基板監視装
置１１は、ウェハＷに照射すべき光を発生させる光源部
としてのプラズマ光生成部１２を有している。

【００２３】このプラズマ光生成部１２は、図２に示す
ような平行平板型プラズマ発生器で構成されている。プ
ラズマ光生成部１２は容器１３を有し、この容器１３内
には、平行に対向配置された上部電極１４及び下部電極
１５が配置されている。上部電極１４は接地され、下部
電極１５には高周波電源１６が接続されている。容器１
３には、プラズマ光発生用ガスを導入するためのガス導
入口１３ａが形成されている。また、容器１３には、容
器１３内を真空減圧するための上述したポンプ４が接続
されている。このように容器１３内を減圧するポンプと
処理チャンバ２内を減圧するポンプとを共有化すること
で、エッチング装置のコスト削減が図れる。なお、これ
らのポンプは、別々に構成してもかまわない。

【００２４】このようなプラズマ光生成部１２におい
て、ポンプ４により容器１３内を所定の真空度まで減圧
すると共に、高周波電源１６により下部電極１５に高周
波を印加する。そして、ガス導入口１３ａから容器１３
内にプラズマ光発生用ガスを導入する。ここで、プラズ
マ光発生用ガスとしては、Ｎ₂ガス、Ａｒガス、Ｈｅガ
ス、Ｎｅガス等が使用される。すると、上部電極１４と
下部電極１５との間のプラズマ放電励起によって、容器
１３内にプラズマ光が生成される。このとき、下部電極
１５に印加する高周波電力を高周波電源１６で調節する
ことによって、プラズマ光の発光強度を容易に変えるこ
とができる。

【００２５】なお、プラズマ光生成部１２は、上記の平
行平板型プラズマ発生器に限らず、バレル型プラズマ発
生器やマイクロ波プラズマ発生器で構成してもよい。い
ずれの場合でも、比較的簡単な構造でプラズマ光の生成
が行える。

【００２６】図１に戻り、プラズマ光生成部１２で生成
されたプラズマ光は、光ファイバケーブル１７ａ及び光
分岐ケーブル１８からなる光伝送路を介して処理チャン
バ２に送られる。光伝送路の途中にはフィルタ１９（図
２参照）が設けられており、このフィルタ１９は、プラ
ズマ光生成部１２からのプラズマ光において特定波長
（例えば３６５ｎｍ）の光のみを取り出す。これによ
り、ウェハＷの状態検出に最適な波長の光を使用して光
検出が行える。

【００２７】なお、プラズマ光における特定波長の光の
みを取り出すための光学素子としては、上記のようなフ
ィルタの代わりに、例えばミラーとプリズム等を用いる
こともできる。

【００２８】ドーム５の頂上部には、光分岐ケーブル１
８と接続された光誘導部２０が設けられている。この光
誘導部２０はレンズ群で構成され、プラズマ光のうちの
特定波長の光を支持部材３上のウェハＷに照射させると
共に、ウェハＷから反射した光を光分岐ケーブル１８に
導く。なお、光誘導部２０をドーム５の頂上部に設けた
のは、プラズマ光をウェハＷに対して垂直に照射するこ
とで、効率の良い光検出を行うためである。

【００２９】ウェハＷからの反射光は、光誘導部２０、
光分岐ケーブル１８及び光ファイバケーブル１７ｂから
なる光伝送路を介して光センサ２１に送られる。光セン
サ２１は例えば光電子増倍管であり、ウェハＷからの反
射光を受光しその光量に応じた電気信号をコントローラ
２２に送出する。コントローラ２２は、光センサ２１の
出力信号に基づいて、エッチングの終了点の検出を行っ
たり、ウェハＷ表面の膜厚（削り量）を検出してウェハ
Ｗのダメージ層の解析等を行うと共に、その処理結果を
モニタ２３に表示させる。

【００３０】以上のような基板監視装置１１において
は、ウェハＷに照射する光の光源として、プラズマを発
生させることによって得られるプラズマ光を使用するの
で、水銀ランプ等を使用する場合に比べて、ウェハＷに
照射される光の発光強度のばらつきが極めて少なく、発
光強度の安定性が向上する。従って、正確な光検出が行
えるようになり、エッチング中のウェハＷの状態を正確
に把握することが可能となる。また、水銀ランプ等を使
用する場合に比べて寿命の点で有利になる。さらに、高
周波電源１６による高周波電力の調整だけで発光強度を
変えることができるので、水銀ランプ等を使用する場合
のように必要とする光の光量に応じて光源をいちいち交
換しなくて済む。

