JP4042208B2 - プラズマ処理方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ中における活性種からの特定波長光の、プラズマ励起と同期した発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況が監視されつつ、その発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理が終了されるようにしたプラズマ処理方法と装置、更には、プラズマ処理室内で被処理体がプラズマ処理されるようにしたプラズマ処理装置本体に対し、プラズマ処理の進行状況が常時監視、監視制御されるべく、着脱自在に付加されるようにしたプラズマ処理監視装置、プラズマ処理監視制御装置それぞれに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理はエッチング装置を始めとして、半導体製造工程や液晶表示装置用基板製造工程等に広く適用されているが、図１３に従来技術に係るプラズマエッチング装置の一例での構成を示す。図示のように、このエッチング装置では、高周波電源６からの高電圧が、処理室１内に互いに平行に配置された上部電極２・下部電極３間に印加されることによって、それら電極２，３間での放電によりエッチング用ガスからはプラズマ４が発生された上、その活性種により被処理体としての半導体ウェハ７がエッチング処理されたものとなっている。そのエッチング処理に際しては、エッチング処理の進行状況が監視された上、処理終点検出によりそのエッチング処理がより正確に終了せしめられることによって、半導体ウェハ７上には所望のパターン形状が所望の深さとして形成されているものである。
【０００３】
ところで、エッチング処理の終点検出方法としては、これまでに、分光分析や質量分析等の手法が知られており、これら手法のうちでも、特に特開平７−３２１０９４号公報に示されているように、終点検出上での構成簡単にして、しかも高感度な分光分析が広く終点検出手法として採用されているのが実情である。具体的にその終点検出手法では、エッチング用ガス、その分解生成物、または反応生成物等のラジカルやイオン等の活性種のうちから特定の活性種が選択された上、その活性種の発光スペクトル強度が測定されたものとなっている。
【０００４】
ここで、従来技術に係るプラズマエッチング装置について具体的に説明すれば、図１３に示すように、エッチング処理中のプラズマ４からのプラズマ発光は石英窓５を介し結像レンズ等の光学系８により光ファイバ９の入射端面に結像された上、更に、その光ファイバ９を介し分光器（モノクロメータ等）１０に入射せしめられるものとなっている。この分光器１０により活性種の特定発光スペクトルの波長成分のみが選択的に抽出され得るものである。抽出された発光スペクトルは光電変換素子１１から発光強度信号として検出された後、アナログ伝送線路１２を介しＡ／Ｄ変換器１４でディジタルデータに変換された上、終点判定ユニット１５で所定に処理されているものである。具体的に、終点判定ユニット１５では、平滑化処理等が行われた上、図１４に示すように、検出された発光強度波形５０１が時間変化として監視されているものである。発光強度波形５０１が大きく変化した時点でのその発光強度やその１次微分値、あるいは２次微分値等が事前設定閾値Ｓと比較されることにより、エッチング処理上での終点時間位置Ｅが決定された場合には、制御信号ライン１６を介し高周波電源６から電極２，３間への高電圧の印加が停止されているものである。
【０００５】
因みに、分光器１０にて選択される特定発光スペクトルの波長成分について補足説明すれば、その波長成分はエッチング用ガスや被処理体の種類により、複数発光スペクトルの波長成分のうちから適当に選択されるものとなっている。例えばＣＦ等のフルオロカーボン系のエッチング用ガスを用いシリコン酸化膜がエッチング処理される場合を想定すれば、この場合には、その反応生成物としてのＣＯからの発光スペクトル（波長が２１９ｎｍ、４８３．５ｎｍ等）、または中間生成物としてのＣＦからの発光スペクトル（波長が２６０ｎｍ等）が選択されるものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、構成簡単にしてエッチング処理上での終点時間位置が検出されているにしても、半導体回路パターンの微細化に伴いエッチングされるべき部分での総面積が小さくなり、反応生成物の絶対量が低下してしまう結果として、もはや、終点時間位置は正確に検出され得ないものとなっているのが現状である。これは、図１４に発光強度波形（点線表示）５０２として示すように、発光強度自体の低下に加え、終点時間位置前後での発光強度の変化分が大幅に低下していることから、終点時間位置を正確に検出することは容易ではないからである。特にプラズマ発光全体に揺らぎが生じた場合や、外乱により信号にドリフトが生じた場合には、終点時間位置の検出はほぼ不可能となっている。また、プラズマ中での活性種の発光はプラズマの励起と同期した発光波形として得られる筈であるが、これまでにあっては、プラズマ励起周波数に比し帯域の狭い光電変換素子および信号処理系による低速処理検出であるため、発光波形は平滑化された直流成分として専ら検出されており、この結果、発光波形中に含まれている、エッチング反応と無関係な発光成分も同時に検出されてしまい、これがＳ／Ｎの１低下要因として挙げられたものとなっている。
【０００７】
本発明の第１の目的は、エッチング反応と無関係な発光成分の影響を排除し、しかも外乱（プラズマ変動や信号ドリフト等）による影響が軽減されつつ、被処理体が安定、かつ高精度にプラズマ処理され得るプラズマ処理方法を供するにある。
本発明の第２の目的は、構成簡単にして、エッチング反応と無関係な発光成分の影響を排除し、しかも外乱（プラズマ変動や信号ドリフト等）による影響が軽減されつつ、被処理体を安定、かつ高精度にプラズマ処理し得るプラズマ処理装置を供するにある。
本発明の第３の目的は、プラズマ処理装置本体で行われているプラズマ処理の進行状況を常時監視すべく、そのプラズマ処理装置本体に対し着脱自在に付加された状態で、プラズマ処理の進行状況を高精度に監視し得るプラズマ処理監視装置を供するにある。
本発明の第４の目的は、プラズマ処理装置本体で行われているプラズマ処理の進行状況を常時監視制御すべく、そのプラズマ処理装置本体に対し着脱自在に付加された状態で、プラズマ処理の進行状況を高精度に監視制御し得るプラズマ処理監視制御装置を供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的は、基本的には、被処理体がプラズマ処理されつつ、プラズマ中における活性種からの特定波長光の発光強度が光電変換により発光強度信号として検出されている状態で、該発光強度信号からプラズマ励起と同期した発光波形を検出した上、該発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況が監視されつつ、上記発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了せしめることで達成される。
【０００９】
上記第２の目的は、基本的には、プラズマ処理装置本体に対し、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視しつつ、該発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了すべく制御するプラズマ処理監視制御手段とが一体的に具備せしめられることで達成される。
【００１０】
