JP2003179035A - プラズマ応用機器におけるエンドポイント検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出窓の曇りの影響を最低限に抑えてエンド
ポイントが正確に検出できるようにしたプラズマ応用機
器におけるエンドポイント検出方法を提供すること。 【解決手段】 本発明に係るプラズマ応用機器における
エンドポイント検出方法は、処理中にプラズマから発生
する光を処理チャンバに設けた検出窓から検出し、検出
した光の発光強度レベルに基づいて処理のエンドポイン
トを検出するプラズマ応用機器におけるエンドポイント
検出方法において、予めプラズマ応用処理の開始から終
了までの発光強度レベルをサンプリングし、該サンプリ
ングした発光強度レベルを基準値として設定し、機器の
動作時に測定した発光強度レベルを前記サンプリングし
た基準値に基づいて、検出窓の曇りに伴なう発光強度レ
ベルの測定値の低下を補うように測定した発光強度レベ
ルを補正することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ応用機器
におけるエンドポイント検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、プラズマ応用機器において、
処理チャンバに窓を設け、この窓からプラズマ処理中に
発生する光を検出し、検出した光から特定波長の光の発
光強度とその変化を測定して処理の終了点（エンドポイ
ント）を決定することは行われている。例えば、プラズ
マエッチング処理の場合、処理チャンバ内でプラズマを
発生しエッチングを開始すると同時に、処理チャンバに
設けた検出窓を通してプラズマからの光を検出し、検出
した光を分光して特定波長の発光強度をモニタしている
と、発光強度のレベルは、エッチング開始と同時に上昇
し、被エッチング膜が残っている間は高いレベルで安定
し、エッチングが進んで被エッチング膜がなくなってく
ると急激に低下し始め、オーバーエッチング状態になる
と低いレベルで安定する（図７参照）。このように、発
光強度のレベルがエッチングの進行状態に応じて変化す
るため、この発光強度の変化に基づいて、オーバーエッ
チングしないようにエッチング処理のエンドポイントを
決めることができる。また、プラズマＣＶＤの場合に
は、エッチングガスを装置内部に導入してプラズマクリ
ーニングが定期的に行われる。このクリーニング処理中
に処理チャンバに設けた検出窓からプラズマからの光を
検出し、検出した光を分光して特定波長の発光強度をモ
ニタしていると、発光強度は、上記したエッチング処理
時と同じ挙動を示す。従って、この場合も、発光強度の
変化に基づいて、クリーニングのエンドポイントを決め
ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、処理
中のプラズマの発光強度に基づく処理のエンドポイント
の検出は、プラズマを利用して処理を行うプラズマ応用
機器では多く用いられており、プラズマの発光強度の検
出は、処理チャンバに検出窓を設けることにより行われ
る。しかし、上記した検出窓から処理チャンバ内のプラ
ズマの発光強度を検出する方法には、装置を長期間繰り
返し使用していると、様々な要因で検出窓が曇ってきて
しまい、発光強度の検出レベルが低下してしまうという
問題点がある（図８参照）。このように、発光強度の検
出レベルが低下すると、発光強度の変化量も小さくなっ
てしまうため、正確なエンドポイントを検出できなくな
り、オーバーエッチング等の原因となり、不良品が多発
してしまうので問題である。また、このようなオーバー
エッチングによる不良品の多発を防止するために検出窓
を定期的にクリーニングする必要があるが、プラズマ応
用機器はクリーニングのために装置を一度開放しなけれ
ばならないため一度のクリーニングに相当の日数を必要
とするため、クリーニングの回数が多いと全体の処理効
率が著しく低下してしまうという問題も生じる。本発明
は、上記した従来の問題点を解決し、検出窓の曇りの影
響を最低限に抑えてエンドポイントが正確に検出できる
ようにしたプラズマ応用機器におけるエンドポイント検
出方法を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るプラズマ応用機器におけるエッチ
ングポイント検出方法は、処理中にプラズマから発生す
る光を処理チャンバに設けた検出窓から検出し、検出し
た光の発光強度レベルに基づいて処理のエンドポイント
を検出するプラズマ応用機器におけるエンドポイント検
出方法において、予めプラズマ応用処理の開始から終了
までの発光強度レベルをサンプリングし、該サンプリン
グした発光強度レベルを基準値として設定し、量産時に
測定した発光強度レベルを前記サンプリングした基準値
に基づいて、検出窓の曇りに伴なう発光強度レベルの測
定値の低下を補うように測定した発光強度レベルを補正
することを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係るプラズマ応用機器におけるエンドポイント検出方
法の一実施例を説明していく。

