JPH0621013A - プラズマ表面処理の制御方法及びその制御装置 - Google Patents
プラズマ表面処理の制御方法及びその制御装置Info
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Abstract
程で処理することができるプラズマ表面処理の制御方法
及びその制御装置に関し、複数種類の表面処理を単一の
表面処理装置で連続して処理することができるプラズマ
表面処理の制御方法及びその制御装置を提供することに
ある。 【構成】 複数種類の表面処理に際して、各々排出され
る排ガスに含まれる各生成ガスの濃度を光学的に検出
し、この検出された濃度データと基準データとを比較し
て各表面処理を順次制御して処理する。これにより、各
種類の表面処理に適合した処理制御を行うことができる
こととなり、単一の表面処理装置を用いて各種異なる表
面処理を連続的に処理することができる。
Description
法及びその制御装置に関し、特に被処理体に複数種類の
表面処理を連続した工程で処理することができるプラズ
マ表面処理の制御方法及びその制御装置に関するもので
ある。
用いて薄膜の表面処理を行う場合がある。例えばプラズ
マを用いた有機薄膜の灰化除去技術(アッシング)はレ
ジスト除去工程に広く用いられており、またプラズマを
用いたエッチングは、集積回路の微細なパターンをエッ
チングする場合に不可欠の技術となっている。
ジスト材料あるいはエッチング材料、試料温度、プロセ
ス条件などの種々の要因で変化する。ここで、アッシン
グにおいては、正確な時間制御は不要であるが、試料が
必要以上にプラズマに曝されると、照射損傷やコンタミ
等を生じてしまうためアッシングの終点を検出すること
が必要である。またエッチングにおいては、酸化膜など
の不要な部分を除いて不純物層などの下地を露出させる
ものであるため正確にエッチングの終点を検出する必要
がある。
反射光と基板表面の反射光との干渉波の強度がレジスト
の膜厚に対応することを利用し、前記干渉波の強度を測
定してアッシングの終点を検出する方法がある。あるい
は、特開昭56−115536号公報に記述されている
ように、例えばエッチングの終点で発光スペクトルが急
激に変化するのでそれを検出する方法や、蛍光を検出す
る方法、または直接プラズマを目視して測定する方法が
ある。さらには、特開昭56−165327号公報に記
述されているように反応容器内のガス圧力を検出する方
法などが行われていた。またこの様な表面処理を行うに
あたっては、表面処理の状態を監視する必要があるが、
この場合実際に処理を行ってその処理状態に基づいて判
定するか、あるいは上述のような光学的手法やプラズマ
の目視といった方法が用いられている。
マを監視する方法は、分光器などの光学機器を必要とす
るので装置が複雑で、高価であり、その上操作も面倒で
あるという欠点がある。
モノクロメータを使用して発光強度の変化を検出してい
たが、表面処理の対象となる被処理体の膜の種類、例え
ば、Pory−Si、SiN等により検出する光の波長
も異なり、各波長に応じたモノクロメータを設けなけれ
ばならない。さらに、被処理体の処理枚数が多数枚とな
ると、表面処理の終点検出がさらに困難となるという課
題を有することになる。
経験を要するし、人の感覚に頼るので信頼性に欠け、加
えてその間の作業者が拘束されるので不便であるといっ
た欠点がある。そして実際に処理を行って装置の状態を
把握する方法は、被処理体を無駄にしてしまう場合があ
る。さらに反応容器内のガス圧力を検出する方法は真空
ゲージを反応容器に組み込まなければならないので装置
が複雑になるし、プラズマによる劣化のおそれもある。
で、その目的は、装置構成が単純であって操作も簡単で
あり、特に複数種類の表面処理を単一の表面処理装置で
連続して処理することができるプラズマ表面処理の制御
方法及びその制御装置を提供することにある。
原理説明図である。
