JPH11260807A - プラズマ処理終点検出方法及びその装置又は異常放電検出方法及びその装置並びに半導体製造方法 - Google Patents

プラズマ処理終点検出方法及びその装置又は異常放電検出方法及びその装置並びに半導体製造方法

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JPH11260807A
JPH11260807A JP10359094A JP35909498A JPH11260807A JP H11260807 A JPH11260807 A JP H11260807A JP 10359094 A JP10359094 A JP 10359094A JP 35909498 A JP35909498 A JP 35909498A JP H11260807 A JPH11260807 A JP H11260807A
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vacuum chamber
detecting
magnetron
end point
plasma
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JP10359094A
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Takemoto Yamauchi
健資 山内
Hiroyuki Takada
弘之 高田
Masashi Sanga
雅司 山華
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、マグネトロンの回転の影響を受けず
にエッチング終点を検出する。 【解決手段】真空チャンバ１に供給する高周波電力の電
圧又は電流のいずれか一方又は両方をプローブ１２によ
りモニタし、これらのモニタ信号からコンピュータ１４
のフィルタ処理手段１５によりマグネトロン７の回転周
波数よりも低い周波数成分を通過させるフィルタ処理を
行い、このフィルタ処理後の信号変化に基づいて半導体
ウエハ３に対するエッチングの終点を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
のエッチング処理などのプラズマ処理工程に用いられる
プラズマ処理終点検出方法及びその装置又はプラズマ処
理での異常放電検出方法及びその装置並びにプラズマ処
理を用いての半導体製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、エッチング装置としては、例え
ばマグネトロンを用いたマグネトロンリアクティブオン
エッチング（ＲＩＥ）装置がある。このマグネトロンＲ
ＩＥ装置は、真空チャンバの近傍でマグネトロンを回転
させると共に真空チャンバ内に高周波電力を供給し、真
空チャンバ内にプラズマを発生させて被処理体に対する
エッチングを行うものとなっている。
【０００３】このエッチング装置でのエッチング終点検
出方法は、光を検出するための透過窓、一般的には石英
ガラスにより形成される透過窓を通してチャンバ内のプ
ラズマの発光強度をモニタし、このプラズマ発光強度の
変化点をエッチング終点として検出している。
【０００４】しかしながら、プラズマの発光強度をモニ
タするための透過窓の汚れ、マグネトロンの回転による
プラズマの揺れ等からエッチングする面積が小さい場
合、例えば８インチの半導体ウエハの面積当たり１０％
以下、開口率１０％以下では、プラズマ発光強度の変化
点を検出できなくなる。
【０００５】このような問題を解決するためにエッチン
グ終点検出方法としては、近年、プラズマの状態を高周
波回路（ＲＦ回路）の一部と見なしてそのインピーダン
スを検出し、このインピーダンスが変化する点を終点と
して検出する方法が用いられている。
【０００６】しかしながら、この方法でも、マグネトロ
ンの回転によるプラズマの揺らぎからインピーダンスが
マグネトロンの回転周期で変化し、上記のようにエッチ
ング面積が１０％以下のエッチング面積が小さい場合、
エッチング終点の変化が微妙なためにエッチングの終点
を検出することが困難となっている。
【０００７】例えば、図１０は高周波回路から検出した
高周波電圧波形を示す。この高周波電圧波形は、マグネ
トロンの回転周期に対応して高周波で変化してしまい、
エッチング終点でのインピーダンスの微妙な変化がマグ
ネトロンの回転周期のノイズにより分からなくなり、エ
ッチング終点が検出不可能となっている。
【０００８】一方、マグネトロンＲＩＥ装置では、特に
金属系膜をエッチングする際、そのＲＦ電圧及び自己バ
イアス電圧によりプラズマ中と半導体ウエハ等の被処理
体との間にアーク放電等の異常放電が発生し、半導体ウ
エハ上に形成されたアルミニウム等の導電性の配線が使
えなくなってしまう。このようなアーク放電の発生は、
エッチング終了後に半導体ウエハ上でのアーク痕により
発見できる程度である。
【０００９】このような問題を解決するために近年で
は、プラズマの状態を周波数（ＲＦ）回路の一部と見做
してその電圧、電流を検出し、これら電圧及び電流のパ
ルス状変化を異常電圧として検出する方法が用いられて
いる。
【００１０】しかしながら、この方法でもマグネトロン
の回転によりプラズマに揺らぎが生じることから、この
プラズマの揺らぎから電圧、電流がマグネトロンの回転
周期で高周波的に変化し、このために異常放電が微小な
場合にはそれを検出することが困難となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上のようにマグネト
ロンの回転によるプラズマの揺らぎからインピーダンス
がマグネトロンの回転周期で変化し、処理面積の小さい
場合では、エッチング処理などのプラズマ処理の終点の
変化が微妙なために処理終点が検出できない。