【０００６】図１は、本発明に係るプラズマ応用機器に
おけるエンドポイント検出方法を適用したプラズマエッ
チング装置の概略ブロック図である。図中、符号１は、
プラズマエッチング装置の処理チャンバであり、この処
理チャンバ１には検出窓２が設けられており、この検出
窓２の外側には光ファイバ４の入射受光部が設けられ、
モノクロメータ５へプラズマから発生する光を誘導す
る。そして、モノクロメータ５で特定波長の光のみが取
り出され、光検出センサ３にて選択された光量が電気量
に変換され、その情報が制御装置６に送られる。制御装
置６は、入力した特定波長の光の発光強度レベルをモニ
タし、該発光強度レベルの変化に基づいて処理のエンド
ポイントを決定し、エッチングコントローラ７にエンド
ポイント信号を出力する。尚、検出窓２の曇り状態によ
って発光強度レベルは変化するが、それに伴ないモノク
ロメータからの特定波長の発光強度レベルも変化し、制
御装置６は、予め設定した補正係数に基づいて窓の曇り
状態による発光強度レベルの変化を補正しながらエンド
ポイントを決定していく。

【０００７】以下に制御装置６の構造について説明して
いく。制御装置６は、光検出センサ３からの電圧入力信
号に対し、バイアス及びゲインを働かせるバイアス・ゲ
イン変換回路６ａと、バイアス・ゲイン変換回路６ａか
らのアナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器６ｂ
と、Ａ／Ｄ変換器６ｂからの入力信号に基づいて光の発
光強度レベルをモニタし、エンドポイントを決定する分
析装置６ｃと、分析装置６ｃからの信号に基づいて外部
のエッチングコントローラ７を制御する制御回路６ｄ
と、光強度レベルの波長等を表示するモニタ６ｅとを備
えている。

