KR100423195B1 - 플라즈마처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 에칭 장치(100)의 처리실(102) 내에는, 자석(128)에 의해 변동하는 플라즈마 P가 형성된다. 검출창(134)을 거쳐서 수광부(136)에서 검출한 변동하는 플라즈마 광의 신호를, 연산 제어기(120)에서 일정한 샘플링 주기로 샘플링하여 데이터 열을 구한다. 복수의 가정 변동 주기를 가정하고, 해당 데이터 열로부터 각 가정 변동 주기에 있어서의 이동 평균값을 산출하는 공정을 반복한다. 그리고, 각 반복 타이밍마다 구해진 이동 평균값을 각 가정 변동 주기마다의 이동 평균값 데이터로서 통계 처리하여, 각 가정 변동 주기에 대응하는 근사식을 구한다. 또한, 소정 기간에 있어서의 각 이동 평균값의 데이터 열과 각 근사식의 편차량을 구하여, 최소의 편차량에 대응하는 가정 변동 주기를 플라즈마 P의 변동 주기로 판정한다. 판정한 변동 주기에 근거해서, 샘플링 신호의 데이터 열로부터 이동 평균값의 데이터 열을 구하여, 처리의 종점을 판정한다.

Description

플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.

종래, 반도체 제조 장치의 분야에서는, 각종 플라즈마 원을 이용한 플라즈마 처리 장치의 구성이 제안되고 있다. 그 중의 하나로서, 처리실 내에 대향 배치된 상부 전극과 하부 전극 사이에 전계를 형성하여, 그 전계에 의해 처리실 내에 도입된 처리 가스를 플라즈마화하고, 피처리체에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치가 있다.

또한, 상기 플라즈마 처리 장치 중에는, 처리실 내에 회전 자계를 형성할 수 있는 자석을 구비한, 소위 자장(磁場) 어시스트형 플라즈마 처리 장치가 있다. 이러한 구성을 채용함으로써, 처리실 내에 형성된 자계에 의해 플라즈마 중 전자를 트랩하고, 처리 가스 입자와의 충돌 회수를 증가시켜서, 고밀도 플라즈마를 여기하는 것이 가능해진다. 또한, 자계를 회전시킴으로써, 플라즈마 밀도를 균일화시켜, 고속이면서 또한 균일한 플라즈마 처리를 실현할 수 있게 된다.

그런데, 에칭 등의 플라즈마 처리 공정에 있어서는, 플라즈마 처리의 종료시점을 정확히 판정하여, 플라즈마 처리를 지체없이 종료하는 것이 중요하다. 플라즈마 처리의 종점 검출 방법으로서, 종래 처리실 내의 플라즈마 중에 포함되는 특정 물질의 스펙트럼광의 변화를 검출해서, 그 변화에 근거하여 종점 검출을 실행하는 방법이 제안되고 있다. 이러한 방법은 피처리체에 대한 에칭의 진행과 함께 플라즈마 중에 포함되는 성분도 변화하는 것에 착안하여, 임의의 특정 물질의 스펙트럼광의 강도 변화를 관측함으로써, 에칭 처리의 종점을 정확히 실시간으로 검출하고자 하는 것이다.

그러나, 상술한 바와 같은 자장 어시스트형 플라즈마 처리 장치에서는, 처리실 내에 형성되는 자계 방향을 따라, 플라즈마 중에 밀도가 상이한 영역이 형성된다. 그리고, 자계의 회전에 따라, 플라즈마의 밀도 분포도 변동하게 된다. 그 때문에, 예컨대 처리실의 한 벽에 마련된 검출창 등으로부터, 플라즈마 광을 정점 관측하는 경우에는, 회전 자계에 따르는 플라즈마의 변동도 고려할 필요가 있다.

그 때문에, 예컨대 일본국 특허 공개 평성 제4-338663호 공보에는, 자석의 회전과 동기하여 펄스를 발생하는 로터리 인코더를 에칭 장치에 마련하여, 그 펄스에 따라 플라즈마 광을 샘플링해서, 자석의 회전 주기에 따르는 노이즈 성분을 제거하여, 정확한 종점 검출을 실행하고자 하는 기법이 개시되어 있다.

그러나, 상기한 바와 같이, 하드웨어적으로 자석의 회전 주기를 구하여, 그 회전 주기에 따라 샘플링을 실행하는 구성에는, 로터리 인코더 등의 장치를 처리 장치에 부가하지 않으면 안되어, 장치 구성이 복잡하게 됨과 동시에, 장치의 초기 비용을 상승시킨다고 하는 문제가 있었다.

