JP2005077325A - 発光スペクトルの起因物質特定支援装置及び支援方法 - Google Patents

発光スペクトルの起因物質特定支援装置及び支援方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
プラズマからの発光スペクトルをもとにその起因質を特定することのできる発光スペクトルの起因物質特定支援装置及び支援方法を提供する。
【解決手段】
処理チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す際に発生するプラズマの発光スペクトルをもとに前記処理チャンバ内に存在する物質を特定する発光スペクトルの起因物質特定支援装置であって、前記発光スペクトルの波長データ、処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名を入力する入力装置３０と、発光スペクトルと該発光スペクトルの起因物質名を登録した原子・分子波長テーブルを格納した原子・分子特定データベース６０と、入力したスペクトルの波長データ並びに処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名をもとに前記データベースを参照して発光スペクトルの起因物質の候補を特定し、特定した候補をその寄与率の順に表示する原子・分子特定部５０を備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、発光スペクトルの起因物質特定支援装置及び方法にかかり、特に、処理チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す際に発生するプラズマの発光スペクトルをもとに前記処理チャンバ内に存在する物質を特定する発光スペクトルの起因物質特定支援装置及び支援方法に関する。
特許文献１には、コンピュータの対話型機能を利用して、発光分光学（ＯＥＳ）データなどプラズマ内の気体種を表すプラズマデータの分析を行うこと、及びこれによりプラズマ中に含まれる気体とその存在確率を出力することが示されている。また、プラズマ内に存在することが分かっている気体を用いてＯＥＳデータを較正することも示されている。
特開平８−６２１４１号公報
しかしながら、前記発光分光学（ＯＥＳ）データ等のプラズマからの発光スペクトルをもとにその起因質を特定するにはかなりの困難を伴う。すなわち、検出したスペクトルには常にノイズ成分を伴う。また、ＯＥＳ測定装置の感度には限界がある。更に、スペクトルの一つの波長（ピーク）に対応する原子あるいは分子（原子・分子と略称）は一つとは限らず、また、一つの原子等の発光スペクトルが示すピークは一つとは限らないからである。
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、プラズマからの発光スペクトルをもとにその起因質を容易に特定することのできる発光スペクトルの起因物質特定支援装置及び支援方法を提供する。
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
処理チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す際に発生するプラズマの発光スペクトルをもとに前記処理チャンバ内に存在する物質を特定する発光スペクトルの起因物質特定支援装置であって、前記発光スペクトルの波長データ、処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名を入力する入力装置と、
発光スペクトルと該発光スペクトルの起因物質名を登録した原子・分子波長テーブルを格納した原子・分子特定データベースと、入力したスペクトルの波長データ並びに処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名をもとに前記データベースを参照して発光スペクトルの起因物質の候補を特定し、特定した候補をその寄与率の順に表示する原子・分子特定部を備えた。
本発明は、以上の構成を備えるため、プラズマからの発光スペクトルをもとにその起因質を容易に特定することのできる発光スペクトルの起因物質特定支援装置及び支援方法を提供することができる。
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の発光スペクトルの起因物質特定支援装置をプラズマエッチング装置に適用した例を説明する図である。プラズマエッチング装置１は、処理チャンバ(処理室)２、処理チャンバ２内に処理ガスを供給するガス供給手段７、排気バルブ８、処理ガスを排気すると共に処理チャンバ内の圧力を設定値に制御するガス排気手段９を備える。さらに、処理チャンバ２内には処理対象である試料６を支持する試料台５及び処理チャンバ内にプラズマを生成するためのプラズマ生成手段３を備える。