上記第３の目的は、基本的には、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視するプラズマ処理監視手段とから少なくとも構成することで達成される。
【００１１】
上記第４の目的は、基本的には、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視しつつ、該発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了すべく制御するプラズマ処理監視制御手段とから少なくとも構成することで達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態をプラズマエッチング装置を例に採り、図１から図１２により説明する。
先ず第１の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置として説明すれば、図１はその全体構成を示したものである。図示のように、本実施形態でのものは平行平板形プラズマエッチング装置とされた上、高周波電源６からの高周波電圧が、処理室１内に互いに平行に配置された上部電極２・下部電極３間に印加されることによって、それら電極２，３間での放電によりエッチング用ガスからはプラズマ４が発生された上、その活性種により被処理体としての半導体ウェハ７がエッチング処理されたものとなっている。そのエッチング処理に際しては、その処理の進行状況が常時監視制御されるべく、エッチング処理中のプラズマ４からのプラズマ発光は石英窓５を介し結像レンズ等の光学系８により光ファイバ９の入射端面に結像された上、更に、その光ファイバ９を介し分光器（モノクロメータや干渉フィルタ等）１０に入射せしめられるものとなっている。この分光器１０により活性種の特定発光スペクトルの波長成分のみが選択的に抽出され得るものである。その後、分光器１０により抽出された発光スペクトルは光電変換素子１１から発光強度信号として検出されるが、その際、光電変換素子１１として高周波電源６の電源周波数以上の帯域を有するものが用いられる場合には、光電変換素子１１からの発光強度信号は、図２に示す如くの波形状態として得られるものである。図示のように、高周波電源６の電源周波数の周期をＴとした場合、これと同期した発光波形１００が得られていることが判る。一方、参照信号発生器１７ではプラズマ４の励起周波数（高周波電源６の電源周波数に同一）が誘導結合により参照信号として検出された上、これがサンプリング信号としてＡ／Ｄ変換器１８に入力せしめられたものとなっている。ここで、そのＡ／Ｄ変換器１８でのＡ／Ｄ変換動作について詳細に説明すれば以下のようである。
【００１３】
即ち、高周波電源６はその電源周波数が一般に数百ｋＨz 〜数十ＭＨz に跨がっていることから、発光波形１００をそのままＡ／Ｄ変換してその発光波形１００を再現性良好な状態として得るためには、サンプリング周波数は数ＧＨz に設定された状態としてＡ／Ｄ変換が行われる必要があるが、現用のＡ／Ｄ変換器一般の上限Ａ／Ｄ変換速度からすれば、そのようなＡ／Ｄ変換が現実的ではないことは明らかである。そこで、参照信号発生器１７からの参照信号を直接サンプリング周波数としては用いず、その周波数のＮ／（Ｎ＋１）倍したものをＡ／Ｄ変換器１８へのサンプリング周波数として使用しようというものである。サンプリング周波数がそのように設定される場合は、図２にサンプリング点１０１，１０２，１０３，...として示すように、発光波形１００はその１周期毎に僅かに異なる位相を以てサンプリングされることになるものである（このようなサンプリング方法をアンダーサンプリングと称す）。したがって、図３に検出波形２００として示すように、Ｎ回に亘るサンプリングで初めて１周期分の発光波形１００が検出され得るものである。その際に、Ｎが例えば１００以上の十分大きな値として設定される場合には、正確に発光波形１００が再現され得るものである。また、もしも、その際に高周波電源６の電源周波数が不安定である場合は、Ｎ回に亘るサンプリングが更に複数回行われた上、その平均値を検出波形２００とすれば、より安定化された状態として検出波形２００が得られるものである。
【００１４】
図３に示す検出波形２００からも判るように、Ａ／Ｄ変換器１８ではアナログ発光波形１００がディジタル波形データが順次検出されているわけであるが、順次検出されているディジタル波形データはディジタル伝送線１２ｂを介し終点判定ユニット１５に伝送された上、検出波形２００として所定に処理されているものである。ここで、終点判定ユニット１５での処理を図４（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ、説明すれば以下のようである。
【００１５】
即ち、図４（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれエッチング処理中での特定波長光の発光波形６０１、エッチング処理終了時点（終点時間位置）以降での特定波長光の発光波形６０２が示されており、何れも高周波電源６によるプラズマ励起周期Ｔに同期した波形として得られているが、エッチング処理終了時点前後での顕著な変化としては、特定位相での振幅の大きな変化として観察されるものとなっている。これにより、例えばエッチング反応に依存した発光強度上でのエッチング処理中のピーク値Ｉs を事前設定ピーク値Ｉe （既知）と比較することで、終点時間位置に達したか否かの判定が行えるものである。終点時間位置に達したと判定された場合には、終点判定ユニット１５からは、制御信号ライン１６を介しエッチャ本体にその旨が通知されるが、これにより高周波電源６からの高周波電圧の印加が停止されることで、一連のエッチング処理は終了されているものである。以上からも判るように、エッチング反応に直接係る発光波形自体の時間変化が捉えられ、エッチング反応と無関係な発光成分の影響が排除された状態としてエッチング反応の進行状況が監視された上、終点時間位置に達したか否かの判定が行われていることから、被処理パターンの微細化やプラズマ変動、信号ドリフト等の外乱による影響が軽減された状態として、プラズマ処理の進行状況が常時安定に、かつ高精度に監視され得るばかりか、その監視結果としてプラズマ処理の終了が高精度に制御され得るものである。
【００１６】
以上、第１の実施形態について説明したが、次に、第２の実施形態について図５から図７により説明すれば、図５に第２の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示す。本実施形態での処理としては、Ａ／Ｄ変換器１８によるＡ／Ｄ変換処理までは、以上の第１の実施形態でのものと同様である。本実施形態では活性種の発光ライフタイムが考慮されている点で、処理上、第１の実施形態と区別されたものとなっている。このように、活性種の発光ライフタイムが考慮されているのは、Ａ／Ｄ変換器１８において、第１の実施形態と同様にして活性種の発光スペクトルの発光波形が検出されている場合に、もしも、高周波電源６の電源周波数が数ＭＨz 以上とも大きくなれば、その電源周波数の周期Ｔやそれに同期する発光波形の１周期も数百ｎｓ程度となり、したがって、活性種の発光ライフタイム（数ｎｓ〜数百ｎｓ）による発光波形の形状に及ぼす影響が無視し得なくなるからである。図６（Ａ），（Ｂ）にそのような状態での発光波形を示す。図６（Ａ）に示すように、エッチング処理中での特定波長光の発光波形７０１は既述の発光波形６０１に比し、全体として波形の振幅が小さく、したがって、エッチング反応に同期した波形成分が顕現化された状態として出現していないことが判る。これは、エッチング反応によって発生した活性種の発光ライフタイムがプラズマ励起周波数の周期Ｔに比し無視し得ない程に長くなり、活性種の発光の減衰分が振幅に重畳されるからである。