JPH11243078A - プラズマ終点判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、プラズマの状態が周期的に変
化する場合でも、容易にプラズマ処理の終点判定が行え
るプラズマ終点判定方法を提供する。 【解決手段】プラズマの発光強度が周期的に変化するプ
ラズマ処理の終点判定方法において、外的手段によって
周期的に変化するプラズマ中の発光強度を入力し、該入
力した入力信号をロ−パスフィルタ−を介して連続的に
平滑化し、該平滑化した発光強度を用いてプラズマ処理
の終点判定を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
係り、特にプラズマ発光状態が周期的に変化する場合に
好適なプラズマ処理装置のプラズマ終点判定方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマ処理、例えば、エッチン
グの終点判定方法は、特開昭５９−９４４２３号に記載
のように、エッチング過程で生成される反応生成物の発
光強度を時間的に２次微分し、予め設定した２次微分値
に対してのしきい値（設定値）を超えたことを検出して
終点判定を行なうものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、エッ
チング過程においてプラズマの状態が一定の状態に安定
していることが前提となっている。

【０００４】一方、最近のエッチング加工方法の技術進
歩には、めざましいものがあり、例えば、磁場を利用し
て強いプラズマを発生させてエッチングを高速に行うマ
グネトロンエッチング法などが脚光を浴びている。この
種のエッチング方法では、エッチング速度の均一性を向
上させるため、磁場発生用のマグネットを回転する手段
がとられており、この場合、強いプラズマを生成してい
る領域が、マグネットの回転に応じて、周期的に変化す
る。この時、第２図（ａ）に示すように発光強度も周期
的に変化し、従来技術に基づく終点判定方法では、プラ
ズマの発光状態がこのように変化する場合について配慮
されていないため、終点判定がしづらく加工精度が悪く
なるという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、プラズマの状態が周期的
に変化する場合でも、容易にプラズマ処理の終点判定が
行えるプラズマ処理装置のプラズマ終点判定方法を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、外的手段に
よって周期的に変化するプラズマ中の発光強度の入力
し、該入力した信号をロ−パスフィルタ−を介して連続
的に平滑化する平滑化回路を有することにより、達成さ
れる。

【０００７】プラズマ処理検出回路にロ−パスフィルタ
−を設けることにより、周期的に変化するプラズマ中の
発光強度の入力信号の周期的な変化が滑らかになるの
で、容易にプラズマ処理の終点判定を行なうことができ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を第１図
および第２図により説明する。

【０００９】第１図において、処理室１は排気孔２から
図示しない排気装置によって真空排気され、処理室１内
には対向する下部電極３および上部電極４が配置され、
下部電極３には高周波電源５によって高周波電力が印加
できるようになっている。上部電極４の裏面側には回転
可能なマグネット６が具備され、処理室１の外部に設置
された回転駆動装置７によって偏心回転可能になってい
る。

【００１０】また、処理室１の側面にプラズマ光の採光
窓９を設け、分光器１０を介して、反応生成物の発光波
長を選択して通過させ、光電倍増管１１および増幅器１
２によって発光強度を電気信号に変換増幅し、ローパス
フィルタ１３を介してオフセット用の加算器１４および
ゲインアンプに通し、さらにＡ／Ｄ変換器１６を介して
判定手段であるマイクロコンピュータ１７に介する。

【００１１】マイクロコンピュータ１７は、Ｄ／Ａ変換
器１８を介して加算器１４によるオフセット値を調整可
能で、ゲインアンプ１５のゲインを調整可能になってお
り、さらに高周波電源５の電源の「入」，「切」が可能
となっている。マイクロコンピュータ１７には予め設定
した設定値に基づいてエッチングの終点判定を行なうア
ルゴリズムが記憶されており、ローパスフィルタ１３か
らのデータを基にして、例えば、発光強度の２次微分値
を計算し、計算した値と設定値とを比較して終点判定を
行なうようになっており、終点を判定すると、高周波電
源５による高周波電圧の印加を停止させるようになって
いる。

【００１２】上記のように構成したプラズマ処理装置に
より、下部電極３上にプラズマ処理、例えば、エッチン
グすべきウェハ８を載置し、図示しない装置により処理
ガスを処理室１に導入して高周波電力を印加する。この
時、高周波電源５による電場とマグネット６による磁場
の相互作用により、発光強度の強いプラズマを発生させ
ることができる。このとき、プラズマは、磁場の影響を
受けて部分的に高密度な状態になるため、マグネット６
を回転させてエッチング処理の均一化を図っている。