プラズマ生成手段３は、電磁波を生成するマグネトロン、生成した電磁波を処理チャンバ２内に供給する電磁波供給手段、処理チャンバ２内に電界を発生させるアンテナ、磁場を発生させる電磁コイルを有する。また、試料台５には、図示しない高周波電源からの高周波電圧を印加することにより、前記プラズマにより生成されたイオン等の反応生成物を試料側に誘引することができる。
また、プラズマエッチング装置１は、プラズマ光を受光し、受光したプラズマ光を分光して分光スペクトルデータを生成する分光器１２、分光スペクトルデータを収集し、解析するデータ収集・解析手段１４、解析結果を表示する表示手段１６を備える。なお、プラズマエッチング装置１内のプラズマ光は、プラズマ測定用窓１０を介して取り出し、光ファイバ１１を介して分光器１２に伝送する。また、前記分光スペクトルデータ１５はデータ転送路１３を介してデータ収集・解析手段１４に伝送する。
図２は、分光器により生成した分光スペクトルの例を説明する図である。例えば、原子Ａは、図２（ａ）に示すように、ピーク値の異なる複数のピーク（図の例では７個）を有する。
図２（ｂ）は、前記分光スペクトルの波長軸を拡大した例を示す図である。この例では、原子Ａの発光スペクトル中に原子Ｂの発光スペクトルが埋もれることになる。また、原子Ｂの発光スペクトルの中に原子Ｃの発光スペクトルが埋もれることになる。この場合にはスペクトル２３を観察するのみではスペクトル２４，２５の存在を検知することは不可能であり、このため、原子Ａ，Ｂ，Ｃ何れが存在するかを判定することはできない。
図２（ｃ）は、前記分光スペクトルの波長軸を拡大した例を示す図である。この例では、それぞれ波長の異なる原子Ａ，Ｂ，Ｃの発光スペクトルが全体として一つの原子の発光スペクトル２８のように認識される場合が存在する。この場合には前記発光スペクトル２８を検出するのみでは、原子Ａ，Ｂ，Ｃ何れが存在するかを判定することはできない。
図３は、データ収集・解析手段の処理を説明する図である。図において、３０は入力画面であり、データ収集・解析に先立って入力画面３０を表示手段１６に表示する。操作者はこの画面に所定の情報を入力し、あるいは複数の選択肢から選択して入力することができる。３１は選択波長であり、例えば、前記スペクトル中の所定のピークを選択して入力する。３２は分光器１２の分解能、３３は分光器の波長のずれ精度、３４は発光スペクトルデータ、３５はプラズマ構成材料であり、プラズマを構成する材料として推定される材料（エッチングガス、被エッチング材料、チャンバ構成材料）を入力する。３６は使用するエッチングガス、３７は被エッチング材料、２８はチャンバ構成材料である。
５０は選択波長、発光スペクトルデータ及びプラズマ構成材料等をもとにプラズマ中に存在する原子・分子を特定する原子・分子特定部（特定方法は後述）、６０は原子・分子特定データベースであり、原子・分子特定部５０が原子・分子を特定する際に利用する。
４０は出力画面であり、データ収集・解析の結果を高寄与率順に表示する高寄与率リスト４１及び低寄与率の順に表示する低寄与率リスト４２を備える。すなわち、ここでは例えプラズマ中に存在する可能性が低い原子・分子であっても低寄与率リストとして表示する。これにより思いもよらない原子・分子が含まれている場合に、それを見逃すことを防止することができる。
図４は、原子・分子特定データベースに格納したテーブル内容を説明する図であり、図４（ａ）は原子・分子の波長テーブルであり、原子・分子６３とその原子・分子の波長データ６２、及び原子・分子を構成する元素名６４を登録する。
図４（ｂ）は結合エネルギテーブルであり、例えばプラズマ構成材料である各元素６６，６７の組み合わせ毎に元素間の結合エネルギ６８を登録する。なお、プラズマ中に存在する元素・分子はそれらの間の結合エネルギの大きい元素・分子の方が、それらの間の結合エネルギの小さい元素・分子よりも存在する可能性が高い。
図５は、表示手段１６に表示する出力画面４０の他の例を説明する図である。この例では、データ収集・解析手段により取得した発光スペクトルデータ４３をグラフ表示する。次いで、操作者は発光スペクトルデータ４３の特定のピーク、例えば７２をポインティングデバイス等を用いて指摘する。このとき原子・分子特定部は前記入力画面３０からの選択波長データ入力に代えて、前記スペクトルデータのピーク７２を読み込むことが可能である。この場合も図３の例と同様に、発光スペクトルデータ４３に特定のピーク７２を有する原子・分子として、原子１，原子２、分子１，原子３を高寄与率順に表示することができる。また、原子Ａ、原子Ｂ、分子Ａ、原子Ｃを低寄与率順に表示することができる。
