KR0152355B1 - 플라즈마 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

플라즈마 처리장치 및 처리방법 Download PDF

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KR0152355B1
KR0152355B1 KR1019950006083A KR19950006083A KR0152355B1 KR 0152355 B1 KR0152355 B1 KR 0152355B1 KR 1019950006083 A KR1019950006083 A KR 1019950006083A KR 19950006083 A KR19950006083 A KR 19950006083A KR 0152355 B1 KR0152355 B1 KR 0152355B1
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light
processing chamber
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미츠코 이마타게
이치로 사사키
토루 오츠보
히토시 다무라
다카시 가미무라
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가나이 쓰토무
가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

플라즈마처리장치가 내부를 관찰하기 위해 대향하는 적어도 1쌍의 창부를 가진 처리실과, 이 처리실내에서 플라즈마를 발생시키는 발생유니트와, 처리실의 외부에서 대향하는 1쌍의 창부의 한쪽을 통해서 플라즈마의 발광을 모니터하는 플라즈마 발광모니터 유니트와, 과 처리실의 외부에서 대향하는 1쌍의 창부의 플라즈마 발광 모니터 유니트와 반대쪽에서 대향하는 1쌍의 창부를 통해서 플라즈마 발광모니터 유니트에 참조광을 조사하는 참조광조사유니트와, 플라즈마 발광모니터유니트로 모니터한 플라즈마의 발광과 참조광과의 데이터를 비교하여 상기 피처리기판의 플라즈마 처리상태를 제어하는 제어유니트를 구비한다.

Description

플라즈마 처리장치 및 처리방법
제1도는 본 발명의 전체구성을 도시하는 블록도.
제2도는 플라즈마 차폐수단을 채용한 본 발명의 전체구성을 도시하는 블록도.
제3도는 스펙트럼의 보정처리의 결과를 도시하는 도면.
제4도는 차폐수단을 도시하는 단면도.
제5도는 a도는 텅스텐의 발광강도와 에칭레이트와의 관계를 도시하는 도면.
제5도는 b도는 발광강도의 시간변화를 도시하는도면.
제6a도, 제6b도는 에칭 처리중의 플라즈마의 발광강도의 시간 변화를 도시하는 도면.
제7a도, 제7b도는 플라즈마의 발광파장과 발광강도와의 관계를 도시하는 도면.
제8도는 균일성 검출의 알고리즘을 도시하는 도면.
제9도는 본 발명의 다른 실시예의 개념도.
제10도는 본 발명의 다른 실시예의 하드웨어 구성도.
제11도는 더러움이 없는 처리실에서의 발광스펙트럼도.
제12도는 더러운 처리실에서의 발광스펙트럼도.
제13도는 방전전력의 변화에 의한 발광스펙트럼 변화도.
제14도는 방전압력의 변화에 의한 발광스펙트럼 변화도.
제15도는 가스유량의 변화에 의한 발광스펙트럼 변화도.
제16도는 본 발명의 플라즈마 에칭장치의 단면도.
제17도는 본 발명의 한실시예의 블록도.
제18도는 본 발명의 신호처리의 플로워차트.
제19a도, 제19b 도는 발광스펙트럼의 설명도.
제20a도, 제 20b도, 제 20c도는 발광강도의 변화의 설명도.
제21도는 본 발명을 이용한 드라이에칭 장치의 구성을 도시하는 도면.
제22도는 드라이에칭 장치에 있어서의 피에칭재 발광의 시간 변화를 도시하는 도면.
제23도는 패래미터(k)와 정상이 되는 확률의 관계를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 채광창 2 : 처리실
3 : 석영파이버 4 : 분광분석부
5 : 웨이퍼 6,7 : 셔터
8 : 참조광원 9 : 매스플로워콘트롤러
10 : 온도계 11 : 데이터처리제어부
12 : RF전원 13 : 전압측정기
14 : 차폐수단 15 : 유리판
16 : O링 17 : 구멍
18 : 가스노출 19 : 집광렌즈
20 : 처리실의 내벽 101 : 에칭장치
102 : 플라즈마 발광검출부 103 : 신호검출부
104 : 방전상태 추정부 105 : 데이터 처리부
107 : 플라즈마 발광 801 : 마이크로파 발진기
802 : 플라즈마 803 : 가스도입계
804 : 이상검출기 805 : 분광계
806 : 압력계 807 : A/D 변환기
808 : 마이크로파 입반사전력 810 : 플라즈마 발광스펙트럼
811 : 처리실 압력 812 : 정합상태
813 : 정전척 전압, 전류 814 : RF 입반사 전력
815 : 압력조정기 밸브개도 816 : 정합기
817 : 정전척 전원 818 : 웨이퍼 온도계
819 : 배기계 820 : 웨이퍼 온도
본 발명은 드라이에칭처리, 플라즈마 CVD 처리나 스퍼터 성막처리등 진공중에서 발생시킨 플라즈마를 이용하여 반도체 디바이스 등의 피처리기판을 처리하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 플라즈마를 사용하여 처리하는 플라즈마 처리장치, 예를들면 드라이에칭 장치에 있어서는 진공분위기로한 플라즈마 처리실(이하 처리실이라 부른다.)에 처리가스를 도입하여 플라즈마를 생성하고, 처리가스의 전리나 해리과정에 의하여 화학적으로 반응성이 높은 이온이나 라디칼(중성활성종)을 생성한다. 그리고 이들의 활성입자가 물리적 혹은 화학적으로 작용하여 반도체기판상의 피처리막의 소망부분을 에칭제거하고, 디바이스 패턴을 형성하는 것이다. 이 에칭처리의 상태를 모니터하는 수단으로서 플라즈마 발광 분광분석은 활성종레벨, 반응생성물레벨, 리이크레벨등 에칭특성에 영향을 주는 많은 요인을 모니터할 수 있음과 동시에 플라즈마에 영향을 주지 않으므로 널리 이용되고 있다.
종래의 플라즈마 발광분광 분석을 이용한 모니터 방법으로서는 일본국 특개평 4-212414나 특개소 61-67227에 개시된 방법이 있다.
특개평 4-212414에는 플라즈마의 발광 또는 외부의 입사광에 의한 2계광의 스펙트럼데이터, 기판 또는 플라즈마 중에 놓여진 전극의 위치, 혹은 기판을 투과한 적외선광의 스펙트럼 데이터에 의해 목적으로 하는 처리결과가 얻어지는 플라즈마 상태가 되도록 제어가능한 패러미터를 온라인으로 제어하는 플라즈마 처리장치가 개시되어 있다.
이 특개평 4-212414에 개시된 플라즈마 처리장치에서는 상기 제어를 행하기 위해 장치 제어 컴퓨터내에 처리조건과 상기 스펙트럼데이터 또는 전위와, 처리결과의 측정치와의 상관관계를 나타내는 데이터 베이스를 저장하고 있다.
특개소 61-67227의 플라즈마 처리장치에는 플라즈마 처리실에 설치한 투과창을 통하여 플라즈마 발광을 포토센서에 의하여 수광하고, 그 플라즈마의 발광 강도를 끊임없이 측정하여 이상한 발광강도가 검지되도록 한 플라즈마 발광측정기를 구비하여 이상한 발광강도에서 에칭중의 이상을 검지하는 방법이 개시되어 있다.
LSI의 고집력화에 따라 그 가공에는 높은 정밀도가 요구된다. 높은 정밀도의 가공을 행하기 위하여는 각처리장치의 성능을 향상시키는 것은 물론이지만, 생산성 향상을 위하여는 각 처리장치의 성능을 장시간 안정하게 유지하여 불량을 재니 않는 것이 중요하다. 처리장치중에서 진공용기내에서 처리가스를 플라즈마화 하여 웨이퍼 표면에 패턴을 형성하는 에칭장치에 대하여 보면 에칭처리중에 패턴의 마스크인 레지스트가 분해하여 유기물이 발생하고, 이것이 처리실의 내벽에 부착한다든지 또 피에칭재인 금속(알루미늄, 몰리브덴이나 텅스텐)이 처리실 내벽에 막이되어 부착한다든지 한다. 이들의 부착물은 플라즈마에 접하면 플라즈마중의 이온의 작용이나 처리실벽면의 온도상승에 의해 가스를 발생한다든지 또는 금속막의 부착에 의해 마이크로파의 처리실에의 진입상태가 변화한다든지하여 그 결과 처리실내의 플라즈마 상태가 변화한다. 에칭처리는 플라즈마에 의해 행하여지기 때문에 플라즈마 상태의 변화에 의해 에칭특성도 변화해간다. 또 에칭가스에 의해 진공봉쇄 때문에 O링이 열화하여 미소한 리이크가 발생하여 플라즈마상태가 변화하기도 한다. 즉 에칭장치를 장시간 연속운전하고 있으면 에칭특성의 경시변화가 일어나 곧 검사의 합격조건을 충족할 수 없게 되어 불량의 발생에 이어진다. 또 처리실내별의 부착물은 어느두께가 되면 벗겨 떨어져 이물(異物)이 된다. 이것은 다른 플라즈마 처리장치(CVD장치나 스퍼터장치등)에서도 같으며 그 성능을 장시간 안정하게 유지함에 있어서 장해가 되고 있다.
지금까지는 예를들면 특개소 63-42124호 공보부에 개시되어 있는 플라즈마 에칭장치와 같이 에칭처리중에 플라즈마의 상태를 그 발광에 의해 모니터하고는 있으나 이 모니터 결과는 에칭의 종료를 감시하기 위하여서만 이용되고 있다. 즉, 에칭중은 피에칭재(알루미늄 등)가 에칭반응에 의해 플라즈마중에 나타나기 때문에 이것이 방사하는 광(그물질 특유의 파장)의 강도를 감시하며 RM 그 광의 강도가 제로가된 시점에서 에칭이 끝난 것을 검출하고 있다. 따라서 1장의 웨이퍼를 에칭하는데 필요한 시간 및 에칭속도를 얻을 수 있으나 이 값이 변화하여도 특히 처리조건을 수정하는 것과 같은 것은 행하여지고 있지 않았다. 또 불량발생을 미연에 방지하는 것은 행하여지고 있지 않았다.
본 발명의 목적은 채광창의 투과특성의 변화의 영향을 받는일 없이 플라즈마 발광을 모니터하는 모니터장치를 구비한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 플라즈마의 특성을 장기간 모니터하는 것에 의해 플라즈마의 특성을 제어하여 플라즈마 처리특성을 유지하는 것이 가능한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 처리실내의 상태를 모니터하는 것에 의해 처리실내의 더러움에 기인하는 처리기판의 오염을 미연에 방지함과 동시에 적절한 메인터넌스(청소등)시기를 결정하는 것이 가능한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
플라즈마의 발광을 분광분석하는 경우의 문제점은 플라즈마발광검출용의 창이 에칭처리에 의해 경시변화하는 것이다.