理の制御方法は、反応容器内の被処理体をプラズマによ
り複数種類の表面処理を行うプラズマ表面処理の制御方
法において、前記複数種類の表面処理のうちの一の表面
処理を行う際に、前記反応容器から排出される排ガスに
含まれる前記表面処理中に生成された生成ガスの濃度を
光学的に検出し、当該検出された生成ガスの濃度デ−タ
を予め設定された前記一の表面処理の基準デ−タと比較
して一の表面処理を制御し、前記一の表面処理が終了し
た後に処理される他の表面処理を行う際に、前記反応容
器から排出される排ガスに含まれる前期表面処理中に生
成された生成ガスの濃度を光学的に検出し、当該検出さ
れた生成ガスの濃度デ−タを予め設定された前記他の表
面処理の基準デ−タと比較して他の表面処理を制御し、
前記複数種類の表面処理を順次行なうものである。
る。
理の制御装置は、被処理体を反応容器内に収納し、当該
反応容器に各種表面処理に反応ガスを供給して高周波電
力によるガス放電で生じるプラズマにより複数種類の表
面処理を行うプラズマ表面処理の制御装置において、前
記反応容器に接続される排気路から排出される排ガスに
光を投射する光源と、前記複数種類の表面処理のうちの
一の表面処理中に生成された排ガスに含まれる生成ガス
により吸収される前記光源から投射される光のうちの一
の特定波長の光のみを透過する一の検出フィルタと、前
記複数種類の表面処理のうち他の表面処理中に生成され
た排ガスに含まれる生成ガスにより吸収された前記光源
から投射される光のうち他の特定波長の光のみを透過す
る他の検出フィルタと、前記光源から投射される光の全
波長帯域を透過する参照フィルタと、前記一の検出フィ
ルタ、他の検出フィルタ、参照フィルタに各々対応して
設けられ、各フィルタから各々透過される各光を各々受
光して各々電気信号として出力する各受光部と、前記各
受光部から各々出力される電気信号に基づいて演算され
た検出データと予め設定された各表面処理の基準データ
とを比較して各表面処理を各々制御する制御部とを備
え、前記制御部の制御に基づいて複数の表面処理を順次
行なうものである。
際して、各々排出される排ガスに含まれる各生成ガスの
濃度を光学的に検出し、当該検出された濃度データと基
準データとを比較して各表面処理を順次制御して処理す
るようにしたので、各種類の表面処理に適合した処理制
御を行うことができることとなり、単一の表面処理装置
を用いて各種異なる表面処理を連続的に処理することが
できる。
体を収納した反応容器から排出される排ガスに光を投射
し、当該排ガスを透過した光を複数の検出フィルタで各
種表面処理で生成される生成ガスに対応する特定波長の
光を各々透過すると共に、前記排ガスに投射される光の
全波長帯域を参照フィルタで透過する。前記検出フィル
タ及び参照フィルタから透過した各光を対応する各受光
部で受光して電気信号として出力し、各電気信号に基づ
いて検出データと予め設定された各表面処理の基準デー
タとを制御部で比較して各表面処理を制御する。従っ
て、各表面処理の処理状態を示す各光を対応して検出で
きることとなり、単一の表面処理装置で各表面処理の工
程を一連の連続した処理で実行する。また、反応容器に
接続される排気路側で排ガスに含まれる生成ガスの濃度
を検出するようにしたので、表面処理装置の構成、例え
ばリアクタ回りの構造を簡略化できる。
る各一実施例を図3ないし図6に基づいて説明する。こ
れら実施例の制御対象となる表面処理装置は単一の装置
で被処理体のウエハボードに対してエッチング処理及び
アッシング処理を行い得るものとする。
4は図3における表面処理装置の詳細構成図、図5、6
は本実施例方法の制御の動作フローチャート、図7は各
表面処理の実験データタイミングチャートを示す。
表面処理の制御装置は、表面処理装置1に接続される排
気路2の排出口側に設けられ、前記排気路2から排出さ
れる排ガスに対して赤外線を投射する光学系3と、この
光学系3から投射された赤外線のうちエッチング処理又