또한, 상기한 바와 같이 하드웨어적으로 자석의 회전 주기를 구하여, 그 회전 주기에 따라 샘플링을 실행하는 구성에서는, 샘플링 주기는 그 때마다 변동하는 변동 주기이다. 그러나, 종점 검출용 신호 처리 소프트웨어에 의해서, 샘플링 주기로서 고정 주기를 사용하는 쪽이 효율적인 처리를 실행할 수 있는 경우와, 또한 고정 주기를 요구하는 것이 있다. 그러나, 상기 구성에서는 그와 같은 소프트웨어 측의 요구에 유연하게 대응할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 플라즈마 처리 방법이 갖는 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 종래의 하드웨어 구성에 변경을 부가하지 않고, 처리실 내의 플라즈마 광을 일정한 주기로 샘플링함으로써, 각 처리마다 변동하는 플라즈마의 변동 주기, 즉 자석의 회전 주기를, 소프트웨어적인 방법에 의해 정확히 구할 수 있는, 신규 또는 개량된 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상대적으로 간격이 넓은 샘플링 주기에 의한 샘플링 신호로부터 상대적으로 좁은 샘플링 주기의 의사 샘플링 신호를 만드는 것에 의해, 실제로 샘플링하는 실(實) 샘플링 회수를 증가시키지 않고, 상대적으로 적은 연산량에 의해, 마치 실 샘플링 회수를 증가시키기나 한 것 같은, 보다 정확한 이동 평균값을 구할 수 있는, 신규 또는 개량된 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명을 적용할 수 있는 에칭 장치를 도시한 개략적인 단면도,

도 2는 도 1에 도시한 에칭 장치에 적용되는 회전 주기 판정 공정을 설명하기 위한 개략적인 설명도,

도 3은 도 1에 도시한 에칭 장치에 적용되는 회전 주기 판정 공정을 설명하기 위한 개략적인 설명도,

도 4는 도 1에 도시한 에칭 장치에 적용되는 회전 주기 판정 공정을 설명하기 위한 개략적인 설명도,

도 5는 도 1에 도시한 에칭 장치에 적용되는 종점 판정 공정을 설명하기 위한 개략적인 설명도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 에칭 장치102 : 처리실

104 : 진공 용기106 : 하부 전극

108 : 상부 전극116 : 정합기

118 : 고주파 전원120 : 연산 제어기

124 : 가스 공급관126 : 배기관

128 : 자석134 : 검출창

136 : 수광부

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 따르면, 처리 가스가 도입된 진공 용기 내에 전계를 형성하여, 소정의 변동 주기로 변동하는 플라즈마를 생성하고, 상기 진공 용기 내에 배치된 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,

상기 플라즈마의 변동 주기를 구할 때,

(a) 상기 플라즈마의 플라즈마 광을 일정한 샘플링 주기로 샘플링하여, 샘플링 데이터를 구하는 공정과,

(b) 복수의 가정 변동 주기를 가정하여, 상기 샘플링 데이터에 근거해서, 상기 복수의 가정 변동 주기 각각의 기간에 걸쳐 이동 평균값을 산출하고, 상기 각각의 가정 변동 주기마다의 이동 평균값 데이터를 구하는 공정과,

(c) 상기 각 가정 변동 주기마다의 이동 평균값 데이터로부터, 각 가정 변동 주기에 대응하는 각각의 근사식을 구하는 공정과,

(d) 상기 각 가정 변동 주기에 대하여, 하나 또는 둘 이상의 시점에 있어서의 상기 이동 평균값 데이터와 대응하는 상기 근사식의 편차량을 구하는 공정과,

(e) 상기 편차량 중에서 최소의 편차량을 갖는 상기 가정 변동 주기를 구하여, 그 가정 변동 주기를 상기 플라즈마의 변동 주기로 판정하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 제공된다.

또한, 구해진 플라즈마의 변동 주기에 근거하여, 플라즈마 처리의 종점을 구하는 경우에는,

(f) 상기 샘플링 데이터로부터 상기 (e) 공정에서 구한 상기 플라즈마의 변동 주기의 기간에 대한 이동 평균값 데이터를 산출하는 공정과,

(g) 상기 (f) 공정에서 구한 상기 이동 평균값 데이터에 근거하여 플라즈마 처리의 종점을 판정하는 공정이 실행된다.

이러한 구성에 의하면, 일정한 샘플링 주기로 플라즈마 광의 샘플링을 행한 경우이더라도, 각 처리마다 변화할 가능성이 있는 플라즈마의 변동 주기를, 소프트웨어적인 통계 연산 처리만으로 산출할 수 있다. 따라서, 특별한 하드웨어 장치를 부가하지 않더라도, 각 처리마다 플라즈마의 변동 주기를 정확히 구할 수 있다.