즉, 처리실의 창은 그대로는 에칭처리에서 발생하는 반응생성물이 표면에 막모양으로 부착하기 때문에 플라즈마 발광에 대한 투과율이 변화해 버린다. 또 처리실의 창이 직접 플라즈마에 쪼이면 플라즈마에 의한 스퍼터 작용에 의해 처리실 안쪽의 창표면에이 생겨 플라즈마로 발광되어 채광창에 도달한 광은 난반사하여 채광창을 투과하는 광량이 감소하고, 그만큼 분광기에 입사하는 광량이 감소한다. 이들의 요인에 의해 분광기에서 검출되는 플라즈마의 발광량이 변화하여도 플라즈마 발광량 그것이 변화한 것인지 또는 창의 투광율이 변화하였는지 구별할 수가 없다. 종래의 발광분석 모니터를 행하는 플라즈마 처리장치에서는 상기한 바와 같은 플라즈마 모니터용 채광창의 플라즈마 광의 투과특성이 플라즈마 처리시의 에칭작용에 의해 경시변화하는 것에 대하여 고려되어 있지 않으므로 같은 플라즈마 발광량에 대하여 항시 일정한 모니터 출력을 얻을 수가 없으며, 항시 안정한 플라즈마 처리결과를 얻은 것이 어려웠다.
또 상기 종래기술에 있어서의 에칭처리중의 플라즈마의 모니터는 에칭특성에 관한 조건을 넓게 모니터하고 있는 의미는 아니고 모니터하여 검출할 수 있는 내용이 종점검출, 이상검출에 한정되어 있었다.
또 에칭처리를 중복하면 반응생성물이 처리실내면에 부착하여 플라즈마 상태가 변화하는 원인이 된다. 플라즈마 상태가 변화하면 에칭반응조건이 변화하므로 에칭조건을 일정하게 유지한 그대로는 적절한 에칭처리를 할 수 없게 된다. 따라서 항시 일정의 안정한 에칭을 행하는데는 반응실내를 빈번하게 클리닝하여 항시 일정한 플라즈마를 발생할 수 있는 상태로 유지할 필요가 있다. 그런데 상기 종래기술에 있어서는 모니터한 플라즈마 발광량의 데이터를 플라즈마의 안정성이나 에칭특성의 판단에만 이용하며 처리실내의 더러움에 대하여는 아무런 고려를 하지 않았다. 이 때문에 처리실내의 정확한 클리닝시기의 판단이 나오지 않으며 처리실내의 더러움에 기인하는 처리기판의 오염을 미연에 막을 수가 없었다.
본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하는데 있다.
상기 본 발명 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 플라즈마 처리실내에서 발생하고 있는 플라즈마의 발광과 상기 플라즈마 처리실의 외부의 광원에서 발사하여 상기 플라즈마 처리실 내부를 통과한 스펙트럼이 기지의 광을 검출하며 상기 플라즈마의 발광과 상기 스펙트럼 기지의 광과의 스펙트럼의 차를 구하여 그 스펙트럼의 차에서 상기 플라즈마 처리실의 내부상태를 판정하는 플라즈마 처리방법으로 하였다.
또 본 발명에서는 내부에 피처리기판을 배치하여 처리가스를 소정의 압력에 유지하여 상기 내부를 관찰하기 위한 대향하는 적어도 1쌍의 창부를 가진 처리실과, 이 처리가스를 소정의 압력으로 유지한 처리실내에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단과, 처리실의 외부에서 대향하는 1쌍의 창부의 한쪽을 통해서 플라즈마의 발광을 모니터하는 플라즈마 발광모니터 수단과, 처리실의 외부에서 대향하는 1쌍의 창부의 플라즈마 발광모니터 수단과 반대쪽에서 대향하는 1쌍의 창부를 통하여 플라즈마 발광모니터 수단에 참조광을 조사하는 참조광 조사수단과, 플라즈마 발광모니터 수단으로 모니터한 플라즈마의 발광과 참조광과의 데이터에 의거하여 상기 피처리기판의 플라즈마 처리상태를 제어하는 제어수단을 구비하는 구성으로 하였다.
에칭처리실의 창은 반응성질이 막모양으로 부착한 플라즈마에서의 이온의 충격에 의해 표면에이 생긴다. 그결과 플라즈마의 발광이 이창을 통과할 때 부착물을 구성하고 있는 물질에 고유의 파장성분이 그량에 따라 흡수된다든지 또는 창의 내면에서 난반사 함으로써 광량이 저하한다. 이들의 상황을 정량적으로 파악하기 위하여 처리실의 외부에서 다른 광(참조광)을 입사시켜 처리실내를 통과시켜 처리실의 외부에 출사시켜 이것을 분광기로 검출한다. 이 검출한 참조광을 본래의 (처리실내부를 통과시키지 않는다)참조광의 스펙트럼과 비교하면 각파장에 대응한 투과율이 구해진다. 다음 참조광을 제거하고 플라즈마 발광의 스펙트럼을 검출하여 각파장에 대하여 참조광을 이용하여 구한 투과율로 나누면 창의 영향에 의한 검출오차를 보정할 수 있으며, 플라즈마 발광을 정확하게 구할 수가 있다.
한편, 플라즈마는 전자나 이온이 처리실의 내벽면에 충돌함으로써 잃어버리면 그 손실분이 전리에 의하여 보급되어 이들이 밸런스하여 유지되고 있다. 따라서 플라즈마의 체적에 대하여 벽면과 접촉면적이 크게 되면 손실분이 증가하여 유지할 수 없게 된다. 그결과 예를들면 직경에 대하여 충분히 긴원통모양의 용기내에서는 플라즈마는 존재할 수 없다. 플라즈마의 이 성질을 이용하여 창의 안쪽에 직경이 충분히 작은 가늘고 긴 구멍을 복수개 선치한 물체를 놓음으로써 플라즈마와 창의 접촉을 막을 수가 있다.
이 경우 플라즈마에서의 광은 창에 도달할 수있다. 그러나 이 광이 구멍의 내벽에서 반사하면서 창에 들어가면 반사에 의한 스펙트럼의 영향이 생기므로 예를들면 내벽을 나사모양으로 하는 등으로 난반사시켜 이와같은 광(반사광)을 받아들이지 않토록 해둔다. 또 구멍에는 창에서 플라즈마 처리실을 향하여 Ar등의 불활성가스를 흘러 플라즈마중의 반응생성물이 확산에 의해 창에 부착하지 않도록 한다.
이상에 기술한 플라즈마 발광스펙트럼의 보정수단 또는 플라즈마의 차폐수단을 사용하므로서 플라즈마의 발광스펙트럼을 창의 더러움, 깎임 등에 의한 경시변화에 영향받지 않고 측정 가능하게 된다. 이 결과를 이용하여 이하에 기술하는 것과 같이 에칭특성을 모니터할 수가 있다.
플라즈마가 발생하여 에칭처리가 시작하면 웨이퍼표면에서 에칭반응의 반응생성물이 플라즈마중에 나타나 이것이 발광한다. 이 발광강도는 플라즈마 중의 반응생성물의 공급량 즉 에칭속도에 의존하며 또 플라즈마 밀도에도 의존한다. 따라서 발광스펙트럼에서 에칭속도를 모니터할 수 있다. 반응생성물의 발광강도의 경시변화의 한예를 제5b 도에 도시한다. 파형(波形)은 4개의 직선성분으로 구성되어 있다. 반응생성물인 텅스텐(W)의 발광강도는 웨이퍼 전면에서 에칭이 진행하고 있는 동안은 점[A]에서 점[B]의 발광강도에 대응하여 거의 일정하다. 에칭의 종료와 동시에 W의 발광강도는 급격하게 감소한다. 한편 웨이퍼면내에서 W의 에칭속도에 분포(빠른 부분과 느린부분)가 있으면 에칭종료부분의 면적이 서서히넓게 되므로 반응생물의 발광강도는 점[B]에서 점[C]의 변화에 대응하여 서서히 저하한다. 점[D]에서 처리실내의 플라즈마 방전을 종료시킨다. 따라서 반응생성물의 W의 발광강도의 시간변화에 의해 웨이퍼 면내의 W의 에칭속도의차, 즉 균일성을 모니터할 수 있다.
에칭처리의 균일성은 다음 식에서 정의된다.
배선막을 에칭하는 경우 피에칭재의 발광강도의 시간변화에 주목한다(제5b도). 에칭종료개시의 점을 t1, 에칭전면종료의 점을 t2로하고, W의 막두께를 d(nm), 웨이퍼의 최대에칭 속도를 d/t1(nm/s), 최소에칭속도를 d/t2(nm), 평균에칭속도를 1/2 ×(d/t1+d/t2)(nm)로 한다. 이것들을 상기 식에 대입하면 다음식이 얻어진다.
따라서 t1,t2에서 균일성을 산출할 수가 있다.
제6a도에 실제의 파형을 나타낸다. 이 도면에 나타내는 것과 같이 실제로는 웨이퍼의 에칭종료점이 불균일이기 때문에 점(S1)의 사이에서 발광강도의 흔들림이 크게 되어 곡률이 거의 같은 점이 늘어선다. 이 때문에 2계미분의 극치(極値)로서 S1을 추출하는지 S2를 추출하는지 판정이 곤란하다. 따라서 2계비분의 변곡점의 X좌표의 값을 t1,t2로 하여 추출하는 것은 곤란하다.
그래서 에칭종료개시의 점(t1)과 에칭전면종료의 점(t2)의 파형을 평활처리한 후 2계 미분하는 처리와, 파형전체를 절선근사(折線近似) 하는 것을 조합하여 추출한다. 평활처리에는 엣지 등의 중요한 정보를 남겨 노이즈를 제거하는 중간치 필터를 이용한다. 제6b도에 실제의 파형을 평활처리후, 절선근사한 파형과 실제의 파형을 절선근사후 2계미분한 결과를 나타낸다. 파형을 2계 미분한때의 극대점, 점(8)과 웨이퍼면내의 에칭이 전면종료한점, 점(5)는 일치하고 있다. 그래서 점(5)을 에칭전면종료의 점, 점(2)으로 한다.
에칭종료개시의 점, 점(1)은 파형을 2계미분한 때의 극소치, 점(7)과는 어긋난다. 또, 점(1)과 절선근사한 절선의 구성점은 어느것이나 X좌표의 어긋남이 에칭종료의 점과 비교하여 크다. 그래서 점(5)에서 절선을 시간변화와 반대의 쪽으로 탐색하여 어느 임계치 이상의 경사를 가진 절선의 시점을 에칭종료개시의 점(t1)으로 한다. 이것에 의해 에칭종료 개시의 점과 전면종료의 점을 안정하게 검출할 수 있다.
이상에 의해 구한 에칭종료개시의 점(t1), 에칭전면종료의 점(t2)을 (수식2)에 대입하여 에칭의 균일성을 산출한다.
O링이 에칭가스에 쬐어 열화하면 실(Seal)효과가 없으며 대기가 처리실의 내부에 새는 리이크현상이 발생한다. 이 리이크에 의해 처리실내에 침입한 질소와 산소는 처리실 내에서 플라즈마화하여 특유의 파장으로 발광한다. 따라서 리이크에 대하여는 질소의 발광의 파장과 산소이 발광의 파장에 주목하여 그 발광 강도가 통상보다 증가해 있을 때 이것을 검출할 수가 있다.
