KR102521816B1 - 플라스마 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법 - Google Patents

플라스마 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법 Download PDF

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Abstract

처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법을 제공한다. 처리실 내에 배치된 시료대의 상면에 놓인 처리 대상의 웨이퍼에 광 또는 전자파를 조사하여 당해 웨이퍼 상면의 막층의 상면에 미리 형성된 당해 막층의 화합물층을 가열하여 제거하는 공정을 구비한 웨이퍼 처리 방법으로서, 상기 공정에 있어서, 상기 웨이퍼의 상면에서 반사된 상기 광 또는 전자파를 받아 당해 광 또는 전자파의 파장을 파라미터로 하는 강도의 시간적 변화를 나타내는 신호를, 상기 시료대의 상기 상면의 외주측의 개소에서 상기 광 또는 전자파를 받아 검출한 당해 광 또는 전자파의 강도의 정보를 이용하여 보정해서, 상기 막층의 잔막두께 혹은 상기 공정의 종점을 판정한다.

Description

플라스마 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법
본 발명은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 웨이퍼 표면의 처리 대상의 막을 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법에 관한 것이며, 특히, 상기 처리 대상의 막에 대한 플라스마의 조사와 전자파의 조사에 의한 가열에 의해 행하는 막의 에칭 처리의 양을 검출하는 플라스마 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스에서는 저소비 전력화나 기억 용량 증대의 요구 때문에, 가일층의 미세화, 및 디바이스 구조의 3차원화가 진행되고 있다. 3차원 구조의 디바이스의 제조에서는, 구조가 입체적이고 복잡하기 때문에, 종래 행해져 온 처리 대상의 반도체 웨이퍼의 표면의 면 방향에 대하여 수직인 방향으로 에칭을 행하는 「수직성 에칭」에 더해, 횡 방향으로도 에칭이 가능한 「등방성 에칭」의 적용이 검토되고 있다.
이러한 등방성의 에칭은, 종래부터, 반도체 웨이퍼 표면의 막층을 약액(藥液) 내를 이용하여 처리하는 웨트 처리에 의해 행해져 왔다. 그러나, 반도체 디바이스 구조의 미세화의 진전에 수반하여, 약액의 표면 장력에 의한 패턴 무너짐이나 가공 치수의 제어성과 같은 문제가 현재화(顯在化)되고 있다. 그 때문에, 종래의 약액을 이용한 웨트 처리로부터 약액을 이용하지 않는 드라이 처리로 등방성 에칭을 행할 필요성이 높아지고 있다.
한편, 종래부터, 등방성 에칭을 드라이 처리로 고정밀도로 행하는 기술 중 하나로서, 흡착 및 탈리 공정을 이용하여 에칭을 행하는 것이 알려져 있다. 이러한 기술의 예로서, 일본국 특개2015-185594호 공보(특허문헌 1)에서는, 우선 플라스마 등을 이용하여 생성된 높은 반응성을 갖는 원자 또는 분자의 활성종(라디칼)을 피처리체인 반도체 웨이퍼의 처리 대상의 막층의 표면에 흡착시키고, 활성종과 막층 표면의 재료와의 화학 반응에 의해 형성된 화합물에 의한 반응층(또는 변질층)을 형성시킨다(흡착 공정). 다음으로, 반응층에 열 에너지를 부여해서 가열하여 반응층을 탈리시켜 제거한다(탈리 공정). 이 흡착 공정과 탈리 공정을 번갈아 반복함으로써, 대상막의 에칭이 행해진다.
이 종래 기술에서는, 흡착 공정에 있어서 표면에 형성된 반응층이 소정의 두께에 도달하면, 반응층이 처리 대상의 막층에 라디칼이 도달하는 것을 저해하게 되기 때문에, 반응층의 두께의 증대는 급속히 감속하여 조건에 따른 두께로 점근(漸近)하게 된다. 이 점에서, 복잡한 패턴 형상의 내부에 있어서 라디칼의 입사량에 편차가 있어도, 충분히 긴 시간의 흡착 공정을 실시함으로써 웨이퍼의 면내 방향에서 두께의 편차가 작은 반응층을 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 반응층을 가열하여 제거함으로써 패턴 형상에 의존하지 않고 에칭량의 편차가 작은 처리를 실현할 수 있다.
또한, 이러한 하나의 흡착 공정 및 탈리 공정의 쌍을 포함하는 1사이클당 에칭량은, 통상 수 ㎚ 정도 이하이기 때문에, 수 ㎚의 정밀도로 가공의 깊이(가공량)를 조정할 수 있는 메리트가 있다. 또한, 처리 대상의 막층의 표면에 반응층을 형성하는데 필요한 라디칼종과 비(非)처리 대상의 막을 에칭해 버리는 라디칼종을 서로 다르게 해서, 양자의 선택비를 높게 한 에칭을 실현할 수 있다.