또한 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 2 관점에 따르면, 처리 가스가 도입된 진공 용기 내에 전계를 형성하여, 소정의 변동 주기로 변동하는 플라즈마를 생성하고, 상기 진공 용기 내에 배치된 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,

처리의 종점을 검출할 때,

(a) 상기 플라즈마의 플라즈마 광을 일정한 샘플링 주기로 샘플링하여, 샘플링 데이터를 구하는 공정(단, 상기 변동 주기는 상기 샘플링 주기의 정수 배에 한정되지 않음)과,

(b) 상기 샘플링 데이터로부터, 상기 변동 주기마다 이동 평균값을 산출하는 공정과,

(c) 상기 이동 평균값의 변화에 근거하여 플라즈마 처리의 종점을 판정하는 공정이 실행된다.

이러한 구성에 의하면, 특별한 하드웨어 장치를 부가하지 않더라도, 소프트웨어적인 처리만으로, 각 처리마다 상이한 플라즈마의 변동 주기의 변동 분을 보상한 후에, 플라즈마 처리의 종점을 정확히 구할 수 있다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.

실시예

이하에, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법을 에칭 처리의 종점 판정 방법에 적용한 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 이러한 종점 판정 방법을 적용할 수 있는 에칭 장치(100)의 장치 구성에 대하여, 도 1을 참조하면서 설명한다.

에칭 장치(100)의 처리실(102)은 도전성의 진공 용기(104) 내에 형성되어 있다. 처리실(102) 내에는 서셉터를 구성하는 도전성의 하부 전극(106)과, 접지된 도전성의 상부 전극(108)이 대향 배치되어 있다. 하부 전극(106)상에는 처리 시에, 피처리체, 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 칭함) W를 탑재시켜 고정할 수 있다. 또한, 하부 전극(106)에는 정합기(116)를 거쳐서 고주파 전원(118)이 접속되어 있고, 처리 시에는 연산 제어기(120)로부터의 제어 신호에 따라 소정 출력의 고주파 전력을 인가할 수 있다.

또한, 처리실(102)에는 처리실(102) 내에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급관(124)과, 처리실(102) 내의 분위기를 배기하는 배기관(126)이 접속되어 있다. 또한, 진공 용기(104)의 상방(上方)에는 처리실(102) 내에 소정의 회전 자계를 형성할 수 있는 영구 자석 등의 자석(128)이 배치되어 있다.

또한, 처리실(102)의 측벽에는 검출창(134)이 형성되어 있고, 이 검출창(134)을 투과한 플라즈마 광이 수광부(136)에 의해 검출된다. 이 수광부(136)는 플라즈마 광으로부터 특정 물질에 관한 발광 스펙트럼만을 분광하는 도시하지 않은 분광기나, 발광 스펙트럼의 발광 강도를 검출하는 도시하지 않은 광전 변환기나, 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기 등을 구비하고 있다. 이 수광부(136)에 있어서 샘플링된 데이터는 연산 제어기(120)에 적절히 출력된다. 또한, 도시한 예에서는, 수광부(136)는 플라즈마 광을 직접 검출하는 구성으로 되어 있지만, 검출창(134)과 수광부(136) 사이에, 예컨대 광섬유 등의 광 전달 수단을 개재한 구성으로 하여도 무방하다.

다음에, 에칭 장치(100)에 있어서, 웨이퍼 W에 대하여 에칭 처리를 실시하는 경우에 대하여 설명한다. 우선, 웨이퍼 W를 하부 전극(106)에 탑재하여, 가스 공급관(124)으로부터 처리실(102) 내로 처리 가스를 도입함과 동시에, 배기관(126)으로부터 처리실(102) 내의 분위기를 배기하여, 처리실(102) 내를 소정의 감압 분위기로 유지한다. 이어서, 진공 용기(104) 상방의 자석(128)을 소정의 회전수로 회전시켜, 처리실(102) 내에 회전 자계를 형성한다.

그 다음, 고주파 전원(118)으로부터 하부 전극(106)에 고주파 전력을 인가하면, 처리실(102) 내에 형성된 전계에 의해 처리 가스가 해리되어 고밀도 플라즈마 P가 생성되고, 소정의 에칭 처리가 웨이퍼 W에 실시된다. 또한, 처리실(102) 내에형성된 회전 자계에 의해서, 플라즈마 P는 소정의 회전 주기에서 변동하고, 일정하지 않은 밀도가 평균화되어, 웨이퍼 W에 균일한 처리를 실시할 수 있다.

다음에, 상술한 에칭 장치(100)에 적용되는 본 실시예에 따른 에칭 처리의 종점 판정 방법에 대하여, 도 2 내지 도 5를 참조하면서 설명한다. 이러한 종점 판정 방법은 플라즈마의 변동 주기 판정 공정과 에칭 처리의 종점 판정 공정으로 구성되어 있다.

변동 주기 판정 공정은 자석(128)의 회전에 따라 변화하는 자계의 변동 주기, 즉 플라즈마의 변동 주기를 판정하는 공정이다. 또한, 종점 판정 공정은 판정된 플라즈마의 변동 주기에 근거하여, 플라즈마의 변동에 따라 발생한 샘플링 신호중의 노이즈 성분을 제거한 후, 정확한 종점 판정을 실행하는 공정이다.