【００１３】このため、処理室１内にはマグネット６の
回転に合わせて周期的にプラズマの強い時と弱い時が現
われ、このとき光電倍増管１１を介して増幅器１２で増
幅された信号は、第２図の（ａ）のように周期Ｔで小さ
く変化しながら大きな変化をして行く。

【００１４】このように周期的に変動しながら変化する
信号をローパスフィルタ１３に通すことにより、周期的
に変動する波を第２図（ｂ）の実線のように平滑化する
ことができ、この平滑化された信号を終点判定しやすい
ように加算器１４によってオフセットするとともに、ゲ
インアンプによってオフセットした信号を増幅して、Ａ
／Ｄ変換器１６を介してマイクロコンピュータ１７に入
力することにより、プラズマの発光強度に周期的変動が
ないものと同様な終点判定アルゴリズムを用いて終点判
定を行なうことができる。

【００１５】なお、このとき、マイクロコンピュータ１
７に入ってくる入力信号は、ローパスフィルタ１３を介
すことによって時間的に若干の遅れが生じ、第２図
（ｂ）の実線のようになる。ここで、波線で示す波形は
時間遅れがない場合の理想波形である。しかし、この遅
れは磁石の回転数を適度に高めることによって減少させ
られる。

【００１６】以上、本一実施例によれば、発光分光法を
用いてエッチングの終点を判定する場合において、プラ
ズマの発光強度が、周期的に変動する場合でも、入力信
号をローパスフィルタ１３に通すことによって周期的な
変動部分を平滑化できるので、容易に終点判定を行なう
ことができるという効果がある。

【００１７】また、ローパスフィルタ１３を用いて平滑
化する場合は、装置への付加も簡単でソフトの変更も必
要ないので簡単に実施できるという効果がある。

【００１８】次に、本発明の第２の実施例を第３図およ
び第４図により説明する。

【００１９】第３図において第１図と同符号は同一部材
を示す。本図が第１図と異なる点は、第１図の平滑手段
であるローパスフィルタ１３に代わって位相波形合成器
１９を設けている点である。

【００２０】位相波形合成器１９は、増幅器１２を通っ
て来た第２図（ａ）に示すような周期変動を有する信号
を入力して、該信号を基にして時間的に遅れた信号、す
なわち位相をずらした信号を作り出し、位相のずれてい
ない信号と位相のずれた信号とを加算して平均化し、出
力するようになっている。この場合、位相波形合成器１
９は第４図の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、１
周期を３等分、すなわち、２π／３位相をずらした三つ
の信号を作り出し、この三つの信号を加算して平均化す
る。

【００２１】また、この場合、位相波形合成器１９での
周期の設定は、回転駆動装置７の回転を制御する回転制
御器２０から信号を受けて周期の設定を行なう。

【００２２】なお、回転駆動装置７の回転が一定な場合
には、位相波形合成器１９に直接に周期を設定すれば良
く、この場合には、回転制御器２０は不要である。

【００２３】位相波形合成器１９を除く他の部分の作用
は前記一実施例と同様であり、説明を省略する。

【００２４】以上、本第２の実施例によれば、前記一実
施例と同様に、プラズマの発光強度が周期的に変動する
場合でも、位相の異なる信号を作り出して加算し平均化
させることにより、周期的に変動する信号を平滑化でき
るので、容易に終点判定を行なうことができるという効
果がある。

【００２５】なお、本実施例では位相をずらした信号を
加算するようにしているので、出力される信号に時間遅
れが生じるが、回転駆動装置７の回転数を適度に高める
ことにより、遅れは減少させられる。

【００２６】また、本実施例では位相のずれた信号を１
周期を３等分して作り出しているが、等分する数はこれ
に限られるものではない。

【００２７】次に、本発明の第３の実施例を第５図によ
り説明する。

【００２８】第５図において第１図と同符号は同一部材
を示す。本図が第１図と異なる点は、第１図の平滑手段
であるローパスフィルタ１３に代わって、分光器１０，
光電倍増管１１および増幅器１２をそれぞれ複数個、こ
の場合は、２個ずつ設け、それぞれの信号を入力するよ
うにした波形合不器２１を設けている点である。