そこで、発光波形７０１からエッチング反応に同期した成分のみを検出すべく、図５に示すように、終点判定ユニット１５前段に配置されている波形補正器１９により、活性種の発光ライフタイムによる発光波形の形状に及ぼす影響を補正しようというものである。即ち、Ａ／Ｄ変換器１８からの発光波形は活性種の発光ライフタイムによる影響により、図７（Ａ）に示す発光波形７０１として観測されるが、例えばこの発光波形７０１と発光の減衰率関数との間でデコンボリューション演算を行うようにすれば、発光ライフタイムによる影響が除去された状態の、図７（Ｂ）に示すデコンボリューション後の発光波形８０１が得られるというものである。その後、波形補正器１９で得られた発光波形８０１は第１の実施形態の場合と同様にして、ピーク値Ｉs を検出の上、事前設定ピーク値と比較するか、あるいはそのピーク値Ｉs 付近のエッチング反応に対応した波形成分領域のみがディジタル信号処理により、図７（Ｃ）に示すエッチング反応成分波形９０１として抽出された上、終点判定ユニット１５に転送されることで、終点判定ユニット１５でエッチング反応の進行状況の監視と、終点時間位置に達したか否かの判定とが行われているものである。第１の実施形態の場合と同様、終点時間位置に達したと判定された場合には、終点判定ユニット１５により高周波電源６からの高周波電圧の印加が停止されることで、一連のエッチング処理は終了されているものである。
【００１７】
更に、第３の実施形態について説明すれば、図８は第３の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示したものである。本実施形態では、第２の実施形態の場合とその装置構成はほぼ同様とされた上、波形補正器１９では発光ライフタイムによる影響が除去されているが、その除去の際に、発光ライフタイムが処理室１内圧力により変化することが考慮されたものとなっている。プラズマ発光は高いエネルギ準位に励起された原子、または分子が低いエネルギ準位に遷移する際に、そのエネルギ差が光として放出されるために発生するが、処理室１内圧力が低い場合（例えば数ｍＴｏｒｒ程度)、励起された原子、または分子が他の原子、または分子と衝突する割合が低くなることから、励起された原子、または分子の実効的な発光ライフタイムが長くなる結果として、発光の減衰による重畳の影響が大きくなるというものである。図９に示すように、例えば処理室（内）圧力が高い場合での発光波形３００はその圧力が低くなるのに伴い、発光波形３０１，３０２として示すように、発光の減衰による影響が大きくなり、発光波形における振幅変化分が小さくなるというものである。一般に発光の減衰率はｔを時間、τeff を実効発光ライフタイムとして、ｅｘｐ（−ｔ／τeff )として表せるため、実効発光ライフタイムτeff を変化させた場合での減衰率曲線は、図１０に示す如くに得られるものとなっている。図１０に示すように、実効発光ライフタイムτeff が短い程、したがって、処理室圧力が高い程に減衰率が大きく、その分、発光の減衰による影響が速やかに収束されることになる。このような事情を考慮の上、予め処理室圧力に応じた発光の減衰率曲線を用意しておき、処理室圧力データライン２０を介して得られる処理室圧力、またはプラズマ処理が施される際での設定圧力を基に減衰率曲線を用い発光波形の補正を行うようにすれば、より高精度に活性種の発光の減衰による重畳の影響が除去され得るものである。図１１にそのような補正処理が考慮された終点判定ユニット１５上での設定画面の例を示す。ユーザは実際に観測される発光波形に対し、発光ライフタイムや高周波電源周波数（ＲＦ周波数）、チャンバ（処理室）圧力が直接に設定入力されるか、あるいは他のシステムが参照されることによって、補正処理用パラメータとして設定されるものとなっている。
【００１８】
最後に、第４の実施形態について図１２を用い説明する。既述のように、分光器１０では特定発光スペクトルの波長成分のみが選択的に抽出されているが、その際に、被処理体にＨが含まれている場合には、Ｈの発光スペクトル（６５６．３ｎｍ）を積極的に選択抽出しようというものである。例えばＣＦ等のフルオロカーボン系のエッチング用ガスを用いシリコン酸化膜がエッチング処理される場合には、その反応生成物であるＣＯからの発光スペクトル（２１９ｎｍ、または４８３．５ｎｍ等）、あるいは中間生成物であるＣＦからの発光スペクトル（２６０ｎｍ等）が抽出・測定されるのが一般的であるが、被処理体にＨが含まれる場合には、それらに代わって、Ｈの発光スペクトル（６５６．３ｎｍ）を選択的に検出しようというものである。これは、ＨはＣＯやＣＦ等に比し発光ライフタイムが短く、発光の減衰による影響が小さいからである。また、その理由に加え、Ｈの発光スペクトル（６５６．３ｎｍ）は紫外領域（４００ｎｍ以下）に比し、堆積物付着による石英窓５での透過率低下が小さく、したがって、検出光量の低下が少ないからである。
【００１９】
その様子を図１２により詳細に説明すれば、既に、これまでにも、石英窓５にエッチング処理による堆積物が付着される場合、プラズマ処理時間が経過するに伴い石英窓５での発光の透過率が低下することが知られているが、図１２はその透過率の低下割合を波長別に一例として示したものである。図示のように、紫外領域での透過率曲線４００と可視域（６５０ｎｍ）での透過率曲線４０１とを比較すると、可視域での透過率は紫外領域に比し低下割合が小さく、プラズマ処理時間が長くなるに従い、透過率に大きな差が生じるものであることが判る。活性種ＣＯの発光スペクトルのうち、４８３．５ｎｍ付近はエッチングガスと同時に用いられるＡｒの発光スペクトルが強く、ＣＯの発光スペクトルとの分離が困難であるため、ＣＯやＣＦの発光スペクトルの検出には２１９ｎｍや２６０ｎｍの紫外領域が用いられる。しかしながら、紫外領域では堆積物による発光検出窓での透過率低下の影響を受け検出光量の低下が大きい。したがって、Ｈの発光スペクトル（６５６．３ｎｍ）を選択するようにすれば、発光の減衰による影響や堆積物による発光検出窓での透過率低下の影響を低減し得、その分、長時間に亘って安定にして、かつ正確に発光波形を検出し得るというものである。因みに、そのように、Ｈの発光スペクトルを選択した上、プラズマ処理の終点時間位置を検出することは、何も本発明によるプラズマ処理装置一般にその適用が限定されなく、既存のエッチチング処理装置や終点時間位置検出にも適用し得るものとなっている。
【００２０】
以上、本発明によるプラズマ処理方法やその装置について説明したが、既存のプラズマ処理装置に本発明によるプラズマ処理方法を適用するには、既存のプラズマ処理装置に対し、プラズマ処理進行状況監視用のプラズマ処理監視装置や、プラズマ処理進行状況監視制御用のプラズマ処理監視制御装置が着脱自在に付加された状態でプラズマ処理されればよいものである。それらプラズマ処理監視装置、プラズマ処理監視制御装置はプラズマ処理装置本体（高周波電源６や処理室１）以外の構成要素（光学系８や分光器１０、光電変換素子１１、参照信号発生器１７、Ａ／Ｄ変換器１８、終点判定ユニット１５）から構成されればよいものである。
【００２１】