이하에, 변동 주기 판정 공정(A)과 종점 판정 공정(B)으로 나누어 설명한다.

(A) 변동 주기 판정 공정

우선, 도 2 내지 도 4를 참조하면서 변동 주기 판정 공정에 대하여 설명한다. 도 2에는 상기 에칭 장치(100)의 수광부(136)에 있어서 샘플링된 샘플링 신호 P(t)의 시계열적 변화가 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 플라즈마 상승 시에는 샘플링 신호도 불안정하게 추이하지만, 플라즈마의 안정과 동시에 샘플링 신호도 안정적으로 된다. 그래서, 샘플링 신호가 안정적으로 된 후(도시한 예는, 시각 a 이후)의 기간 A에 있어서의 샘플링 신호에 근거하여, 플라즈마의 변동 주기가 구해진다.

도 3은 도 2의 기간 A에 걸친 샘플링 신호의 추이를 확대하여 도시한 것이다. 도시한 예에서는, 0.1초 간격으로 샘플링이 행해지고 있는 것으로 한다. 여기서, 처리실(102) 내의 자계의 변동 주기는 자석(128)의 회전 주기에 거의 연동되어 있기 때문에, 그 대강의 주기에 대해서는 전역(global)에서 추측할 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 따른 방법에서는, 플라즈마는 자석(128)의 회전 주기에 따라 3.0∼3.1초 주기로 변동하는 것으로 추측할 수 있다.

따라서, 3.0∼3.1초 주기 사이에 있다고 추측되는 플라즈마의 정확한 변동 주기를, 보다 정밀하게, 예컨대 0.01초의 오더(order)로 구하고자 하는 경우에는, 원래대로 라면 0.01초간으로 샘플링을 실행할 필요가 있다. 그러나, 단순히 샘플링 주기를 짧게 한 것으로는, 샘플링 데이터의 양이 쓸데없이 증가하여, 데이터 처리에 시간을 필요로 한다고 하는 문제가 있었다. 이 점에 있어서, 본 실시예에 따른 방법에 의하면, 0.1초 간격의 샘플링에 의해서도, 0.01초 간격, 혹은 그 이상으로 짧은 간격으로 샘플링을 실행한 경우와 동등한 정밀도로, 플라즈마의 변동 주기를 구하는 것이 가능해진다. 이하, 그 방법에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 플라즈마가 3.0초 주기로 변동되고 있다고 가정한다. 그리고, 종래 방법과 마찬가지로, 샘플링 데이터 중에 포함되어 있는 노이즈 성분을 제거하기 위해서, 샘플링 데이터의 이동 평균값 H_3.00(t)를 하기의 수학식 1에 근거하여 구한다. 이 경우, 3.0초의 가정 변동 주기에 대한 이동 평균 산출 기간은 3.0초이다.

이어서, 플라즈마가 3.1초 주기로 변동하고 있다라고 가정한다. 그리고, 이전의 처리와 마찬가지로, 샘플링 데이터 중에 포함되어 있는 노이즈 성분을 제거하기 위해서, 샘플링 데이터의 이동 평균값 H_3.10(t)를 하기의 수학식 2에 근거하여 구한다. 이 경우, 3.1초의 가정 변동 주기에 대한 이동 평균 산출 기간은 3.1초이다.

여기서, 상기의 경우에는 0.1초의 샘플링 주기에 대하여, 가정 변동 주기는 샘플링 주기의 정수 배인 3.0초 및 3.1초로 각각 설정한다. 그러나, 실제의 플라즈마의 변동 주기는 샘플링 주기의 정수 배로는 한정되지 않는다. 예컨대, 실제의 플라즈마의 변동 주기가 3.03초라고 하면, 그 이동 평균 산출 기간은 3.03초로서, 0.1초의 샘플링 주기로는 측정 불가능하고, 이동 평균을 구한다고 하면, 샘플링 주기를 0.01초 단위로 실행할 필요가 있다. 그러나, 이와 같이 샘플링 주기를 미세하게 설정한 것으로는, 쓸데없이 데이터량이 증가하게 되어, 처리의 효율화를 도모할 수 없다.

이 점에 있어서, 본 실시예는 이하에 기술하는 바와 같은 순서에 의해, 0.1초의 샘플링 주기로 샘플링한 데이터를, 마치 0.01초의 샘플링 주기로 샘플링한 데이터인 것 같이 의사(疑似)화시키며, 실제의 플라즈마의 주기 변동에 따른 이동 평균을 가능하게 하는 것이다.

예컨대, 플라즈마가 3.03초의 주기로 변동하는 것으로 상정한 경우의 시각 t에 있어서의 이동 평균값 H_3.03(t)는,

로 나타내는 수학식 3에 의해서 구할 수 있다.