図６は、分光器１２により取得したスペクトルデータを示す図である。図において図６（ａ）はプラズマエッチング装置１が正常な場合のスペクトル、図６（ｂ）はプラズマエッチング装置に異常が発生した場合のスペクトル、図６（ｃ）は正常時と異常時のスペクトルの差を示す。
図７は、図６に示すプラズマエッチング装置が正常な場合のスペクトル、及びプラズマエッチング装置に異常が発生した場合のスペクトルに対応する処理チャンバ内壁の状態を説明する図である。ここで、図７（ａ）はプラズマエッチング装置が正常な場合を示す。図に示すように処理チャンバ２内壁はＡｌＯ３で被覆されており、プラズマ照射によるＡｌの放出量は僅かである。図７（ｂ）はプラズマエッチング装置が異常な場合を示す。図に示すように処理チャンバ２内壁を被覆するＡｌＯ３はその一部が剥離されており、プラズマ照射により多量のＡｌが放出される。このＡｌの放出の可能性を表すスペクトルは図６（ｂ）のピーク８２として表示される。
また、図６（ｃ）に示す正常時と異常時のスペクトルの差のスペクトルを参照することにより、異常時に生成した、あるいは急増した原子・分子特定することができる。
図８は、図６に示すプラズマエッチング装置が正常な場合のスペクトル、及びプラズマエッチング装置に異常が発生した場合のスペクトルに対応する処理チャンバ内部構成材料の状態を説明する図である。ここで、図８（ａ）はプラズマエッチング装置が正常な場合を示す。図に示すように、処理チャンバ内に配置したＳｉＯ２板はチャンバ内に存在するＦと反応して少量のＳｉＦを生成し、生成したＳｉＦをチャンバ内に放出する。図８（ｂ）はプラズマエッチング装置が異常な場合を示す。この場合は図に示すように処理チャンバ内に配置したＳｉＯ２板表面は粗面となる。この場合は、ＳｉＯ２板はチャンバ内に存在するＦとの反応が促進されて多量のＳｉＦｘを生成し、生成したＳｉＦｘをチャンバ内に放出する。このＳｉＦｘの放出の可能性を表すスペクトルは図６（ｂ）のピークと同様にして表示される。
また、図６（ｃ）に示す正常時と異常時のスペクトルの差と同様のスペクトルの差を参照することにより、異常時に生成した、あるいは急増した原子・分子特定することができる。
図９は、データ収集・解析手段１４による処理を説明する図である。まず、ステップ２０１において、発光スペクトルデータのうち一つのピークであるとして取り込むべき入力波長領域（有効波長幅を含む）を決定する。有効波長幅は分光器の分解能３２と分光器波長ずれ量の和として計算することができる。例えば、分光器の分解能が±２ｎｍ，分光器の波長ずれ量が±１ｎｍの場合、有効波長幅は±３ｎｍとなる。このとき選択波長を５００ｎｍと設定した場合には、入力波長領域として、５００ｎｍ±３ｎｍ、すなわち４９７〜５０３ｎｍの範囲を決定する。なお、前述のように入力波長領域は前記スペクトル中の所定のピークをポインティングデバイス等で選択して入力することができる。また、この際、スペクトル中から複数のピークを選択し、この複数のピークをもつ原子・分子を抽出することにより原子・分子の特定の精度をより高めることができる。
ステップ２０２において、入力波長として決定した４９７〜５０３ｎｍの範囲にピークを有する原子・分子Ｘをデータベース６０から抽出する。これにより、分光器性能に適合した原子・分子を選択することが可能となる。
次に、ステップ２０４において、前記抽出した原子・分子Ｘが図３において入力したプラズマ構成材料であるか否かを判定し、プラズマ構成材料であればステップ２０５に進み、そうでなければステップ２１６に進む。ステップ２０５において、前記抽出した原子・分子Ｘが図３において入力したチャンバ構成材料であるか否かを判定し、チャンバ構成材料であればステップ２０６に進み寄与率を１ステップ減少し、そうでなければステップ２０７に進み、寄与率を１ステップ増加する。すなわち、抽出した原子・分子Ｘがプラズマ構成材料であり、かつチャンバ構造部材を含むものであれば、寄与率を減少させる。また、抽出した原子・分子Ｘがプラズマ構成材料であり、かつチャンバ構造部材を含まない材料（例えばエッチングガス，被エッチング材料）で構成されるものであれば、寄与率を増加する。これは、エッチングガス及び被エッチング材料の方がチャンバ構造部材よりもプラズマ中に放出される可能性が高いためである。
次に、ステップ２０８において、抽出した原子・分子Ｘの結合エネルギが大であるか否かを判定し、結合エネルギが大であれば（通常、化学反応は結合エネルギーの大きな方に向かって起こるため、結合エネルギが大であればプラズマ中に存在する可能性が高い）ステップ２０９に進み寄与率を１ステップ増加し、そうでなければステップ２１０に進み、寄与率を１ステップ減少する。