ところで、以上の説明では、エッチング装置は平行平板形プラズマエッチング装置とされているが、本発明はこれに限定されことなく、その基本構成からも明らかなように、プラズマ励起、あるいは半導体ウェハへの何等かのエネルギ供給と同期した形で周期的にエッチング反応が進む各種のエッチング装置、例えばマイクロ波エッチング装置等にも適用可能であることは勿論である。また、上記実施形態では、エッチング装置への適用例について説明されているが、プラズマ処理が進行するに従い、発光スペクトル強度が変化するような各種プラズマ処理装置の終点時間位置検出にも適用可能である。更に、被処理体も半導体ウェハに限定されるものではなく、液晶表示装置用基板等、その製造工程においてプラズマ処理が施される様々な素子や材料にも適用され得るものとなっている。何れにしても、本発明による場合には、ホトリソグラフィ工程中のエッチング起因の不良を低減することも可能となり、高品質の半導体素子の製造が可能となる。また、高精度なエッチング処理終点時間位置検出が可能となるので、時間管理のための先行作業の不要化やエッチング工程の生産性向上が図れ、半導体製造ライン全体の自動化も可能となる。更に、高精度にプラズマ処理の進行状況が高精度にモニタリング可とされていることから、例えば被処理体の膜厚等のバラツキを把握し得、エッチングの前行程プロセスへのフィードバックが可能となるため、エッチング工程での生産性がより向上され得るものとなっている。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１〜７各々による場合には、エッチング反応と無関係な発光成分の影響を排除し、しかも外乱（プラズマ変動や信号ドリフト等）による影響が軽減されつつ、被処理体が安定、かつ高精度にプラズマ処理され得るプラズマ処理方法が、また、請求項８〜１３各々による場合は、構成簡単にして、エッチング反応と無関係な発光成分の影響を排除し、しかも外乱（プラズマ変動や信号ドリフト等）による影響が軽減されつつ、被処理体を安定、かつ高精度にプラズマ処理し得るプラズマ処理装置が、更に、請求項１４によれば、プラズマ処理装置本体で行われているプラズマ処理の進行状況を常時監視すべく、そのプラズマ処理装置本体に対し着脱自在に付加された状態で、プラズマ処理の進行状況を高精度に監視し得るプラズマ処理監視装置が、更にまた、請求項１５による場合には、プラズマ処理装置本体で行われているプラズマ処理の進行状況を常時監視制御すべく、そのプラズマ処理装置本体に対し着脱自在に付加された状態で、プラズマ処理の進行状況を高精度に監視制御し得るプラズマ処理監視制御装置がそれぞれ得られたものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示す図
【図２】図２は、特定波長光の発光波形に対するサンプリング方法を説明するための図
【図３】図３は、そのサンプリング方法により特定波長光の発光波形が如何にＡ／Ｄ変換されるかを説明するための図
【図４】図４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれエッチング処理中での特定波長光の発光波形、エッチング処理後でのそれを対比して示す図
【図５】図５は、第２の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示す図
【図６】図６（Ａ），（Ｂ）は、発光ライフタイムによる影響を受けた、それぞれエッチング処理中での特定波長光の発光波形、エッチング処理後でのそれを対比して示す図
【図７】図７（Ａ）〜（Ｃ）は、発光ライフタイムによる影響を除去した上、エッチング反応波形成分を抽出するまでの発光波形に対する処理の流れを説明するための図
【図８】図８は、第３の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示す図
【図９】図９は、処理室圧力の違いによる発光波形の変化を示す図
【図１０】図１０は、実効発光ライフタイムの違いによる発光の減衰率曲線の変化を示す図
【図１１】図１１は、発光ライフタイムによる発光波形補正処理が考慮された終点判定ユニット上での設定画面の例を示す図
【図１２】図１２は、時間経過に伴う発光検出窓での波長の違いによる透過率の低下割合を一例として示す図
【図１３】図１３は、従来技術に係るプラズマエッチング装置の一例での構成を示す図
【図１４】図１４は、単に発光強度の時間変化から、エッチング処理上での終点時間位置が求められる際での不具合を説明するための図
【符号の説明】
１…処理室、４…プラズマ、５…石英窓、６…高周波電源、７…半導体ウェハ、８…光学系、１０…分光器、１１…光電変換器、１７…参照信号発生器、１８…Ａ／Ｄ変換器、１５…終点判定ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ中における活性種からの特定波長光の、プラズマ励起と同期した発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況が監視されつつ、その発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理が終了されるようにしたプラズマ処理方法と装置、更には、プラズマ処理室内で被処理体がプラズマ処理されるようにしたプラズマ処理装置本体に対し、プラズマ処理の進行状況が常時監視、監視制御されるべく、着脱自在に付加されるようにしたプラズマ処理監視装置、プラズマ処理監視制御装置それぞれに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理はエッチング装置を始めとして、半導体製造工程や液晶表示装置用基板製造工程等に広く適用されているが、図１３に従来技術に係るプラズマエッチング装置の一例での構成を示す。図示のように、このエッチング装置では、高周波電源６からの高電圧が、処理室１内に互いに平行に配置された上部電極２・下部電極３間に印加されることによって、それら電極２，３間での放電によりエッチング用ガスからはプラズマ４が発生された上、その活性種により被処理体としての半導体ウェハ７がエッチング処理されたものとなっている。そのエッチング処理に際しては、エッチング処理の進行状況が監視された上、処理終点検出によりそのエッチング処理がより正確に終了せしめられることによって、半導体ウェハ７上には所望のパターン形状が所望の深さとして形成されているものである。
【０００３】
ところで、エッチング処理の終点検出方法としては、これまでに、分光分析や質量分析等の手法が知られており、これら手法のうちでも、特に特開平７−３２１０９４号公報に示されているように、終点検出上での構成簡単にして、しかも高感度な分光分析が広く終点検出手法として採用されているのが実情である。具体的にその終点検出手法では、エッチング用ガス、その分解生成物、または反応生成物等のラジカルやイオン等の活性種のうちから特定の活性種が選択された上、その活性種の発光スペクトル強度が測定されたものとなっている。
【０００４】
ここで、従来技術に係るプラズマエッチング装置について具体的に説明すれば、図１３に示すように、エッチング処理中のプラズマ４からのプラズマ発光は石英窓５を介し結像レンズ等の光学系８により光ファイバ９の入射端面に結像された上、更に、その光ファイバ９を介し分光器（モノクロメータ等）１０に入射せしめられるものとなっている。この分光器１０により活性種の特定発光スペクトルの波長成分のみが選択的に抽出され得るものである。抽出された発光スペクトルは光電変換素子１１から発光強度信号として検出された後、アナログ伝送線路１２を介しＡ／Ｄ変換器１４でディジタルデータに変換された上、終点判定ユニット１５で所定に処理されているものである。具体的に、終点判定ユニット１５では、平滑化処理等が行われた上、図１４に示すように、検出された発光強度波形５０１が時間変化として監視されているものである。発光強度波形５０１が大きく変化した時点でのその発光強度やその１次微分値、あるいは２次微分値等が事前設定閾値Ｓと比較されることにより、エッチング処理上での終点時間位置Ｅが決定された場合には、制御信号ライン１６を介し高周波電源６から電極２，３間への高電圧の印加が停止されているものである。