또, 수학식 3 중의 S(t-2.9-0.01)나, S(t-2.9-0.02)나, S(t-2.9-0.03)로 나타내는 데이터는 실제로 샘플링된 데이터가 아니라, 실제로 샘플링된 데이터로부터 수치 처리에 의해 소프트웨어적으로 의사화된 데이터이기 때문에, 본 명세서 중에서는 의사 샘플링 데이터라고 칭하기로 한다. 이들 의사 샘플링 데이터는 인접하는 샘플링 신호의 데이터간을 직선 또는 근사 곡선으로 연결하고, 그 직선 또는 근사 곡선 상에 있어서의 시각 t-2.9-0.01이나, 시각 t-2.9-0.02나, 시각 t-2.9-0.03 등의 의사 샘플링 타이밍에 있어서의 대응값으로서 구할 수 있다. 이와 같이, 본 명세서에 있어서는, 의사 샘플링 데이터를 구하기 위해서 상정된 시간 간격을 의사 샘플링 타이밍이라 칭한다.

또한, 인접하는 샘플링 신호의 데이터간을 연결하는 근사 곡선을 구함에 있어서, 최소 제곱법에 의해 1차 이상의 다항식으로 근사하는 방법이나, 라그랑주 보간법이나, 스플라인 보간법 등의 각종 통계학 방법을 이용하여, 복수 점의 데이터로부터 구할 수 있다.

또한, 예컨대 인접하는 샘플링 신호의 데이터간을 직선으로 연결한 경우에는, 상기 S(t-2.9-0.01)은,

로 나타내는 수학식 4에 의해서 구할 수 있고, 또한 S(t-2.9-0.02)는,

로 나타내는 수학식 5에 의해서 구할 수 있으며, 또한 S(t-2.9-0.03)은,

으로 나타내는 수학식 6에 의해서 구할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 변동 주기 판정 공정에서는, 이동 평균값 H(t)나, 의사 샘플링 데이터인 S(t-2.9-0.01) 등을 상술한 수학식 1 내지 수학식 3 등이나, 수학식 4 내지 수학식 6 등을 이용하여 산출한다. 이러한 구성에 의해, 샘플링 주기의 정수 배로는 되지 않는 기간의 이동 평균값, 즉 실제의 샘플링 주기보다도 짧은 기간의 이동 평균값이더라도, 보다 적은 샘플링 데이터로부터 구할 수 있다.

예컨대, 상술한 바와 같이 자석(128)의 회전 주기를 3.03초로 상정한 경우,11개의 샘플링 데이터인 S(t-3.0), …, S(t)로부터, 100분의 1초 오더의 플라즈마의 변동 주기를 구할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 따르면, 결과적으로 가중 평균의 방법에 의해, 의사 샘플링 데이터를 포함해서 303개의 데이터의 이동 평균값을 적은 연산 처리로 산출할 수 있다.

마찬가지의 방법에 의해, 자석(128)의 회전 주기를 3.01초∼3.09초로 상정한 경우의 시각 t에 있어서의 이동 평균 H(t)를 구할 수 있다.

즉, 도 2의 기간 A에 있어서, 플라즈마 광의 신호를 0.1초 간격으로 샘플링할 때마다, 3.00초, 3.01초, 3.02초, 3.03초, 3.04초, 3.05초, 3.06초, 3.07초, 3.08초, 3.09초, 3.10초의 각 이동 평균값 산출 기간에 대한 이동 평균값을 병렬적으로, 즉 동시에 산출한다. 이렇게 하여, 각 이동 평균값, H_3.00(t), H_3.01(t), H_3.02(t), H_3.03(t), H_3.04(t), H_3.05(t), H_3.06(t), H_3.07(t), H_3.08(t), H_3.09(t), H_3.10(t)를 구할 수 있다.

또한, 복수회의 샘플링을 실행함으로써, 각 샘플링 시각에 대응하는 각 이동 평균값 H_3.00(t)∼H_3.10(t)의 데이터 열을 구할 수 있다. 도 3에, 이들 각 이동 평균값 중, H_3.03(t)를 소정의 기간에 걸쳐 플롯한 것을 H(t)로서 예시하였다.

이상과 같이, 실 샘플링 주기의 10배의 정밀도로 이동 평균값을 구하는 방법에 대하여 설명하였지만, 본 실시예는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 실 샘플링 주기의 100배의 정밀도로 이동 평균값을 구할 수 있다. 즉, 예컨대 플라즈마의 변동 주기를 3.031초로 상정한 경우의 시각 t에 있어서의 이동 평균값H_3.031(t)는,

로 나타내는 수학식 7에 의해서 구할 수 있다.

또한, 수학식 7 중의 S(t-2.9-0.01)과, S(t-2.9-0.02)와, S(t-2.9-0.03)은 각각에 대응하는 상기 수학식 4와, 수학식 5와, 수학식 6에 의해 구할 수 있다. 또한, 동일 수학식 중의 S(t-2.9-0.03-0.001)은,

로 나타내는 수학식 8에 의해 구할 수 있다.