【００１２】又、プラズマの揺らぎから電圧、電流がマ
グネトロンの回転周期で高周波的に変化し、このために
異常放電が微小な場合にはそれを検出することが困難と
なっている。
【００１３】そこで本発明は、マグネトロンの回転によ
るノイズの影響を受けずに処理終点が検出できるプラズ
マ処理終点検出方法及びその装置を提供することを目的
とする。
【００１４】又、本発明は、マグネトロンの回転に影響
されずに異常放電を検出できる異常放電検出方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。
【００１５】又、本発明は、マグネトロンの回転による
ノイズの影響を受けずにエッチング処理の終点を検出し
て半導体を製造できる半導体製造方法を提供することを
目的とする。
【００１６】又、本発明は、マグネトロンの回転に影響
されずに異常放電を検出して半導体を製造できる半導体
製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、真空
チャンバの近傍でマグネトロンを回転させると共に真空
チャンバ内に高周波電力を供給し、真空チャンバ内にプ
ラズマを発生させて被処理体に対するプラズマ処理を行
うプラズマ処理終点検出方法において、真空チャンバに
供給する高周波電力の電圧又は電流のいずれか一方又は
両方を検出し、これらの検出信号からマグネトロンの回
転周波数よりも低い周波数成分を通過させるフィルタ処
理を行い、このフィルタ処理後の信号変化に基づいて被
処理体に対するプラズマ処理の終点を検出するプラズマ
処理終点検出方法である。
【００１８】請求項２によれば、請求項１記載のプラズ
マ処理終点検出方法において、フィルタ処理後の出力信
号のうちフィルタの立ち上がりの所定区間の出力信号
を、高周波電力の電圧又は電流の平均値を用いる。
【００１９】請求項３によれば、フィルタ処理後の出力
信号をガウス分布による加重移動平均し、この値の１次
微分値又は２次微分値を求めて予め設定された閾値と比
較することによりプラズマ処理の終点を検出するプラズ
マ処理終点検出方法である。。
【００２０】請求項４によれば、フィルタ処理後の出力
信号から自己相関係数を逐次求め、これら自己相関係数
と予め設定された閾値と比較することによりプラズマ処
理の終点を検出するプラズマ処理終点検出方法である。
【００２１】請求項５によれば、真空チャンバの近傍で
マグネトロンを回転させると共に真空チャンバ内に高周
波電力を供給し、真空チャンバ内にプラズマを発生させ
て被処理体に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理終
点検出装置において、真空チャンバに供給する高周波電
力の電圧又は電流のいずれか一方又は両方を検出する検
出手段と、この検出手段から出力される検出信号に対し
てフィルタ処理を行い、マグネトロンの回転周波数より
も低い周波数成分を通過させるフィルタ処理手段と、こ
のフィルタ処理手段によるフィルタ処理後の信号変化に
基づいて被処理体に対するプラズマ処理の終点を検出す
るプラズマ処理終点検出手段と、を備えたプラズマ処理
終点検出装置である。
【００２２】請求項６によれば、請求項５記載のプラズ
マ処理終点検出装置において、フィルタ処理手段は、立
ち上がりの所定区間のフィルタ出力信号を、高周波電力
の電圧又は電流の平均値を用いる機能を有する。
【００２３】請求項７によれば、請求項５記載のプラズ
マ処理終点検出装置において、フィルタ処理手段は、ロ
ーパスフィルタである。
【００２４】請求項８によれば、請求項５記載のプラズ
マ処理終点検出装置において、プラズマ終点検出手段
は、フィルタ処理後の出力信号からガウス分布による加
重移動平均を求める加重移動平均部と、この加重移動平
均部により求められた値の１次微分値又は２次微分値を
求めて予め設定された閾値と比較することによりプラズ
マ処理の終点を検出する検出部と、を有する。
【００２５】請求項９によれば、請求項５記載のプラズ
マ処理終点検出装置において、プラズマ終点検出手段
は、フィルタ処理後の出力信号から自己相関係数を逐次
求める自己相関係数部と、この自己相関係数部により求
められた各自己相関係数と予め設定された閾値と比較す
ることによりプラズマ処理の終点を検出する検出部と、
を有する。
【００２６】請求項１０によれば、真空チャンバの近傍
でマグネトロンを回転させると共に真空チャンバ内に高
周波電力を供給し、真空チャンバ内にプラズマを発生さ
せて被処理体に対するプラズマ処理を行うときの異常放
電検出方法において、真空チャンバに供給する高周波電
力の電圧又は電流のいずれか一方又は両方を検出し、こ
れらの検出信号においてマグネトロンの回転周期内の最
大値と最小値との差に基づいてプラズマ内での異常放電
を検出する異常放電検出方法である。
【００２７】請求項１１によれば、請求項１０記載の異
常放電検出方法において、マグネトロンの回転周期内の
最大値と最小値との差が予め設定されたスレッシュ値を
超えた場合に異常放電として検出する。
【００２８】請求項１２によれば、真空チャンバの近傍
でマグネトロンを回転させると共に真空チャンバ内に高
周波電力を供給し、真空チャンバ内にプラズマを発生さ
せて被処理体に対するプラズマ処理を行うときの異常放
電検出装置において、真空チャンバに供給する高周波電
力の電圧又は電流のいずれか一方又は両方を検出する検
出手段と、この検出手段から出力される検出信号におい
てマグネトロンの回転周期内の最大値と最小値との差に
基づいてプラズマ内での異常放電を検出する異常放電判
定手段と、を備えた異常放電検出装置である。
【００２９】請求項１３によれば、請求項１２記載の異
常放電検出装置において、異常放電判定手段は、マグネ
トロンの回転周期内の最大値と最小値との差が予め設定
されたスレッシュ値を超えた場合に異常放電として検出
する機能を有する。
