KR0155569B1

KR0155569B1 - 플라즈마 장치

Info

Publication number: KR0155569B1
Application number: KR1019910012351A
Authority: KR
Inventors: 다까시 요꼬다; 시로 고야마; 이사히로 하세가와; 하루오 오까노
Original assignee: 이노우에 아끼라; 도꾜 일렉트론 리미티드; 아오이 죠이찌; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1998-11-16
Also published as: JP2956991B2; US5236556A; JPH0478136A; KR920003817A

Abstract

본 발명은 플라즈마광의 강도 변화에 따라서 플라즈마 처리의 종점을 정확히 검출하는 플라즈마 장치에 대한 것이다. 플라즈마 처리부는 플라즈마 발생부에 의해 발생된 플라즈마를 이동시켜 피처리 물질에 대한 플라즈마 처리를 실행한다. 센서부(30)는 플라즈마 처리부에 의해 플라즈마 처리가 실행될 때 플라즈마 중의 예정된 파장을 갖는 플라즈마 강도에 대응한 전기신호를 출력한다.

평활화부(40)는 수광센서로 부터의 전기신호를 평활화한다. 종점 검출부(50)는 상기 평활화부에서 평활화된 신호에 따라서 상기 플라즈마 처리의 종점을 검출한다.

Description

플라즈마 장치

제1도는 본 발명의 일 실시예인 플라즈마 처리 종점 검출장치의 블록도.

제2도는 제1도의 수광센서로부터 출력되는 특정파장 성분의 플라즈마 발광강도의 변동 성분을 확대하여 도시한 특성도.

제3도는 제1도의 수광센서로부터 출력되는 특정 파장성분의 플라즈마 발광강도 경시적(經時的) 변화를 도시하는 특성도.

제4도는 본 발명을 적용한 마트네트론 플라즈마 에칭장치의 개략 단면도.

제5도는 플라즈마 처리의 종점 검출 원리를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 프로세스 챔버 12 : 웨이퍼

14 : 재치대 18 : 마그네트

20 : 종점검출장치 30 : 센서부

34 : 증폭기 40 : 평활화부

46 : 엔코더 50 : 종점 검출부

본 발명은 플라즈마 장치에 관한 것이며, 특히 반도체 웨이퍼에 대하여 플라즈마 에칭을 하는 것과 같은 플라즈마 처리에 있어서 플라즈마 광의 강도 변화를 이용한 플라즈마 처리 종점 검출 시스템을 갖는 플라즈마 장치에 관한 것이다.

최근 다이내믹 랜덤 액세스 메모리(DRAM)로 대표되는 바와같이 반도체 회로 장치는 더욱 고밀도·고집적화 되도록 개발되고 있고, 16 메가비트의 양산이 시작되었으며, 64 메가비트의 대응 개발이 진행되고 있다.

이와 같이 반도체 집적회로 장치의 제조 공정에 있어서는 초미세 가공기술이 중요한 역할을 담당하며, 특히 건식 에칭 기술의 하나로서 플라즈마 에칭이 채용되고 있다. 즉, 이 플라즈마 에칭은 저진공중에서의 방전에 의해 생긴 플라즈마 내의 이온이나 분자 등이 피에칭 물질과 반응하여 휘발성 물질을 생성하는 것을 이용한 장치이다. 이러한 플라즈마 에칭은 종래의 습식에칭에 비하여 우수한 이방성 에칭을 나타내므로 미크론 이하의 차수를 갖는 세폭으로 소정의 깊이를 갖는 홈을 보다 정확히 형성하려고 하는 초미세 가공에 적당한 것이다.

이러한 플라즈마 에칭 가공 공정에 있어서, 에칭 종점을 검출하는 것은 반도체 회로장치의 제조공정에 매우 중요한 것이다. 이러한 에칭의 종점 검출 장치로서는 에칭실의 투명한 창부에 설치된 수광소자에 의해 플라즈마 광을 전기신호로 변환하여 감시하도록 한 소위 발광 분광 분석법에 의한 것이 일반적으로 이용되고 있다. 즉, 이 분석법은 플라즈마 광중의 상술한 에칭에 의해 생긴 휘발성 물질에 존재하는 특정 파장을 갖는 광의 강도 변동을 감시하는 것에 의해 이루어진다.

다시 말해 플라즈마 에칭의 개시와 함께 휘발성 물질이 증가하여 바로 정상 상태로 들어가지만, 에칭의 종료에 가까워짐에 따라 휘발성 물질이 적어지게 됨에 의해 생기는 특정파장광의 강도의 경시변화로부터 종점을 검출한다.