【０００５】
因みに、分光器１０にて選択される特定発光スペクトルの波長成分について補足説明すれば、その波長成分はエッチング用ガスや被処理体の種類により、複数発光スペクトルの波長成分のうちから適当に選択されるものとなっている。例えばＣＦ等のフルオロカーボン系のエッチング用ガスを用いシリコン酸化膜がエッチング処理される場合を想定すれば、この場合には、その反応生成物としてのＣＯからの発光スペクトル（波長が２１９ｎｍ、４８３．５ｎｍ等）、または中間生成物としてのＣＦからの発光スペクトル（波長が２６０ｎｍ等）が選択されるものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、構成簡単にしてエッチング処理上での終点時間位置が検出されているにしても、半導体回路パターンの微細化に伴いエッチングされるべき部分での総面積が小さくなり、反応生成物の絶対量が低下してしまう結果として、もはや、終点時間位置は正確に検出され得ないものとなっているのが現状である。これは、図１４に発光強度波形（点線表示）５０２として示すように、発光強度自体の低下に加え、終点時間位置前後での発光強度の変化分が大幅に低下していることから、終点時間位置を正確に検出することは容易ではないからである。特にプラズマ発光全体に揺らぎが生じた場合や、外乱により信号にドリフトが生じた場合には、終点時間位置の検出はほぼ不可能となっている。また、プラズマ中での活性種の発光はプラズマの励起と同期した発光波形として得られる筈であるが、これまでにあっては、プラズマ励起周波数に比し帯域の狭い光電変換素子および信号処理系による低速処理検出であるため、発光波形は平滑化された直流成分として専ら検出されており、この結果、発光波形中に含まれている、エッチング反応と無関係な発光成分も同時に検出されてしまい、これがＳ／Ｎの１低下要因として挙げられたものとなっている。
【０００７】
本発明の第１の目的は、エッチング反応と無関係な発光成分の影響を排除し、しかも外乱（プラズマ変動や信号ドリフト等）による影響が軽減されつつ、被処理体が安定、かつ高精度にプラズマ処理され得るプラズマ処理方法を供するにある。
本発明の第２の目的は、構成簡単にして、エッチング反応と無関係な発光成分の影響を排除し、しかも外乱（プラズマ変動や信号ドリフト等）による影響が軽減されつつ、被処理体を安定、かつ高精度にプラズマ処理し得るプラズマ処理装置を供するにある。
本発明の第３の目的は、プラズマ処理装置本体で行われているプラズマ処理の進行状況を常時監視すべく、そのプラズマ処理装置本体に対し着脱自在に付加された状態で、プラズマ処理の進行状況を高精度に監視し得るプラズマ処理監視装置を供するにある。
本発明の第４の目的は、プラズマ処理装置本体で行われているプラズマ処理の進行状況を常時監視制御すべく、そのプラズマ処理装置本体に対し着脱自在に付加された状態で、プラズマ処理の進行状況を高精度に監視制御し得るプラズマ処理監視制御装置を供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的は、基本的には、被処理体がプラズマ処理されつつ、プラズマ中における活性種からの特定波長光の発光強度が光電変換により発光強度信号として検出されている状態で、該発光強度信号からプラズマ励起と同期した発光波形を検出した上、該発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況が監視されつつ、上記発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了せしめることで達成される。
【０００９】
上記第２の目的は、基本的には、プラズマ処理装置本体に対し、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視しつつ、該発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了すべく制御するプラズマ処理監視制御手段とが一体的に具備せしめられることで達成される。
【００１０】
上記第３の目的は、基本的には、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視するプラズマ処理監視手段とから少なくとも構成することで達成される。
【００１１】
上記第４の目的は、基本的には、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視しつつ、該発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了すべく制御するプラズマ処理監視制御手段とから少なくとも構成することで達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態をプラズマエッチング装置を例に採り、図１から図１２により説明する。
先ず第１の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置として説明すれば、図１はその全体構成を示したものである。図示のように、本実施形態でのものは平行平板形プラズマエッチング装置とされた上、高周波電源６からの高周波電圧が、処理室１内に互いに平行に配置された上部電極２・下部電極３間に印加されることによって、それら電極２，３間での放電によりエッチング用ガスからはプラズマ４が発生された上、その活性種により被処理体としての半導体ウェハ７がエッチング処理されたものとなっている。そのエッチング処理に際しては、その処理の進行状況が常時監視制御されるべく、エッチング処理中のプラズマ４からのプラズマ発光は石英窓５を介し結像レンズ等の光学系８により光ファイバ９の入射端面に結像された上、更に、その光ファイバ９を介し分光器（モノクロメータや干渉フィルタ等）１０に入射せしめられるものとなっている。この分光器１０により活性種の特定発光スペクトルの波長成分のみが選択的に抽出され得るものである。その後、分光器１０により抽出された発光スペクトルは光電変換素子１１から発光強度信号として検出されるが、その際、光電変換素子１１として高周波電源６の電源周波数以上の帯域を有するものが用いられる場合には、光電変換素子１１からの発光強度信号は、図２に示す如くの波形状態として得られるものである。図示のように、高周波電源６の電源周波数の周期をＴとした場合、これと同期した発光波形１００が得られていることが判る。一方、参照信号発生器１７ではプラズマ４の励起周波数（高周波電源６の電源周波数に同一）が誘導結合により参照信号として検出された上、これがサンプリング信号としてＡ／Ｄ変換器１８に入力せしめられたものとなっている。ここで、そのＡ／Ｄ変換器１８でのＡ／Ｄ変換動作について詳細に説明すれば以下のようである。
【００１３】
即ち、高周波電源６はその電源周波数が一般に数百ｋＨz 〜数十ＭＨz に跨がっていることから、発光波形１００をそのままＡ／Ｄ変換してその発光波形１００を再現性良好な状態として得るためには、サンプリング周波数は数ＧＨz に設定された状態としてＡ／Ｄ変換が行われる必要があるが、現用のＡ／Ｄ変換器一般の上限Ａ／Ｄ変換速度からすれば、そのようなＡ／Ｄ変換が現実的ではないことは明らかである。そこで、参照信号発生器１７からの参照信号を直接サンプリング周波数としては用いず、その周波数のＮ／（Ｎ＋１）倍したものをＡ／Ｄ変換器１８へのサンプリング周波数として使用しようというものである。サンプリング周波数がそのように設定される場合は、図２にサンプリング点１０１，１０２，１０３，...として示すように、発光波形１００はその１周期毎に僅かに異なる位相を以てサンプリングされることになるものである（このようなサンプリング方法をアンダーサンプリングと称す）。したがって、図３に検出波形２００として示すように、Ｎ回に亘るサンプリングで初めて１周期分の発光波形１００が検出され得るものである。その際に、Ｎが例えば１００以上の十分大きな値として設定される場合には、正確に発光波形１００が再現され得るものである。また、もしも、その際に高周波電源６の電源周波数が不安定である場合は、Ｎ回に亘るサンプリングが更に複数回行われた上、その平均値を検出波形２００とすれば、より安定化された状態として検出波形２００が得られるものである。