【００３０】請求項１４によれば、基板に対して成膜を
行う工程と、この成膜により形成された膜上にレジスト
を塗布し、このレジストに対して露光、現像を行う工程
と、膜の形成された基板を真空チャンバ内に配置し、こ
の真空チャンバの近傍でマグネトロンを回転させると共
に真空チャンバ内に高周波電力を供給し、真空チャンバ
内にプラズマを発生させて膜をエッチングするもので、
真空チャンバに供給する高周波電力の電圧又は電流のい
ずれか一方又は両方を検出し、これらの検出信号からマ
グネトロンの回転周波数よりも低い周波数成分を通過さ
せるフィルタ処理を行い、このフィルタ処理後の信号変
化に基づいて膜に対するエッチングの終点を検出する工
程と、このエツチングの後に、レジストをアッシングに
より除去する工程と、を有する半導体製造方法である。
【００３１】請求項１５によれば、基板に対して成膜を
行う工程と、この成膜により形成された膜上にレジスト
を塗布し、このレジストに対して露光、現像を行う工程
と、膜の形成された基板を真空チャンバ内に配置し、こ
の真空チャンバの近傍でマグネトロンを回転させると共
に真空チャンバ内に高周波電力を供給し、真空チャンバ
内にプラズマを発生させて膜をエッチングするもので、
真空チャンバに供給する高周波電力の電圧又は電流のい
ずれか一方又は両方を検出し、これらの検出信号におい
てマグネトロンの回転周期内の最大値と最小値との差に
基づいてプラズマ内での異常放電を検出する工程と、エ
ツチングの後に、レジストをアッシングにより除去する
工程と、を有する半導体製造方法である。
【００３２】請求項１６によれば、請求項１４記載の半
導体製造方法において、真空チャンバに供給する高周波
電力の電圧又は電流のいずれか一方又は両方を検出し、
これらの検出信号においてマグネトロンの回転周期内の
最大値と最小値との差に基づいてプラズマ内での異常放
電を検出する工程を有する。
【００３３】
【発明の実施の形態】(1)以下、本発明の第１の実施の
形態について図面を参照して説明する。
【００３４】図１はマグネトロンＲＩＥ装置に適用した
エッチング終点検出装置（プラズマ処理終点検出装置）
の構成図である。
【００３５】真空チャンバ１は、円筒状に形成され、そ
の下方には下部電極２が配置されている。この下部電極
２上には、被処理体としての半導体ウエハ３が載置され
ている。
【００３６】又、真空チャンバ１の上部には、凸状の対
向電極４が形成され、その内部に反応ガスが供給される
ガス溜り５が形成されている。この対向電極４には、複
数のガス噴出孔６が形成され、これらガス噴出孔６から
反応ガスが真空チャンバ１内に供給されるものとなって
いる。
【００３７】真空チャンバ１の外周側には、リング状の
マグネトロン７が例えば真空チャンバ１の外周方向の矢
印（イ）方向に回転自在に配置されている。このマグネ
トロン７は、真空チャンバ１内でプラズマ８を低圧力で
発生させるためのもので、回転機構９の駆動により所定
の回転周波数で回転するものとなっている。
【００３８】この真空チャンバ１内の下部電極２には、
マッチングボックス１０を介して高周波電源１１が接続
されている。このマッチングボックス１０は、高周波電
源１１側と真空チャンバ１側とのインピーダンスを整合
させる機能を有している。
【００３９】このマッチングボックス１０には、プロー
ブ１２及び整合回路（ＭＣ）１３が備えられている。こ
のうちプローブ１２は、真空チャンバ１に供給する高周
波電力の電圧、電流をモニタし、そのモニタ信号（検出
信号）を出力する検出手段としての機能を有している。
【００４０】コンピュータ１４は、プローブ１２のモニ
タ出力をディジタル化して取り込み、このモニタ出力に
基づいて真空チャンバ１内の半導体ウエハ３に対するエ
ッチング終点を検出する機能を有するもので、フィルタ
処理手段１５及びエッチング終点検出手段１６の各機能
を有している。
【００４１】フィルタ処理手段１５は、プローブ１２か
ら出力されるモニタ信号に対してフィルタ処理を行い、
マグネトロン７の回転周波数よりも低い周波数成分を通
過させるローパルフィルタとしての機能を有している。
【００４２】このフィルタ処理手段１５のローパスフィ
ルタは、次式により表される。
【００４３】 X(n)＝ｂ1*Y(n)＋ｂ2*Y(n-1)＋ｂ3*Y(n-2)−ａ3*X(n-2)−ａ2*X(n-1) …(1) ここで、Y(n)は高周波電圧データ、X(n)はフィルタ後の
データ、ａ2，ａ3，ｂ1，ｂ2，ｂ3は定数、ｎはデータ
数である。
【００４４】なお、このローパスフィルタ（以下、第１
のフィルタと称する）は、立ち上がりがその特性により
図２に示すように一度オーバシュートしてから安定する
ので、エッチング時間が短い場合、エッチング終点が検
出が不可能となるので、フィルタ処理手段１５は、次の
ような第２のフィルタ処理機能を有している。
【００４５】この第２のフィルタ処理機能は、フィルタ
出力信号の立ち上がりの所定区間においてプローブ１２
により検出された高周波電力の電圧又は電流の平均値を
用いる機能を有している。
【００４６】すなわち、この第２のフィルタ処理機能
は、基本的に上記式(1)を用い、この式(1)中の出力X(n)
の第１番目X(1)と第２番目X(2)とのフィルタ後の出力値
を次式(2)に示すようにある区間の平均値とすることで
フィルタ後の安定時間を短くする機能を有している。
【００４７】 X(m)＝ｂ1*Y(m)＋ｂ2*Y(m-1)＋ｂ3*Y(m-2) −ａ3*ΣY(m-2)/(m-2)−ａ2*ΣY(m-1)/(m-1) …(2) ここで、ｍはデータ数であり、Y(m-1)/(m-1)は、m-1デ
ータの平均値である。
【００４８】例えば、データ数１，２，３，…，ｎに対
応する例えば高周波電圧データをＶ1，Ｖ2，Ｖ3，…，
Ｖnとすれば、第１及び第２のフィルタの各出力は、次
の数式により表される。すなわち、データ数１で電圧デ