예를 들면, 반도체 회로장치의 제조장치중 하나인 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에서는 플라즈마 방전을 유기하는 평행 전극 사이에 형성된 전계와 직교하는 자장을 형성함에 의해 보다 저압(10^-3Torr 정도)에서 플라즈마를 발생시키며, 더구나 높은 에칭 그레이드(1㎛/min 정도)를 얻을 수 있다.

이러한 종류의 에칭 장치에서는 상술한 바와같이 플라즈마 처리의 종점 검출을 행하는 것이 그후 처리를 행함에 있어서 불가결하게 되어 있다. 여기서 플라즈마가 생성되는 프로세스 챔버에 투명한 창부를 설치하고, 이 창부에 특정파장광을 전기신호로 변환하는 센서를 포함하는 플라즈마 처리 종점 검출장치(EPD)를 설치하고 있다.

그래서 이 EPD는 플라즈마 발광중의 특정 파장광의 강도를 검출하고, 예를 들면 제5도에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리의 정상 상태에 있는 특정파장광의 강도를 100%로 한 경우에, 이것이 60%로 저하할 때에 플라즈마 처리의 종점을 검출하였다. 이 경우 검출에 필요한 시간은 1∼2분 정도로 비교적 길기 때문에 변동등의 오차 요인이 문제로 되었다.

그런데 이러한 종류의 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에서는 에칭 특성의 개선을 목적으로 하여 특히 균일 자장을 형성하고, 웨이퍼 면내에 균일 처리가 행해지도록 자계형성 수단으로서의 마그네트를 회전시키는 것이 있다. 이와 같은 회전자계중에서 플라즈마를 생성하는 것에 있어서, 그와 같은 플라즈마 처리의 종점 검출에 종래의 EPD를 그대로 적용한 경우에는 플라즈마가 자계의 회전에 따라서 이동하기 때문에 플라즈마 처리의 종점 검출을 정확히 행 할 수가 없다는 것이 판명되었다.

즉, 자계의 회전에 의한 플라즈마의 이동이 있으므로 그것을 EPD가 있는 특정 위치에 있어서 플라즈마중의 특정 파장광의 강도를 검출함에 의해 플라즈마 처리의 종점 검출을 행하려고 하여도 플라즈마 광의 강약 부분이 이동함과 동시에 통상으로는 그것을 자계의 1회전에 한번밖에 검출할 수 없기 때문에 검출시기에 오차가 생길 우려가 있다.

또, 이상의 설명은 마그네트론 플라즈마 에칭 장치의 경우를 설명한 것이다. 그런데 통상의 플라즈마 에칭 장치의 경우에서도 플라즈마 처리의 종점 검출에 관하여는 플라즈마 광 분포의 편재에 기인하여 반드시 정확한 종점 검출 정보를 얻을 수가 없다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 플라즈마 처리의 종점을 정확히 검출할 수 있는 플라즈마 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1관점은 처리용기내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생수단과; 상기 플라즈마 발생수단에 의해 상기 처리용기내에 발생되는 플라즈마를 회전시키고, 이동시키는 것에 의해 피처리 물질에 대하여 플라즈마 처리를 실행하기 위한 플라즈마 처리수단과; 상기 플라즈마 처리수단은 플라즈마를 회전시키고, 이동시키기 위하여 처리용기내에 회전가능하게 배치되는 마그네트와, 소정 주기로 상기 마그네트를 회전시키기 위한 구동메카니즘을 포함하고, 처리용기내에 있는 플라즈마에 의해 생성되고 소정의 파장을 가지는 플라즈마광의 강도에 대응하는 제1 전기신호를 센싱하기 위한 센서수단과; 상기 마그네트의 회전에 동기되는 제2 전기신호를 검출하기 위한 검출수단과; 상기 마그네트의 적어도 1회전주기 동안에, 상기 검출수단에 의해 검출된 제2 전기신호에 따라 상기 제1 전기신호를 평활화시키기 위하여 상기 센서수단에 의해 센싱된 제1 전기신호가 공급되는 평활화 수단과; 상기 평활화 수단의 출력신호에 기초하여 플라즈마 처리의 종점을 검출하기 위한 종점검출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 평활화수단은 상기 센서수단에 의해 센싱된 제1 전기신호를, 상기 제1 전기신호의 전압에 대응하는 주파수를 가지는 펄스신호를 변환하기 위한 수단과, 상기 검출수단에 의해 검출된 제2 전기신호에 따라 상기 변환수단에 의해 획득되는 펄스신호의 수를 카운트하기 위한 수단과, 상기 마그네트의 적어도 1주기 동안에, 상기 카운트수단으로부터의 출력 신호를 적분하기 위한 수단을 포함한다.