【００１４】
図３に示す検出波形２００からも判るように、Ａ／Ｄ変換器１８ではアナログ発光波形１００がディジタル波形データが順次検出されているわけであるが、順次検出されているディジタル波形データはディジタル伝送線１２ｂを介し終点判定ユニット１５に伝送された上、検出波形２００として所定に処理されているものである。ここで、終点判定ユニット１５での処理を図４（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ、説明すれば以下のようである。
【００１５】
即ち、図４（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれエッチング処理中での特定波長光の発光波形６０１、エッチング処理終了時点（終点時間位置）以降での特定波長光の発光波形６０２が示されており、何れも高周波電源６によるプラズマ励起周期Ｔに同期した波形として得られているが、エッチング処理終了時点前後での顕著な変化としては、特定位相での振幅の大きな変化として観察されるものとなっている。これにより、例えばエッチング反応に依存した発光強度上でのエッチング処理中のピーク値Ｉs を事前設定ピーク値Ｉe （既知）と比較することで、終点時間位置に達したか否かの判定が行えるものである。終点時間位置に達したと判定された場合には、終点判定ユニット１５からは、制御信号ライン１６を介しエッチャ本体にその旨が通知されるが、これにより高周波電源６からの高周波電圧の印加が停止されることで、一連のエッチング処理は終了されているものである。以上からも判るように、エッチング反応に直接係る発光波形自体の時間変化が捉えられ、エッチング反応と無関係な発光成分の影響が排除された状態としてエッチング反応の進行状況が監視された上、終点時間位置に達したか否かの判定が行われていることから、被処理パターンの微細化やプラズマ変動、信号ドリフト等の外乱による影響が軽減された状態として、プラズマ処理の進行状況が常時安定に、かつ高精度に監視され得るばかりか、その監視結果としてプラズマ処理の終了が高精度に制御され得るものである。
【００１６】
以上、第１の実施形態について説明したが、次に、第２の実施形態について図５から図７により説明すれば、図５に第２の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示す。本実施形態での処理としては、Ａ／Ｄ変換器１８によるＡ／Ｄ変換処理までは、以上の第１の実施形態でのものと同様である。本実施形態では活性種の発光ライフタイムが考慮されている点で、処理上、第１の実施形態と区別されたものとなっている。このように、活性種の発光ライフタイムが考慮されているのは、Ａ／Ｄ変換器１８において、第１の実施形態と同様にして活性種の発光スペクトルの発光波形が検出されている場合に、もしも、高周波電源６の電源周波数が数ＭＨz 以上とも大きくなれば、その電源周波数の周期Ｔやそれに同期する発光波形の１周期も数百ｎｓ程度となり、したがって、活性種の発光ライフタイム（数ｎｓ〜数百ｎｓ）による発光波形の形状に及ぼす影響が無視し得なくなるからである。図６（Ａ），（Ｂ）にそのような状態での発光波形を示す。図６（Ａ）に示すように、エッチング処理中での特定波長光の発光波形７０１は既述の発光波形６０１に比し、全体として波形の振幅が小さく、したがって、エッチング反応に同期した波形成分が顕現化された状態として出現していないことが判る。これは、エッチング反応によって発生した活性種の発光ライフタイムがプラズマ励起周波数の周期Ｔに比し無視し得ない程に長くなり、活性種の発光の減衰分が振幅に重畳されるからである。そこで、発光波形７０１からエッチング反応に同期した成分のみを検出すべく、図５に示すように、終点判定ユニット１５前段に配置されている波形補正器１９により、活性種の発光ライフタイムによる発光波形の形状に及ぼす影響を補正しようというものである。即ち、Ａ／Ｄ変換器１８からの発光波形は活性種の発光ライフタイムによる影響により、図７（Ａ）に示す発光波形７０１として観測されるが、例えばこの発光波形７０１と発光の減衰率関数との間でデコンボリューション演算を行うようにすれば、発光ライフタイムによる影響が除去された状態の、図７（Ｂ）に示すデコンボリューション後の発光波形８０１が得られるというものである。その後、波形補正器１９で得られた発光波形８０１は第１の実施形態の場合と同様にして、ピーク値Ｉs を検出の上、事前設定ピーク値と比較するか、あるいはそのピーク値Ｉs 付近のエッチング反応に対応した波形成分領域のみがディジタル信号処理により、図７（Ｃ）に示すエッチング反応成分波形９０１として抽出された上、終点判定ユニット１５に転送されることで、終点判定ユニット１５でエッチング反応の進行状況の監視と、終点時間位置に達したか否かの判定とが行われているものである。第１の実施形態の場合と同様、終点時間位置に達したと判定された場合には、終点判定ユニット１５により高周波電源６からの高周波電圧の印加が停止されることで、一連のエッチング処理は終了されているものである。
【００１７】
更に、第３の実施形態について説明すれば、図８は第３の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示したものである。本実施形態では、第２の実施形態の場合とその装置構成はほぼ同様とされた上、波形補正器１９では発光ライフタイムによる影響が除去されているが、その除去の際に、発光ライフタイムが処理室１内圧力により変化することが考慮されたものとなっている。プラズマ発光は高いエネルギ準位に励起された原子、または分子が低いエネルギ準位に遷移する際に、そのエネルギ差が光として放出されるために発生するが、処理室１内圧力が低い場合（例えば数ｍＴｏｒｒ程度)、励起された原子、または分子が他の原子、または分子と衝突する割合が低くなることから、励起された原子、または分子の実効的な発光ライフタイムが長くなる結果として、発光の減衰による重畳の影響が大きくなるというものである。図９に示すように、例えば処理室（内）圧力が高い場合での発光波形３００はその圧力が低くなるのに伴い、発光波形３０１，３０２として示すように、発光の減衰による影響が大きくなり、発光波形における振幅変化分が小さくなるというものである。一般に発光の減衰率はｔを時間、τeff を実効発光ライフタイムとして、ｅｘｐ（−ｔ／τeff )として表せるため、実効発光ライフタイムτeff を変化させた場合での減衰率曲線は、図１０に示す如くに得られるものとなっている。図１０に示すように、実効発光ライフタイムτeff が短い程、したがって、処理室圧力が高い程に減衰率が大きく、その分、発光の減衰による影響が速やかに収束されることになる。このような事情を考慮の上、予め処理室圧力に応じた発光の減衰率曲線を用意しておき、処理室圧力データライン２０を介して得られる処理室圧力、またはプラズマ処理が施される際での設定圧力を基に減衰率曲線を用い発光波形の補正を行うようにすれば、より高精度に活性種の発光の減衰による重畳の影響が除去され得るものである。図１１にそのような補正処理が考慮された終点判定ユニット１５上での設定画面の例を示す。ユーザは実際に観測される発光波形に対し、発光ライフタイムや高周波電源周波数（ＲＦ周波数）、チャンバ（処理室）圧力が直接に設定入力されるか、あるいは他のシステムが参照されることによって、補正処理用パラメータとして設定されるものとなっている。