【０００８】前記制御装置６は、予め窓の曇りのない状
態でサンプリングを行い、その結果に基づいて量産時に
最適な設定及び補正係数を決定し、実際の測定時に窓の
曇りを補うよう測定値を補正する。以下に、サンプリン
グ処理について説明する。始めに、窓の曇りのない状態
でエッチング処理を行い、その時の発光強度レベルの波
形をサンプリングし、バイアスＢ１及びゲインＧ１の初
期値を設定する。サンプリングした波形を図２に示す。
バイアス初期値Ｂ１は、サンプリング時のバックグラウ
ンドレベルをそのまま設定する。また、バイアス及びゲ
インは出力電圧と次式（１）の関係で表せるので、バイ
アス初期値Ｂ１の決定後、ゲイン初期値Ｇ１は最適な出
力電圧が得られるように設定する。 （Ｖｍａｘ−Ｂ）×Ｇ＝出力電圧 （１） 尚、上述した最適な出力電圧とは、Ａ／Ｄ変換器の入力
電圧範囲によって異なるため、例えばＡ／Ｄ変換器の入
力電圧範囲が０〜１０Ｖであるならば、Ａ／Ｄ変換器の
分解能を最大限に利用するために、最大発光強度レベル
信号を８〜９Ｖで取り込むようにゲイン初期値Ｇ１を決
定することが好ましい。以下の説明では、便宜上、最大
発光強度レベル信号を８Ｖで取り込んだとして説明して
いく。また、サンプリング時の入力信号は、１ｍｓｅｃ
毎に入力されるが、１０００個のデータの平均を、１ｓ
ｅｃ毎の秒信号として生成し入力する。この秒信号にノ
イズが相当含まれている場合には、一連の秒信号に対し
て移動平均処理を施し平滑化し、実用上支障のない有意
信号とした後、出力値とするのが好ましい。移動平均処
理を行う時間（Ｔｆｉｌｔｅｒ）に関しては、現時点か
らＸｓｅｃ（所定時間）前として設定され、その間の秒
信号を平均化することで行われる。上記処理の後、サン
プリングした波形及びバイアス初期値Ｂ１及びゲイン初
期値Ｇ１を適当な記憶手段に記憶させておく。次いで、
サンプリングしたデータに基づいて、該制御装置が適用
されるプラズマ応用機器に適した設定、即ち、量産時の
測定に最適な設定を決めていく。始めに、前記記憶され
たサンプリング波形（図２参照）及びゲイン初期値Ｇ１
を再度読み込み、その一連のデータをゲイン初期値Ｇ１
で除し、即ち、ゲイン１倍に換算し、サンプリング波形
を表示し、グラフに基づいてエンドポイントの決定に必
要なエンドポイント決定エリアを設定する（図３参
照）。そして、設定したエンドポイント決定エリアにお
ける最適な測定用ゲインＧ２及び測定用バイアスＢ２を
次式（２）及び（３）に基づいて決定する。 Ｇ２＝（Ｖｍａｘ１−Ｖｍｉｎ１）／（Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２）（２） Ｂ２＝Ｖｍｉｎ２−Ｖｍｉｎ１／Ｇ２ （３） 上式中、Ｖｍａｘ１及びＶｍｉｎ１は、サンプリングし
た波形全体の最大電圧及び最小電圧を示しており、Ｖｍ
ａｘ２及びＶｍｉｎ２は設定したエンドポイント決定エ
リアにおける最大電圧及び最小電圧を示している。尚、
図示実施例では、先に説明したように、出力電圧が８Ｖ
になるようにゲイン初期値Ｇ１を選択しているため、Ｖ
ｍａｘ１＝８Ｖであり、また、Ｖｍｉｎ１は１Ｖとなっ
ている。よって式（２）及び（３）は、次式（４）及び
（５）のようになる。 Ｇ２＝（８−１）／（Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２） （４） Ｂ２＝Ｖｍｉｎ２−１／Ｇ２ （５） 即ち、図３におけるＶｍａｘが８Ｖ、Ｖｍｉｎが１Ｖに
対応するようにＧ２及びＢ２が算出されるわけである。
この算出に関し任意にＧ２及びＢ２を決定したい場合に
は、手動で設定することも可能であり、状況に応じて自
動又は手動のどちらでも可能である。また、量産時もサ
ンプリング時同様に測定時の入力信号は、１ｍｓｅｃ毎
に入力されるが、１０００個のデータの平均を１ｓｅｃ
毎の秒信号として生成し、この秒信号にノイズが相当含
まれている場合には、一連の秒信号に対し移動平均処理
を施して平滑化し、実用上支障のない有意信号とした後
に出力値とすることが好ましいことはいうまでもなく、
移動平均処理もサンプリング時と同様の手段で行われ
る。測定用ゲインＧ２及び測定用バイアスＢ２を決定し
た後、これらの値を用いてモニタ６ｅでサンプル波長が
再表示される（図４）。次に、再表示したサンプル波長
に基づいてエンドポイントの判定基準の設定を行う。こ
の判定基準は、サンプル波長の信号レベルに基づく判定
基準、微分信号レベルに基づく判定基準、微分レベルの
ピーク点に基づく判定基準の３つの基準の何れかに基づ
いて決められる。次いで判定を無視する時間Ｔｉｎｉｔ
を決定する。発光強度レベルは、エッチング処理開始と
同時に上昇し、エッチング処理中は高いレベルで安定す
るが、エッチング処理の開始初期はレベルの変動が大き
く安定しない。従って、発光強度レベルが不安定な時間
Ｔｉｎｉｔを設定し、エッチングコントローラからエッ
チング開始信号が入力されても、Ｔｉｎｉｔの間は判定
を行わないようにする（図５）。最後にエッチング処理
開始後、判定無視時間Ｔｉｎｉｔが経過した後、適当な
時間、適当な数の電圧値を測定し、その平均値Ｖｓａｍ
ｐを算出し、この平均値Ｖｓａｍｐと先に設定した測定
用ゲインＧ２及び測定用バイアスＢ２を用いて次式
（６）から表示値Ｖｉｎｉｔを算出し、この値を窓が曇
っていないときの基準値とする。 Ｖｉｎｉｔ＝Ｇ２×（Ｖｓａｍｐ−Ｂ２） （６） 但し、式（６）は、移動平均処理を施さないＴｆｉｌｔ
ｅｒが１の時を示す。上記した全ての処理が終了した
後、各設定値を適当な記憶手段に記憶させてサンプリン
グ処理を終了する。制御装置は、上記した各設定値を一
つのグループとして複数グループの設定値を記憶するこ
とができるように構成され得る。これにより、複数の機
器に対応可能になり、機器の変更や処理対象物の変更等
にも適宜対応可能になる。