또한, 상기 종점검출수단은 상기 평활화수단에 의해 평활화 상게 제1 전기신호의 정상상태값을 그 비교치로서 저장하기 위한 수단과, 상기 평활화수단에 의해 평활화된 상기 제1 전기신호가, 상기 저장수단에 저장된 비교치 보다 더 작은 예정 값에 도달할 때 종점검출신호를 출력하기 위한 수단을 포함한다.

또한, 본 발명의 제1 관점에 따르면, 상기 검출수단에 의한 상기 제2 전기신호 출력이, 상기 마그네트의 한 회전주기가 1rpm 내지 100rpm의 범위를 가질 때 3회/분 내지 300회/분의 감지비율을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검출수단은 내부에 형성된 복수의 슬릿을 구비하고, 상기 마그네트의 회전축에 결합되는 디스크부재와, 상기 디스크부재의 슬릿들이 이동할 수 있는 경로에 대응하는 부분에 위치되는 포토인터럽트수단을 포함하는 엔코더수단을 구비하고 있다.

또한, 본 발명의 제1 관점에 따르면, 상기 검출수단이 상기 마그네트의 1회전주기내에서 결정되는 복수의 지점에서 제2 전기신호를 출력하기 위한 수단을 포함하고; 상기 평활화수단이 상기 마그네트의 1회전주기내에서 결정되는 지점에서 평활화 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2관점은 처리용기내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생수단과; 상기 플라즈마 발생수단에 의해 상기 처리용기내에 발생되는 플라즈마를 회전시키고, 이동시키는 것에 의해 피처리 물질에 대하여 플라즈마 처리를 실행하기 위한 플라즈마 처리수단과; 상기 플라즈마 추리수단은 플라즈마를 회전시키고, 이동시키기 위하여 처리용기내에 회전가능하게 배치되는 마그네트와, 상기 마그네트를 회전시키기 위한 구동메카니즘을 포함하고, 처리용기내에 있는 플라즈마에 의해 생성되고 소정의 파장을 가지는 플라즈마광의 강도에 대응하는 제1 전기 신호를 센싱하기 위한 센서수단과; 상기 마그네트의 회전에 동기되는 제2전기신호를 검출하기 위한 검출수단과; 상기 마그네트의 적어도 1회전주기 동안에, 상기 검출수단에 의해 검출된 제2 전기신호에 따라 상기 제1전기신호를 평활화시키기 위하여 상기 센서수단에 의해 센싱된 제1 전기신호가 공급되는 평활화수단과; 상기 평활화수단으로 부터의 출력신호에 기초하여 플라즈마 처리의 종점을 검출하기 위한 종점검출수단을 포함하고; 상기 검출수단은 상기 마그네트의 1회전주기내에서 결정되는 복수의 지점에서 제2 전기신호를 출력하기 위한 엔코더 수단을 포함하며; 상기 엔코더 수단은 내부에 형성된 복수의 슬릿을 구비하고, 상기 마그네트의 회전축에 결합되는 디스크부재와, 상기 디스크부재의 슬릿들이 이동할 수 있는 경로에 대응하는 부분에 위치되는 포토인터럽트수단을 포함하며; 상기 평활화수단이 상기 마그네트의 1회전주기내에서 결정되는 지점에서 평활화 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 처리 용기내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단과, 상기 플라즈마 발생수단에 의해 발생된 플라즈마를 이동시켜 피처리 물질에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 수단과, 상기 플라즈마 발생 수단에 의해 상기 플라즈마 처리가 실행될 때 설정된 파장을 갖는 플라즈마 광강도에 대응한 전기 신호를 출력하는 센서 수단과, 상기 센서 수단에 의해 출력된 전기신호를 평활화 하는 평활화 수단과, 상기 평활화 수단에 의해 평활화된 신호에 따라서 상기 플라즈마 처리의 종점을 검출하는 종점 검출 수단을 구비한 플라즈마 장치가 제공된다.

먼저 본 발명에 관해 설명한다.

예를들면, 회전자계중에서의 플라즈마 처리의 종점 검출이 정확히 행해지지 않는 원인은, 플라즈마가 자계의 회전에 따라서 이동하기 때문에 관찰점에 있는 플라즈마 발광강도가 크게 변동하고, 특정 파장광을 광전 변환하는 센서로부터의 출력신호가 자계의 회전에 동기한 주파수적인 성분을 포함하는 제3도와 같은 파형이 되고 만다는 것이다.