【００１８】
最後に、第４の実施形態について図１２を用い説明する。既述のように、分光器１０では特定発光スペクトルの波長成分のみが選択的に抽出されているが、その際に、被処理体にＨが含まれている場合には、Ｈの発光スペクトル（６５６．３ｎｍ）を積極的に選択抽出しようというものである。例えばＣＦ等のフルオロカーボン系のエッチング用ガスを用いシリコン酸化膜がエッチング処理される場合には、その反応生成物であるＣＯからの発光スペクトル（２１９ｎｍ、または４８３．５ｎｍ等）、あるいは中間生成物であるＣＦからの発光スペクトル（２６０ｎｍ等）が抽出・測定されるのが一般的であるが、被処理体にＨが含まれる場合には、それらに代わって、Ｈの発光スペクトル（６５６．３ｎｍ）を選択的に検出しようというものである。これは、ＨはＣＯやＣＦ等に比し発光ライフタイムが短く、発光の減衰による影響が小さいからである。また、その理由に加え、Ｈの発光スペクトル（６５６．３ｎｍ）は紫外領域（４００ｎｍ以下）に比し、堆積物付着による石英窓５での透過率低下が小さく、したがって、検出光量の低下が少ないからである。
【００１９】
その様子を図１２により詳細に説明すれば、既に、これまでにも、石英窓５にエッチング処理による堆積物が付着される場合、プラズマ処理時間が経過するに伴い石英窓５での発光の透過率が低下することが知られているが、図１２はその透過率の低下割合を波長別に一例として示したものである。図示のように、紫外領域での透過率曲線４００と可視域（６５０ｎｍ）での透過率曲線４０１とを比較すると、可視域での透過率は紫外領域に比し低下割合が小さく、プラズマ処理時間が長くなるに従い、透過率に大きな差が生じるものであることが判る。活性種ＣＯの発光スペクトルのうち、４８３．５ｎｍ付近はエッチングガスと同時に用いられるＡｒの発光スペクトルが強く、ＣＯの発光スペクトルとの分離が困難であるため、ＣＯやＣＦの発光スペクトルの検出には２１９ｎｍや２６０ｎｍの紫外領域が用いられる。しかしながら、紫外領域では堆積物による発光検出窓での透過率低下の影響を受け検出光量の低下が大きい。したがって、Ｈの発光スペクトル（６５６．３ｎｍ）を選択するようにすれば、発光の減衰による影響や堆積物による発光検出窓での透過率低下の影響を低減し得、その分、長時間に亘って安定にして、かつ正確に発光波形を検出し得るというものである。因みに、そのように、Ｈの発光スペクトルを選択した上、プラズマ処理の終点時間位置を検出することは、何も本発明によるプラズマ処理装置一般にその適用が限定されなく、既存のエッチチング処理装置や終点時間位置検出にも適用し得るものとなっている。
【００２０】
以上、本発明によるプラズマ処理方法やその装置について説明したが、既存のプラズマ処理装置に本発明によるプラズマ処理方法を適用するには、既存のプラズマ処理装置に対し、プラズマ処理進行状況監視用のプラズマ処理監視装置や、プラズマ処理進行状況監視制御用のプラズマ処理監視制御装置が着脱自在に付加された状態でプラズマ処理されればよいものである。それらプラズマ処理監視装置、プラズマ処理監視制御装置はプラズマ処理装置本体（高周波電源６や処理室１）以外の構成要素（光学系８や分光器１０、光電変換素子１１、参照信号発生器１７、Ａ／Ｄ変換器１８、終点判定ユニット１５）から構成されればよいものである。
【００２１】
ところで、以上の説明では、エッチング装置は平行平板形プラズマエッチング装置とされているが、本発明はこれに限定されことなく、その基本構成からも明らかなように、プラズマ励起、あるいは半導体ウェハへの何等かのエネルギ供給と同期した形で周期的にエッチング反応が進む各種のエッチング装置、例えばマイクロ波エッチング装置等にも適用可能であることは勿論である。また、上記実施形態では、エッチング装置への適用例について説明されているが、プラズマ処理が進行するに従い、発光スペクトル強度が変化するような各種プラズマ処理装置の終点時間位置検出にも適用可能である。更に、被処理体も半導体ウェハに限定されるものではなく、液晶表示装置用基板等、その製造工程においてプラズマ処理が施される様々な素子や材料にも適用され得るものとなっている。何れにしても、本発明による場合には、ホトリソグラフィ工程中のエッチング起因の不良を低減することも可能となり、高品質の半導体素子の製造が可能となる。また、高精度なエッチング処理終点時間位置検出が可能となるので、時間管理のための先行作業の不要化やエッチング工程の生産性向上が図れ、半導体製造ライン全体の自動化も可能となる。更に、高精度にプラズマ処理の進行状況が高精度にモニタリング可とされていることから、例えば被処理体の膜厚等のバラツキを把握し得、エッチングの前行程プロセスへのフィードバックが可能となるため、エッチング工程での生産性がより向上され得るものとなっている。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１〜７各々による場合には、エッチング反応と無関係な発光成分の影響を排除し、しかも外乱（プラズマ変動や信号ドリフト等）による影響が軽減されつつ、被処理体が安定、かつ高精度にプラズマ処理され得るプラズマ処理方法が、また、請求項８〜１３各々による場合は、構成簡単にして、エッチング反応と無関係な発光成分の影響を排除し、しかも外乱（プラズマ変動や信号ドリフト等）による影響が軽減されつつ、被処理体を安定、かつ高精度にプラズマ処理し得るプラズマ処理装置が、更に、請求項１４によれば、プラズマ処理装置本体で行われているプラズマ処理の進行状況を常時監視すべく、そのプラズマ処理装置本体に対し着脱自在に付加された状態で、プラズマ処理の進行状況を高精度に監視し得るプラズマ処理監視装置が、更にまた、請求項１５による場合には、プラズマ処理装置本体で行われているプラズマ処理の進行状況を常時監視制御すべく、そのプラズマ処理装置本体に対し着脱自在に付加された状態で、プラズマ処理の進行状況を高精度に監視制御し得るプラズマ処理監視制御装置がそれぞれ得られたものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示す図
【図２】図２は、特定波長光の発光波形に対するサンプリング方法を説明するための図
【図３】図３は、そのサンプリング方法により特定波長光の発光波形が如何にＡ／Ｄ変換されるかを説明するための図
【図４】図４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれエッチング処理中での特定波長光の発光波形、エッチング処理後でのそれを対比して示す図
【図５】図５は、第２の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示す図
【図６】図６（Ａ），（Ｂ）は、発光ライフタイムによる影響を受けた、それぞれエッチング処理中での特定波長光の発光波形、エッチング処理後でのそれを対比して示す図
【図７】図７（Ａ）〜（Ｃ）は、発光ライフタイムによる影響を除去した上、エッチング反応波形成分を抽出するまでの発光波形に対する処理の流れを説明するための図
【図８】図８は、第３の実施形態での本発明によるプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置としてその全体構成を示す図
【図９】図９は、処理室圧力の違いによる発光波形の変化を示す図
【図１０】図１０は、実効発光ライフタイムの違いによる発光の減衰率曲線の変化を示す図