또한, 플라스마를 이용하여 웨이퍼를 에칭하는 플라스마 처리 장치에서는, 웨이퍼 상의 처리 대상의 막의 처리 중에 잔막두께나 에칭량을 측정하기 위한 장치를 탑재한 종래 기술이 알려져 있다. 이러한 종래 기술의 예로서는, 예를 들면, 일본국 특개2007-234859호 공보(특허문헌 2)에는, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상면에 유지된 웨이퍼의 처리 중에, 처리실의 상방으로부터 웨이퍼 표면에 외부의 광원으로부터의 광을 조사하여, 웨이퍼 표면에서 반사하여 형성된 간섭광을 처리실의 상방에서 수광하고, 당해 수광한 간섭광으로부터 얻어진 임의의 파장의 광의 강도의 패턴을 미리 취득한 잔막두께에 대한 간섭광의 강도의 복수 파장에 대한 파장을 파라미터로 하는 패턴의 데이터와 비교하여, 잔막두께를 판정하는 기술이 개시되어 있다.
일본국 특개2015-185594호 일본국 특개2007-234859호 공보
상기 종래 기술에서는, 다음 점의 고려가 불충분했기 때문에, 문제가 생기고 있었다.
즉, 특허문헌 1의 기술에서는, 웨이퍼의 처리 중에 잔막두께를 검출하는 것에 대해서는, 하등 고려되고 있지 않다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 바와 같이, 플라스마를 이용하여 웨이퍼를 에칭하는 장치에서는, 웨이퍼 상의 처리 대상의 막의 막두께를 측정하기 위한 구성을 구비하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이러한 기술을 특허문헌 1에 적용하려고 해도, 특허문헌 1의 웨이퍼가 배치되는 처리실의 천장면을 구성하는 램프창의 상방에 IR 램프 유닛을 탑재하려고 해도, 상부 천판에서 보았을 때, 웨이퍼의 외주부는, 웨이퍼를 효율적으로 가열하기 위해 위치가 정해진 IR 램프 유닛의 하방의 투영 영역 내에 들어가 버린다.
이러한 구성에서는, 램프 유닛 또는 창 부재의 상방으로부터 창 부재를 투과하여 웨이퍼 표면에 조사한 참조광이 반사된 후에 다시 수광하여 정밀도 좋게 잔막두께를 판정할 수 있도록 광로를 확보하여 수광 유닛을 배치하는 것은 곤란했다. 또한, 웨이퍼의 중심 부분의 잔막두께를 검출하고자 할 경우에도, 특허문헌 1의 구성에서는, 플라스마 형성실의 상부 천판에 배치된 가스 도입부나, 그 하방에서 플라스마 형성실과 처리실 사이의 라디칼의 통로 내이며 웨이퍼의 중앙부 상방에는 이온 차폐판이 배치되어 있어, 웨이퍼 표면으로부터의 광의 경로 상에 광의 강도를 손상시켜 버릴 우려가 있었다.
이 때문에, 종래 기술에서는, 잔막두께의 검출의 정밀도가 손상되어, 처리의 결과의 형상의 편차가 커져, 웨이퍼의 처리의 수율이 손상되어 있었던 문제에 대해서 고려되고 있지 않았다. 본 발명의 목적은, 잔막두께를 검출하는 정밀도를 높여 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 처리실 내에 배치된 시료대의 상면에 놓인 처리 대상의 웨이퍼에 광 또는 전자파를 조사하여 당해 웨이퍼 상면의 막층의 상면에 미리 형성된 당해 막층의 화합물층을 가열하여 제거하는 공정을 구비한 웨이퍼 처리 방법 또는 플라스마 처리 방법으로서, 상기 공정에 있어서, 상기 웨이퍼의 상면에서 반사된 상기 광 또는 전자파를 받아 당해 광 또는 전자파의 파장을 파라미터로 하는 강도의 시간적 변화를 나타내는 신호를, 상기 시료대의 상기 상면의 외주측의 개소에서 상기 광 또는 전자파를 받아 검출한 당해 광 또는 전자파의 강도의 정보를 이용해서 보정하여, 상기 막층의 잔막두께 혹은 상기 공정의 종점을 판정함으로써 달성된다.
본 발명에 따르면, 처리의 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 2는 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 외부광 도입 유닛 및 집광 유닛의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 3은 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 있어서 웨이퍼 외주부의 잔막두께를 처리실 외부로부터 조사한 광을 이용하여 검출하는 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 이용되는 이온 차폐판의 구성의 개략을 나타내는 상면도.
도 5는 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 웨이퍼(2) 상면의 처리 대상의 막의 처리의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면.
도 6은 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 웨이퍼의 처리의 동작의 흐름을 모식적으로 나타내는 타임 차트.
도 7은 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 있어서 사이클 수의 증대에 수반하는 피에칭층의 잔막두께의 변화를 모식적으로 나타내는 그래프.
도 8은 도 6에 나타내는 본 실시예에 따른 웨이퍼의 처리의 흐름의 변형예를 나타내는 타임 차트.