ータＶ1のとき、第１のフィルタ出力X(1)は、 X(1)＝ｂ1*V(1)＋ｂ2*(0)＋ｂ3*(0)−ａ3*(0)−ａ2*(0) …(3) データ数２で電圧データＶ2のとき、第１のフィルタ出
力X(2)は、 X(2)＝ｂ1*V(2)＋ｂ2*V(1)＋ｂ3*(0)−ａ3*(0)−ａ2*V(1) …(4) となり、以下同様に X(3), X(4)，…，X(n)が表され
る。
【００４９】これに対して第２のフィルタの出力は、上
記の如く第１番目X(1)と第２番目X( 2)とのフィルタ後の
出力値を次式(2)に示すようにある区間の平均値を取る
ため、データ数１、２ではフィルタ出力が現れず、次の
データ数３で電圧データＶ3のとき、第３のフィルタ出
力X(3)´は、 X(3)´＝ave(V1，V2，V3) ave（平均値） …(5) となり、データ数４で電圧データＶ4のとき、第２のフ
ィルタ出力X(4)´は、 X(4)´＝ave(V2，V3，V4) …(6) により表される。
【００５０】そして、データ数５の電圧データＶ5のと
き、第２のフィルタ出力X(5)´は、 X(5)´＝b1*V5＋b2*V4＋b3*V3−X(4)´*a3−X(3)´*a2 …(7) により表され、以下同様に X(6)´, X(7)´，…，X(n)
´が表される。
【００５１】次にエッチング終点検出手段１６は、フィ
ルタ処理手段１５によるフィルタ処理後の信号変化に基
づいて半導体ウエハ３に対するエッチングの終点を検出
する加重移動平均部と検出部（図示しない）を有するも
のである。
【００５２】次に上記の如く構成された装置を用いての
半導体ウエハの製造方法について図３に示す半導体製造
工程に従って説明する。
【００５３】先ず、工程１において、半導体ウエハ３に
対して成膜が行われる。
【００５４】次に、工程２に移って、成膜の行われた半
導体ウエハ３に対し、その膜にレジストが塗布される。
【００５５】次に、工程３から工程４において、半導体
ウエハ３に塗布されたレジストに対して露光、現像を行
って、レジストの塗布されていない部分のみを除去す
る。
【００５６】次に、工程４に移って、半導体ウエハ３上
の膜をエッチングする。
【００５７】すなわち、図１に示すように真空チャンバ
１内の下部電極２上に半導体ウエハ３が載置される。
【００５８】この真空チャンバ１内には、反応ガスが供
給され、これと共に下部電極２には高周波電源１１から
高周波電力が供給される。
【００５９】さらにマグネトロン７は、回転機構９の駆
動により真空チャンバ１の外周側を所定の回転周波数で
回転する。
【００６０】これにより、真空チャンバ１内には、低圧
力でプラズマ８が発生する。そして、真空チャンバ１内
の下部電極２上に載置された半導体ウエハ３は、プラズ
マ８中のイオン及びラジカルにより化学反応し、エッチ
ングされる。
【００６１】このようにエッチング処理が行われ、プラ
ズマ８中へエッチング時に発生した反応生成物、若しく
は反応に要するイオンやラジカル等の量がエッチング中
とエッチング終了後で変化し、プラズマ８のインピーダ
ンスが変化する。
【００６２】プローブ１２は、真空チャンバ１に供給す
る高周波電力の電圧、電流をモニタし、そのモニタ信号
を出力する。このモニタ信号は、コンピュータ１４に送
られる。
【００６３】このコンピュータ１４は、プローブ１２の
モニタ出力をディジタル化して取り込み、そのローパス
フィルタのフィルタ処理手段１５は、モニタ信号に対し
て上記式(1)に従って第１のフィルタ処理を行い、マグ
ネトロン７の回転周波数よりも低い周波数成分を通過さ
せる。
【００６４】図２はマグネトロン７の回転周波数よりも
低い周波数成分のローパスフィルタを通過させたエッチ
ング時間に対する高周波電圧波形を示している。
【００６５】このように高周波電圧波形は、図１０に示
す高周波電圧波形と比較してマグネトロン７の回転によ
る電圧変動が少なく、エッチング終点付近での微小な電
圧変化が検出可能になる。
【００６６】従って、エッチング終点検出手段１６は、
フィルタ処理手段１５によるフィルタ処理後の信号変化
を検出し、例えば図２拡大部分に示すような高周波電圧
の変化を検出し、加重移動平均部において出力信号のデ
ータＸ(m)に対してガウス分布による加重移動平均を行
なう。そして、加重移動平均去れたデータは、検出部に
おいて予め設定去れた閾値（増加方向への変化に対する
閾値と、減少方向への変化に対する閾値の２種類の閾
値）と比較され、閾値を超えた時点を半導体ウエハ３に
対するエッチングの終点として検出する。
【００６７】一方、上記第１のフィルタでは、図２に示
すように立ち上がりがその特性により一度オーバシュー
トしてから安定するので、エッチング時間が短い場合、
エッチング終点が検出が不可能となることがある。
【００６８】このような場合、フィルタ処理手段１５の
第２のフィルタ処理は、上記式(2)に示すようにフィル
タ出力信号の立ち上がりの所定区間においてプローブ１
２により検出された高周波電力の電圧又は電流の平均値
を用いる。
【００６９】図４は第２のフィルタ処理後のエッチング
時間に対する高周波電圧波形を示している。このように
立ち上がりの所定区間において高周波電圧の平均値を取
ることで、フィルタ出力後の安定時間が短くなる。
【００７０】従って、エッチング終点検出手段１６は、
エッチング時間が短い場合でも、フィルタ処理手段１５
による第２のフィルタ処理後の信号変化を検出し、例え
ば図４拡大部分に示すような高周波電圧の変化を検出
し、加重移動平均部において出力信号のデータＸ(m)に
対してガウス分布による加重移動平均を行なう。そし
て、加重移動平均去れたデータは、検出部において予め
設定去れた閾値（増加方向への変化に対する閾値と、減
少方向への変化に対する閾値の２種類の閾値）と比較さ
れ、閾値を超えた時点を半導体ウエハ３に対するエッチ
ングの終点として検出する。
【００７１】上記実施の形態では、フィルタ処理手段１