はアッシング処理に関する特性を示す各波長光を切換え
て受光すると共に、基準となる全波長帯域の光を受光
し、各受光された光に対応する電気信号に出力する検出
部4と、この検出部4から出力される電気信号に基づい
て各表面処理の終点を検出制御する制御信号を生成出力
する制御部5とを備える構成である。
0と、この赤外線を平行光として排ガスを介して前記検
出部4側へ均一に投射するコリメートレンズ31とを備
える構成である。
赤外線のうち全波長帯域を透過する参照検出フィルタ4
1と、前記赤外線のうち5.2[μm]の波長帯域のみ
を透過させる第1の検出フィルタ42と、前記赤外線の
うち4.7[μm]の波長帯域のみを透過させる第2の
検出フィルタ43と、前記第1又は第2の各検出フィル
タ42,43をエッチング処理又はアッシング処理に応
じて切換える切換部44と、この切換えられた第1又は
第2の検出フィルタ42,43から透過射出される特定
波長(5.2又は4.7[μm])の光を受光して検出
電気信号を出力する検出受光部46と、前記参照検出フ
ィルタ41から透過射される全波長帯域の光を受光して
参照電気信号を出力する検出受光部45とを備える構成
である。
参照電気信号に基づいて検出データを演算するデータ演
算部51と、予め実験データとして求められたエッチン
グ処理及びアッシング処理の終点を示す基準データが格
納される基準データメモリ52と、この基準データに基
づいて検出データを比較して一致した場合に各処理の終
了を示す制御信号を生成出力する制御演算部53とを備
える構成である。
される排気路2には、並列に接続したメインバルブ21
及びサブバルブ22及び真空ドライポンプ23が前記装
置1側からこの順に設けられている。前記ポンプ23の
排気側には、表面処理例えばアッシングによって生成し
た生成ガス例えば一酸化炭素のガス濃度を監視するため
の、例えば赤外線吸収を利用した前記光学系3及び検出
部4がフレキシブル管24を介して配設されている。
図4を参照しながら説明する。反応容器11は、例えば
石英からなる外筒11aと、この外筒11a内に隙間を
介して同心状に配列された例えば石英からなる内筒11
bとから構成されている。
た4ケ所の各位置にて穴径φ2mmの穴11cが上下方
向に多数形成されており、また当該内筒11bの外周面
を覆うようにエッチングトンネルであるアルミニウムカ
バー12が設けられている。
下端にて、ステンレスなどからなる筒状のマニホールド
13に保持されており、このマニホールド13は図示し
ないベースプレート(基台)された状態で固定されてい
る。前記マニホールド13の下端部の開口部にはステン
レスなどからなる円盤状のキャップ部13aが開閉自在
に設けられると共に、このキャップ部13aの略中心部
には図示を省略する回転機構10(図3参照)により駆
動される回転軸13bが例えば磁気シールにより機密な
状態で挿通されている。この回転軸13bの上端にはタ
ーンテーブル13cが固定され、このターンテーブル1
3cの上面には、石英からなる保温筒13dが設置され
ている。この保温筒13d上には、例えば66枚の半導
体ウエハが各々略水平な状態でかつ互いに所定の間隔例
えば4.76mm間隔で積層して収容する例えば石英か
らなるウエハボード14が搭載されている。このウエハ
ボード14は、キャップ部13aや保温筒13dなどと
一体となって図示しない搬送機構により反応容器5内に
搬入搬出される。
クタ20が気密状態で水平に挿されており、このインジ
ェクタ20の内端側は、L字状に屈曲され、外筒11a
とアルミニウムカバー12との間において上方に向けて
垂直に伸びている。前記インジェクタ20における垂立
した管路部分には、多数のガス流出孔15aが上下方向
に所定の間隔で形成されている。前記インジェクタ20
の外端側には、プラズマ用のガスであるフロン(C
F4 )ガスや酸素ガス(O2 )などの図示しないガスの
供給源が接続されている。
応容器11内の処理ガスを排出して当該反応容器11内