도 9는 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 이용되는 외부광원 또는 IR 램프로부터 방사(放射)되는 광의 강도의 파장 프로파일의 시간의 경과 혹은 온도의 변화에 수반하는 변화를 모식적으로 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
실시예 1
이하, 본 발명의 실시예를 도 1 내지 도 9를 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 실시예의 플라스마 처리 장치는, 진공 용기와 그 하부에 배치된 처리실 내의 스테이지 상의 웨이퍼에 적외선(IR)을 조사하여 가열하는 램프를 포함하는 것으로서, 진공 용기의 상부를 구성하여 내부에서 플라스마가 형성되는 방전실 및 당해 방전실과 하방의 처리실을 연통(連通)하는 통로, 그리고 그 통로 내측에 배치되고 플라스마의 형성에 의해 생긴 반응성이 높은 라디칼 등의 활성종의 입자가 통과하는 복수의 극간(隙間) 또는 구멍을 갖는 슬릿을 구비한 웨이퍼 처리 장치이다.
본 예의 플라스마 처리 장치(100)에 있어서, 진공 용기 하부에는 내부에 배치된 처리 대상의 시료가 처리되는 처리부가 배치되고, 그 상방의 진공 용기 상부에는 시료를 처리하기 위한 플라스마가 형성되는 방전부가 배치되어 있다. 즉, 진공 용기 하부의 처리부를 구성하는 베이스 챔버(11) 내부에는, 원통 형상을 가진 실인 처리실(1)이 배치되어 있다. 처리실(1)의 내측의 하부에는, 웨이퍼(2)가 원형을 가진 상면에 재치되는 것으로서 원통형을 가진 웨이퍼 스테이지(4)가 배치되어 있다.
또한, 베이스 챔버(11)의 상방의 진공 용기 상부의 방전부에는, 원통 형상을 가진 석영 챔버(12)가 배치되고, 그 내측에는, 플라스마원으로서 내측에서 플라스마(10)가 형성되는 원통 형상을 가진 방전실(3)이 배치되어 있다. 또한, 방전실(3)과 처리실(1) 사이에는, 이들을 연통하여 방전실(3) 내에서 형성된 플라스마(10)의 활성종(라디칼)이 내부를 지나 처리실(1)에 도입되는 원통 형상을 가진 통로인 라디칼 유로(75)가 배치되어 있다.
석영 챔버(12)의 원통형의 외주 측벽의 외측에는, 당해 측벽으로부터 극간을 열어 이것을 따라 상하 방향으로 복수단 감기고, 고주파 전력이 공급되는 ICP 코일(34)이 배치되어 있다. 플라스마(10)는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방전이 이용되고, 내측의 방전실(3) 내에 도입된 처리용 가스의 원자 또는 분자가, 고주파 전력에 의한 유도 자계(磁界)에 의해 여기(勵起)되고 해리 혹은 전리하여 형성된다.
ICP 코일(34)에는, 플라스마 생성을 위한 고주파 전원(20)이 정합기(22)를 통해 접속되어 있다. 본 실시예의 고주파 전력의 주파수는 13.56㎒ 등, 수십 ㎒의 주파수대를 이용하는 것으로 한다.
원통형의 석영 챔버(12)의 상단부 상방에는, 원형을 가진 천판(6)이 그 외주부의 하면과 석영 챔버(12)의 상단 상면 사이에 O링 등의 시일 부재를 끼워 놓여 있다. 진공 용기를 구성하는 석영 챔버(12)를 포함하는 진공 용기의 내부가 감압된 상태에서, 시일 부재에 의해 내부의 방전실(3)과 외부가 기밀하게 봉지(封止)된다.
또한, 본 예의 천판(6) 및 석영 챔버(12)를 갖는 진공 용기 상부는, 밸브와 유량 조절기가 가스종마다의 복수의 배관 각각 상에 배치된 매스플로우 컨트롤러(50)가 연결되어 있다. 각 배관을 흐르는 각 종류의 가스는 유량 조절기에 의해 유량 또는 그 속도가 조정된 다음에, 복수의 배관이 1개의 배관에 결합되어 당해 1개의 배관이 천판(6)과 연결됨으로써, 각종 가스가 당해 1개의 배관 내에서 합류하여 소정의 조성이 된 처리용 가스로서 방전실(3) 내에 샤워 플레이트(5)에 형성된 관통 구멍을 통해서 공급된다.
본 예에서는, 이러한 천판(6)의 샤워 플레이트(5)는, 방전실(3)의 중앙부와 이것을 링 상에 둘러싸는 외주부에 배치되고, 각각의 샤워 플레이트(5)에 개별로 1개의 배관이 연결된, 당해 각 배관 상에는 가스 분배기(51)가 배치되어 있다. 방전실(3)의 중심 부근에 공급하는 가스와 외주 부근에 공급하는 가스의 유량이나 조성이 각각 독립적으로 조절되어 공급된다. 이에 따라, 방전실(3) 내에 형성되는 라디칼의 분포를 원하는 것으로 조절할 수 있다. 또, 도 1에서는 NH3, H2, CH2F2, CH3F, CH3OH, O2, NF3, Ar, N2, CHF3, CF4, H2O를 처리 가스로서 도면에 기재하고 있지만, 다른 가스를 이용해도 된다.