이와 같은 출력신호를 사용하여 그대로 플라즈마 처리의 종점을 검출하려고 하면, 진정한 플라즈마 처리의 종점 검출을 할 수 없고, 플라즈마 광의 변동 성분이나 편재 성분에 기초하여 플라즈마 처리의 종점을 판단해 버릴 가능성이 있다.

따라서, 본 발명에서는 플라즈마중의 특정 파장을 갖는 광 강도를 전기적 신호처리로써 평활화하고, 이 평활화된 신호에 따라서 플라즈마 처리의 종점 검출을 행하게 된다(제3도 파선 참조). 이 결과 플라즈마 발광 강도의 변동 성분이나 편재 성분에 따른 플라즈마 처리의 종점 검출 오차를 감소시킬 수 있어 정확한 검출이 가능하다.

다음에 이상과 같은 개요에 따라서 본 발명을 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에 있어서 에칭의 종점 검출에 적용한 일 실시예에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에 대해서 제4도를 참조하여 설명한다.

동 도면에 있어서, 도시되지 않은 수단에 의해 종래와 동일하게 소정 압력으로 진공 흡입이 가능하고, 에칭 개스의 도입 및 에칭에 의해 생성되는 휘발성 물질의 배출이 가능한 기밀용기, 예를 들면 프로세스 챔버(10) 내부에는 웨이퍼(12)를 재치하기 위한 제1 전극으로 재치대(14)가 설치되어 있다. 상기 재치대(14)에는 제1 전극이 설치되어 주파수, 예를 들면 2.45GHz, 또는 13.75KHz, 358KHz 등의 공업용 고주파 전력을 플라즈마 발생에 필요한 진폭치로 출력하는 고주파(RF) 전원(16)이 접속되어 있다. 한편 상기 프로세서 챔버(10)는 접지되어 있는 것으로, 프로세스 챔버(10)의 천판부(top plate portion)가 제2전극으로 되고, 상기 제1전극으로 된 재치대(14)와의 사이에 캐소드 커플링(RIE)방식의 평행평판 전극을 구성하고 있다. 따라서, RF전원(16)을 ON함으로써 이 평행 평판 전극 사이에서 상기 웨이퍼(12)에 플라즈마를 생성할 수가 있다. 상기 고주파 전력은 상기 제1 및 제2 전극 사이에 상대적으로 인가된다.

더우기 본 실시예에서는 균일하고 이방성이 높은 에칭을 행하기 위해 상기 웨이퍼(12)표면의 근방에서 이 표면에 평행(수평)한 자장으로 전계에 대하여 직교하는 수평자장을 형성하기 위해, 예를들면 마그네트(18)가 상기 프로세스 챔버(10)외측 상방에 설치되어 있다.

이 마그네트(18)는 동도면에 화살표로 도시한 방향으로 모터(M)에 의해 회전 구동 가능하고, 웨이퍼(12)의 전체면에서 균일한 수평자장(B)을 형성할 수 있게 되어 있다. 이 직행 전자계에 의해 마그네트론 방전이 가능하고, 저압으로 에칭이 가능하게 된다.

더우기 보다 이방성이 높은 에칭을 행하도록 웨이퍼(12)는 소망 온도로 제어 가능하게 되어 있다. 이 온도 제어 수단은 웨이퍼 재치대(14)를 냉매류에 의해 냉각하고, 이 재치대상에 웨이퍼(12)를 밀착시켜 웨이퍼 이면과 재치대(14)사이에 가스, 예를 들면 불활성 가스인 헬륨가스(He 가스)를 유입시키는 것으로 달성될 수 있다.

그래서 상기 프로세스 챔버(10) 내부에 생성된 플라즈마에 의한 에칭 처리의 종점 검출을 행하기 위해 이 챔버(10)에는 창(10a)이 형성되어 있고, 이 창(10a)에 연하여 플라즈마중의 특정 파장광을 광전변환하는 센서를 포함한 플라즈마 처리의 종점 검출 장치(EPD)(20)가 설치되어 있다. 이 특정파장(λ)은 플라즈마 에칭에 의해 생성된 휘발성 물질에 존재하고 있으며, 예를 들면 Al-SI 에칭에서는 λ=261.4nm이다. 예를 들면 센서(32)로서 이 특정파장에 선택 설정된 모노크로미터(monochromerter)를 이용할 수가 있다.