플라즈마는 이하에 기술사는 것과 같이 압력과 플라즈마 발생전력에 의해 제어된다. 파장이 짧은 영역의 발광 레벨이 표준의 레벨보다 낮은 경우 높은 에너지를 가지고 있는 전자의 배율이 저하되어 있다. 즉 전자온도가 낮게되어 있다고 생각된다. 그래서 이 경우는 전자온도를 올리기 위하여 압력을 내리도록 제어한다. 반대로 파장이긴 영역의 레벨이 낮은 경우에는 압력을 올리도록 제어한다. 또 플라즈마 스펙트럼 전체의 레벨이 낮게되어 있을 때는 플라즈마 밀도가 낮기 때문에 발광레벨이 떨어져 있는 것이라 생각된다. 이 경우는 플라즈마 발생전력을 올려 플라즈마 밀도를 증가시킨다. 반대로 플라즈마의 스펙트럼의 레벨전체가 높을때는 플라즈마 발생전력을 내려서 플라즈마의 밀도를 감소시킨다.
그외에 파형전체중에서 이상한 발광 피이크를 검출함으로써 에칭의 이상을 모니터 할 수 있다.
이상의 방법으로 플라즈마의 발광 스펙트럼이 기준치에서 어긋나지 않도록 압력이나 플라즈마 발생전력등의 설정조건의 제어, 리이크의 관리를 하는 것으로 에칭특성을 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다.
또 상술한 바와 같이 처리실의 에칭을 중복함에 따라 더러워져간다. 이 더러움은 창뿐 아니라 처리실의 다른 부분도 같다고 생각된다. 따라서 창의 더러움의 상황을 참조광의 투과특성에 의해 모니터함으로써 처리실내의 더러움을 추정할 수가 있다.
또 예를들면 상기 종래기술 특개소63-42124에서는 에칭처리가 종료한 것을 모니터하고 있는 뿐 이며, 에칭 처리의 결과(패턴 단면의 치수, 형상이나 처리 웨이퍼면내 균일성등) 가 검사의 합격조건을 충족하고 있는 것을 확인하고 있는 의미는 아니다. 그 때문에 처리장치의 특성이 변화하여 그 결과 에칭처리가 검사조건에 대하여 불합격의 경우라도 같은 조건에서 처리가 속행되어 불량품을 내는 결과가 된다. 상기 종래기술의 항에 기술한 바와 같이, 에칭처리장치의 처리특성은 시간과 같이 변화하므로 처리를 할 때마다 그 결과를 정확하게 검사하는 것이 필요하다. 본 발명은 에칭처리가 1장 끝날때마다 그 처리상황을 모니터하여 그 결과를 처리장치에 보고함으로써 처리장치는 적정한 처리가 행하여지도록 처리조건을 수정한다든지 혹은 처리조건의 수정으로는 대처할 수 없는 경우에는 처리를 중지하는 것으로 에칭특성을 일정하게 유지하여, 불량의 발생을 방지하는 에칭모니터를 제공한다.
상기 과제는 처리특성의 경시변화의 원인을 특정함으로써 해결할 수 있다. 처리특성 뿐 아니고 플라즈마 상태도 경시변화하기 때문에 플라즈마의 변화를 상세히 조사해 보면 다음과 같이 생각된다. 먼저 처리실내벽에 부착한 반응생성물의 막에서 새로운 가스가 방출됨으로써 방전가스의 조성이 변화하여 그 결과 플라즈마가 변화한다. 또 반응생성물의 막이 공급한 방전전력의 일부를 흡수(예를들면 유전손실)함으로써 플라즈마가 흡수하는 전력(실효적인 방전전력)이 변화한다. 또는 알루미늄등의 금속배선막을 에칭하는 경우이면 반응생성물의 막으로서 금속의 박막이 처리실내벽에 부착하는 것으로 되며, 이 때문에 전력의 일부가 반사되어 플라즈마에 흡수되지 않는 것으로 된다. 이 경우도 실효적인 방전전력이 변화한다. 방전에 의해 처리실내벽의 온도가 상승하여 부착막에서의 가스 방출량이나 2계 전자방출량이 변화하여 플라즈마가 변화한다.
이상과 같은 플라즈마의 변화는 발광스펙트럼의 변화로서 관찰할 수 있다. 따라서 방전전력의 변화에 의한 발광스펙트럼의 변화의 특징이나 가스조성의 변화에 의한 발광스펙트럼의 변화의 특징을 미리 구하여 데이터 베이스화해두면 실제의 스펙트럼의 변화를 이데이터 베이스와 비교함으로써 플라즈마의 변화의 원인을 특정할 수가 있다. 변화의 원인이 방전전력이나 압력등 제어가능한 것이라면 이것을 수정함으로써 플라즈마를 원래의 상태로 되돌릴 수가 있다. 즉 처리조건(전력, 압력 등)으로 피드백 함으로써 플라즈마를 안정하게 유지할 수 있으며 처리특성도 안정화할 수 있다. 또 변화의 원인이 내벽의 부착물에서의 가스방출등 제어불가능한 것이라면 경보를 발생하여 처리를 중지함으로써 불량의 발생을 방지할 수 있다. 또 이것에 의해 적정한 메인터넌스의 시기를 나타낼 수도 있다.
제11도에 처리장치가 새로운, 한번도 사용하지 않은 경우의 염소 플라즈마의 스펙트럼을 나타냈다. 처리장치는 모두 미아크로파 ECR 방식을 이용한 것이다. 양도면을 비교하면 스펙트럼의 차이는 인정되지만 이 차이의 원인을 다음과 같이 하여 추정할 수가 있다. 제13도는 같은 처리장치에 있어서 마이크로파 전력만을 변화시킨 경우의 스펙트럼 변화를 나타내고 있다. 횡축은 파장, 종축은 중심조건일때의 스펙트럼으로 각조건의 스펙트럼을 나눈것으로서 %표시이다. 제14도, 제15도는 각각 압력만, 염소유량만을 변화시킨 경우의 제13도와 같은 도면이다. 이들의 도면을 보면 전력이 변화하였는지 압력이 변화하였는지로 스펙트럼의 변화의 모양이 완전히 달라져 있는 것을 알 수 있다. 즉 스펙트럼의 변화의 모양에서 반대로 방전조건 중의 어느것이 어느정도 변화하였는지를 추정할 수가 있다. 따라서 제어가능한 조건(방전조건)의 변화에 의한 스펙트럼의 변화를 미리 구하여두면 이것을 데이터 베이스로해서 실제의 스펙트럼의 변화 즉 플라즈마상태의 변화의 요인을 추정할 수가 있다.
본 발명에 의하면 채광창에 보정수단 또는 플라즈마 차폐수단을 설치하였으므로 플라즈마의 영향에 의한 채광창의 광투과특성의 경시변화의 영향을 작게할 수가 있으며, 플라즈마 및 에칭 중의 반응생성물의 스팩트럼을 안정하고 정확하게 모니터할 수 있게 되었아. 또 이와 같이 안정한 상태에서 스펙트럼을 정확하게 모니터하여 에칭처리의 조건을 제어함으로써 장기간 안정한 에칭처리를 지속하는 것이 가능하게 되었다.
또 본 발명에 의하면 플라즈마 에칭장치의 웨이퍼의 에칭처리를 상시감시하여 그 처리특성을 일정하게 유지할 수 있으므로 불량의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
창의 오염이나 깎임의 상태를 정량적으로 파악하여 스팩트럼을 보정하는 방법의 실시예에 대하여 제1도를 사용하여 설명한다.
제1도는 플라즈마 발광스펙트럼의 보정처리수단을 구비한 본장치의 전체도의 한예이다. 본장치의 구성에 대하어 설명한다.
2는 에칭의 처리실이며 2의 에칭의 반응가스를 도입한다. 가스는 매스플로워 콘트롤러(9)에서 제어되고 있다. 처리실(2) 내에 평행평판(22)을 설치한다. 플라즈마 발생용 전원(24)에서 처리실(2)내에 전력을 도입한다. 정합기(23)에서 플라즈마 발생전원(24)과 평행평판(22)의 위상의 어긋남을 조정한다. 평행평판(22)의 밑쪽에는 이온제어용의 RF전원(12)을 설치한다. 평행평판(22)의 밑쪽에는 웨이퍼의 온도계(10)가 설치되어 있다. 전압 측정기(13), 온도계(10), 분광분석부(4)에서의 데이터는 데이터 처리제어부(11)에 들어간다.
플라즈마를 발생시켜 웨이퍼(5)를 에칭한다. 처리실(2)에는 채광창(1)을 설치한다. 채광창(1)에는 석영파이버(3)로 참조광원(8)에서의 광을 처리실내로 유도한다. 참조광원(8)과 채광창(1)의 사이에는 셔터(6)를 설치한다. 또 참조광원(8)에서 석영파이버로 분광분석부(4)에 직접 광을 받아들인다. 분광분석부(4)와 참조광원(8)의 사이에 셔터(7)를 설치한다. 본장치의 동작에 대하여 설명한다. 처리실(7)을 진공으로 배기하여 매스플로워 콘트롤러(9)에 의애 유량조정된 에칭 가스를 흘려 소정의 압력으로 한다. 다음에 플라즈마 발생전원(24)의 출력을 평행평판(22)의 상부전극에 정합기(23)를 거쳐 인가하여 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼(5)의 에칭처리를 행한다.
웨이퍼(5)의 표면에서의 에칭 반응은 플라즈마중의 활성종과 피에칭재의 화학반응이라 생각된다. RF전원(12)에서 바이어스 전압을 인가하는 것으로 이온을 웨이퍼(5)에 끌어넣음으로서 반응이 진행한다.
2개 설치해 놓은 채광창(1)에는 석영파이버(3)가 설치되어 있으며 한쪽은 분광분석부(4)에, 다른쪽은 셔터(6)을 거쳐 참조광원(8)에 접속되어 있다.
참조광원(8)에서 서텨(7)를 열어 참조광을 분광분석부(4)로 받아들여 그 스펙트럼을 채집한다. 셔터(7)를 닫고 셔터(6)를 열어 채광창(1)을 2회 통과한 참조광의 스펙트럼을 분광분석부(4)에서 채광한다. 채광창(1)은 에칭처리에서 발생하는 반응생성물의 표면에 막모양으로 부착하며 또 플라즈마에 의한 스퍼터작용에 의해 창표면에이 생겨 플라즈마에서 채광창으로의 광은 난반사하여 분광분석부(4)에 들어오는 광량이 감소하며, 그 결과 투과특성이 변화되어 있다.
참조광 본래의 스펙트럼에서 셔터(6)를 열어 채광한 채광창(1)에 의해 변화한 참조광의 스펙트럼의 각파장마다의 발광강도를 보정한다. 채광창에 의한 각 파장에 대응한 투과율이 구해진다. 다음에 셔터(6)를 닫아 참조광원(8)을 끄고 처리실(2)내에 플라즈마를 발생시킨다. 처리실(2)내의 플라즈마 발광의 스펙트럼을 채광창(1)을 통하여 채집해서 참조광을 사용하여 구한 투과율로 보정하면 본래의 플라즈마 발광이 구해진다. 보정의 결과를 제3도에 도시한다.