천판(6) 및 샤워 플레이트(5)의 하방의 방전실(3) 내의 상부에는, 가스 분산판(17)과 샤워 플레이트(5)가 배치되어 있다. 가스 분산판(17)은 중심과 방전실(3)의 상하 방향의 중심축에 합치하도록 배치된 원형의 판 부재로서, 그 외주연은 하방에서 상방을 볼 때 샤워 플레이트(5)보다 외주측에 위치해 있다. 샤워 플레이트(5)로부터 방전실(3) 내에 도입된 처리 가스는, 샤워 플레이트(5) 또는 천판(6)과 가스 분산판(17) 사이의 극간에서 확산하여, 가스 분산판(17)의 외주연부와 천판(6) 사이의 극간을 통해서 방전실(3) 내에 상방으로부터 도입된다.
베이스 챔버(11)의 저면(底面)의 하방에는, 처리실(1) 및 방전실(3) 내부를 배기하여 감압하기 위한 배기 펌프(15)가 진공 배기 배관(16)을 통해 접속되어 있다. 본 실시예의 배기 펌프(15)에는, 예를 들면, 터보 분자 펌프나 메커니컬 부스터 펌프나 드라이 펌프가 이용되고, 진공 배기 배관(16)의 상단부는 베이스 챔버(11)의 저부를 관통하는 관통 구멍의 개구인 배기구를 개재하여 처리실(1) 내부와 연통되어 있다. 진공 배기 배관(16) 상에는, 배기 펌프(15)에 의해 진공 용기 내부의 입자가 배기되는 유량을 조절해서 처리실(1)이나 방전 영역(3)의 압력을 원하는 범위 내의 값으로 조절하기 위한, 조압 밸브(14)가 구비되어 있다.
또한, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)의 처리실(1)의 상방으로서 스테이지(4)와 방전실(3) 사이에는, 적외(Infrared Red: IR)광을 조사하여 웨이퍼(2)를 가열하기 위한 IR 램프 유닛이 배치되어 있다. IR 램프 유닛은 처리실(1)의 중심축 둘레에 동심(同心) 형상으로 다중(多重)으로 배치된 IR 램프(62)와 IR 램프(62)가 발생하는 IR광을 반사하여 처리실(1)의 측을 향하게 하는 반사판(63)과, IR 램프(62) 및 반사판(63)의 하방이며 처리실(1)의 상방에 배치되고, 처리실(1)의 천장면을 구성하여 IR광을 투과하는 링 형상의 부재로 구성된 IR광 투과창(74)을 구비하고 있다.
본 예의 IR 램프(62)는, 반경 방향에 대해서 중앙측, 중간, 외주측의 3개의 개소에 동심 형상으로 배치된 3중의 서클형(원 형상)의 램프(62-1, 62-2, 62-3)가 이용되고 있다. 또, IR 램프(62)로부터 방사되는 광은 가시광으로부터 적외광 영역의 광을 주로 하는 광(여기에서는 IR광이라고 함)을 방출하는 것으로 한다.
본 실시예에서는, 3중의 원 형상의 램프가 배치되어 있는 것으로 했지만, 반경 방향의 개수는 이것에 한정되지 않는다. 각 IR 램프(62-1, 62-2, 62-3)의 상방에는 각개로부터 방사되는 IR광을 하방(웨이퍼 배치 방향) 및 중심측을 향하여 반사하는 반사판(63)이 배치되어 있다.
각 IR 램프(62-1, 62-2, 62-3)에는 램프용 전원(64-3) 등이 접속되어 있으며, 도면 중에는 외주측의 IR 램프(62-3)용의 램프용 전원(64-3)만이 나타나 있다. 각 전원과 각 IR 램프 사이에는 플라스마(10) 생성용의 고주파 전력이 노이즈로서 전원에 유입하는 것을 억제하는 고주파 커트 필터(로우패스 필터)(25)가 구비되어 있다. 각 램프용 전원은, 각 IR 램프(62-1, 62-2, 62-3)에 공급되는 전력의 크기와 이것에 의한 각개의 방사량을 독립적으로 조절할 수 있고, 웨이퍼(2)에 대한 가열의 정도의 웨이퍼(2)의 직경 방향에 대한 분포를 조절할 수 있도록 되어 있다.
IR광 투과창(74)은, 처리실(1)의 천장면을 구성하고 평탄한 링 형상을 갖는 부분과 이 링 형상 부분의 내주연의 상방에 배치된 원통 형상의 부분을 갖고, 적어도 링 형상 부분과 원통 형상의 부분이 라디칼 유로(75)를 구성하고 있다. 라디칼 유로(75)의 내측에는, 플라스마(10) 중에서 생성된 이온이나 전자 등 하전 입자를 차폐하고 중성의 가스나 라디칼을 투과시켜 웨이퍼(2)에 조사하기 위해 중심 둘레의 링 형상의 영역에 배치된 복수의 관통 구멍 혹은 슬릿을 가진, 석영 등의 IR광을 투과하는 부재로 구성된 원판 형상의 이온 차폐판(78)이 배치되어 있다. 라디칼 유로(75)의 상하 방향의 중심은, 처리실(1) 내의 스테이지(4) 또는 그 웨이퍼 재치면의 중심축과 합치하도록 배치되고, 이온 차폐판(78)의 관통 구멍을 지나 도입되는 라디칼이 하방의 웨이퍼(2)의 표면에의 부착의 둘레 방향에 대한 불균일성이 작아진다.