を所定の減圧雰囲気に設定するための排気路2(図3参
照)が接続されている。
囲むように間隔を介して断面形状が円弧状の一対の電極
16,17が配置されており、一方の電極16は高周波
電源6に接続され、他方の電極17は接地されている。
作を、図5、6を参照して制御方法の動作と併せて詳細
に説明する。
ンジェクタ20よりPoly−Si又はSiNのエッチ
ング処理用に必要とされるCF4 、O2 を主成分とする
反応ガスが導入され、メインバルブ21及びサブバルブ
22の調整及び真空ドライポンプ23の吸引により反応
容器11内をエッチング処理に必要とされるガス圧に調
整する(ステップ1−1)。前記検出部4において切換
部44が第1の検出フィルタ42を光源30と検出受光
部46との間に切換えて配設する(ステップ1−2)。
この第1の検出フィルタ42は、エッチング処理中に反
応容器11内で生成される特有な生成ガスにより光源3
0から投射された赤外線のうちの5.2[μm]の光の
みを透過するバンドパスフィルタ、例えば干渉フィルタ
で形成することもできる。
高周波RFを印加し、また回転機構10でウエハボート
14を回転させてエッチング処理を開始する(ステップ
1−3)。このエッチング処理が開始されると、真空ド
ライポンプ23により常時反応容器11内で生成された
排ガスが排気路2を介して排出される。この常時排出さ
れる排ガスに対して光源30から赤外線が照射される
(ステップ1−4)。この照射された赤外線は排気路2
から排出される排ガスを透過し、この透過の際に排ガス
中に含まれる生成ガスにより赤外線の特定波長の光が所
定の値だけ吸収され、この吸収された赤外線を第1の検
出フィルタ42でフィルタリングすることにより波長
5.2[μm]の光のみ透過する。また、前記吸収され
た赤外線を参照検出フィルタ41が全波長帯域について
透過する。この透過した波長5.2[μm]の光を検出
投光部46が受光して検出電気信号を出力すると共に、
全波長帯域の赤外線を検出受光部45が受光して参照電
気信号を出力する(ステップ1−5)。
及び参照電気信号に基づいてデータ演算部51が検出デ
ータを演算する(ステップ1−6)。この検出データの
演算は、検出電気信号と参照電気信号との各電圧値の比
率で特定される値とすることもできる。さらに、この演
算された検出データが制御演算部53へ出力され、この
制御演算部53が基準データメモリ52からエッチング
処理の終点を示す基準データを読出して検出データと比
較して一致を判断する(ステップ1−7)。
合にはエッチング処理を終了させる制御信号を出力し、
高周波電圧の印加その他のエッチング処理動作が終了す
る(ステップ1−8)。また、前記制御演算部53で一
致していないと判断された場合には、連続的に検出受光
部45,46で検出出力される参照電気信号及び検出電
気信号に基づいてデータ演算部51が検出データを演算
し(ステップ1−6)、この検出データが基準データと
一致するまで制御演算部53による判断が繰返されるこ
ととなる(ステップ1−7,1−8)。
ッシング処理のためのCF4 、N2、O2 を主成分とす
る反応ガスがインジェクタ20から導入され、真空ドラ
イポンプ23等により反応容器11内のガス圧を調整す
る(ステップ2−1)。前記検出部4において切換部4
4が第1の検出フィルタ42から第2の検出フィルタ4
3に切換えて光源系3から投射される赤外線のうち波長
4.7[μm]の光のみを透過して検出できるようにす
る(ステップ2−2)。このように、前記切換部44に
より、第1の検出フィルタ42から第2の検出フィルタ
43に切換えることにより、後段に設けられる検出受光
部46を単一のもので各々検出できることとなる。
てアッシング処理を開始し(ステップ2−3)、排気路
2から連続的に排出される排ガスに赤外線を照射する
(ステップ2−4)。この照射された赤外線は排ガスを
透過し、アッシング処理中に生じる生成ガスに波長4.