이 EPD(20)에 대하여 제1도를 참조하여 설명한다.

이 EPD(20)는 대별하여 플라즈마광을 전기신호로 변환하는 센서부(30), 이 센서부로부터의 출력을 평활화하는 평활화부(40) 및 에칭의 종점을 자동적으로 검출하는 종점 검출부(50)로 구성되어 있다.

상기 센서부(30)는 제 4도에 도시한 프로세스 챔버(10)의 투광창부(10a), 예를 들면 미리 설정된 파장광을 통과시키는 석영 유리창에 연접하여 배치되었고, 챔버(10)내부에 플라즈마 중의 특정 파장광을 1 곳의 창부(10a)를 통하여 입력하고, 그 광 강도에 대응하는 전기신호로 변환하여 출력하는 수광센서(32)와, 이 센서 출력을 미리 설정된 신호 처리에 필요한 진폭치로 증폭하는 증폭기(34)로 구성되어 있다. 물론 플라즈마광을 복수의 장소 또는 복수의 창으로부터 입력하여도 좋다. 상기 평활화부(40)는 예를 들면 상기 증폭기(34)의 출력 전압에 대응하는 주파수를 갖는 펄스 신호로 변환(예를 들면 10V/20KHz)하여 출력하는 V-F변환기(42)와, 이 V-F변환기(42)의 출력 펄스를 카운트하는 카운터(44)와, 이 카운터(44)로의 카운트 펄스 입력 타이밍을 규정하는 엔코더(46)로 구성되어 있다. 상기 엔코더(46)는 예를 들면 마그네트(18)의 회전축에 고착된 원반(46a)과, 이 원반(46a)의 주연에 120도 간격으로 형성된 3개의 절결부(46a)와, 이 절결부(46a)의 이동 경로 상하에서 마그네트(18)의 회전속도를 검출하도록 발광, 수광소자를 형성하여 된 포토인터럽터(photointerrupt)(48)로 구성되어 있다.

예를 들어, 본 실시예에 있어서는 자장의 회전 즉 모터(M)에 의한 마그네트(18)의 회전속도는 20rpm이고, 3초간에 1회전하도록 되어 있다. 따라서 상기엔코더(46)에 있는 포토인터럽터(48)에서는 1초에 1발의 펄스가 출력된다. 또 이들 수치는 후술하는 특정 파장광에 대한 감지 비율의 결정에 관계하여 정해지는 것이고, 마그네트의 회전 속도로서는 1∼100rpm, 바람직하기는 20∼50rpm게, 감지 비율은 3회/분∼300회/분, 바람직하기는 60회/분∼150회/분이다.

상기 카운터(44)의 기능으로서는 수광센서(32)에서의 전기신호에 응하여 출력되는 V-F변환기(42)에서의 펄스 신호를 차례로 카운트함에 의해, 제3도에 도시한 발광 강도 신호의 확대도인 제2도에 있어서, 마그네트(18)의 회전주기(T)의 기간에 걸쳐서 실질적으로 상기 센서 출력이 적분 평활된 신호, 즉 동 도면에 도시된 파형으로 둘러싸인 사선 영역의 면적에 대응한 신호를 출력하는 것이다.

상기 종점 검출부(50)는 카운터(44)로부터의 출력과 미리 기억된 정보를 조합하여 에칭의 종점 검출을 자동적으로 행하는 연산제어유닛(CPU)(52)과, 미리 종점 검출을 행하기 위해 비교정보로서 기억된 메모리(54)로 구성되어 있다.

상기 CPU(52)의 기능으로서는 다음과 같은 것이 있다.

(a)제3도에 도시된 플라즈마 처리의 정상 상태개시 시기, 즉 시간(t₁)에서 카운터(44)의 출력 취입을 개시하고, 이 정상 상태에서 발과 출력의 평균치를 상기 비교 정보로서 메모리(54)에 기억한다.

(b)이 비교정보를 100%로 하고, 그후 상기 카운터(44)에서 출력되는 적분 데이타가 비교정보에 대하여, 예를 들면 60%에 달할 때에, 즉 제3도의 시각(t₂)에 있어서 종점 검출 신호를 출력한다.

다음에 상기 실시예 장치의 작용에 대해서 설명한다.