例えば、抽出した原子・分子Ｘがプラズマ構成材料であった場合、抽出した分子の結合エネルギーが、エッチングガス、被エッチング材料、チャンバ構造部材の結合エネルギーより大であれば、寄与率を増加する。
ステップ２１２において、抽出した原子・分子Ｘが複数の波長ピークを有している場合、において、例えば、原子・分子Ｘが前記入力波長領域として設定した５００ｎｍ±３ｎｍ以外の波長領域にピークを有する場合において、発光スペクトルデータ３４を参照し、そのピークが発光スペクトルデータ３４中に存在する場合は、ステップ２１３に進み寄与率を１ステップ増加し、そうでなければステップ２１４に進み、寄与率を１ステップ減少する。
ステップ２１５において、前記抽出した原子・分子Ｘを寄与率と共に高寄与率リスト４１に出力する。ステップ２１４において、前記抽出した原子・分子Ｘを寄与率と共に低寄与率リスト４２に出力する。
なお、原子・分子特定データベースに、前記設定した入力波長領域に対応する複数の原子・分子が登録されている場合は以上の処理を登録されている原子・分子の数だけ繰り返す。これにより、前記入力波長領域に複数の原子・分子のピークが存在し、これを分光器１２の分解能不足のため、ひとつの波長として観測した場合においてもそれぞれの原子・分子を特定することができる（ステップ２０３）。
以上説明したように、本実施形態によれば、入力波長領域（有効波長幅を含む）を取り込み、その波長領域に対応する原子・分子の種類を出力する。この際、前記原子・分子は複数出力し、可能性の高いものから順に表示する。これにより、操作者の原子・分子の特定を支援することが可能となる。
また、エッチングガス、被エッチング材料及びチャンバ構成材料を入力項目に加えることにより、原子・分子特定の確率を高めることができる。例えば、抽出した原子・分子がプラズマ構成材料であり、かつチャンバ構造部材を含むものであれば、寄与率を減少させ、抽出した原子・分子がプラズマ構成材料であり、かつチャンバ構造部材を含まない材料で構成されるものであれば、寄与率を増加する。これにより原子・分子の特定の精度を高めることができる。
また、結合エネルギの情報（反応の起こり易さを表す）を判定材料に加えることにより原子・分子の特定の精度を高めることができる。
また、プラズマ中には思いもよらない原子・分子が含まれている可能性があるため、可能性の低い原子・分子に関しても出力する。これにより、誤判定を防止することができる。
本発明の発光スペクトルの起因物質特定支援装置をプラズマエッチング装置に適用した例を説明する図である。 分光器により生成した分光スペクトルの例を説明する図である。 データ収集・解析手段の処理を説明する図である。 原子・分子特定データベースに登録したテーブル内容を説明する図である。 表示手段１６に表示する出力画面４０の他の例を説明する図である。 分光器１２により取得したスペクトルデータを示す図である。 処理チャンバ内壁の状態を説明する図である。 処理チャンバ内部構成材料の状態を説明する図である。 データ収集・解析手段による処理を説明する図である。
符号の説明
１ プラズマエッチング装置
２ 処理チャンバ
３ プラズマ生成手段
４ プラズマ
５ 試料台
６ 試料
７ ガス供給手段
８ バルブ
９ ガス排気手段
１０ プラズマ測定用窓
１１ 光ファイバ
１２ 分光器
１３ データ転送手段
１４ データ収集・解析手段
１５ 発光スペクトルデータ
１６ 表示手段
３０ 入力画面
４０ 出力画面
５０ 原子・分子特定部
６０ 原子・分子特定データベース

Claims (7)

  1. 処理チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す際に発生するプラズマの発光スペクトルをもとに前記処理チャンバ内に存在する物質を特定する発光スペクトルの起因物質特定支援装置であって、
    前記発光スペクトルの波長データ、処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名を入力する入力装置と、
    発光スペクトルと該発光スペクトルの起因物質名を登録した原子・分子波長テーブルを格納した原子・分子特定データベースと、
    入力したスペクトルの波長データ並びに処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名をもとに前記データベースを参照して発光スペクトルの起因物質の候補を特定し、特定した候補をその寄与率の順に表示する原子・分子特定部を備えたことを特徴とする発光スペクトルの起因物質特定支援装置。
  2. 処理チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す際に発生するプラズマの発光スペクトルをもとに前記処理チャンバ内に存在する物質を特定する発光スペクトルの起因物質特定支援装置であって、