제3도에 있어서 [1]이 플라즈마 스펙트럼의 참값, [2]가 플라즈마 스첵트럼의 보정치, [3]이 투과특성이 변화한 채광창을 통과한 플라즈마 스펙트럼이다.
다음에 플라즈마 발광 스펙트럼의 보정의 다른 실시예를 설명한다. 제17도는 본 발명을 에칭장치에 적용한 경우의 모니터장치의 한예의 불록도를 나타낸다. 또 제18도에 모니터 신호처리의 플로워차트의 한예를 나타낸다. 제17도에 있어서 에칭장치(601)는 벨자체임버(600a), 채광부(600b)를 가지고 있다. 에칭모니터장치는 플라즈마 발광검출부(602), 발광신호처리부(603), 에칭상태감시부(604), 출력표시부(605)로 구성된다. 다음에 각 유니트의 동작을 간단히 설명한다. 플라즈마 발광검출부(602)는 에칭장치(601)의 플라즈마 발광(607)에서 발광스펙트럼 데이터를 얻어 발광신호처리부(603) 및 에칭상태 감시부(604)에 보낸다. 또 발광신호처리부(603)는 발광스펙트럼 데이터가 기준이되는 발광스펙트럼 데이터로 보정하며, 이보정후의 발광스펙트럼데이터(608)를 에칭상태감시부(604)에 보낸다. 이 보정의 방법에 대하여는 후술한다. 에칭상태 감시부(604)는 발광스펙트럼데이터(608)를 사용하여 에칭장치(601)의 처리실내부의 반응생성물의 양이나 상태, 부품의 열화상태 등을 추정하여 장치의 보수, 에칭처리의 이상경보등의 정보로서 출력표시부(605)에 보내어 데이터를 표시한다. 또 소정의 에칭처리특성에서의 어긋남을 보정하기 위한 처리압력, 가스유량, 플라즈마 발생용전력등의 설정조건을 구하여 이것을 피드백 신호로서 에칭장치(601)에 보낸다. 에칭장치(601)는 얻어진 피드백신호에 의해 설정조건을 변경하여 소정의 에칭특성에서의 어긋남을 수정한다.
다음에 상술의 발광스펙트럼데이터의 보정에 대하여 제19a도, 제19b도, 제20a도, 제20b도, 제20c도를 이용하여 설명한다. 제19a도, 제19b도는 에칭에서 발광스펙트럼을 나타내고, 201은 에칭중, 202는 오버에칭중을 나타낸다. 에칭중은 스펙트럼피크(211), (212), (213)가 변화하나 오버에칭중은 거의 변화하지 않는다. 이 이유는 오버에치의 단계에서는 에칭반응이 거의 진행하지 않기 때문이다. 그 한편에서 에칭중은 반응생성물이 많이 발생하며, 이것이 벨자체임버의 내벽에 부착하여가기 때문에 발광스펙트럼의 강도는 전체적으로 저하해간다. 부착물은 처리매수를 거듭함에 따라 증가하며 그때의 발광스펙트럼의 강도변화는 제20a도의 301과 같이 된다. 즉 20a도의 301의 3개의 라인은 제19a도, 제19b도에 있어서, 스펙트럼피크(211),(212)(213)의 최대치의 처리매수에 대한 변화를 발광강도(상대치)로 나타낸 것이다. 이 도면에서는 3개의 스펙트럼 피크는 처리매수를 증가하면 모두 감소되어 있는 것이 같이 보인다. 여기서 각 웨이퍼에서의 오버에치중의 발광스펙트럼을 취해 첫장째의 웨이퍼에서 강도를 기준으로 2에서 4장째의 스펙트럼 강도를 나누면 302에 나타낸것과 같이 된다. 도면중의 1에서 4까지의 숫자는 웨이퍼의 처리매수에 대응한다. 그래서 302의 파장특성으로 301의 발광강도를 보정함으로써 벨자체임버의 부착에 의한 광량저하의 영향을 없엘 수가 있다. 제20b도의 302는 301을 보정한 결과를 나타낸다. 301에서 모두 감소되어 있는 것 같이 보인 스펙트럼피크(211), (212), (213), 는 303에 나타내는 것과 같이 211만 감소하고 다른 2개는 변화되어 있지 않은 것이다. 이와같이 벨자체임버의 부착에 의한 광량저하의 영항을 제17도의 신호처리부에서 상기 보정을 가하므로서 배제하여 안정한 모니터데이터를 얻을 수가 있다. 이상의 설명은 에칭으로 설명하였으나, 플라즈마 처리를 이용한 프로세스에 모두같이 적용 가능하다.
본 실시예에 의하면 플라즈마 에칭 장치의 웨이퍼 에칭처리상태를 인프로세스에서 감시하여그 처리특성을 일정하게 유지할 수 있으므로 불량의 발생을 방지할 수 있다.
다음에 플라즈마중의 복수개의 특정부분의 발광스펙트럼을 관찰하는 방법에 대하여 제16도에 의해 설명한다. 제16도는 플라즈마에칭 장치의 한예의 단면도이다. 제16도에서 에칭처리실(501)은 도시하지 않은 진공배기계와 도시하지 않은 에칭가스 도입기구에 의애 소정의 압력으로 유지되어 있다. 여기에 도시하지 않은 방전전력 공급기구에 의해 방전전력이 공급되며 플라즈마(502)를 발생시켜 웨이퍼(503)를 에칭처리하는 것이다. 플라즈마에서의 발광은 한결같지는 않고, 예를들면 웨이퍼 근방의 위치(504)에서는 에칭반응생성물의 발광이 세고, 에칭처리실(501)의 벽면근방의 위치(505)에서는 벽면에 부착되어 있는 퇴적물(堆積物)에서의 방출가스의 발광이 세다. 또 플라즈마(502)의 중앙위치(506)에서는 에칭가스 그것의 발광이 세게되어 있다. 그래서 플라즈마(502)에서의 발광을 관찰하는 경우, 에칭처리실(501)의 벽면에 설치한 채광광학계에 의해 발광위치에 의한 차이를 분리할 수 있다. 제16도에서는 광학계(507)는 플라즈마(502)의 중앙위치(506)에 초점을 맞추어 놓았으며 이 부분의 발광만을 분광기(510)에 유도할 수가 있다. 같은 형태로 광학계(508)는 에칭처리실(501)의 벽면근방(505)의 발광만 또는 광학계(509)는 웨이퍼(503)의 근방(504)의 발광만을 각각 분광기(511), 분광기(512)에 유도할 수가 있다.
표면에 텅스텐(W)을 성막한 웨이퍼(W웨이퍼)의 에칭특성을 모니터하는 실시예에 대하여 설명한다.
에칭처리가 시작하면 웨이퍼 표면에서의 에칭반응에서 6불화 텅스텐(WF6)이 발생하여 불소(F)나 W으로 분리하여 발광한다. 이 발광강도는 플라즈마중에의 반응생성물에의 공급량 즉 에칭속도에 의존하며 또 플라즈마 밀도에도 의존한다. 따라서 발광스펙트럼에서 에칭속도를 모니터할 수 있다.
F의 발광강도와 W웨이퍼의 에칭레이트의 관계를 제5a도에 나타낸다. 제5b도는 반응생성물인 W의 발광도의 경시변화이다. 반응생성물인 W의 발광강도는 웨이퍼 전면에서 에칭이 진행되고 있는 동안은 [A]에서 [B]의 발광강도에 대응하여 거의 일정하다. 에칭이 종료됨과 동시에 W의 발광강도는 급격히 감소한다. 한편 W 웨이퍼면내에서 에칭속도에 차가 있으면 (빠른부분과 느린부분) 에칭종료부분의 면적이 서서히 넓게 되므로 반응생성물의 발광강도는 [B]에서 [C]의 변화에 대응하여 서서히 저하한다. [D]에서 처리실내의 플라즈마 방전을 종료시킨다. 따라서 반응생성물의 W의 발광강도의 시간변화에 의해 W웨이퍼면내의 에칭속도의 차, 즉 균일성을 모니터할 수 있다.
균일성 검출의 알고리즘을 제8도에 나타낸다. 또 실제의 에칭 처리중의 플라즈마의 발광 강도의 변화를 제6a 도에 나타낸다. 이것은 2초간격으로 12초간, 합계 60점을 샘풀링한 것이다. 제6b도는 제6a도에서 샘플링한 데이터를 제8도에 도시한 알고리즘에 의거하여 평활화처리하여 절선근사를 한 파형과 (도면중 1-6에서 인출한선), 샘플링 데이터를 펼활화 처리하지 않고 직접절선근사를 하여 2계비분한 결과 (도면중 7 및 8에서 인출된선)를 나타낸다.
우선, 검출한 데이터를 폭3의 필터를 걸어(연속한 3점의 샘플링데이터에서 중간치를 추출한다. 평활화 처리를 행한다. 또 샘플링데이터를 평활화 처리한 후 절선근사를 하여 이절선을 시간변화쪽으로 보아 경사가 1보다 크게되는 최초의 절선의 시점을 에칭개시의 점(O점)으로 한다(제6b도중의 점 6).
제6b도에 있어서, 파형을 2계미분한때의 극대점, 점(8)과 웨이퍼면내의 에칭이 전면종료한점, 점(5)은 시간적으로 일치하고 있다. 그래서 점(5)을 에칭전면 종료의 점(t2)으로 한다. 또 에칭개시의 점, 점(1)은 파형을 2계 비분한때의 극소치, 점(7)과는 어긋나 있다. 또 점(1)과 절선근사를 한 절선의 구성점은 어느것이나 X좌표의 어긋남이 에칭 전면 종료의 점과 비교하여 크다. 그래서 점(5)에서 시간변화와 반대쪽으로 꺾이는 점을 탐색하여 어느임계치 이상의 경사를 가진 절선의 시점으로서 점(1)을 에칭종료개시의 점(t1)으로서 검출한다. 이것에 의해 에칭종료개시의 점(t1)과 에칭전면종료의 점(t2)을 안정하게 검출할 수 있다. 이것을 균일성 검출식(수식2)에 대입하는 것으로 안정하게 균일성을 검출할 수 있다.
W웨이퍼의 표면에서의 에칭반응은 플라즈마증이 활성종(F) 과 피에칭재의 화학반응을 생각할 수 있으나 W웨이퍼에 입사하는 F이온의 에너지가 공급됨으로써 반응이 진행한다. 또 W웨이퍼의 온도도 이 반응에 영향받도 있다. 따라서 패턴측벽의 에칭반응은, W웨이퍼의 온도와 측벽에 공급되는 이온의 에너지에 의존하고 있으며 바이어스 전압에 의해 결정된다.
그결과 제1도에서 온도계(10)에서 W웨이퍼의 온도를, 전압측정기(13)에서 바이어스 전압을 각각 측정하여 패턴측벽의 에칭량, 즉 치수정밀도를 모니터할 수 있다.
O링이 에칭가스에 쬐이면 열화하여 실 성능이 떨어져 처리실내에 대기가 들어오는 리이크 현상이 일어나버린다. 리이크에 의해 처리실내에 진입하여온 질소와 산소는 처리실내의 플라즈마에 의해 질소의 발광특성의 위치, 산소의 발광특성의 위치에서 각각 발광한다. 상기의 반드시 각의 파장에 주목하여 그 발광강도가 통상보다 증가했을 때 리이크를 검출할 수가 있다.