본 실시예의 스테이지(4)는, 내부에 원판 또는 원통 형상을 갖는 금속 등 도전체제의 기재(基材)와 그 상면 상방을 덮어 배치되고 폴리이미드 등의 수지제의 피막과 기재 상면 중앙부의 원형의 웨이퍼(2)의 재치용의 면 주위에서 기재 및 수지제의 피막의 상방에 배치되고 석영 등의 세라믹스제의 링 상부재인 서셉터 링(8)을 갖고 있다. 또한, 스테이지(4)의 기재 내부에는, 칠러(38)와 연결되고 칠러(38)에서 소정의 온도로 조절된 냉매가 내부를 통류하여 순환하는 유로(39)를 갖고, 냉매와 기재와의 열교환에 의해 스테이지(4)가 냉각된다. 또한, 웨이퍼(2)의 재치용의 면(재치면)을 구성하는 유전체막 내에는, 웨이퍼(2)를 정전기력에 의해 흡착하여 유지하기 위한 막 형상의 정전 흡착 전극(30)이 스테이지(4)의 중심부와 주위의 외주측의 영역에 배치되고, 각각에 직류 전원(31)이 접속되어 있다.
또한, 웨이퍼(2)와 스테이지(4)의 재치면 사이의 열전달을 촉진하기 위해, 재치면을 구성하는 피막의 상면에는 He 가스 도입용 개구가 적어도 1개 배치되고, 웨이퍼(2)가 유전체막 형상으로 정전 흡착된 상태에서 웨이퍼(2)의 이면과 스테이지(4) 사이에 He 가스가 공급되도록, 개구와 매스플로우 컨트롤러(50) 내부에 배치된 He 가스용 배관은, 샤워 플레이트(5)에 접속된 배관과는 다른 배관에, 스테이지(4)의 기재, 유전체막을 관통하는 관통로를 통해 연결되어 있다. 이 다른 배관은, 웨이퍼(2)가 스테이지(4) 상에 놓여 있지 않은 상태에서는 He 가스가 진공 배기 배관(16)에 배기되도록, 진공 배기 배관(16)에 밸브(52)를 통해 연결되어 있다.
또한, 웨이퍼(2)를 흡착한 채 가열·냉각을 행해도 웨이퍼(2)의 이면에 흠집이 나지 않도록 하기 위해, 재치면은 폴리이미드 등의 수지제의 피막으로 구성되어 있는 것으로 한다. 또한, 스테이지(4)의 내부에는 스테이지의 온도를 측정하기 위한 열전쌍(70)이 배치되어 있고, 이 열전쌍은 열전쌍 온도계(71)에 접속되어 있다.
또한, 스테이지(4)에는, 그 기재 및 피막을 관통하여 웨이퍼(2)의 온도를 측정하기 위한 광 파이버(92)가 내부에 배치된 부착 구멍(91)이 적어도 1개 배치되어 있다. 본 예에서는, 스테이지(4)의 웨이퍼(2)의 반경 방향이 서로 다른 3개소인 중심부, 이것을 둘러싸는 웨이퍼 외주부 및 이들 중간의 위치인 직경 방향 미들부의 3개소에 부착 구멍(91)이 배치되어 있다.
각각의 부착 구멍(91)에는, 처리실(1) 외부에 배치된 외부 IR 광원(93)과 연결되고 외부 IR 광원(93)으로부터의 IR광을 전송하여 선단부로부터 웨이퍼(2) 이면에 조사하는 광 파이버(92-1) 혹은, 웨이퍼(2)를 투과 혹은 이것으로부터 반사된 IR광을 수광하여 분광기에 전송하는 광 파이버(92-2)가, 각각 배치되어 있다.
외부 IR 광원(93)으로부터 방사된 외부 IR광은, 광 파이버를 지나 광로를 ON／OFF시키기 위한 광로 스위치(94)에 전송된다. 또한, 광 분배기(95)에 전송되어 복수로 분기된 후, 광 파이버(92-1)를 지나 선단으로부터 웨이퍼(2)의 이면측에 조사된다.
웨이퍼(2)에서 흡수되어 반사되고 웨이퍼(2)의 이면으로부터 방사된 IR광은, 파이버(92-2)의 선단으로부터 내부를 지나 분광기(96-1)에 전송되어 미리 정해진 복수의 파장마다로 나뉜 후, 검출기(97)에 전송되어 각 파장의 스펙트럼의 강도를 나타내는 데이터가 검출된다. 또한, 3개소의 부착 구멍(91) 내에 배치된 3개의 광 파이버(92-2)와 분광기(96-1) 사이에는 광 멀티플렉서(98)가 배치되어 있고, 당해 광 멀티플렉서(98)에 의해 중심부, 미들부, 외주부에서 수광한 광 파이버(92-2)의 광 중 어느 것이 도시하지 않은 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라 전환하여 분광기에 전송된다. 검출기(97)에서 검출된 IR광의 강도의 파장 의존성을 이용하여, 웨이퍼(2)에서 흡수되는 IR광의 파장과 웨이퍼를 투과하는 IR광과의 파장의 경계를 바탕으로, 웨이퍼(2)의 온도가 추정되는 것으로 한다.