    前記発光スペクトルの波長データ、処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名を入力する入力装置と、
    発光スペクトルと該発光スペクトルの起因物質名を登録した原子・分子波長テーブル、及び前記起因物質とその結合エネルギを登録した結合エネルギテーブルを格納した原子・分子特定データベースと、
    入力したスペクトルの波長データ並びに処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名をもとに前記データベースを参照して発光スペクトルの起因物質の候補を特定し、特定した候補をその寄与率の順に表示する原子・分子特定部を備えたことを特徴とする発光スペクトルの起因物質特定支援装置。
  3. 処理チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す際に発生するプラズマの発光スペクトルをもとに前記処理チャンバ内に存在する物質を特定する発光スペクトルの起因物質特定支援装置であって、
    前記発光スペクトルの複数の波長データ、処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名を入力する入力装置と、
    発光スペクトルと該発光スペクトルの起因物質名を登録した原子・分子波長テーブルを格納した原子・分子特定データベースと、
    入力したスペクトルの複数の波長データ並びに処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名をもとに前記データベースを参照して発光スペクトルの起因物質の候補を特定し、特定した候補をその寄与率の順に表示する原子・分子特定部を備えたことを特徴とする発光スペクトルの起因物質特定支援装置。
  4. 処理チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す際に発生するプラズマの発光スペクトルをもとに前記処理チャンバ内に存在する物質を特定する発光スペクトルの起因物質特定支援装置であって、
    前記発光スペクトルの複数の波長データ、処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名を入力する入力装置と、
    発光スペクトルと該発光スペクトルの起因物質名を登録した原子・分子波長テーブル、及び前記起因物質とその結合エネルギを登録した結合エネルギテーブルを格納した原子・分子特定データベースと、
    入力したスペクトルの複数の波長データ並びに処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名をもとに前記データベースを参照して発光スペクトルの起因物質の候補を特定し、特定した候補をその寄与率の順に表示する原子・分子特定部を備えたことを特徴とする発光スペクトルの起因物質特定支援装置。
  5. 請求項１記載の発光スペクトルの起因物質特定支援装置において、前記スペクトルの波長データはプラズマ発光を分光する分光器のスペクトルデータのピーク値をもとに入力することを特徴とする発光スペクトルの起因物質特定支援装置。
  6. 請求項１記載の発光スペクトルの起因物質特定支援装置において、入力した各材料名と原子・分子特定データベースに登録した起因物質名が一致するごとに前記寄与率を高く設定することを特徴とする発光スペクトルの起因物質特定支援装置。
  7. 処理チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す際に発生するプラズマの発光スペクトルをもとに前記処理チャンバ内に存在する物質を特定する発光スペクトルの起因物質特定方法であって、
    前記発光スペクトルの波長データ、処理チャンバ内に導入したガス材料名、前記試料の材料名及び処理チャンバを構成する材料名を入力する入力装置と、
    発光スペクトルと該発光スペクトルの起因物質名を登録した原子・分子波長テーブルを格納した原子・分子特定データベースとを備え、
    入力したスペクトルの波長データをもとに前記データベースを参照して発光スペクトルの起因物質の候補を特定し、特定した候補を、入力したガス材料名及び試料の材料名と原子・分子特定データベースに登録した起因物質名が一致するごとに高く設定され、チャンバ構成材料と一致する毎に低く設定される寄与率の順に表示することを特徴とする発光スペクトルの起因物質特定方法。




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