이상 기술한 바와 같이 에칭특성은 플라즈마 발광의 스펙트럼과 깊이 관계하고 있다. 따라서 플라즈마의 발광스펙트럼을 일정하게 유지하는 것으로 에칭특서을 일정하게 유지할 수가 있다.
플라즈마는 이하에 기술하는 것과 같이 압력과 플라즈마 발생전력에 의해 제어할 수 있다. 먼저 플라즈마를 압력으로 제어할 수 있는 것에 대하여 제7a도, 제7b도에서 설명한다. 제7a도와 같이 파장이 짧은 영역의 발광레벨이 표준의 레벨보다 낮은 경우 높은에너지를 가지고 있는 전자의 비율이 저하되어 있다. 즉 전자온도가 낮게되어 있다고 생각된다. 그래서 이 경우는 전자온도를 올리기 위하여 압력을 내리도록 제어한다.
반대로 제7b도와 같이 파장이 긴 영역의 레벨이 낮은 경우에는 압력을 올리도록 제어한다. 또 플라즈마 스펙트럼 레벨 전체가 낮게되어 있을때는 플라즈마 밀도가 낮기 때문에 발광레벨이 떨어져 있다고 생각된다. 이 경우는 플라즈마 발생전력을 올려 플라즈마 밀도를 상승시킨다. 반대로 스펙트럼 레벨 전체가 높을때는 플라즈마 발생전력을 내려 플라즈마 밀도를 하강시킨다.
채광창에 부착한 플라즈마에 의한 반응생성물에 의해 채광창을 통과하는 광은 특유의 파장이 흡광된다. 또 부착한 막두께에 의해 특정의 파장이 흡광되는 양이 변화한다. 파장이 흡광되어 있는 위치에 의해 부착물의 성분을 동일하게 정하여 스펙트럼의 흡수량에 의해 부착물이 양을 모니터할 수 있다. 따라서 창의 더러움의 상황을 채광창(1)의 투과특성의 변화에 의해 모니터 하는 것으로 처리실내의 더러움을 모니터하는 것이 가능하다. 분광분석부(4)에 채광된 플라즈마 발광 스펙트럼과 웨이퍼 온도를 측정하는 온도계(10), RF 전원(12)을 측정하는 전압측정기(13)에서의 데이터는 데이터처리 제어부(11)에 들어간다. 이 데이터 처리제어부(11)의 연산치에서 웨이퍼(5)의 에칭특성을 모니터한다. 그외에 파형전체를 보아 이상한 발광피크를 검출하는 것으로 이물을 검출하는 에칭의 이상도 모니터할 수 있다.
이상의 방법으로 플라즈마 발광스펙트럼이 정상의 에칭상태에서의 플라즈마의 발광스펙트럼의 기준치에서 이긋나지 않도록 한다. 데이터 처리제어부(11)에서 매스플로워콘트롤러(9), RF전원(12)의 설정을 제어하는 것으로 에칭특성을 일정하게 유지할 수가 있다.
제2도는 채광창에 대하여 플라즈마 차폐수단을 구비한 본장치의 전체도이다. 본 장치의 구성에 대하여 설명한다. 2는 에칭의 처리실이며 2의 속에 에칭의 반응가스를 도입한다. 가스는 매스플로워콘트롤러(9)에서 제어되고 있다. 처리실(2)내에 평행평판(22)을 설치한다. 플라즈마 발생용 전력(24)으로 처리실(2)내에 전력을 도입한다. 정합기(23)에서 플라즈마 발생전원(24)과 평행평판(22)의 위상의 어긋남을 조정한다. 평행평판(22)의 밑쪽에는 이온제어용의 RF전원(12)을 설치한다. 평행평판(22)의 밑쪽에는 웨이퍼의 온도계(10)가 설치되어 있다. 전압측정기(13), 온도계(10), 분광분석부(4)에서의 데이터는 데이터 처리제어부(11)에 들어간다.
이와같은 구성에 있어서, 먼저 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼(5)를 에칭한다. 처리실(2)에는 채광창(1)을 설치한다. 채광창(1)에는 플라즈마 차폐수단(14)을 설치하여 석영파이버(3)로 분광분석부(4)에 광을 받아들인다. 압력계(25)가 처리실(2)에 설치된다.
제2도에서의 채광창(1)에 설치한 플라즈마의 차폐수단(14)의 구성에 대하여 제4도에서 설명한다. 제4도는 플라즈마 차폐수단의 단면도이다. 이 플라즈마 차폐수단은 제2도에서의 처리실(2)의 채광부(1)에 설치하는 것이다. 제4도에 있어서 처리실의 벽면(20)에는 유리판을 붙이지 않은 채광창의 구멍(21)이 설치되어 있으며 이부분의 가늘고 긴 구멍(17)을 복수개 설치한 차폐물 및 유리판(15)을 진공으로 봉하기 위해 O링 (16)을 끼워 설치한다. 유리의 좌측은, 대기, 우축은 구멍(17)의 내부도 포함하여 진공이다. 처리실(1)에서 발생한 플라즈마의 발광은 구멍(17)을 통하여 유리판(15)을 투과한 후 집광렌즈(19)에 의해 집광되며 파이버(3)를 통해 분광분석부(4)로 들어간다.
상기 기술한 바와 같이 플라즈마는 가늘고 긴 원통상의 용기내에서는 존재할 수 없다. 따라서 구멍(17)의 축방향의길이를 직경의 5배이상으로 해두면 전자는 구멍(17)의 내벽에서 손실하기 쉽게 되므로 플라즈마가 구멍(17)에 진입할 수 없게 된다. 그 결과 플라즈마에서의 광은 유리판(15)에 도달되지만, 플라즈마가 유리판(15)과 접촉하는 일은 없다. 플라즈마에서의 광중 구멍(17)의 내벽에서 반사하면서 유리판에 도달하는 것도 있으나 이들의 광은 반사함으로써 그 스펙트럼이 변화되어 있으므로 제거할 필요가 있다. 그래서 구멍(17)의 내벽을 나사모양으로 해두면 이들의 광은 반사를 반복할 동안에 감쇄하여 유리판(15)에는 도달하지 않는다. 또 가스노즐(18)에서 Ar등의 불활성가스를 도입하여 이것을 유리판(15)에는 도달하지 않는다. 또 가스노즐(18)에서 Ar등의 불활성가스를 도입하여 이것을 유리판(15)에서 구멍(17)을 통하여 처리실에 흘림으로써 반응생성물이 확산에 의해 유리판(15)에 도달하는 일은 없고 막이 부착하는 일도 없다. 이상에 의해 유리판(15)의 투과특성은 경시변화하는 것을 방지할 수 있다.
W웨이퍼를 모니터하는 실시예에 대하여는 보정처리수단을 사용한 경우와 같다.
또 본 실시예의 방법은 고주파 방전플라즈마 뿐만아니라 직류방전 플라즈마나 마이크로파 방전플라즈마의 경우에도 같이 적용할 수 있다.
이하에 본 발명의 실시예를 나타낸다. 제9도는 본 발명을 에칭장치에 적용한 경우의 플라즈마 처리 모니터의 개념도를 나타낸다. 플라즈마 처리 모니터는 플라즈마 방광검출부(102), 신호검출부(103), 방전상태추정부(104), 데이터처리부(105), 출력부(106)로 구성된다. 이하 각 유니트의 동작을 간단히 설명한다. 플라즈마의 발광검출부(102)는 에칭장치(101)의 플라즈마 발광(107)에서 발광스펙트럼 데이터(109)를 구하여 방전상태추정부(104) 및 데이터 처리부(105)에 보낸다. 또 신호검출부( 103)는 피처리기판의 전위나 프로세스 조건의 설정치등의 신호(108)를 입력으로서 받아, 디지털 신호등으로 가공한 신호(110)를 방전상태추정부(104) 및 데이터 처리부(105)에 보낸다. 방전상태추정부(105)는 얻어진 데이터를 사용하여 방전조건을 추정하며, 방전조건추정데이터(111)를 데이터처리부(105)에 보낸다. 데이터처리부(105)는 방전조건추정데이터(111) 신호(110) 및 발광스펙트럼데이터(109)를 사용하여 에칭장치(101)의 처리실내부의 반응생성물의 양이나 상태, 부품의 열화상태등을 추정하여 장치의 보수 에칭처리의 이상경보등의 정보(상태추정데이터 113, 경보출력 112)로서 출력부(106)에 보내어 데이터를 표시한다. 또 소정의 에칭처리특성에서의 어긋남을 보정하기 위한 처리압력, 가스유량, 플라즈마 발생용 전력등의 설정조건을 구하여 이들을 피드백신호(114)로서 에칭장치(101)에 보낸다. 에칭장치(101)는 얻어진 피드백신호(114)에 의해 설정조건을 변경하여 소정의 에칭특성에서의 어긋남을 보정한다.
이하에 주요한 유니트에 관하여 상세히 설명한다. 먼저 방전상태추정부에 대하여 설명한다. 일반적으로 플라즈마 처리장치에서는 처리를 계속함에 따라 장치의 열화가 일어나 부품의 청소, 교환등의 보수작업이 필요하게 된다. 부품의 열화에 의해 설정한 프로세스 조건과 처리실내의 실효적인 프로세스조건이 달라지게되는 가능성이 있다. 예를들면, 통상, 처리가스의 유량은 매스플로워 콘트롤러라 부르는 장치를사용하여 소정의 유량을 얻을 수 있도록 제어되어 있다. 매스플로워콘트롤러는 유량계측부와 유량제어부로 구성되어 있다. 통상 매스플로워콘트롤러의 유량계측부에서는 가스의 유로를 유량계측용의 콘덕턴스의 작은 유로(유로 1)와 콘던턴스의 큰유로(유로 2)로 분기되어 있다. 유로(1)와 유로(2)의 콘덕턴스비가 변화하지 않으면 전유량을 정확하게 계측할 수 있으나, 예를들면 한쪽이 유로에 이물이 혼입하면 유로(1)와 유로(2)의 콘덕턴스비가 변화하여 소정의 설정치와 다른 양의 처리가스가 공급된다. 에칭장치(101)에서 사전에 방전상태추정부(104)에서 추정하는 각항목과 신호(110) 및 발광스펙트럼데이터(109)를 동시에 추정해두고 이것을 데이터베이스로서 보존해둔다. 이것을 사용하는 것으로 신호(101) 및 발광스펙트럼데이터만이 기지의 경우의 방전상태를 추정한다. 예를들면 플라즈마 발생용전력을 예측하는 경우에 대하여 설명한다.