【０００９】次いで、上記したサンプリング処理で設定
した各種設定値を用いた量産時の測定及び補正方法につ
いて説明していく。量産開始前に、制御装置は予め前記
設定値を記憶手段から読み出しておく。エッチング処理
の開始は、制御装置側から行ってもよく、エッチングコ
ントローラ側から行ってもよいが、エッチングコントロ
ーラ側でエッチング処理の開始を制御する場合には、制
御装置はエッチングコントローラからのエッチング処理
開始信号を入力するまで待機することになる。エッチン
グ処理が開始してから判定無視時間Ｔｉｎｉｔが経過し
た後、分析装置６ｃで適当な時間（例えば３秒間）、適
当な数（例えば、１秒毎に合計３個）の電圧値を測定
し、その平均値Ｖｍｓ３を算出する。そして、測定結果
の平均値Ｖｍｓ３から前記式（６）に従って次式（７）
の表示値Ｖｍｓｉｎｉｔを算出する。 Ｖｍｓｉｎｉｔ＝Ｇ２×（Ｖｍｓ３−Ｂ２） （７） 次いで、サンプル時に獲得した表示値Ｖｉｎｉｔと、測
定時の表示値Ｖｍｓｉｎｉｔを用いて次式（８）に従っ
て補正係数αが算出される。 α＝Ｖｉｎｉｔ／Ｖｍｓｉｎｉｔ （８） そして、補正係数αを用いて測定用ゲインＧ２の値を次
式（９）に従って補正し補正ゲインＧ３を獲得する。 Ｇ３＝Ｇ２／（１／α）＝Ｇ２α （９） そして、その表示値Ｖｍｓｃｍｐは、測定値Ｖｍｓ、補
正ゲインＧ３を用いて次式（１０）に従って算出され
る。 Ｖｍｓｃｍｐ＝Ｇ３×（Ｖｍｓ−Ｂ２） （１０） このように、窓に曇りが生じた場合でも窓に曇りがない
時に得た基準値に基づいてゲインを補正することによ
り、図６に示すように窓に曇りがない時と同等の表示値
を得ることができ、エンドポイントの判定も、この補正
後の表示値に基づいて行うので、窓に曇りがない時と同
等の判定精度を得ることが可能になる。制御装置は、エ
ンドポイントを検出すると制御回路を介してエンドポイ
ント信号をエッチングコントローラに送り、エッチング
コントローラは、このエンドポイント信号に基づいて、
基板に高電圧を印加するのを停止したり、エッチングガ
スの供給を停止したりする等してエッチング処理を停止
する。図６は、モニタに表示される量産時の波形であ
り、制御装置は、判定無視時間中のデータは赤で、補正
ゲインＧ３獲得中のデータは白で、補正ゲインＧ３に基
づく測定中のデータは黄色で、エンドポイント検出〜オ
ーバーエッチングまでの波形を紫で、測定後の波形を水
色で、さらに、波形を微分した微分信号は緑色でモニタ
に表示するように構成されており、これにより、使用者
に現在の処理状態を一目で確認できるようにしている。

【００１０】尚、上記した実施例ではバイアス・ゲイン
変換回路６ａ、Ａ／Ｄ変換器６ｂ、分析装置６ｃ、制御
回路６ｄ及びモニタ６ｅを全て含めて制御装置６として
説明しているが、これらは必ずしも一体の構成でなくて
もよいことは勿論であり、好ましくは、分析装置６ｃ及
びモニタ６ｅは別体のパーソナルコンピュータで構成さ
れ得る。この場合、上記した分析装置６ｃにおける各処
理は適当なソフトウェアで実現され得る。以上説明した
実施例では、一つのチャンバの制御のみについて説明し
ているが、これは本実施例に限定されることなく、例え
ば、光検出手段やバイアス・ゲイン変換回路等を複数設
けて複数チャンネルで制御を行うことができるように構
成してもよいことは勿論である。また、上記した実施例
ではプラズマ応用装置としてエッチング処理装置を例に
挙げて説明しているが、これは本実施例に限定されるこ
となく、プラズマを利用した装置で、かつ、処理中のプ
ラズマの発光強度に基づいて処理の終点（エンドポイン
ト）を決定することができる装置であれば任意の装置で
よく、例えば、プラズマＣＶＤ装置におけるクリーニン
グ処理装置に適用してもよく、また、反応性スパッタリ
ング装置に適用してもよい。さらに、上記した実施例で
は、バイアス・ゲイン変換回路及びＡ／Ｄ変換器から得
られた電圧信号を分析装置で補正するように構成されて
いるが、分析装置で得られた補正係数を用いてＡ／Ｄ変
換器自体の電圧増幅レベルを上げるように構成してもよ
い。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るプラズ
マ応用機器におけるエンドポイント検出方法は、処理中
にプラズマから発生する光を処理チャンバに設けた検出
窓から検出し、検出した光の発光強度レベルに基づいて
処理のエンドポイントを検出するプラズマ応用機器にお
けるエンドポイント検出方法において、予めプラズマ応
用処理の開始から終了までの発光強度レベルをサンプリ
ングし、該サンプリングした発光強度レベルを基準値と
して設定し、量産時に測定した発光強度レベルを前記サ
ンプリングした基準値に基づいて、検出窓の曇りに伴な
う発光強度レベルの測定値の低下を補うように測定した
発光強度レベルを補正するので、長期間の使用に伴なう
検出窓の曇りの影響を最低限に抑えてエンドポイントが
正確に検出できるようになり、また、これにより、検出
窓のクリーニングや交換のために装置を停止させる期間
を長くすることができるので処理効率が著しく向上する
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るプラズマ応用機器におけるエン
ドポイント検出方法を適用したプラズマエッチング装置
の概略ブロック図である。