다음에, 도 4를 참조하면서, 상기 공정에 의해 필요한 수만큼 구한 각 이동 평균값의 데이터 열로부터 근사식, 예컨대 일차 근사식을 구하는 공정에 대하여 설명한다. 도 4는 도 3에 나타낸 H(t)를 확대하여 나타낸 것이다. 또한, 도 4에 나타낸 K(t)는 소정 기간인 H(t)의 값으로부터, 예컨대 최소 제곱법으로 구한 일차 근사식이다.

여기서, 본 실시예의 경우에는 플라즈마의 변동 주기, 즉 자석(128)의 회전 주기가 3.0초∼3.1초의 범위내인 것을 미리 알 수 있기 때문에, 그 소정의 기간을3.1초로 한다. 그리고, 상술한 H_3.00(t)∼H_3.10(t)의 각 데이터 열에 대응하는 일차 근사식을 구하고 그들 각 일차 근사식을 각각에 대응하여 K_3.00(t)∼K_3.10(t)로 한다.

다음에, 상기 각 공정에 의해 구해진 각 이동 평균값의 데이터 열과, 그들 각 이동 평균값의 데이터 열에 대응하는 각 일차 근사식의 편차량의 절대값의 평균을 구하는 공정에 대하여 설명한다. 이러한 편차량의 절대값의 평균 A는,

로 나타내는 수학식 9에 의해서 구할 수 있다. 또한, 수학식 9 중 시각 t는 상술한 이동 평균값을 구할 때에 이용한 수학식 1 내지 수학식 8 중 시각 t와는 상이한 시각을 나타낸다.

상술한 수학식 9는 이동 평균값을 구하는 기간, 즉 상정되는 자석(128)의 회전 주기가 3.00초에서 3.10초 사이의 어느 것이더라도, 편차량의 절대값을 구하는 수학식으로서 사용할 수 있다.

또한, 변동 주기를 구하는 정밀도를 높이기 위해서는, 적어도 상정되는 최대의 변동 주기 이상의 기간에 걸쳐, 상기 이동 평균값의 데이터 열과 상기 근사식의 편차량의 비교를 실행하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 수학식 9에 의해, 이동 평균값 H_3.00(t)∼H_3.10(t)의 데이터열과, 그들 각 데이터 열에 대응하는 일차 근사식 K_3.00(t)∼K_3.10(t) 각각에 대하여, 편차량의 절대값의 평균을 구하며, 각각 A_3.00∼A_3.10으로 한다.

또한, 상기 편차량의 절대값의 평균 A를 구하는 식은 H_3.00(t)∼H_3.10(t)의 데이터 열과, K_3.00(t)∼K_3.10(t)의 변위의 정도를 나타내는 것이면 무방하고, 상기 수학식 9에 한정되는 것은 아니다. 또한, 합계 평균 A의 대상으로 되는 시각은, 상술한 바와 같이 A_3.00∼A_3.10의 전체에서 공통이 아니더라도 무방하고, 예컨대 A_3.03을 구하는 경우에는, 시각 t-2.9, t-2.8, t-2.7, …, t-0.1, t, t-2.9-0.01, t-2.9-0.02, t-2.9-0.03에 있어서의 데이터값, 즉 이동 평균값의 산출을 대상으로 한 시각에 있어서의 데이터값으로부터 구하더라도 무방하다.

다음에, 상술한 공정에 의해 구한 편차량의 절대값의 평균으로부터, 플라즈마의 변동 주기, 즉 자석(128)의 회전 주기를 산출하는 공정에 대하여 설명한다.

상기 수학식 9에 의해 구한 편차량의 절대값의 평균 A_3.00∼A_3.10중에서, 최소인 값을 찾아, 그 값에 대한 가정 변동 주기를 실제의 플라즈마의 변동 주기 T로 한다. 즉, A_3.03이 최소값인 경우에는, 플라즈마의 변동 주기 T는 3.03초에 가장 가까운 것으로 된다. 그 이유로는 다음과 같은 것이 고려된다.

즉, 도 2 중 기간 A에서는, 처리실(102) 내의 플라즈마 P의 상태가 상대적으로 안정적으로 되고, 회전 변동을 포함하지 않는 플라즈마 광에 근거하는 원(元)파형은 상대적으로 매끄러운 곡선으로 된다. 또한, 계산을 실행하는 기간은 미소하기 때문에, 그 원파형은 직선으로 근사시킬 수 있다. 또한, 이동 평균값을 산출하는 대상 기간이 자석(128)의 회전 주기에 완전히 일치하면, 이동 평균값은 회전 변동을 포함하지 않는 원파형과 일치한다. 따라서, 변동 주기에 가까운 기간에서 구한 이동 평균값의 데이터 열은 그 데이터 열로부터 구한 일차 근사식과의 변위(편차)가 작아지는 점으로부터, 상기 편차량의 절대값을 평균한 최소의 값이 변동 주기에 가장 가까운 값으로 된다.