에칭장치(101)에서 플라즈마 발생용전력, 신호(101) 및 발광스펙트럼데이터(109)를 측정한다. 다른 플라즈마 발생용 전력의 크기에 대하여 복수회측정을 하여 얻은 데이터를 데이터베이스로서 사용한다. 이 측정을 충분히 다수 반복하면 각 데이터는 신호공간내인 영역을 차지한다. 측정회수가 적은 경우, 선형화 또는 적당한 항수를 가정하여 각 데이터 사이를 보간(補間) 하여 상기 신호 공간내의 영역을 구한다. 플라즈마 발생용 전력이 미지의 경우 신호 및 (101) 및 발광스펙트럼 데이터(109)만이 기지의 데이터로서 얻어진다. 이 데이터를 상기 신호공간에 표시하면 직선이 얻어진다. 이 직선상의 점과 상기 데이터베이스영역의 내점과의 거리가 극소가되는 직선상의 점의 플라즈마 발생용 전력의 값이 예측치로 된다. 예측하여아 할 항목이 복수개 있는 경우도 같은 순서로 예측치를 구할수가 있다. 또 신호공간내의 2점간의 거리의 정의로서 각축의 좌표치 차의 2승의 합, 차의 절대치의 합, 차의 2승에 양의 가중치를 곱한것의 합등을 사용할 수가 있다.
데이터 베이스로서 보존된 데이터를 사용하여 동일이 구조를 가진 복수개의 다른 장치의 비교를 행할 수가 있다. 비교의 기준이되는 에칭장치(이하 표준장치라 부른다)에서 얻은 데이터베이스와 비교 되는 에칭장치(이하 비교장치라 부른다)의 데이터베이스를 비교한다. 일반적으로 표준장치의 데이터베이스와 비교장치의 데이터베이스는 신호 공간내에서 다른 영역을 차지한다. 영역이 다른 원인은 측정의 오차 및 표준장치와 비교장치의 차라 생각된다. 여기서 추정대상이 되는 각축의 평행이동 및 축소 확대되는 변환을 행하여 표준장치와 비교장치의 신호공간내에서의 데이터베이스의 차이를 흡수한다. 이때 사용한 추정대상이 되는 각축의 평행이동 및 축소확대를 나타내는 파라미터로 표준장치와 비교장치의 차를 정량화할 수 있다.
예를들면 플라즈마 발생용 전력만이 추정대상인 경우를 예로 설명한다. 표준장치의 데이터베이스와 비교장치의 데이터베이스를 비교한다. 표준장치, 비교장치의 데이터베이스를 구성하는 각점을 스펙트럼에서 각각 Fs(Wi), Fc(Wi)로 한다. 단, 데이터 베이스 각점의 플라즈마 발생용전력을 Wi: (i=1∼N)로 한다. 또 거리를 구하는 관수를 d라 한다. 이때
를 극소로하는 a, b를 구하여 이것에 의해 표준장치에 대하여 비교장치가 다른정도를 평가할 수가 있다. 또 상기, a,b를 사용하여 방전상태 추정데이터(111) 또는 신호(110)를 변환하는 것으로 표준장치를 기준으로 하여 비교장치의 방전상태 추정데이터를 교정할 수가 있다. 거리의 정의로서 각축의 좌표치의 차의 2승의 합, 차의 절대치의 합, 차의 2승에 양의 가중치를 합한 것의 화등을 사용할 수가 있다 .또 추정 대상이 복수인 경우에도 같은 순서로 표준 장치에 대하여 비교장치를 교정할 수가 있다.
다음에 데이터베이스의 구성에 관한 실시예에 대하여 설명한다. 연산처리를 고속 또는 티실시간으로 행하기 위하여는 데이터베이스는 가능한한 작은편이 바람직하다. 일반적으로 플라즈마의 발광스펙트럼에 나타나는 피크는 방전조건(플라즈마 발생전력, 압력, 가스유량등)에 대응하여 변화하는 것 뿐 아니고, 이들의 변화에 무관계의 것도 존재한다. 데이터베이스로서는 방전조건에 무관계한 피크(파장)는 유용하게 이용할 수가 없다. 따라서 이들의 데이터를 데이터베이스에서 삭제함으로써 , 데이터베이스를 작게할 수가 있다. 이하에 유효한 데이터와 무효한 데이터의 판별방법에 대하여 설명한다.
여기서는 플라즈마 발생전력 의존성의 데이터베이스 작성방법에 대하여 기술한다. 이 데이터베이스를 작성하기 위하여 플라즈마 발생전력을 변화시켰을 때의 플라즈마 발광스펙트럼을 취득한다. 어떤 값의 플라즈마 발생전력에 대하여 발광스펙트럼의 취득을 복수회 행하나 플라즈마 발생정력은 랜덤으로 변화시켜 행한다. 즉 표1에 나타내는 순으로 발광스펙트럼 취득을 행한다. 제1표에서는 플라즈마 발생전력을 9조건, 반복회수를 10회로 하여 합계 90회의 데이터 취득을 행하는 예에 대하여 나타내고 있다. 표중의 숫자가 측정의 순번을 나타내고 있다. 이와같이 하여 측정한 발광스펙트럼을 어떤 파장의 피크에 대하여 표2와 같이 정리한다. 따라서 표2는 파장의 수만큼 얻어진다. 표2에 있어서 세로열은 동일의 플라즈마를 나타내고 있다. 표2에서는 또 매열의 분산(이하 열방향분산), 매행의 분산(이하 행방향 분산)을 추가해 놓았다. 이들은 각각 반복 측정에 의한 변동, 플라즈마 발생전력의 변화에 의한 변동을 나타내고 있다. 행방향분산이 열방향분산과 같은 정도이면 이파장의 발광강도는 플라즈마 발생 전력에는 대응하고 있지 않다고 말 할수 있다. 따라서 데이터베이스로서는 행방향분산이 열방향분산보다 충분히 크게되는 파장 만을 가지고 구성하면 모든 데이터가 유효하게 이용할 수 있다. 가스유량의존성이나 압력의존성의 데이터베이스도 같은 방법으로 작성한다.
다음에 데이터처리부에 대하여 설명한다. 데이터처리부에서는 에칭장치(101)의 구성요건의 고장의 발생, 청소의 필요성이 높은, 교환의 필요성이 높은 등의 이벤트와 발광스펙트럼데이터(109), 방전상태 추정데이터(111) 및 신호(110) 의 관계를 논리식으로 기술해두고, 입력데이터에서 상기 각 이벤트의 발생을 예측한다. 예를들면 발광스펙트럼데이터(109)에 있어서 777nm의 발광이 전회의 방전시와 비교하여 소정의 비율이상이 증대를 나타내며, 또 처리가스를 도입하지 않을때의 처리실의 압력의 지시치가 전회와 비교해서 소정의 비율이상의 증대를 나타낸 경우, 처리실에 외부에서 산소가 혼입한 것이 의심되어 처리실에 누출 발생했다고 하는 경보출력이 발생한다. 또 가스유량의 설정치와 발광스펙트럼데이터(109) 등에서 추정한 가스유량이 추정치가 소정의 비율 이상으로되며 또 처리실을 배기하는 진공펌프의 배기량이 증대한 경우 가스유량을 제어기구가 고장난 것을 예측하여 경보를 발생한다. 논리로서 2진 논리 또는 퍼지 논리를 사용할 수가 있다.
제10도에 플라즈마 처리모니터의 하드웨어 구성을 나타낸다. 에칭장치(201)의 플라즈마 발광을 얻기 위한 창에는 광파이버(205)가 접속되어 있으며, 플라즈마 발광을 분광기(202)에 입사시킨다. 분광기(202)는 신호선을 사용하여 데이터 처리기(203) 에 발광스펙트럼데이터를 전송한다. 또 에칭장치(201)와 데이터 처리기(203) 도 신호선에 접속되어 있으며 제9도에 도시한 신호(108), 피드백신호(114)가 교환된다. 데이터처리기(203)에는 출력장치(204)가 접속되며 제1도에 도시한 상태추정데이터(113), 경보출력(112)이 전송된다.
이하 본 발명의 다른 실시예를 도면을 이용하여 설명한다.
제 21도에서 제22도를 이용하여 본 발명의 한실시예를 설명한다. 제21도에 본 발명을 이용한 드라이 에칭장치의 구성을 나타낸다.
일반적으로 장치이상을 검출하는데는 정상인 장치 상태와 그 범위를 정의할 필요가 있다. 정상인 장치상태를 표준상태라 부르는 것으로 한다. 표준상태와 현재의 장치 상태를 비교하여 정상, 이상의 판단을 행한다. 제21도에 본 발명을 이용한 에칭장치를 나타낸다. 장치상태로서
(1) 마이크로파 입반사전력(808)
(2) 가스유량(809)
(3) 플라즈마발광스펙트럼(810)
(4) 처리실압력((811)
(5) RF 정합기의 정합상태(812)
(6) 정전척전압, 전류(813)
(7) RF 입반사전력((814)
(8) 압력조정기 밸브개도(開度)(815)
(9) 웨이퍼온도(820)
(10 )코일전압, 전류(821)
의 각항목을 AD변환기 (807)에 의해 디지털 데이터로 변환한후 연산처리기(822)로 해석하여 장치이상을 검출한다. 또 연산처리기(822)는 이것들의 장치상태를 보존하여 이상 검출을 행하였을 때 검출한다. 또 연산처리기(822)는 이것들의 장치상태를 보존하여 이상 검출을 행하였을 때 혹은 수시로 장치상태를 외부로 꺼낼수가 있다. 과거의 장치상태를 이상발생원인의 규명 또는 장치관리에 사용할 수가 있다.
다수의 장치 상태를 나타내는 각항목을 어느기간에 걸쳐 기록하여 이들의 데이터에 장치 상태의 평균치, 표준편차는 구할수가 있다. 장치상태가 평균치에 가깝게 있으면, 정상, 떨어져 있으면 이상으로 판단할 수가 있다. 평균치에 가까운지 먼지 결국 이상판정의 임계치는 표준편차를 기준으로 결정할 수가 있다. 평균치, 표준편차는 데이터수, 데이터의 총화, 데이터의 2승합에서 구할 수가 있다.
(표준상태의 설정법으로서,)
(1) 어느구간내에서 구한 평균치, 표준편차를 이용한다.
(2) 평균치, 표준편차를 새로운 데이터가 얻어질때마다 갱신한다.
의 2가지의 어느쪽을 이용할 수가 있다.
또 장치의 통상의 운전상태를 구하는 다른 방법으로서 평균치를 바꾸어 중앙치, 도수분포에서의 최다치를 이용할 수도 있다. 운전상태의 편차를 표준편차로 바꾸어 분산, 최대치와 최소치의 차에 있는 범위, 절대편차 등도 이용할 수가 있다.
장치상태중 플라즈마 발광스펙트럼에 대하여 표준상태를 구하는 순서를 이하에 설명한다. 플라즈마 발광의 시간변화를 복수개의 시간 영역마다 선분에 근사하게 해서 그 선분의 단점(端点) 의 좌료를 사용하여 변화의 특징을 표현할 수가 있다. 영역의 개수(몇개의 선분으로 근사하는지)는 시간 변화의 패턴에 의하여 결정할 수가 있다. 에칭에서의 피에칭 재료의 발광시간 변화의 경우, 5개의 선분으로 근사하는 것이 적당하다.
이하에 플라즈마 발광의 시간변화를 복수개의 선분으로 근사하는 방법에 대하여 설명한다. 제22도에 피에칭재 발광의 시간 변화를 모델화하여 나타낸다. 통상 피에칭재 발광의 시간 변화는 제22도에 도시하는 것과 같이 5개의 영역에 나누어 생각할 수가 있으며, 개략 5개의 선분으로 시간변화를 근사할 수가 있다. 이하에 선분 근사의 알고리즘을 나타낸다.