또한, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)는, 천판(6)의 상방에, 웨이퍼(2) 상의 막두께를 검출하기 위한 구성을 구비하고 있다. 즉, 방전실(3)의 상방으로부터 처리실(1) 내의 스테이지(4) 상면 상에 배치된 웨이퍼(2)의 표면에 대하여 외부로부터의 광을 조사하는 외부광 도입 유닛(102), 및 웨이퍼(2)의 표면으로부터의 광을 수광하여 방전실(3) 외부에 전송하는 집광 유닛(103)이, 천판(6)의 상면에 부착되어 있다. 또한, 집광 유닛(103)은, 외부광 도입 유닛(102)으로부터 조사되고 웨이퍼(2) 상면으로부터 반사된 광을 수광하는 집광 유닛(103-1) 및 IR 램프 유닛의 IR 램프(62-1, 62-2, 62-3) 중 어느 것으로부터 조사되어 웨이퍼(2) 상면으로부터 반사된 광을 수광하는 집광 유닛(103-2)을 구비하고 있다.
외부광 도입 유닛(102)은, 광 파이버(92-3)를 통해 외부광원(101)과 연결되고, 광 파이버(92-3)를 통해서 전송된 외부광원(101)으로부터의 광을, 천판(6)의 관통 구멍을 통해서 방전실(3)에 방사한다. 방사된 광은, 방전실(3) 내부와 라디칼 유로(78) 및 이온 차폐판(78), 더욱이는 하방의 처리실(1) 내부를 지나 웨이퍼(2)의 중앙 부분에 조사된다.
집광 유닛(103-2)은, 천판(6) 상의 집광 유닛(103-1)의 천판(6) 혹은 방전실(3)의 반경 방향 외측(외주측)의 개소에 배치되고, 외부광 도입 유닛(102)으로부터 조사되어 웨이퍼(2) 상면의 중앙부에서 반사된 외부광원(101)으로부터의 광을 수광한다. 집광 유닛(103-2)의 상부는, 수광한 광을 전송하는 광 파이버(92-4)의 일단부(一端部)가 접속되고, 광 파이버(92-4) 내부를 전송받아 수광한 광은, 광 파이버(92-4)의 타단부(他端部)와 연결되어 미리 정해진 복수의 파장마다의 광으로 나누어 검출하는 분광기(96-2)에 전송된다.
마찬가지로, 집광 유닛(103-1)은, 천판(6) 상의 집광 유닛(103-2)의 천판(6) 혹은 방전실(3)의 반경 방향 내측(중앙측)의 개소에 배치되고, IR 램프(62-1, 62-2, 62-3) 중 어느 것으로부터 조사되어 웨이퍼(2) 상면의 외주측 부분에서 반사된 IR광을 수광한다. 집광 유닛(103-1)의 상부는, 수광한 광을 전송하는 광 파이버(92-5)의 일단부가 접속되고, 전송되는 IR광이 타단부에 연결된 분광기(96-3)에 전송되어 소정의 복수의 파장마다의 광으로 나뉘어 검출된다. 분광기(96-2, 96-3, 96-4)에 있어서 복수의 파장마다로 나뉜 광은, 이들에 접속된 검출기(97-2, 97-3, 97-4)에 전송되어 파장마다의 강도가 검출된다.
또, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)는, 도시하고 있지 않은 다른 진공 용기로서 내부의 감압된 공간인 반송실을 갖는 진공 반송 용기의 측벽과 베이스 챔버(11)의 측벽이 연결되고, 처리실(1)과 진공 반송실 사이가, 처리실(1)을 둘러싸는 베이스 챔버(11)의 원통형의 형상을 가진 측벽 상에 배치되고 웨이퍼(2)가 내측을 지나는 관통로와 진공 반송 용기의 측벽에 배치된 관통로가 이어져 구성된 게이트를 통해서 연통되어 있다. 반송실의 내측에는 로보트 아암 등의 반송 기기가 배치되고, 그 아암 선단의 유지부 상에 놓여 유지된 웨이퍼(2)가 복수의 아암의 회전과 신축(伸縮)에 의해 반송실 내부 및 처리실(1) 내부 사이에서 반송된다.
또한, 플라스마 처리 장치(100)는, 고주파 전원(20)이나 정합기(22), 직류 전원(31), 조압 밸브(14), 배기 펌프(31), 매스플로우 컨트롤러(50), 분배기(51), IR 램프용 전원(64) 혹은 도시하지 않은 게이트 밸브의 개폐 등의 각 부위의 동작, 출력의 크기의 조절, 더욱이는 열전쌍 온도계(71)나 검출기(97-1, 97-2, 97-3, 97-4)의 출력을 수신하여 당해 출력이 나타내는 검출의 결과를 산출하고, 검출의 결과에 의거하여 전원, 밸브, 펌프 등의 동작을 처리에 적합한 것으로 조절하기 위한 지령 신호의 발신과 같은, 플라스마 처리 장치(100)의 동작의 조절을 행하는 제어기(99)를 구비하고 있다. 제어기(99)는, 후술하는 웨이퍼(2) 상면의 처리 대상의 막의 잔막두께를 검출기(97-1, 97-2, 97-3, 97-4)의 출력으로부터 산출하여, 플라스마 처리 장치의 처리실(1) 또는 방전실(3)에 도입하는 가스의 종류, 조성이나 진공 용기 내의 압력 등의 처리의 조건을 변경, 조절하는 것도 행한다.