【００２９】分光器１０は、この場合、円周を等分割す
るように１８０°の位置に設けてあるが、円周を等分割
するように２個以上設けても良い。

【００３０】波形合成器２１は、それぞれの増幅器１２
を通って来た第２図（ａ）に示すような周期変動を有す
る信号を入力して、該信号を加算し平均化して出力する
ようになっている。この場合、波形合成器２１に入力さ
れる信号は、一方で強く、他方で弱く変動した信号で、
時間的に同時刻の検出信号が入力される。

【００３１】波形合成器２１を除く他の部分の作用は前
記一実施例と同様であり、説明を省略する。

【００３２】以上、本第３の実施例によれば、前記一実
施例と同様に、プラズマの発光強度が周期的に変動する
場合でも、処理室１内で発生するプラズマの発光を複数
箇所で採光し信号に換えて、該信号を加算して平均化さ
せることにより、周期的に変動する信号を平滑化できる
ので、容易に終点判定を行なうことができるという効果
がある。

【００３３】また、波形合成器２１に入力する信号は同
時刻の信号が入力されるので、平滑化した信号には前記
第１および第２の実施例のような時間遅れは発生せず、
より正確な終点判定が行なえるという効果がある。

【００３４】次に、本発明の第４の実施例を第６図によ
り説明する。

【００３５】第６図において第１図と同符号は同一部材
を示す。本図が第１図と異なる点は、第１図の平滑手段
であるローパスフィルタ１３に代わって信号取込み制御
器２２を設けている点である。

【００３６】信号取込み制御器２２は、増幅器１２を通
って来た第２図（ａ）に示すような周期変動を有する信
号を、該信号の周期に合わせ断続的に、例えば、第２図
（ａ）に示す波形の頂部の信号値をサンプリングするよ
うにしてある。この場合、回転駆動装置７は一定回転で
駆動するもので、回転駆動装置７の回転周期と同周期の
設定値を取込み周期設定器２３に設定し、信号取込み制
御器２２に信号のサンプリングのタイミングを指示する
ようにしてある。

【００３７】このように、回転駆動装置７の回転周期と
同期して取り込んだ信号は、周期変動のない信号から断
続的に入力したものと同一とみなすことができるので、
増幅器１２を通って来た周期変動を有する信号を平滑化
することができる。

【００３８】信号取込み制御器２２を除く他の部分の作
用は前記一実施例と同様であり、説明を省略する。

【００３９】以上、本第４の実施例によれば、前記一実
施例と同様に、プラズマの発光強度が周期的に変動する
場合でも、周期変動する信号の周期に合わせて信号をサ
ンプリングするようにしているのでプラズマ発光状態の
同条件の時の信号を入力していることになり、周期的に
変動する信号を平滑化でき、容易に終点判定を行なうこ
とができるという効果がある。

【００４０】また、信号取込み制御器２２から出力され
る信号は、信号取込み制御器２２でサンプリングした信
号がそのまま出力され、時間遅れが少ないので、前記一
実施例に比べさらに正確な終点判定が行なえるという効
果がある。

【００４１】これら本実施例では、偏心回転するマグネ
ット６を有する装置の場合のプラズマ発光状態について
記載したが、外的手段としては、例えば、マグネット６
を自公転させたものや、複数の電磁石を設けて該電磁石
に供給する電力を制御して回転磁場を与えるようにした
ものであっても、本実施例の効果は同様にある。

【００４２】また、前記したそれぞれの実施例を組み合
わせても同様な効果を得ることができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ状態が周期的
に変化する場合でも、容易のプラズマ処理の終点判定を
行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す構成図である。

【図２】図１の装置により発生するプラズマの発光強度
を示す線図である。

【図３】本発明の第２の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。

【図４】第３図の装置により信号の位相をずらしたとき
の波形の概念を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。

【図６】本発明の第４の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。

【符号の説明】

１…処理室、１０…分光器、１１…光電倍増管、１３…
ローパスフィルタ、１７…マイクロコンピュータ、１９
…位相波形合成器、２１…波形合成器、２２…信号取込
み制御器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 義直 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 伊藤 温司 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマの発光強度が周期的に変化するプ
   ラズマ処理の終点判定方法において、外的手段によって
   周期的に変化するプラズマ中の発光強度を入力し、該入
   力した入力信号をロ−パスフィルタ−を介して連続的に
   平滑化し、該平滑化した発光強度を用いてプラズマ処理
   の終点判定を行なうことを特徴とするプラズマ終点判定
   方法。