(1)발광강도의 2계미분치의 극대극소, 처리의 개시, 종료에서 각 영역의 시간 경계의 초기치(T1'-T6')를 구한다. 단지 TiTi+1'(i=1∼5), T1'는 처리의 개시기각, T6'는 처리의 종료시각으로 한다. 또 T2',T3'는 각각 전반의 최대치, 극소치 T4' ,T5'는 각각 후반의 극소치, 극대치이다.
(2) 구간[Ti'∼Ti+1']에서 최소자승법에 의해 직선근사한다.
(3)직선의 교점, 초리의 개시, 종료시각에서 T1∼T6을 구한다. 단지 TiTi+ 1(i=1∼5), T1(=T1')는 처리의 개시시각, T6(=T6')는 처리의 종료시각으로 한다. 또 Ti+1는[Ti'∼Ti+1']에서 최소자승법에 의한 직선과 [Ti+∼1'∼Ti+2']에서 최소자승법에 의해 구한 직선의 교점의 x좌표를 나타낸다. 단지 I=1,2,3,4이다.
(4) T1∼T6를 T1'∼T6'와 치환한다.
(5) 수렴을 판정하여 미렴의 경우는(2)로 되돌아간다.
상기 알고리즘에서 얻어지는 선분의 단점의 좌표가 시간변화의 특징을 나타낸다. 이들 각선분의 단점을 특징점(特徵點) 이라 부르는 것으로 한다. 상기 알고리즘 중 2계 미분의 극대극소가 되는 싱각를 구하는 과정은 적당한 초기치를 이용하는 것으로 생략하여도 된다. 예를 들면 초기치로해서 바로 앞에 처리한 난기판에 관한 시간변화의 특징점의 시각을 이용할 수가 있다.
특징점의 좌표에서 각 시간영역의 길이, 각특징점의 발광강도를 구할 수가 있다. 각 시간영역의 길이, 각 특징점의 발광강도에 관하여 평균치 및 표준편차를 구할 수가 있다. 직선근사에서의 편차는 이하에 나타내는 순서를 사용하여 처리한다. 편차를 선분근사한 각시간영역마다 시간을 맞추기 위해 압축, 신장하여 정규화 한다. 정규화한 각 시간마다 평균치, 표준편차를 구한다.
그외의 장치상태를 나타내는 각항목의 시간변화를 같은 수법을 사용하여 근사한 선분과 선분근사에서의 편차로 표현할 수가 있다. 피처리 기판마다 상기 데이터처리를 행하여 평균치 및 표준편차를 구할 수가 있다. 즉 각 측정항목마다에,
(1)선분근사한 각시간영역의 길이의 평균치 및 표준편차
(2)각 특징점이 높이의 평균치 및 표준편차.
(3)선분근사한 각시간영역에서의 선분근사에서의 편차의 평균치와 표준편차를 얻는다. 이상검출기의 운용알고리즘은 아래와 같다.
(1)장치상태를 찾아서 얻는다
(2)장치상태의 선형근사에 의한 모델화를 행한다.
(3)표준상태와 그범위의 갱신을 행한다.
(4) 현재의 장치상태와 표준상태를 표준상태의 범위를 고려하여, 비교하여, 장치이상의 판정을 한다.
(5) 장치이상이라 판정한 경우는 (6)에 나간다. 정상이라 판정한 경우는 (1)에 되돌아간다.
(6) 현재의 장치상태 및 표준상태와 그 범위를 출력한다. 장치이상의 정도를 판정하여 중대한 이상의 경우에는 장치를 정지한다. 경미한 이상경보를 내고(1)에 되돌아간다. 상기 알고리즘 중(3)과 (4)의 순서는 반대라도 된다. 이하에 장치이상의 판정법, 장치이상의 정도의 평가법에 대하여 설명한다. 장치상태의 각항목에 대하여 상술과 같이 복수개의 평균치와 표준편차가 얻어진다. 각 평균치와 표준편차에 관하여 다음의 식과 같이 정상범위를 정의한다.
단,:평균치, σ:표준편차 , k :정수이다 k의 값은 피라미터에 관한 이상검출율을 감안하여 결정한다. 일반적으로 다수의 데이터를 모으면 그 도수분포는 정규분포에 가깝게 되는 것이 알려져 있다. 상기 파라미터가 정규분포 하는 경우 k의 값과 이 파라미터를 관측했을 때 정상범위에 있는 확율은 제23도와 같이 되는 것이 알려져 있다.
각 파라미터마다 k의 값을 결정하여 그 파라미터에 대한 정상, 이상을 판정한다. 어느 파리미터에서 이상이 발생하였는지, 또는 평균치에서의 어긋남은 표준편차와 비교하여 어느정도의 크기인가에 따라 이상내용을 분류하여 장치이상의 정도와 이상내용을 판정한다.
본 발명에 의하면 플라즈마 에칭장치의 웨이퍼의 에칭처리를 항시 감시하여 그 처리 특성을 일정하게 유지할 수 있으므로 불량의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 처리실내에서 발생하고 있는 플라즈마의 발광과, 상기 플라즈마 처리실의 외부 광원에서 발사하여 상기 플라즈마 처리실내부를 통과한 스펙트럼이 기지인 광과를 검출하는 스텝과, 상기 플라즈마의 발광과 상기 스펙트럼 기지의 광과의 스펙트럼의 차를구하는 스텝과, 상기 스펙트럼의 차에서 상기 플라즈마 처리실의 내부상태를 판정하는 스텝과, 웨이퍼를 플라즈마 처리하는 스텝과를 구비하는 웨이퍼의 플라즈마 처리방법.
  2. 웨이퍼 또는 막을 형성하는 원소의 스펙트럼 강도의 경시변화를 검출하고 이것을 평활 처리하는 스텝과, 2계미분한때의 최대치를 에칭 전면 종료의 점으로 하고, 그 최대치에서 시간변화와 반대쪽으로 검색하여 절선근사를 한 절선의 경사가 특정치 이상의 절선의 구성점을 에칭종료개시의 점으로 하는 스텝과, 상기 전면종교의 점과 종료개시의 점으로부터 상기 플라즈마 처리의 균일성을 검출하는 스텝을 구비하는 웨이퍼의 플라즈마 처리방법.
  3. 내부에 피처리기판을 배치하여 처리가스를 소정의 압력으로 유지하고, 상기 내부를 관찰하기 위해 대향하는 적어도 1쌍의 창을 가진 처리실과, 상기 처리가스를 소정의 압력으로 유지한 처리실내에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단과, 상기 처리실의 외부에서 상기 대향하는 1쌍의 창의 한쪽을 통해서 상기 플라즈마 발광을 모니터하는 플라즈마 발광모니터 수단과, 상기 처리실의 외부에서 상기 대향하는 1쌍의 창의 상기 플라즈마 발광모니터 수단과 반대의 쪽에서 상기 대향하는 1쌍의 창을 통해서 상기 플라즈마 발광모니터 수단에 참조광을 조사하는 참조광조사수단과, 상기 플라즈마 발광모니터 수단으로 모니터한 상기 플라즈마의 발광과 상기 참조광과의 데이터에 의거하여 상기 피처리기판의 플라즈마 처리상태를 제어하는 제어수단과을 구비하는 플라즈마 처리장치.
  4. 웨이퍼를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 처리장치는, 기지 스펙트럼 광원과 플라즈마 발광을 밖으로 꺼내기 위한 채광부와, 상기 채광부를 통하여 처리실을 관통하는 광학계와, 처리실을 통하지 않는 광학계와 스펙트럼 분석을 행하는 분광기를 구비하고, 상기 광원이 발생하는 광을 각 광학계를 거쳐 분광기에 의해 얻어진 스펙트럼의 차에서 상기 채광부의 내면상태를 검출하고, 또 검출한 내면상태로부터 상기 처리실의 내면상태를 검출하는 플라즈마 처리장치.
  5. 웨이퍼를 플라즈마처리하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 웨이퍼를 플라즈마 처리하는 처리실과, 상기 처리실에 구비되어 플라즈마 발광을 밖으로 꺼내는 채광부와, 상기 채광부의 플라즈마측에 구비된 플라즈마를 차폐하는 수단을 가지며, 상기 플라즈마 차폐수단은, 플라즈마가 침입할 수 없는 직경에 대하여 축방향이 5배이상 긴 원통상의 구멍을 복수개 설치하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제5항에 있어서, 플라즈마 차폐수단은 채광부측에서 플라즈마측으로 불활성가스를 흘리는 구조를 가지는 플라즈마 처리장치.
  7. 웨이퍼를 플라즈마처리하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 처리장치의 처리실은 플라즈마 발광을 밖으로 꺼내는 채광부를 가진 처리실과, 또 플라즈마 차폐수단을 플라즈마측에 설치한 채광부와, 각 채광부에서 채취한 플라즈마 발광스펙트럼을 비교함으로써 채광부의 내면상태를 검출하는 수단을 가지는 플라즈마 처리장치.
  8. 웨이퍼를 플라즈마처리하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 처리장치의 처리실은 플라즈마 발광을 밖으로 꺼내는 채광부를 가지며, 상기 채광부에서 채광한 플라즈마 발광 스펙트럼에서 상기 웨이퍼의 처리결과를 검출하는 기능을 가지는 플라즈마 처리장치
  9. 웨이퍼를 플라즈마처리하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 처리장치의 처리실은 플라즈마 발광을 밖으로 꺼내는 채광부와, 상기 채광부에서 채광한 플라즈마 발광 스펙트럼이 일정하게 되도록 상기 처리장치의 처리조건을 제어하는 수단을 가지는 플라즈마 처리장치.
  10. 진공을 보지하는 구조를 가진 처리실과, 상기 처리실에 에칭가스를 도입하는 수단과, 상기 처리실내에 플라즈마를 발생유지하는 수단과, 플라즈마 상태를 관찰함으로써 웨이퍼의 에칭처리 특성을 감시하는 수단과를 가지는 플라즈마 처리장치.
  11. 제10항에 있어서, 플라즈마 상태의 감시수단는 플라즈마 발광스펙트럼을 사용하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제10항에 있어서, 플라즈마 상태의 감시 결과에 대하여 처리의 설정조건의 실효적인 값을 추정하는 플라즈마 처리장치.
  13. 제10항에 있어서, 플라즈마 상태의 감시결과에서 상이한 플라즈마에칭 장치간의 처리특성의 차를 검출하는 플라즈마 처리장치.
  14. 플라즈마 처리장치의 운전상태를 측정하는 기구와, 상기 운전상태를 기억하는 기구와, 복수개의 상기 운전상태에서 통상의 운전상태와 그 범위를 구하는 기구와, 상기 통상의 운전상태와 현재의 운전상태를 비교, 평가하는 기구로 되는 플라즈마 처리장치의 상태 검출장치.