５からの出力信号を加重移動平均し、予め設定した閾値
と比較してエッチング終点を検出しているが、加重移動
平均部の代わりに自己相関係数部を用い、フィルタ処理
手段１５からの出力信号から自己相関係数を逐次求めこ
れら自己相関係数と予め設定した閾値とを比較してエッ
チングの終点を検出することも可能である。
【００７２】以上のようにエツチングが終了すると、次
の工程６に移って半導体ウエハ３上のレジストに対して
アッシングが行われ、このレジストが除去される。
【００７３】このように上記第１の実施の形態において
は、真空チャンバ１に供給する高周波電力の電圧又は電
流のいずれか一方又は両方をプローブ１２によりモニタ
し、これらのモニタ信号からコンピュータ１４のフィル
タ処理手段１５によりマグネトロン７の回転周波数より
も低い周波数成分を通過させるフィルタ処理を行い、こ
のフィルタ処理後の信号変化に基づいて半導体ウエハ３
に対するエッチングの終点を検出するようにしたので、
マグネトロン７の回転によるプラズマ８の揺らぎからプ
ラズマ８のインピーダンスがマグネトロン７の回転周期
によるノイズにより隠れてしまい、なおかつエッチング
面積が１０％以下のエッチング面積が小さい場合でエッ
チング終点の電圧変化が微妙であつても、確実にエッチ
ングの終点を検出できる。
【００７４】又、第２のフィルタ処理機能によりフィル
タ出力信号の立ち上がりの所定区間においてプローブ１
２により検出された高周波電力の電圧又は電流の平均値
を用いるので、第１のフィルタの出力が立ち上がり時に
オーバシュートしてから安定する場合でも、エッチング
時間が短い場合でのエッチング終点が確実に検出でき
る。
【００７５】従って、マグネトロン７の回転によるノイ
ズの影響を受けずにエッチング処理の終点を検出して半
導体ウエハ３の製造ができる。(2)次に本発明の第２の
実施の形態について説明する。なお、上記図１と同一部
分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００７６】図５はマグネトロンＲＩＥ装置に適用した
エッチング終点検出装置の構成図である。
【００７７】このマグネトロンＲＩＥ装置は、真空チャ
ンバ１の外周側に配置したマグネトロン７に代わり、真
空チャンバ１の上部にマグネトロン２０を回転自在に配
置したものである。
【００７８】このマグネトロン２０は、その中心の回転
軸２１を中心として回転機構２２の駆動により矢印
（ロ）方向に所定の回転周波数で回転するものとなって
いる。
【００７９】次に上記の如く構成された装置を用いての
半導体ウエハの製造方法について図３に示す半導体製造
工程に従って説明する。
【００８０】先ず、工程１において半導体ウエハ３に対
して成膜が行われ、次の工程２において成膜の行われた
半導体ウエハ３に対し、その膜にレジストが塗布され
る。次に工程３から工程４において半導体ウエハ３に塗
布されたレジストに対して露光、現像を行って、レジス
トの塗布されていない部分のみが除去される。
【００８１】次に、工程４に移って半導体ウエハ３上の
膜がエッチングされる。すなわち、上記図５に示すよう
に真空チャンバ１内の下部電極２上に半導体ウエハ３が
載置される。この真空チャンバ１内に反応ガスが供給さ
れると共に下部電極２に高周波電力が供給され、さらに
マグネトロン２０は、真空チャンバ１の上方で所定の回
転周波数で回転する。これにより、真空チャンバ１内に
は、低圧力でプラズマ８が発生し、半導体ウエハ３は、
プラズマ８中のイオン及びラジカルにより化学反応し、
エッチングされる。
【００８２】プローブ１２は、真空チャンバ１に供給す
る高周波電力の電圧、電流をモニタし、そのモニタ信号
を出力する。
【００８３】このコンピュータ１４は、上記同様に、プ
ローブ１２のモニタ出力をディジタル化して取り込み、
そのフィルタ処理手段１５は、モニタ信号に対して上記
式(1)に従って第１のフィルタ処理を行い、マグネトロ
ン７の回転周波数よりも低 い周波数成分を通過させ
る。
【００８４】エッチング終点検出手段１６は、フィルタ
処理後の信号変化を検出し、例えば上記図２拡大部分に
示すような高周波電圧の変化を検出すると、このときに
半導体ウエハ３に対するエッチングの終点を検出する。
【００８５】一方、エッチング時間が短い場合、フィル
タ処理手段１５の第２のフィルタ処理は、上記式(2)に
示すようにフィルタ出力信号の立ち上がりの所定区間に
おいてプローブ１２により検出された高周波電力の電圧
又は電流の平均値を用いてフィルタ出力を得る。
【００８６】エッチング終点検出手段１６は、エッチン
グ時間が短い場合でも、フィルタ処理手段１５による第
２のフィルタ処理後の信号変化を検出し、例えば上記図
４拡大部分に示すような高周波電圧の変化を検出する
と、このときに半導体ウエハ３に対するエッチングの終
点を検出する。
【００８７】そして、エツチングが終了すると、次の工
程６に移って半導体ウエハ３上のレジストに対してアッ
シングが行われ、このレジストが除去される。
【００８８】このように上記第２の実施の形態によれ
ば、上記第１の実施の形態と同様に、マグネトロン７の
回転によるプラズマ８の揺らぎからプラズマ８のインピ
ーダンスがマグネトロン７の回転周期によるノイズによ
り隠れてしまい、なおかつエッチング面積が１０％以下
のエッチング面積が小さい場合でエッチング終点の電圧
変化が微妙であつても、確実にエッチングの終点を検出
できる。
【００８９】又、第１のフィルタの出力が立ち上がり時
にオーバシュートしてから安定する場合でもエッチング
時間が短い場合でのエッチング終点が確実に検出でき
る。
【００９０】従って、マグネトロン７の回転によるノイ
ズの影響を受けずにエッチング処理の終点を検出して半
導体ウエハ７の製造ができる。(3)次に本発明の第３の
実施の形態について説明する。なお、上記図１と同一部