본 실시예에 따른 변동 주기 판정 공정은 이상과 같이 구성되어 있고, 변동하는 플라즈마 광을 일정 주기로 샘플링한 경우에라도, 자석(128)의 회전 주기에 대응하는 플라즈마의 변동 주기를 정확하게 판정할 수 있다. 또한, 상술한 연산에 의해 가중 평균을 이용하기 때문에, 샘플링 데이터 수를 증가시키지 않고, 또한 상대적으로 적은 연산 처리에 의해, 플라즈마의 변동 주기의 판정에 필요한 소정의 이동 평균값을 구할 수 있다.

(B) 종점 판정 공정

다음에, 도 5를 참조하면서 플라즈마 처리의 종점 판정 공정에 대하여 설명한다. 해당 종점 판정 공정은 상술한 변동 주기 판정 공정에서, 플라즈마의 변동 주기를 구한 후, 또한 플라즈마 광의 신호 P(t)를 그 자석(128)의 회전 주기에 근거하여 샘플링해서, 샘플링 신호로부터 이동 평균값의 데이터를 구하여 데이터 열을 기억하고, 이동 평균값의 데이터 열의 변화를, 예컨대 소프트웨어적으로 해석함으로써 에칭 처리의 종점을 판정하는 공정이다.

도 5는 이동 평균값의 데이터 열을 나타낸 것으로, 이 이동 평균값은,

로 나타내는 수학식 10에 의해서 구할 수 있다. 또한, 이 수학식 10은 상술한 수학식 3과 마찬가지의 식이다. 또한, 수학식 10 중 m은 (T/샘플링 주기)의 몫이고, n은 (T/샘플링 주기)의 나머지의 10배이며, 0.1은 샘플링 주기이다.

수학식 10 중 의사 샘플링 데이터인 S(t-0.1×(m-1)-0.01)∼S(t-0.1×(m-1)-0.01×n)은, 상술한 수학식 4 내지 수학식 6과 마찬가지로 하여 구할 수 있다. 따라서, 수학식 10을 이용하여 연산하는 것에 의해, 수학식 4 내지 수학식 6과 같이, 샘플링 주기의 정수배가 아닌 기간의 이동 평균값을 적은 샘플링 데이터에 의해 구할 수 있음과 동시에, 의사 샘플링 데이터를 포함하는 복수의 데이터의 이동 평균값을 상대적으로 적은 연산 처리로 산출할 수 있다. 또한, 상기 이동 평균값을 산출할 때, 샘플링 데이터를 의사 샘플링 데이터에 대하여 가중함으로써, 더욱 더 정확한 종점 판정을 실행할 수 있다.

또한, 이 에칭 처리의 종점 판정 공정은 상술한 변동 주기 판정 공정과 조합하여 실시되는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 자석(128)의 회전 주기를 미리 알고 있는 경우이더라도, 그 회전 주기가 샘플링 간격의 정수배가 아닌 경우에, 상기 수학식 10과 같이, 종점 판정 공정과 마찬가지의 방법에 의해, 이동 평균값을 구함으로써, 자석(128)의 회전 변동의 영향을 받지 않는 플라즈마 광의 신호를 출력할 수 있다. 또한, 에칭 처리의 종점의 판정은 일반적으로 이용되고 있는 방법, 예컨대 이동 평균값의 데이터 열을 미분하여, 미분값이 소정값 이상이면 에칭 처리의 종점이로 판정하는 것에 의해 실행된다.

본 실시예에 관련된 종점 판정 공정은, 이상과 같이 구성되어 있고, 상술한 회전 주기 판정 공정에서 판정된 정확한 자석(128)의 회전 주기에 근거하여, 그 회전 주기 기간의 이동 평균값의 데이터 열로부터 얻어지는 신호를 이용하여 처리의 종점을 판정하기 때문에, 정확한 종점 판정을 실행할 수 있어, 에칭 처리를 정확하고 또한 확실하게 종료시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에 있어서, 당업자라면 각종의 변경예 및 수정예에 상도(想到)할 수 있는 것으로, 그들 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.