【図２】 サンプリングした発光強度レベルの波形を示
す図である。

【図３】 サンプリング波形にエンドポイント決定エリ
アを設定した状態を示す図である。

【図４】 測定用ゲインＧ２及び測定用バイアスＢ２及
びＴｆｉｌｔｅｒを用いて再表示したサンプル波形を示
す図である。

【図５】 判定無視時間ＴｉｎｉｔとＶｉｎｉｔの関係
を示す図である。

【図６】 モニタに表示される量産時の発光強度レベル
の波形である。

【図７】 プラズマエッチング処理における発光強度レ
ベルの波形を示す図である。

【図８】 窓の汚れに伴ない検出レベルが低下したプラ
ズマエッチング処理における発光強度レベルの波形を示
す図である。

【符号の説明】

１ 処理チャンバ ２ 検出窓 ３ 光検出センサ ４ 光ファイバ ５ モノクロメータ ６ 制御装置 ６ａ バイアス・ゲイン変換回路 ６ｂ Ａ／Ｄ変換器 ６ｃ 分析装置 ６ｄ 制御回路 ６ｅ モニタ ７ エッチングコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山形 貴裕 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 株式会社 アルバック内 (72)発明者 山口 理 静岡県裾野市須山1220−14 株式会社アル バック富士裾野工場内 (72)発明者 石橋 哲 静岡県裾野市須山1220−14 株式会社アル バック富士裾野工場内 (72)発明者 長船 孝行 東京都江戸川区北葛西４丁目13番４号 愛 宕物産株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA16 CB09 CB15

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理中にプラズマから発生する光を処理チ
   ャンバに設けた検出窓から検出し、検出した光の発光強
   度レベルに基づいて処理のエンドポイントを検出するプ
   ラズマ応用機器におけるエンドポイント検出方法におい
   て、 予めプラズマ応用処理の開始から終了までの発光強度レ
   ベルをサンプリングし、該サンプリングした発光強度レ
   ベルを基準値として設定し、 機器の動作時に測定した発光強度レベルを前記サンプリ
   ングした基準値に基づいて、検出窓の曇りに伴なう発光
   強度レベルの測定値の低下を補うように測定した発光強
   度レベルを補正することを特徴とするプラズマ応用機器
   におけるエンドポイント検出方法。
2. 【請求項２】前記発光強度レベルを、検出窓から得られ
   る検出信号にゲイン及びバイアスを付与して算出するよ
   うにし、 サンプリング時の発光強度レベルを機器の動作時に測定
   した発光強度レベルで除算した値（α）を補正係数と
   し、 該補正係数を検出信号に付与するゲインに乗算すること
   で動作時に測定した発光強度レベルを補正するようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ応用機器
   におけるエンドポイント検出方法。
3. 【請求項３】前記補正係数を、プラズマ応用処理の開始
   時から一定時間内にサンプリングした発光強度レベルと
   一定時間内に測定した発光強度レベルとに基づいて決定
   することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ応用機
   器におけるエンドポイント検出方法。
4. 【請求項４】検出窓から得られる検出信号を電圧増幅器
   で増幅して発光強度レベルを得るようにし、 サンプリング時の発光強度レベルと機器の動作時に測定
   した発光強度レベルとに基づいて検出窓の曇りに伴なう
   発光強度レベルの測定値の低下を補うように前記電圧増
   幅器における増幅率を補正することを特徴とする請求項
   １に記載のプラズマ応用機器におけるエンドポイント検
   出方法。