다음으로, 웨이퍼(2) 상의 막의 두께를 검출하는 구성의 상세를, 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 외부광 도입 유닛 및 집광 유닛의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
상기와 같이, 웨이퍼(2)의 중앙 부분의 표면의 막두께를 검출하기 위해, 천판(6)의 상방의 중심으로부터 소정의 반경 위치의 개소에, 적어도 1개의 외부광 도입 유닛(102)이 배치되어 있다. 외부광 도입 유닛(102)에는 광 파이버(92-3)가 삽입되어 부착된 상태에서 천판(6)에 나사(82) 혹은 볼트를 이용하여 부착되어 있다.
외부광 도입 유닛(102)은, 천판(6)의 소정의 반경 위치에 배치되고 천판(6)을 관통하는 소정의 직경을 가진 관통 구멍(121)의 상방에 배치된 원판 형상을 가진 석영창(113)과, 석영창(113)의 상방에서 이것을 덮어 배치되고 천판(6)에 적어도 1개의 나사(82)로 체결되어 석영창(113)을 상방으로부터 하방의 천판(6) 상면을 향하여 압부하는 플랜저(115)를 구비하고 있다. 플랜저(115)는, 광 파이버(92-3)가 부착되어 진공 용기 외측의 분위기에 면(面)하는 외부와, 천판(6)에 부착된 상태에서 석영창(113)이 내측에 끼워넣어지는 오목부를 가진 하면과의 사이를 관통하는 관통 구멍을 구비하고 있으며, 관통 구멍의 축에 맞춰 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)이 플랜저(115)의 상면에 부착되어 있다.
콜리메이팅 렌즈 유닛(111)은, 원통 또는 원판형의 플랜지부(117)와, 플랜지부(117)의 중앙에 배치된 관통 구멍과 축을 맞춰 플랜지부(117)의 하측에 돌출하여 플랜지부(117)의 하면에 부착된 적어도 1개의 원판 형상의 볼록 또는 오목 렌즈로 구성된 콜리메이팅 렌즈(112)를 구비하고 있다. 플랜지부(117)는 나사 혹은 볼트에 의해 플랜저(115)의 상면에 체결되어 부착된다. 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)은, 플랜저(115)의 관통 구멍의 내측에 콜리메이팅 렌즈(112)가 삽입된 상태에서 플랜지부(117)를 플랜저(115) 상면에 위치 결정되어 고정된다.
광 파이버(92-3)는, 그 하단부를 플랜지부(117)의 관통 구멍과 축을 합치시키도록 플랜지부(117)의 당해 관통 구멍 내에 삽입되어 위치가 고정되고, 플랜지부(117)의 상면으로부터 상방으로 연장되도록 플랜지부(117)에 부착되어 있다. 본 실시예에서는, 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)이 플랜저(115)에 부착된 상태에서, 내부의 콜리메이팅 렌즈(112)의 중심축 및 광 파이버(92-3)의 하단부의 축은, 플랜저(115)의 상면에 수직 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사(近似)한 각도가 됨과 함께, 플랜저(115)의 관통 구멍의 축과 합치 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 위치에 위치 결정되어 있다.
본 예의 외부광 도입 유닛(102)에서는, 광 파이버(92-3) 및 그 하단부로부터 방사하는 광원으로부터의 광의 축의 방향이, 방전실(3) 및 처리실(1)을 통과하여 하향하며 또한 웨이퍼(2)의 외주측으로부터 중심부를 향하여 웨이퍼(2)의 상면에 대해 소정의 각도만큼 기울도록 콜리메이팅 렌즈 유닛(111) 및 플랜저(115)에 배치된다. 즉, 플랜저(115)는, 그 상면이 천판(6) 또는 이것과 접속되는 플랜저(115)의 하면에 대하여 각도 a만큼 기울기를 갖는 형상을 구비하고, 콜리메이팅 렌즈 유닛(111) 및 이것이 부착된 플랜저(115)를 포함하는 외부광 도입 유닛(102)이 천판(6)에 부착된 상태에서, 광 파이버(92-3)의 하단부의 축의 방향이 천판(6)의 상면에 대하여 도면 상 각도 a 기울여져 있다.
또한, 천판(6)의 상면은 웨이퍼(2) 상면에 평행하게 배치되어 있으며, 기울기 a는 광 파이버(92-3) 및 그 하단으로부터 방사되는 광의 축과 웨이퍼(2) 상면에 수직인 축 X가 이루는 각도 b와 같거나 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 값으로 되어 있다.
석영창(113)은, 천판(6)과의 사이에 O링(81)을 끼운 상태에서, 나사(82)에 의해 플랜저(115)로부터 천판(6) 상면에 압부되어 위치가 고정되어 있다. O링(81)은, 플랜저로부터 압부력을 받아 변형하여 내외의 기밀을 유지한다.