分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００９１】図６はマグネトロンＲＩＥ装置に適用した
異常放電検出装置の構成図である。
【００９２】プローブ１２は、上記同様に真空チャンバ
１に供給する高周波電力の電圧、電流をモニタし、その
モニタ信号を出力する。このモニタ信号は、コンピュー
タ３０に送られるようになっている。
【００９３】このコンピュータ３０は、プローブ１２の
モニタ出力をディジタル化して取り込み、このモニタ出
力においてマグネトロン７の回転周期内の最大値と最小
値との差に基づいてプラズマ８内での異常放電すなわち
アーク放電を検出する異常放電判定手段３１としての機
能を有している。
【００９４】具体的に異常放電判定手段３１は、マグネ
トロン７の回転周期内の１周期中の電圧又は電流のいず
れか一方又は両方の最大値と最小値との差（ピーク電
圧、ピーク電流）を検出し、この差が予め設定されたス
レッシュ値を超えた場合に異常放電として検出する機能
を有している。
【００９５】今回用いた異常検出方法は次式で表され
る。
【００９６】 Ｘ＝｛ａ×［max(n)−min(n)］}ｂ …(8) ここで、Ｘは検出するデータであり、max(n)はマグネト
ロン周期の１周期中の最大値、min(n)はマグネトロン周
期の１周期中の最小値、ａ，ｂは定数、ｎはマグネトロ
ン周期の１周期中のデータ数である。
【００９７】この式(8)のデータＸからスレッシュ値を
設け、このスレッシュ値を超えた場合に異常放電として
検出するものとなっている。
【００９８】なお、コンピュータ３０は、プローブ１２
のモニタ出力をディジタル化して取り込み、このモニタ
出力に基づいて真空チャンバ１内の半導体ウエハ３に対
するエッチング終点を検出するためにフィルタ処理手段
１５及びエッチング終点検出手段１６の各機能を有して
いる。
【００９９】次に上記の如く構成された装置を用いての
半導体ウエハの製造方法について図３に示す半導体製造
工程に従って説明する。
【０１００】先ず、工程１において半導体ウエハ３に対
して成膜が行われ、次の工程２において成膜の行われた
半導体ウエハ３に対し、その膜上にレジストが塗布され
る。次に工程３から工程４において半導体ウエハ３に塗
布されたレジストに対して露光、現像を行って、レジス
トの塗布されていない部分のみが除去される。
【０１０１】次に、工程４に移って半導体ウエハ３上の
膜がエッチングされる。すなわち、上記図５に示すよう
に真空チャンバ１内の下部電極２上に半導体ウエハ３が
載置される。この真空チャンバ１内に反応ガスが供給さ
れると共に下部電極２に高周波電力が供給され、さらに
マグネトロン２０は、真空チャンバ１の上方で所定の回
転周波数で回転する。これにより、真空チャンバ１内に
は、低圧力でプラズマ８が発生し、半導体ウエハ３は、
プラズマ８中のイオン及びラジカルにより化学反応し、
エッチングされる。
【０１０２】このとき、プラズマ８内でアーク放電が発
生するとこのプラズマ８内に電流が流れて電圧が一旦低
下し、アーク放電が無くなるとその電圧は元に戻るとい
ったパルス状の電流、電圧の変化が発生する。
【０１０３】しかるに、プローブ１２は、真空チャンバ
１に供給する高周波電力の電圧、電流をモニタし、その
モニタ信号を出力する。
【０１０４】コンピュータ３０の異常放電判定手段３１
は、プローブ１２のモニタ出力をディジタル化して取り
込み、上記式(8)に従ってモニタ出力においてマグネト
ロン７の回転周期内の１周期中の電圧又は電流のいずれ
か一方又は両方の最大値と最小値との差を検出し、この
差が予め設定されたスレッシュ値を超えた場合に異常放
電として検出する。
【０１０５】例えば、図７は半導体ウエハ３上にアーク
痕が発生したときのモニタ電圧波形を示している。この
モニタ電圧波形をマグネトロン７の回転周期内の１周期
中の最大値と最小値との差を検出すると、図８に示すよ
うにアーク放電の発生を示す波形が得られる。このとき
アーク放電の検出は、例えば図９のモニタ電圧波形の拡
大図に示すようにマグネトロン７の回転周期による揺ら
ぎに乗っているアーク放電の波形を検出する。
【０１０６】しかるに、コンピュータ３０の異常放電判
定手段３１は、このモニタ電圧波形の最大値と最小値と
の差が予め設定されたスレッシュ値を超えた場合に異常
放電として検出する。
【０１０７】又、コンピュータ３０は、上記同様に、プ
ローブ１２のモニタ出力をディジタル化して取り込み、
そのフィルタ処理手段１５は、モニタ信号に対して上記
式(1)に従って第１のフィルタ処理を行い、マグネトロ
ン７の回転周波数よりも低 い周波数成分を通過させ
る。
【０１０８】エッチング終点検出手段１６は、フィルタ
処理後の信号変化を検出し、例えば上記図２拡大部分に
示すような高周波電圧の変化を検出すると、このときに
半導体ウエハ３に対するエッチングの終点を検出する。
【０１０９】一方、エッチング時間が短い場合、フィル
タ処理手段１５の第２のフィルタ処理は、上記式(2)に
示すようにフィルタ出力信号の立ち上がりの所定区間に
おいてプローブ１２により検出された高周波電力の電圧
又は電流の平均値を用いてフィルタ出力を得る。
【０１１０】エッチング終点検出手段１６は、エッチン
グ時間が短い場合でも、フィルタ処理手段１５による第
２のフィルタ処理後の信号変化を検出し、例えば上記図
４拡大部分に示すような高周波電圧の変化を検出する
と、このときに半導体ウエハ３に対するエッチングの終
点を検出する。
【０１１１】そして、エツチングが終了すると、次の工
程６に移って半導体ウエハ３上のレジストに対してアッ
シングが行われ、このレジストが除去される。
【０１１２】このように上記第３の実施の形態によれ
ば、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することは
言うまでもなく、プローブ１２のモニタ出力をディジタ