7[μm]の光が吸収されることとなる。
出フィルタ43及び参照検出フィルタ41によりフィル
タリングされた後、検出受光部45,46で各々受光さ
れて検出電気信号及び参照電気信号が制御部5へ出力さ
れる(ステップ2−5)。この検出電気信号及び参照電
気信号に基づいてデータ演算部51が検出データを演算
し(ステップ2−6)、制御演算部53が検出データと
アッシング処理の終了を示す基準データとを比較して一
致を判断する(ステップ2−7)。この制御演算部53
で一致と判断された場合には、アッシング処理を終了さ
せる制御信号を出力する(ステップ2−8)。また、ス
テップ2−7で一致と判断されない場合には、一致が検
出されるまで前記ステップ2−6、2−7が繰返される
こととなる。
終了を判断するための基準データは、実験結果から求め
ることができる。この実験結果による各処理のタイミン
グチャートを図7に示す。同図において、縦軸を検出部
4から出力される電気信号の出力電圧[V]とし、横軸
にエッチング及びアッシングの各処理時間t[分]と
し、エッチング処理とアッシング処理とを一連の連続し
た処理として実行している。
1 から反応容器11内に反応ガスが供給され、ガス圧を
調整する。時間t2 (0[分])で高周波電源6から電
極16,17に高周波RFが印加されてエッチング処理
が開始する。このエッチング処理が開始すると、検出部
4が図中実線で示す動作波形の出力電圧となる電気信号
を出力することとなる。
の変曲点Pを終点判断の認識基準として用いる。この変
曲点P前の動作波形における時間t3 をエッチング処理
終了の基準データとして基準データメモリ52に格納す
る。
に必要な反応ガスを供給し、所定のガス圧に調整する。
この調整された後はアッシング処理が開始されることと
なる。このアッシング処理は検出部4が図中一点鎖線で
示す動作波形の出力電圧を出力する。この出力電圧の動
作波形における円弧状ピーク値点Qに対して約70%の
出力電圧値となった動作波形値の点Rをアッシング処理
終点の判断基準として用いる。
ッチング処理終了の基準データとして基準データメモリ
52に格納する。
をエッチング処理及びアッシング処理の終点を示す内容
とし、各処理の終点を検出してプラズマ表面処理の制御
を行う構成としたが、エッチング処理及びアッシング処
理の各処理経過のデータをサンプリング的又は総て連続
的に予め求め、この処理経過の基準データに基づいて各
処理の状態を逐次監視して制御することもできる。
処理装置でエッチングとアッシングの各処理を連続的に
行う構成としたが、薄膜形成、例えばプラズマCVD等
を含めたウエハプロセスを連続処理することができる。
ング処理からアッシング処理へ移行する際に第1の検出
フィルタ42から第2の検出フィルタ43へ切換える構
成としたが、第1・第2の各検出フィルタ42,43及
び参照検出フィルタ41に排ガスを透過した光を投射
し、これら各フィルタ41,42,43に対応して検出
受光部46を設ける構成とすることもできる。この場合
に制御部5はエッチング処理に際して第1の検出フィル
タ42及び参照検出フィルタ41に各々対応する検出受
光部46から出力される電気信号で検出データを演算
し、またアッシング処理に際して第2の検出フィルタ4
3及び参照検出フィルタ41に各々対応する検出受光部
46から出力される電気信号で検出データを演算するこ
ととなる。本実施例の場合には前記実施例において設け
られた切換部44を設ける必要がなくなる。
射出される光を赤外線として構成したが、各表面処理に
生成される生成ガスの特徴を検出することができる他の
波長帯域の光を光源から射出する構成とすることもでき
る。
複数種類の表面処理に際して、各々排出される排ガスに
含まれる各生成ガスの濃度を光学的に検出し、当該検出
された濃度データと基準データとを比較して各表面処理
を順次制御して処理するようにしたので、各種類の表面
処理に適合した処理制御を行うことができることとな
り、単一の表面処理装置を用いて各種異なる表面処理を
連続的に処理することができるという効果を有する。
体を収納した反応容器から排出される排ガスに光を投射
し、当該排ガスを透過した光を複数の検出フィルタで各
種表面処理で生成される生成ガスに対応する特定波長の
光を各々透過すると共に、前記排ガスに投射される光の
全波長帯域を参照フィルタで透過し、前記検出フィルタ