프로세스 챔버(10)를 소정 진공도까지 진공 흡인한후, 프로세스 가스를 도입한다. 그후 재치대(14)에 RF전력을 공급함으로써 이 재치대(14)의 웨이퍼(12)에 수직인 전계를 형성하고, 또한 마그네트(18)를 회전 구동함으로써 웨이퍼(12) 표면과 평행(수평)한 방향으로 균일자장을 회전 이동 상태로 형성하고, 이 웨이퍼(12)에 연하여 플라즈마를 형성함으로써 웨이퍼(12)에 대한 플라즈마 에칭이 실시되는 것이다.

상기 마그네트(18)를 회전 구동 함으로써 상기한 바와 같이 웨이퍼(12)표면 근방에 수평한 균일 자장을 형성하여 플라즈마가 마그네트(18)의 회전에 의한 자장의 회전과 동기하여 회전이동하게 된다. 플라즈마 처리의 종점 검출은 이 플라즈마 중의 에칭 물질, 즉, 휘발성 물질에 의존하는 특정파장(예를 들면 상기 261.4nm)을 갖는 광의 강도를 검출하여 행하는 것으로 되지만 본 실시예에서는 다음 수순에 따라 종점 검출을 실시하고 있다.

상기 프로세스 챔버(10)의 창(10a)에 연하여 배설된 수광센서(32)는 프로세스 챔버(10)내의 국소, 예를 들면 좁은 1곳에서의 플라즈마 중의 특정 파장광의 강도를 검출하고 있다. 따라서 마그네트(18)의 회전에 의해 플라즈마도 회전이동하는 것으로 되고, 플라즈마 영역이 직접 수광센서(32)의 시야에 들어갔을 때 센서(32) 출력이 증대한다. 즉, 이 수광센서(32)의 출력은 제3도에 도시한 바와 같이, 마그네트(18)의 회전속도가 동기한 변동 성분을 포함하고 있다. 이 변동성분은 제2도에서 확대하여 도시한 바와 같이 마그네트(18)의 회전주기(T)를 주기로 한 사인 커브로 생각할 수가 있다.

본 발명은 이와 같은 정현파상의 변동성분을 포함하는 수광센서(32)에서의 출력에 대하여 기본적으로는 그것을 아날로그/디지탈(A/D) 변환하여 평활하 하는 기술을 채용한다.

본 실시예에서는 후술하는 평활화 출력에 따라서 먼저 플라즈마 처리의 정상상태에서의 플라즈마중의 특정 파장광 강도의 평균치를 플라즈마 처리의 종점 검출의 비교 정보로 하여 종점 검출부(50)내의 메모리(54)에 기억하는 동작을 행한다. 플라즈마 처리의 정상 상태가 실현되는 시각(t₁)은 미리 상정하는 것이 가능하므로 CPU(52)는 시각(t₁)에 달한 후에 플라즈마 처리의 종점 검출 작동을 행하게 된다.

여기서 카운터(44)를 포함한 평활부(40)의 동작에 대해서 설명하면 증폭기(34)의 출력 전압은 제3도에 도시된 플라즈마중의 특정 파장광의 강도를 나타내는 센서 출력과 비례한 전압으로 된다. 이 전압이 입력되는 V-F변환기(42)는 A/D변환 기술의 하나로서 입력 전압치가 높은 주파수를 갖는 펄스신호를 차례로 출력한다.

즉, 아날로그 센서출력을 디지탈 신호화 한다. 카운터(44)는 상기 V-F변환기(42)에서 차례로 출력된 펄스를 카운트 하지만 그것은 실질적으로 제2도에 도시한 바와 같이, 플라즈마의 회전주기(T)의 기간에 걸쳐서 센서 출력을 평활화, 즉 적분한 신호로서 출력하게 된다. 이 카운터(44)에서 센서 출력을 평활화하는 방식으로서는 여러 가지를 생각할 수 있지만, 예를 들면 상기 엔코더(46)에서의 펄스 입력때마다 리셋하고, 마그네트(18)의 한 주기(T)내의 3발의 펄스 ①, ②, ③에 의해 리셋된 각 카운터치를 상기 CPU(52)에 출력하고, CPU(52)는 이 3회분의 카운트치의 총계를 구하는 것으로 1주기내의 적분한 데이타를 얻을 수가 있다. 이와 같은 처리를 차례로 반복하므로써 얻어지는 데이타 전체가 제3도에 파선으로 도시한 바와 같이 자계의 회전에 의존하는 변동 성분을 평활화한 것이 되며, 종점검출의 오차 요인을 제거할 수가 있다. 또한 상기 카운터(44)를 무한 카운터로 구성하고, 플라즈마 처리의 정상상태 개시시의 시각(t₁) 이후에 상기 엔코더(46)에서 최초로 출력된 펄스에 의해 카운터(44)를 리셋하고, 그후는 V-F변환기(42)에서 차례로 출력된 펄스를 카운트업한 값을 CPU(52)에 출력한다. 그래서 CPU(52)는 전후의 1주기(T)내의 카운트치의 차이를 연산하므로써, 1주기(T)내의 적분된 데이타를 작성할 수가 있다. 그리고 CPU(52)는 플라즈마 처리의 정상상태에 있어서 상기 적분 데이타의 소정 회수분의 평균치를 플라즈마 처리의 종점 검출 비교 정보로 연산하고, 이것을 메모리(54)에 등록하게 된다.