예컨대, 상기 실시예에 있어서, 영구 자석으로 이루어지는 자석(128)을 회전시켰을 때에 발생하는 플라즈마 광의 신호 변동의 변동 주기를 판정하는 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니고, 영구 자석 대신에 전자석을 사용한 경우나, 자석을 회전이 아닌 왕복 운동시킨 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 자석을 사용하지 않아 플라즈마에 변동이발생할 경우, 예컨대 전극 상에서 전계를 인가하는 위치를 순차적, 주기적으로 변화시키는 경우에도 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 플라즈마가 변동할 때, 그 플라즈마의 변동 주기나 플라즈마 처리의 종점을, 소프트웨어적인 연산 처리만으로 정확히 판정할 수 있으므로, 처리 장치에 그 판정을 실행하기 위한 하드웨어를 형성할 필요가 없다. 그 결과, 처리 장치의 장치 구성을 용이하게 할 수 있음과 동시에, 기존의 장치에 대해서도 본 발명을 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 일정 주기의 샘플링 주기에 의해 샘플링된 샘플링 신호에 근거하여, 상기 변동 주기나 처리의 종점을 판정할 수 있으므로, 장치의 소프트웨어의 형편상, 고정 주기를 샘플링 주기로서 사용하는 쪽이 좋은 경우나, 고정 주기를 사용해야만 하는 경우 등에도 적용할 수 있다.

Claims (10)

1. 처리 가스가 도입된 진공 용기 내에 전계를 형성하여, 소정의 변동 주기로 변동하는 플라즈마를 생성하고, 상기 진공 용기 내에 배치된 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,

   (a) 상기 플라즈마의 플라즈마 광을 일정한 샘플링 주기로 샘플링하여, 샘플링 데이터를 구하는 공정과,

   (b) 상기 샘플링 주기의 정수배가 아닌 복수의 가정 변동 주기를 가정하여, 상기 샘플링 데이터를 수치 처리하고, 상기 가정 변동 주기에 대응하는 의사 샘플링 데이터를 구하며, 상기 샘플링 데이터 및 상기 의사 샘플링 데이터에 근거하여, 상기 복수의 가정 변동 주기 각각의 기간에 걸쳐 이동 평균값을 산출하고, 상기 각 가정 변동 주기마다의 이동 평균값 데이터를 구하는 공정과,

   (c) 상기 각 가정 변동 주기마다의 이동 평균값 데이터로부터, 각 가정 변동 주기에 대응하는 각각의 근사식을 구하는 공정과,

   (d) 상기 각 가정 변동 주기에 대하여, 하나 또는 둘 이상의 시점에 있어서의 상기 이동 평균값 데이터와 대응하는 상기 근사식과의 편차량을 구하는 공정과,

   (e) 상기 편차량 중에서 최소의 편차량을 갖는 상기 가정 변동 주기를 구하여, 그 가정 변동 주기를 상기 플라즈마의 변동 주기로 판정하는 공정

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   (f) 상기 샘플링 데이터로부터 상기 (e) 공정에서 구한 상기 플라즈마의 변동 주기의 기간에 대한 이동 평균값 데이터를 산출하는 공정과,

   (g) 상기 (f) 공정에서 구한 상기 이동 평균값 데이터에 근거하여 플라즈마 처리의 종점을 판정하는 공정을 더 포함하는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가정 변동 주기의 최대값은 예상되는 상기 변동 주기의 상한값이고, 상기 가정 변동 주기의 최소값은 예상되는 상기 변동 주기의 하한값인 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 (b) 공정에서 상기 이동 평균값을 산출할 때, 상기 샘플링 데이터 및 상기 의사 샘플링 데이터에 가중이 행해지는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 (e) 공정은 상기 각 가정 변동 주기에 대하여, 예상되는 상기 변동 주기의 상한값 이상의 기간에 걸쳐, 상기 이동 평균값 데이터와 대응하는 상기 근사식과의 편차량이 구해지는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 진공 용기 내에는, 플라즈마를 소정의 회전 주기로 변동시키는 회전 자계가 형성되는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
7. 처리 가스가 도입된 진공 용기 내에 전계를 형성하여, 소정의 변동 주기로 변동하는 플라즈마를 생성하고, 상기 진공 용기 내에 배치된 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,

   (a) 상기 플라즈마의 플라즈마 광을 일정한 샘플링 주기로 샘플링하여, 샘플링 데이터를 구하는 공정(단, 상기 변동 주기는 상기 샘플링 주기의 정수 배에 한정되지 않음)과,

   (b) 상기 샘플링 데이터로부터, 상기 변동 주기마다 이동 평균값을 산출하는 공정과,

   (c) 상기 이동 평균값의 변화에 근거하여 플라즈마 처리의 종점을 판정하는 공정을 포함하는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 (b) 공정은 상기 샘플링 데이터를 수치 처리하여, 상기 변동 주기에 대응하는 의사 샘플링 데이터를 구하고, 상기 샘플링 데이터 및 상기 의사 샘플링 데이터에 근거하여 상기 이동 평균값을 산출하는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 (b) 공정에서 상기 이동 평균값을 산출할 때, 상기 샘플링 데이터 및 상기 의사 샘플링 데이터에 가중이 행해지는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 진공 용기 내에는 플라즈마를 소정의 회전 주기로 변동시키는 회전 자계가 형성되는 것

    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.