ル化して取り込み、このモニタ出力においてマグネトロ
ン７の回転周期内の最大値と最小値との差に基づいてプ
ラズマ８内でのアーク放電を検出するようにしたので、
異常放電の検出感度を向上させて、プラズマ８の揺らぎ
から電圧、電流がマグネトロン７の回転周期で高周波的
に変化しても、異常放電により長時間例えば数秒間パル
ス状の変化があった場合やそのパルス状変化が微小な場
合でもマグネトロン７による変化と区別して微小なアー
ク放電を検出することができる。
【０１１３】なお、本発明は、上記第１乃至第３の実施
の形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよ
い。
【０１１４】例えば、上記第１及び第２の実施の形態で
は、第２のフィルタにおいて、第１番目X(1)と第２番目
X(2)とのフィルタ後の出力値を上記式(2)に示すように
ある区間の平均値を取っているが、これを第１番目X(1)
からの任意の番目ｋまでのX(k)を取るようにしてもよ
い。
【０１１５】又、フィルタ処理手段１５は、コンピュー
タ１４によるソフトウエア上の処理に限らず、コイルや
抵抗などから構成したローパスフィルタ回路をプローブ
１２とコンピュータ１４との間に接続してもよい。
【０１１６】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、マ
グネトロンの回転によるノイズの影響を受けずに処理終
点が検出できるプラズマ処理終点検出方法及びその装置
を提供できる。
【０１１７】又、本発明は、マグネトロンの回転に影響
されずに異常放電を検出できる異常放電検出方法及びそ
の装置を提供できる。
【０１１８】又、本発明は、マグネトロンの回転による
ノイズの影響を受けずにエッチング処理の終点を検出し
て半導体を製造できる半導体製造方法を提供できる。
【０１１９】又、本発明は、マグネトロンの回転に影響
されずに異常放電を検出して半導体を製造できる半導体
製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるエッチング終
点検出装置を示す構成図。
【図２】プローブにより検出された高周波電圧波形を示
す図。
【図３】半導体製造工程を示す図。
【図４】第２のフィルタ処理後の高周波電圧波形を示す
図。
【図５】本発明の第２の実施の形態であるエッチング終
点検出装置を示す構成図。
【図６】本発明の第３の実施の形態である異常放電検出
装置を示す構成図。
【図７】半導体ウエハ上にアーク痕が発生したときの電
圧波形を示す図。
【図８】モニタ電圧波形をマグネトロンの回転周期内の
１周期中の最大値と最小値との差を検出したときのアー
ク放電の波形を示す図。
【図９】マグネトロンの回転周期による揺らぎに乗って
いるアーク放電の波形図。
【図１０】プローブによりＲＦ回路から検出した高周波
電圧波形を示す図。
【符号の説明】
１…真空チャンバ、 ２…下部電極、 ３…半導体ウエハ、 ７…マグネトロン、 １０…マッチングボックス、 １１…高周波電源、 １２…プローブ、 １４，３０…コンピュータ、 １５…フィルタ処理手段、 １６…エッチング終点検出手段、 ３１：異常放電判定手段。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空チャンバの近傍でマグネトロンを回
    転させると共に前記真空チャンバ内に高周波電力を供給
    し、前記真空チャンバ内にプラズマを発生させて被処理
    体に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理終点検出方
    法において、 前記真空チャンバに供給する高周波電力の電圧又は電流
    のいずれか一方又は両方を検出し、これらの検出信号か
    ら前記マグネトロンの回転周波数よりも低い周波数成分
    を通過させるフィルタ処理を行い、このフィルタ処理後
    の信号変化に基づいて前記被処理体に対するプラズマ処
    理の終点を検出することを特徴とするプラズマ処理終点
    検出方法。
  2. 【請求項２】 前記フィルタ処理後の出力信号のうち前
    記フィルタの立ち上がりの所定区間の出力信号を、前記
    高周波電力の電圧又は電流の平均値を用いることを特徴
    とする請求項１記載のプラズマ処理終点検出方法。
  3. 【請求項３】 フィルタ処理後の出力信号をガウス分布
    による加重移動平均し、この値の１次微分値又は２次微
    分値を求めて予め設定された閾値と比較することにより
    プラズマ処理の終点を検出することを特徴とする請求項
    １記載のプラズマ処理終点検出方法。
  4. 【請求項４】 フィルタ処理後の出力信号から自己相関
    係数を逐次求め、これら自己相関係数と予め設定された
    閾値と比較することによりプラズマ処理の終点を検出す
    ることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理終点検
    出方法。
  5. 【請求項５】 真空チャンバの近傍でマグネトロンを回
    転させると共に前記真空チャンバ内に高周波電力を供給
    し、前記真空チャンバ内にプラズマを発生させて被処理
    体に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理終点検出装
    置において、 前記真空チャンバに供給する高周波電力の電圧又は電流
    のいずれか一方又は両方を検出する検出手段と、 この検出手段から出力される検出信号に対してフィルタ
    処理を行い、前記マグネトロンの回転周波数よりも低い
    周波数成分を通過させるフィルタ処理手段と、 このフィルタ処理手段によるフィルタ処理後の信号変化
    に基づいて前記被処理体に対するプラズマ処理の終点を
    検出するプラズマ終点検出手段と、を具備したことを特