즉, 플라즈마 처리에 의해 예정된 재료의 에칭 처리를 실행하고, 그 재료의 에칭이 종료하면 재료 특유의 특정파장이 비교적 크게 저하하는 현상이 발생한다. 이 변화를 검출하여 에칭의 종점을 검출한다.

비교정보를 등록한 후에 CPU(52)는 카운터(44)를 통하여 마그네트(18)의 1주기(T)내의 평활화 데이타를 순차 입력하고, 이를 비교정보와 비교한다. 그리고 비교정보를 100%로 한 경우에 입력된 평활화 데이타가 예를 들어 60%에 달한 때에는 이 CPU(52)로부터 플라즈마 처리 종점 검출 신호가 출력되고, 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에 의한 에칭 처리의 정확한 종점 검출이 달성되는 것이다.

또한 본 발명은 상기 실시예의 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지 범위내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리의 종점 검출은 상기 실시예와 같은 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에 적용하는 것으로 한정되지 않으며, 적어도 플라즈마를 이용하여 다양한 처리를 행하는 장치에 적용할 수 있다. 또 상기 실시예에서 이용한 자계를 회전시키는 수단으로서는 마그네트(18)를 기계적으로 회전 구동하는 것에 한정되지 않으며, 자계발생 수단을 코일로 형성하로 통전 방식에 의해 그 자력선을 회전시키는 것도 무방하다.

통상 플라즈마 에칭 장치에 적용하는 경우에는 제4도의 마그네트(18)를 생략한 구성으로 대치할 수가 있다.

상기 실시예에서는 종점 검출을 비교정보의 60%로 하여 검출치로 하는 예에 대하여 설명하였지만, 90%로 하여도 좋고 역으로 120% 출력치가 상승하는 경우도 있다. 이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 예를 들어 전계 및 회전되는 자계중에서 플라즈마를 생성하는 경우에 있어서, 그 플라즈마가 회전자계와 동시에 이동하고, 플라즈마의 발광 강도에 변동성분이 생기는 경우에도, 이 플라즈마중의 특정 파장광의 강도를 검출하는 센서 출력을 평활화 하여, 이 평활된 신호에 따라서 플라즈마 처리의 종점 검출을 행하므로써 오차가 적은 종점 검출을 실현할 수 있게 되는 것이다.