  15. 장치의 평균적인 상태를 다수의 상태를 측정하고, 측정한 데이터로 통계적으로 처리하여 구하며, 상기 평균적인 상태와 현재의 장치상태를 비교하여 장치의 상태를 평가하는 플라즈마 처리장치의 장치상태 검출방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10008370B2 (en) 2014-12-19 2018-06-26 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus and operation method thereof
KR20180101225A (ko) * 2017-03-03 2018-09-12 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 열처리 방법 및 열처리 장치
US10408680B2 (en) 2015-01-28 2019-09-10 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Apparatus for optical emission spectroscopy
US10615010B2 (en) 2015-05-12 2020-04-07 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus, data processing apparatus and data processing method
US11476167B2 (en) 2017-03-03 2022-10-18 SCREEN Holdings Co., Ltd. Heat treatment method and heat treatment apparatus of light irradiation type

Families Citing this family (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6149761A (en) * 1994-12-08 2000-11-21 Sumitomo Metal Industries Limited Etching apparatus and etching system using the method thereof
JPH08232087A (ja) * 1994-12-08 1996-09-10 Sumitomo Metal Ind Ltd エッチング終点検出方法及びエッチング装置
US6104487A (en) * 1996-12-20 2000-08-15 Texas Instruments Incorporated Plasma etching with fast endpoint detector
US6210593B1 (en) * 1997-02-06 2001-04-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Etching method and etching apparatus
US6024831A (en) * 1997-08-20 2000-02-15 Vanguard International Semiconductor Corporation Method and apparatus for monitoring plasma chamber condition by observing plasma stability
US6192287B1 (en) * 1997-09-23 2001-02-20 On-Line Technologies, Inc. Method and apparatus for fault detection and control
US6157867A (en) * 1998-02-27 2000-12-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method and system for on-line monitoring plasma chamber condition by comparing intensity of certain wavelength
JP3252789B2 (ja) * 1998-04-03 2002-02-04 日本電気株式会社 エッチング方法
US6390019B1 (en) 1998-06-11 2002-05-21 Applied Materials, Inc. Chamber having improved process monitoring window
JP4162773B2 (ja) * 1998-08-31 2008-10-08 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置および検出窓
US6077387A (en) * 1999-02-10 2000-06-20 Stmicroelectronics, Inc. Plasma emission detection for process control via fluorescent relay
US6635577B1 (en) * 1999-03-30 2003-10-21 Applied Materials, Inc Method for reducing topography dependent charging effects in a plasma enhanced semiconductor wafer processing system
US6455437B1 (en) * 1999-04-07 2002-09-24 Applied Materials Inc. Method and apparatus for monitoring the process state of a semiconductor device fabrication process
US6358359B1 (en) * 1999-11-03 2002-03-19 Agere Systems Guardian Corp. Apparatus for detecting plasma etch endpoint in semiconductor fabrication and associated method
DE60118545T2 (de) * 2000-01-26 2007-03-01 International Paper Co. Kartonartikel geringer dichte
KR100332802B1 (ko) * 2000-02-07 2002-04-18 구자홍 Ｕｖ 스펙트로미터를 이용한 플라즈마로 중합된 고분자막성능 평가 장치
TW525213B (en) * 2000-02-16 2003-03-21 Hitachi Ltd Process monitoring methods in a plasma processing apparatus, monitoring units, and a sample processing method using the monitoring units
KR100545034B1 (ko) * 2000-02-21 2006-01-24 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 플라즈마처리장치 및 시료의 처리방법
US8048806B2 (en) * 2000-03-17 2011-11-01 Applied Materials, Inc. Methods to avoid unstable plasma states during a process transition
US6700659B1 (en) * 2000-04-19 2004-03-02 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor analysis arrangement and method therefor
TW459326B (en) * 2000-06-09 2001-10-11 Winbond Electronics Corp Method to measure the spacing between two electrodes by spectrum measurement and device thereof
JP2002057149A (ja) * 2000-08-08 2002-02-22 Tokyo Electron Ltd 処理装置及びそのクリーニング方法
KR20030038763A (ko) * 2000-09-21 2003-05-16 어플라이드 머티어리얼즈 인코포레이티드 체임버 내부면상의 공정 잔류물의 증착 저감
WO2002060606A2 (en) * 2000-10-23 2002-08-08 James Tyson Improved sound-based vessel cleaner inspection
US6772094B2 (en) * 2000-10-23 2004-08-03 James Tyson Sound-based vessel cleaner inspection
US6904477B2 (en) * 2001-04-13 2005-06-07 Sun Microsystems, Inc. Virtual host controller interface with multipath input/output
JP2002334862A (ja) * 2001-05-10 2002-11-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法およびその製造方法に用いる半導体基板の洗浄装置
WO2003010517A1 (en) * 2001-07-24 2003-02-06 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for monitoring the condition of plasma equipment
KR100441654B1 (ko) * 2001-09-18 2004-07-27 주성엔지니어링(주) 웨이퍼 감지시스템
KR100448871B1 (ko) * 2001-09-21 2004-09-16 삼성전자주식회사 식각 종말점 검출창 및 이를 채용하는 식각 장치
WO2003036309A1 (en) * 2001-10-24 2003-05-01 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for electron density measurement
WO2003058687A1 (en) * 2001-12-31 2003-07-17 Tokyo Electron Limited Method of detecting, identifying and correcting process performance
US20030209518A1 (en) * 2002-05-08 2003-11-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of detecting abnormal chamber conditions in etcher
JP2006501620A (ja) * 2002-09-30 2006-01-12 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理システムとともに光学系を使用するための装置及び方法
TWI238680B (en) * 2002-09-30 2005-08-21 Tokyo Electron Ltd Plasma processing system and method
US6919279B1 (en) 2002-10-08 2005-07-19 Novellus Systems, Inc. Endpoint detection for high density plasma (HDP) processes
US6863772B2 (en) * 2002-10-09 2005-03-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Dual-port end point window for plasma etcher
US6967305B2 (en) * 2003-08-18 2005-11-22 Mks Instruments, Inc. Control of plasma transitions in sputter processing systems
US6995545B2 (en) * 2003-08-18 2006-02-07 Mks Instruments, Inc. Control system for a sputtering system
KR100500474B1 (ko) * 2003-10-29 2005-07-12 삼성전자주식회사 식각 설비용 반응 종료점 검출기
US7312865B2 (en) * 2004-03-31 2007-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for in situ monitoring of chamber peeling
DE102004042431B4 (de) * 2004-08-31 2008-07-03 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabeschichtung von Werkstücken mit spektraler Auswertung der Prozessparameter und Verwendung der Vorrichtung
US7130767B2 (en) * 2004-09-27 2006-10-31 Lam Research Corporation Computer-implemented data presentation techniques for a plasma processing system
EP1710560A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-11 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) A method of testing a plasma reactor
US7250087B1 (en) 2006-05-16 2007-07-31 James Tyson Clogged nozzle detection
US20080029484A1 (en) * 2006-07-25 2008-02-07 Applied Materials, Inc. In-situ process diagnostics of in-film aluminum during plasma deposition
WO2009076568A2 (en) * 2007-12-13 2009-06-18 Lam Research Corporation Plasma unconfinement sensor and methods thereof
US9074285B2 (en) * 2007-12-13 2015-07-07 Lam Research Corporation Systems for detecting unconfined-plasma events
US8257503B2 (en) * 2008-05-02 2012-09-04 Lam Research Corporation Method and apparatus for detecting plasma unconfinement
JP2010008402A (ja) 2008-05-30 2010-01-14 Hitachi High-Technologies Corp 反応過程データの異常判定支援方法及び自動分析装置
US8101906B2 (en) * 2008-10-08 2012-01-24 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for calibrating optical path degradation useful for decoupled plasma nitridation chambers
JP2010250959A (ja) * 2009-04-10 2010-11-04 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
JP6173851B2 (ja) * 2013-09-20 2017-08-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ 分析方法およびプラズマエッチング装置
US9129895B2 (en) * 2013-10-09 2015-09-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. In situ real-time wafer breakage detection
JP6101227B2 (ja) * 2014-03-17 2017-03-22 株式会社東芝 プラズマダイシング方法およびプラズマダイシング装置
US10950421B2 (en) * 2014-04-21 2021-03-16 Lam Research Corporation Using modeling for identifying a location of a fault in an RF transmission system for a plasma system
US10269599B2 (en) * 2014-06-20 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor manufacturing apparatus
TWI640039B (zh) * 2014-07-03 2018-11-01 美商西凱渥資訊處理科技公司 端點增強器系統及在晶圓蝕刻製程中用於光學端點偵測之方法
KR20160058490A (ko) * 2014-11-17 2016-05-25 삼성전자주식회사 뷰 포트(view port)를 포함하는 플라즈마 공정 설비
JP6557642B2 (ja) * 2016-09-05 2019-08-07 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US11670490B2 (en) * 2017-09-29 2023-06-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated circuit fabrication system with adjustable gas injector
KR20200081612A (ko) 2018-12-27 2020-07-08 삼성전자주식회사 기판 처리 장치, 기판 처리 모듈 및 반도체 소자 제조 방법
US10871396B2 (en) 2019-04-05 2020-12-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical emission spectroscopy calibration device and system including the same
CN112885694A (zh) * 2019-11-29 2021-06-01 东京毅力科创株式会社 夹具、处理系统及处理方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62180070A (ja) * 1986-02-03 1987-08-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd スパツタリング装置
JPS63222432A (ja) * 1987-03-11 1988-09-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造装置
JPS63312986A (ja) * 1987-06-16 1988-12-21 Mitsubishi Electric Corp エツチング処理装置
JPH01205520A (ja) * 1988-02-12 1989-08-17 Shimadzu Corp 成膜装置
US4857136A (en) * 1988-06-23 1989-08-15 John Zajac Reactor monitoring system and method
US5290383A (en) * 1991-03-24 1994-03-01 Tokyo Electron Limited Plasma-process system with improved end-point detecting scheme
JPH05259250A (ja) * 1992-03-16 1993-10-08 Hitachi Ltd プラズマ処理装置のプラズマモニタ装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10008370B2 (en) 2014-12-19 2018-06-26 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus and operation method thereof
KR101877862B1 (ko) * 2014-12-19 2018-07-12 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법
US10672595B2 (en) 2014-12-19 2020-06-02 Hitachi High-Tech Corporation Plasma processing apparatus and operation method thereof
US10408680B2 (en) 2015-01-28 2019-09-10 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Apparatus for optical emission spectroscopy
US10615010B2 (en) 2015-05-12 2020-04-07 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus, data processing apparatus and data processing method
US11605530B2 (en) 2015-05-12 2023-03-14 Hitachi High-Tech Corporation Plasma processing apparatus, data processing apparatus and data processing method
KR20180101225A (ko) * 2017-03-03 2018-09-12 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 열처리 방법 및 열처리 장치
KR20210038527A (ko) * 2017-03-03 2021-04-07 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 열처리 방법 및 열처리 장치
KR20220012389A (ko) * 2017-03-03 2022-02-03 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 열처리 방법 및 열처리 장치
US11476167B2 (en) 2017-03-03 2022-10-18 SCREEN Holdings Co., Ltd. Heat treatment method and heat treatment apparatus of light irradiation type

Also Published As

Publication number Publication date
KR950027918A (ko) 1995-10-18
US5759424A (en) 1998-06-02

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