【図１１】図１１は、発光ライフタイムによる発光波形補正処理が考慮された終点判定ユニット上での設定画面の例を示す図
【図１２】図１２は、時間経過に伴う発光検出窓での波長の違いによる透過率の低下割合を一例として示す図
【図１３】図１３は、従来技術に係るプラズマエッチング装置の一例での構成を示す図
【図１４】図１４は、単に発光強度の時間変化から、エッチング処理上での終点時間位置が求められる際での不具合を説明するための図
【符号の説明】
１…処理室、４…プラズマ、５…石英窓、６…高周波電源、７…半導体ウェハ、８…光学系、１０…分光器、１１…光電変換器、１７…参照信号発生器、１８…Ａ／Ｄ変換器、１５…終点判定ユニット
Claims (8)
- 被処理体がプラズマ処理されつつ、プラズマ中における活性種からの特定波長光の発光強度が光電変換により発光強度信号として検出されている状態で、該発光強度信号から検出された、プラズマ励起と同期した発光波形は上記特定波長光の発光ライフタイムにより補正された後、プラズマ処理反応に同期した発光波形成分が抽出された上、抽出された発光波形成分の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況が監視されつつ、該発光波形成分が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理が終了されるようにしたプラズマ処理方法。
- 被処理体がプラズマ処理されつつ、プラズマ中における活性種からの特定波長光の発光強度が光電変換により発光強度信号として検出されている状態で、該発光強度信号から検出された、プラズマ励起と同期した発光波形は上記特定波長光の発光ライフタイムをパラメータとするデコンボリューション処理により補正された後、プラズマ処理反応に同期した発光波形成分が抽出された上、抽出された発光波形成分の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況が監視されつつ、該発光波形成分が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理が終了されるようにしたプラズマ処理方法。
- 被処理体がプラズマ処理されつつ、プラズマ中における活性種からの特定波長光の発光強度が光電変換により発光強度信号として検出されている状態で、該発光強度信号から検出された、プラズマ励起と同期した発光波形は上記特定波長光の発光ライフタイムにより決定される発光減衰率曲線により補正された後、プラズマ処理反応に同期した発光波形成分が抽出された上、抽出された発光波形成分の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況が監視されつつ、該発光波形成分が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理が終了されるようにしたプラズマ処理方法。
- プラズマ処理室内で被処理体がプラズマ処理されつつ、プラズマ中における活性種からの特定波長光の発光強度が光電変換により発光強度信号として検出されている状態で、該発光強度信号から検出された、プラズマ励起と同期した発光波形は、プラズマ処理室内圧力に応じて決定された、上記特定波長光の発光ライフタイムをパラメータとするデコンボリューション処理により補正された後、プラズマ処理反応に同期した発光波形成分が抽出された上、抽出された発光波形成分の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況が監視されつつ、該発光波形成分が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理が終了されるようにしたプラズマ処理方法。
- プラズマ処理室内で被処理体がプラズマ処理されるようにしたプラズマ処理装置であって、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形を上記特定波長光の発光ライフタイムにより補正する発光波形補正手段と、該発光波形補正手段からの補正済発光波形からプラズマ処理反応に同期した発光波形成分を抽出する反応同期成分抽出手段と、該反応同期成分抽出手段からの反応同期発光波形成分の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視しつつ、該発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了すべく制御するプラズマ処理監視制御手段とが具備されてなるプラズマ処理装置。
- プラズマ処理室内で被処理体がプラズマ処理されるようにしたプラズマ処理装置であって、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形を、上記特定波長光の発光ライフタイムをパラメータとするデコンボリューション処理により補正する発光波形補正手段と、該発光波形補正手段からの補正済発光波形からプラズマ処理反応に同期した発光波形成分を抽出する反応同期成分抽出手段と、該反応同期成分抽出手段からの反応同期発光波形成分の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視しつつ、該発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了すべく制御するプラズマ処理監視制御手段とが具備されてなるプラズマ処理装置。
- プラズマ処理室内で被処理体がプラズマ処理されるようにしたプラズマ処理装置であって、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形を、上記特定波長光の発光ライフタイムにより決定される発光減衰率曲線により補正する発光波形補正手段と、該発光波形補正手段からの補正済発光波形からプラズマ処理反応に同期した発光波形成分を抽出する反応同期成分抽出手段と、該反応同期成分抽出手段からの反応同期発光波形成分の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視しつつ、該発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了すべく制御するプラズマ処理監視制御手段とが具備されてなるプラズマ処理装置。
- プラズマ処理室内で被処理体がプラズマ処理されるようにしたプラズマ処理装置であって、プラズマ中における活性種からの特定波長光のみをプラズマ処理室外部で選択的に検出する光学系と、該光学系からの検出特定波長光を発光強度信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段からの発光強度信号を、プラズマ励起と同期した発光波形として検出すべく、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からの、プラズマ励起と同期した発光波形を、プラズマ処理室内圧力に応じて決定された、上記特定波長光の発光ライフタイムをパラメータとするデコンボリューション処理により補正する発光波形補正手段と、該発光波形補正手段からの補正済発光波形からプラズマ処理反応に同期した発光波形成分を抽出する反応同期成分抽出手段と、該反応同期成分抽出手段からの反応同期発光波形成分の時間変化にもとづきプラズマ処理の進行状況を監視しつつ、該発光波形が特定波形状態に変化したことを以て、被処理体に対するプラズマ処理を終了すべく制御するプラズマ処理監視制御手段とが具備されてなるプラズマ処理装置。
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