Claims

처리용기내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생수단과; 상기 플라즈마 발생수단에 의해 상기 처리용기내에 발새되는 플라즈마를 회전시키고, 이동시키는 것에 의해 피처리 물질에 대하여 플라즈마 처리를 실행하기 위한 플라즈마 처리수단과; 상기 플라즈마 처리수단은 를라즈마를 회전시키고, 이동시키기 위하여 처리용기내에 회전가능하게 배치되는 마그네트와, 소정 주기로 상기 마그네트를 회전시키기 위한 구동메카니즘을 포함하고, 처리용기내에 있는 플라즈마에 의해 생성되고 소정의 파장을 가지는 플라즈마광의 강도에 대응하는 제1전기신호를 센싱하기 위한 센서수단과; 상기 마그네트의 회전에 동기되는 제2 전기신호를 검출하기 위한 검출수단과; 상기 마그네트의 적어도 1회전주기 동안에, 상기 검출수단에 의해 검출된 제2 전기신호에 따라 상기 제1 전기신호를 평활화시키기 위하여 상기 센서수단에 의해 센싱된 제1 전기신호가 공급되는 평활화수단과; 상기 평활화수단의 출력신호에 기초하여 플라즈마 처리의 종점을 검출하기 위한 종점검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
제1항에 있어서, 상기 평활화수단이 상기 센서수단에 의해 센싱된 제1전기신호를, 상기 제1 전기신호의 전압에 대응하는 주파수를 가지는 펄스신호로 변환하기 위한 수단과; 상기 검출수단에 의해 검출된 제2 전기신호에 따라 상기 변환수단에 의해 획득되는 펄스신호의 수를 카운트하기 위한 수단과; 상기 마그네트의 적어도 1주기 동안에, 상기 카운트 수단으로 부터의 출력신호를 적분하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
제1항에 있어서, 상기 종점검출수단이 상기 평활화수단에 의해 평활화된 상기 제1 전기신호의 정상상태값을 그 비교치로서 저장하기 위한 수단과; 상기 평활화수단에 의해 평활화된 상기 제1전기신호가, 상기 저장수단에 저장된 비교치보다 더 작은 예정값에 도달할 때 종점검출신호를 출력하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 검출수단에 의한 상게 제2 전기신호 출력이, 상기 마그네트의 한 회전주기가 1rpm 내지 100rpm의 범위를 가질 때 3회/분 내지 300회/분의 감지비율을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
제1항에 있어서, 상기 검출수단의 엔코더 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
제5항에 있어서, 상기 엔코더 수단이 내부에 형성된 복수의 슬릿을 구비하고, 상기 마그네트의 회전축에 결합되는 디스크부재와; 상기 디스크부재의 슬릿들이 이동할 수 있는 경로에 대응하는 부분에 위치되는 포토인터럽트수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
제1항에 있어서, 상기 검출수단이 상기 마그네트의 1회전주기내에서 결정되는 복수의 지점에서 제2 전기신호를 출력하기 위한 수단을 포함하고; 상기 평활화수단이 상기 마그네트의 1회전주기내에서 결정되는 지점에서 평활화 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
처리용기내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생수단과; 상기 플라즈마 발생수단에 의해 상기 처리용기내에 발생되는 플라즈마를 회전시키고, 이동시키는 것에 의해 피처리 물질에 대하여 플라즈마 처리를 실행하기 위한 플라즈마 처리수단과; 상기 플라즈마 처리수단은 플라즈마를 회전시키고, 이동시키기 위하여 처리용기내에 회전가능하게 배치되는 마그네트와, 상기 마그네트를 회전시키기 위한 구동메카니즘을 포함하고, 처리용기내에 있는 플라즈마에 의해 생성되고 소정의 파장을 가지는 플라즈마광의 강도에 대응하는 제1 전기신호를 센싱하기 위한 센서수단과; 상기 마그네트의 회전에 동기되는 제2 전기신호를 검출하기 위한 검출수단과; 상기 마그네트의 적어도 1회전주기 동안에, 상기 검출수단에 의해 검출된 제2 전기신호에 따라 상기 제1 전기신호를 평활화시키기 위하여 상기 센서수단에 의해 센싱된 제1 전기신호가 공급되는 평활화수단과; 상기 평활화수단으로부터의 출력신호에 기초하여 플라즈마 처리의 종점을 검출하기 위한 종점검출수단을 포함하고; 상기 검출수단은 상기 마그네트의 1회전주기내에서 결정되는 복수의 지점에서 제2 전기신호를 출력하기 위한 엔코더 수단을 포함하며; 상기 엔코더 수단은 내부에 형성된 복수의 슬릿을 구비하고, 상기 마그네트의 회전축에 결합되는 디스크부재와, 상기 디스크부재의 슬릿들이 이동할 수 있는 경로에 대응하는 부분에 위치되는 포터인터럽트수단을 포함하며; 상기 평활화수단이 상기 마그네트의 1회전주기내에서 결정되는 지점에서 평활화 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
제8항에 있어서, 상기 평활화수단이 상기 센서 수단에 의해 센싱된 제1 전기신호를, 상기 제1 전기신호의 전압에 대응하는 주파수를 가지는 펄스신호로 변환하기 위한 수단과; 상기 검출수단에 의해 검출된 제2 전기신호에 따라 상기 변환수단에 의해 획득되는 펄스신호의 수를 카운트하기 위한 수단과; 상기 마그네트의 적어도 한 주기 동안에, 상기 카운트수단으로부터의 출력신호를 적분하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서, 상기 종점검출수단이 상기 평활화수단에 의해 평활화된 상기 제1 전기신호의 정상상태값을 비교치로서 저장하기 위한 수단과; 상기 평활화수단에 의해 평활화된 상기 제1 전기신호가, 상기 저장수단에 저장된 비교치보다 더 작은 예정값에 도달할 때 종점검출신호를 출력하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제8항에 있어서, 상기 검출수단에 의한 상기 제2 전기신호 출력이, 상기 마그네트의 회전주기가 1rpm 내지 100rpm의 범위를 가질 때 3회/분 내지 300회/분의 감지비율을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.