    徴とするプラズマ処理終点検出装置。
  6. 【請求項６】 前記フィルタ手段は、立ち上がりの所定
    区間のフィルタ出力信号を、前記高周波電力の電圧又は
    電流の平均値を用いる機能を有することを特徴とする請
    求項５記載のプラズマ処理終点検出装置。
  7. 【請求項７】 前記フィルタ処理手段は、ローパスフィ
    ルタであることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処
    理終点検出装置。
  8. 【請求項８】 前記プラズマ終点検出手段は、前記フィ
    ルタ処理後の出力信号からガウス分布による加重移動平
    均を求める加重移動平均部と、 この加重移動平均部により求められた値の１次微分値又
    は２次微分値を求めて予め設定された閾値と比較するこ
    とによりプラズマ処理の終点を検出する検出部と、 を有することを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理
    終点検出装置。
  9. 【請求項９】 前記プラズマ終点検出手段は、前記フィ
    ルタ処理後の出力信号から自己相関係数を逐次求める自
    己相関係数部と、 この自己相関係数部により求められた各自己相関係数と
    予め設定された閾値と比較することによりプラズマ処理
    の終点を検出する検出部と、を有することを特徴とする
    請求項５記載のプラズマ処理終点検出装置。
  10. 【請求項１０】 真空チャンバの近傍でマグネトロンを
    回転させると共に前記真空チャンバ内に高周波電力を供
    給し、前記真空チャンバ内にプラズマを発生させて被処
    理体に対するプラズマ処理を行うときの異常放電検出方
    法において、 前記真空チャンバに供給する高周波電力の電圧又は電流
    のいずれか一方又は両方を検出し、これらの検出信号に
    おいて前記マグネトロンの回転周期内の最大値と最小値
    との差に基づいて前記プラズマ内での異常放電を検出す
    ることを特徴とする異常放電検出方法。
  11. 【請求項１１】 前記マグネトロンの回転周期内の最大
    値と最小値との差が予め設定されたスレッシュ値を超え
    た場合に異常放電として検出することを特徴とする請求
    項１０記載の異常放電検出方法。
  12. 【請求項１２】 真空チャンバの近傍でマグネトロンを
    回転させると共に前記真空チャンバ内に高周波電力を供
    給し、前記真空チャンバ内にプラズマを発生させて被処
    理体に対するプラズマ処理を行うときの異常放電検出装
    置において、 前記真空チャンバに供給する高周波電力の電圧又は電流
    のいずれか一方又は両方を検出する検出手段と、 この検出手段から出力される検出信号において前記マグ
    ネトロンの回転周期内の最大値と最小値との差に基づい
    て前記プラズマ内での異常放電を検出する異常放電判定
    手段と、 を具備したことを特徴とする異常放電検出装置。
  13. 【請求項１３】 前記異常放電判定手段は、前記マグネ
    トロンの回転周期内の最大値と最小値との差が予め設定
    されたスレッシュ値を超えた場合に異常放電として検出
    する機能を有することを特徴とする請求項１２記載の異
    常放電検出装置。
  14. 【請求項１４】 基板に対して成膜を行う工程と、 この成膜により形成された膜上にレジストを塗布し、こ
    のレジストに対して露光、現像を行う工程と、 前記膜の形成された前記基板を真空チャンバ内に配置
    し、この真空チャンバの近傍でマグネトロンを回転させ
    ると共に前記真空チャンバ内に高周波電力を供給し、前
    記真空チャンバ内にプラズマを発生させて前記膜をエッ
    チングするもので、前記真空チャンバに供給する高周波
    電力の電圧又は電流のいずれか一方又は両方を検出し、
    これらの検出信号から前記マグネトロンの回転周波数よ
    りも低い周波数成分を通過させるフィルタ処理を行い、
    このフィルタ処理後の信号変化に基づいて前記膜に対す
    るエッチングの終点を検出する工程と、 このエツチングの後に、前記レジストをアッシングによ
    り除去する工程と、を有することを特徴とする半導体製
    造方法。
  15. 【請求項１５】 基板に対して成膜を行う工程と、 この成膜により形成された膜上にレジスト塗布を塗布
    し、このレジストに対して露光、現像を行う工程と、 前記膜の形成された前記基板を真空チャンバ内に配置
    し、この真空チャンバの近傍でマグネトロンを回転させ
    ると共に前記真空チャンバ内に高周波電力を供給し、前
    記真空チャンバ内にプラズマを発生させて前記膜をエッ
    チングするもので、前記真空チャンバに供給する高周波
    電力の電圧又は電流のいずれか一方又は両方を検出し、
    これらの検出信号において前記マグネトロンの回転周期
    内の最大値と最小値との差に基づいて前記プラズマ内で
    の異常放電を検出する工程と、前記エツチングの後に、
    前記レジストをアッシングにより除去する工程と、を有
    することを特徴とする半導体製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記真空チャンバに供給する高周波電
    力の電圧又は電流のいずれか一方又は両方を検出し、こ
    れらの検出信号において前記マグネトロンの回転周期内
    の最大値と最小値との差に基づいて前記プラズマ内での
    異常放電を検出する工程を有することを特徴とする請求
    項１４記載の半導体製造方法。
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