【００３１】以上、本発明の一実施形態について説明し
てきたが、本発明は、上記実施形態には限定されない。
例えば、上記実施形態では、処理チャンバ２のコイル６
に高周波を印加するための高周波電源とプラズマ光生成
部１２の容器１３内の下部電極１５に高周波を印加する
ための高周波電源とを別々に構成したが、これらの高周
波電源を共有化することも可能である。

【００３２】また、上記の基板監視装置はエッチング装
置に備えたものであるが、本発明に係る基板監視装置
は、ＣＶＤ装置等、他の半導体製造装置にも適用可能で
ある。この場合、常圧ＣＶＤ装置や減圧ＣＶＤ装置のよ
うに処理チャンバ内にプラズマを発生させることの無い
半導体製造装置にも適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマを発生させる
ことによって生成したプラズマ光を、処理チャンバ内に
配置された被処理基板に照射するようにしたので、被処
理基板に照射する光の発光強度を安定化させることがで
き、これにより被処理基板の状態を正確に検出すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による基板監視装置を備え
たエッチング装置を示す概略構成図である。

【図２】図１に示すプラズマ光生成部の構成図である。

【符号の説明】

２…処理チャンバ、４…ポンプ（減圧手段）、１１…基
板監視装置、１２…プラズマ光生成部、１３…容器、１
４…上部電極、１５…上部電極、１６…高周波電源、１
７ａ，１７ｂ…光ファイバケーブル（プラズマ光照射手
段）、１８…光分岐ケーブル（プラズマ光照射手段）、
１９…フィルタ（光学素子、プラズマ光照射手段）、２
０…光誘導部（プラズマ光照射手段）、２１…光センサ
（光検出部）、２２…コントローラ（光検出部）、Ｗ…
ウェハ（被処理基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田島大輔千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 4G075 AA30 AA65 BC04 BC06 BD14 CA26 CA57 CA62 CA63 CA65 DA02 EB01 EB42 EC13 EC21 ED13 FB01 FB06 FC04 FC13 5F004 AA16 BA09 BA20 CB02 CB15 5F045 DP03 DQ10 EH11 EH13 GB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマを発生させることによって生成
したプラズマ光を、処理チャンバ内に配置された被処理
基板に照射し、前記被処理基板からの反射光を検出する
ことにより、前記被処理基板の状態を監視する基板監視
方法。
【請求項２】前記プラズマ光における特定波長の光の
みを取り出して前記被処理基板に照射する請求項１記載
の基板監視方法。
【請求項３】減圧された容器内にプラズマ光生成用ガ
スを導入し、高周波またはマイクロ波を印加して前記容
器内にプラズマを発生させることによって、前記容器内
に前記プラズマ光を生成する請求項１または２記載の基
板監視方法。
【請求項４】前記プラズマ光生成用ガスとして、Ｎ₂
ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガスのいずれかを用い
る請求項３記載の基板監視方法。
【請求項５】前記プラズマ光を前記被処理基板の上方
から照射する請求項１〜４のいずれか一項記載の基板監
視方法。
【請求項６】プラズマを発生させることによってプラ
ズマ光を生成するプラズマ光生成部と、前記プラズマ光生成部で生成したプラズマ光を処理チャ
ンバ内に配置された被処理基板に照射するプラズマ光照
射手段と、前記被処理基板からの反射光を検出する光検出部とを備
える基板監視装置。
【請求項７】前記プラズマ光照射手段は、前記プラズ
マ光生成部で生成した前記プラズマ光における特定波長
の光のみを取り出す光学素子を有し、この特定波長の光
を前記被処理基板に照射する請求項６記載の基板監視装
置。
【請求項８】前記プラズマ光生成手段は、プラズマ光
生成用ガスを導入するためのガス導入口を有する容器
と、前記容器内を減圧する減圧手段と、高周波またはマ
イクロ波を印加して前記容器内にプラズマを発生させる
手段とを有する請求項６または７記載の基板監視装置。
【請求項９】前記減圧手段は、前記処理チャンバ内を
減圧するポンプである請求項８記載の基板監視装置。
【請求項１０】前記プラズマ光照射手段は、前記処理
チャンバの上部に設けられ、前記プラズマ光生成部で生
成した前記プラズマ光を前記被処理基板に照射させると
共に、前記被処理基板からの反射光を前記光検出部に導
く光誘導部を有する請求項６〜９のいずれか一項記載の
基板監視装置。