及び参照フィルタから透過した各光を対応する各受光部
で受光して電気信号として出力し、各電気信号に基づい
て検出データと予め設定された各表面処理の基準データ
とを制御部で比較して各表面処理を制御する。従って、
各表面処理の処理状態を示す各光を対応して検出できる
こととなり、単一の表面処理装置で各表面処理の工程を
一連の連続した処理で実行できるという効果を奏する。
また、反応容器に接続される排気路側で排ガスに含まれ
る生成ガスの濃度を検出するようにしたので、表面処理
装置の構成、例えばリアクタ回りの構造を簡略化できる
という効果を有する。
各表面処理に応じて切換部で切換えるようにすることに
より、後段に設けられる検出受光部を簡単な構成とする
ことができる。
理説明図である。
理説明図である。
成図である。
細構成図である。
ローチャートである。
ローチャートである。
データタイミングチャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】 反応容器内の被処理体をプラズマにより
複数種類の表面処理を行うプラズマ表面処理の制御方法
において、 前記複数種類の表面処理のうちの一の表面処理を行う際
に、前記反応容器から排出される排ガスに含まれる前記
表面処理中に生成された生成ガスの濃度を光学的に検出
し、当該検出された生成ガスの濃度デ−タを予め設定さ
れた前記一の表面処理の基準デ−タと比較して一の表面
処理を制御し、 前記一の表面処理が終了した後に処理される他の表面処
理を行う際に、前記反応容器から排出される排ガスに含
まれる前記表面処理中に生成された生成ガスの濃度を光
学的に検出し、当該検出された生成ガスの濃度デ−タを
予め設定された前記他の表面処理の基準デ−タと比較し
て他の表面処理を制御し、 前記複数種類の表面処理を順次行うことを、 特徴とするプラズマ表面処理の制御方法。 - 【請求項2】 前記請求項1に記載のプラズマ表面処理
の制御方法において、 前記予め設定された一の表面処理及び他の表面処理の各
基準データは、各表面処理の終了時点における終点デー
タとし、 各表面処理の終点を検出して複数の種類の表面処理を順
次行うことを、 特徴とするプラズマ表面処理の制御方法。 - 【請求項3】 被処理体を反応容器内に収納し、当該反
応容器に各種表面処理に反応ガスを供給して高周波電力
によるガス放電で生じるプラズマにより複数種類の表面
処理を行うプラズマ表面処理の制御装置において、 前記反応容器に接続される排気路から排出される排ガス
に光を投射する光源と、 前記複数種類の表面処理のうちの一の表面処理中に生成
された排ガスに含まれる生成ガスにより吸収される前記
光源から投射される光のうちの一の特定波長の光のみを
透過する一の検出フィルタと、 前記複数種類の表面処理のうち他の表面処理中に生成さ
れた排ガスに含まれる生成ガスにより吸収された前記光
源から投射される光のうち他の特定波長の光のみを透過
する他の検出フィルタと、 前記光源から投射される光の全波長帯域を透過する参照
フィルタと、 前記一の検出フィルタ、他の検出フィルタ、参照フィル
タに各々対応して設けられ、各フィルタから各々透過さ
れる各光を各々受光して各々電気信号として出力する各
受光部と、 前記各受光部から各々出力される電気信号に基づいて演
算された検出データと予め設定された各表面処理の基準
データとを比較して各表面処理を各々制御する制御部と
を備え、 前記制御部の制御に基づいて複数の表面処理を順次行う
ことを、 特徴とするプラズマ表面処理の制御装置。 - 【請求項4】 前記請求項3記載のプラズマ表面処理り
制御装置において、 前記制御部は、予め設定された各表面処理の基準データ
を各表面処理の終了時点における終点データとし、当該
終点データと検出データとを比較して各表面処理の終了
を制御することを、 特徴とするプラズマ表面処理の制御装置。 - 【請求項5】 前記請求項4記載のプラズマ表面処理の
制御装置において、 前記一のフィルタと他のフィルタとを各々対応する表面
処理に応じて切換える切換部を備え、 前記切換部で切換えられた各フィルタから射出される各
表面処理の特定波長の光のみを受光部に射出すること
を、 特徴とするプラズマ表面処理の制御装置。
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