또, 광 파이버(92-3)의 하단으로부터 방사되고, 광 파이버(92-3) 하단에 초점을 맞춰 배치된 콜리메이팅 렌즈(112)에 의해 상기 축에 평행해진 외부광원(101)으로부터의 외부광(114)은, 플랜저(115)의 내부 및 석영창(113), 관통 구멍(121)을 지나 방전실(3)을 지나고, 처리실(1) 내의 웨이퍼(2)에 도달할 때까지 막힘없이 조사된다. 웨이퍼(2) 상면에 당해 상면에 수직인 축에 대해 각도 b에서 조사된 외부광(114)은 상면의 처리 대상의 막의 상면과 하면에서 반사되고, 웨이퍼(2) 상면에 수직인 축 X에 대하여 마찬가지로 각도 b를 이루고, 복수의 면에서 반사된 광끼리 간섭하여 형성된 간섭광으로서 처리실(1) 및 방전실(3), 관통 구멍(121)을 지나, 천판(6)의 상면에 배치된 집광 유닛(103-1)으로 수광된다.
집광 유닛(103-1)은, 웨이퍼(2)의 중심부의 소정의 개소에서의 상면에 수직인 축 X에 대해서, 천판(6) 상의 외부광 도입 유닛(102)과 축대칭인 천판(6)의 소정의 반경 위치에 배치되어 있다. 본 실시예의 집광 유닛(103-1)의 구성은, 외부광 도입 유닛(102)과 동등하며, 천판(6)의 관통 구멍(121) 상방에 배치된 원판형의 석영창(113)과, 그 상방에 배치되고 천판(6)에 적어도 1개의 나사(82)로 체결되어 석영창(113)을 하방으로 압부하여 유지하는 플랜저(115)를 구비하고 있다.
플랜저(115)는, 외부광 도입 유닛(102)의 것과 마찬가지의 형상, 구조를 갖고, 상면에 광 파이버(92-4)가 부착됨과 함께, 석영창(113)이 내측에 끼워넣어지는 오목부를 가진 하면과의 사이를 관통하는 관통 구멍을 구비하고, 관통 구멍의 축에 맞춰 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)이 플랜저(115)의 상면에 부착되어 있다. 집광 유닛(103-1)의 플랜저(115) 및 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)은, 도면 상 외부광 도입 유닛(102)의 것에 대하여 축 X에 대해서 대칭인 각도를 이루도록 배치되고 플랜저(115)의 상면에 부착되어 있다. 즉, 집광 유닛(103-1)의 플랜저(115) 상면과 천판(6) 상면의 이루는 각도 a와, 콜리메이팅 렌즈(112) 및 광 파이버(92-4)의 축과 축 X의 이루는 각도 b는, 외부광 도입 유닛(102)과 같은 값이며 축 X에 대하여 대칭인 배치로 되어 있다.
외부광 도입 유닛(102)과 마찬가지로, 석영창(113)은, 천판(6)과의 사이에 O링(81)을 끼운 상태에서, 나사(82)에 의해 플랜저(115)로부터 천판(6) 상면에 압부되어 위치가 고정되어, O링(81)이 변형함으로써, 방전실(3)의 내외의 기밀이 봉지된다. 또한, 플랜저(115)의 위치가 천판(6) 상에서 고정되고, 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)에 부착된 광 파이버(92-4) 및 콜리메이팅 렌즈(112)의 것과 합치하여 배치된 축이 천판(6)에 대하여 각도 a 및 웨이퍼(2)에 수직인 축선에 대하여 각도 b를 이루어 고정된다.
웨이퍼(2) 상면에서 반사된 막두께 검출용의 외부광(114)은, 간섭광으로서, 도시하지 않은 이온 차폐판(78)을 투과하고, 방전실(3) 및 관통 구멍(121)을 지나, 집광 유닛(103-1)의 석영창(113)을 투과한다. 콜리메이팅 렌즈(112)는, 적어도 1개의 원판형을 가진 볼록 또는 오목 렌즈를 구비하여 초점의 위치를 광 파이버(92-4)의 하단부에 맞춰 위치가 조절되어 있다. 방전실(3)로부터 석영창(113)에 입사한 외부광(114)은, 콜리메이팅 렌즈(112)에 의해 파이버(92-4) 하단부에 집광되어 광 파이버(92-4) 하단에서 수광된다. 웨이퍼(2) 상면으로부터 집광 렌즈 유닛(103-1)에 이르는 광로에 있어서도, 외부광(114)은 막힘없이 석영창(113) 하면에 조사된다.
외부광원(101)으로부터 광 파이버(92-3) 내부를 전송받은 광은, 천판(6)의 반경 방향의 소정의 위치 상의 외부광 도입 유닛(102)에 도달하고, 이 내부에서 광 파이버(92-3)의 하단부로부터 천판(6) 상면에 대하여 소정의 각도 a의 기울기로 방사된다. 당해 광은 그 방향이, 외부광 도입 유닛(102)에 있어서 콜리메이팅 렌즈(112)를 투과할 때에 콜리메이팅 렌즈(112)의 축 방향에 평행하거나 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 방향으로 바뀌어, 창 부재(113) 및 관통 구멍(121)을 통해서 방전실(3) 내에 외부광(114)으로서 방사된다.
방사된 외부광(114)은, 분산판(17) 및 이온 차폐판(78)을 투과하여 처리실(1) 내의 웨이퍼(2)의 중심부의 상면의 소정의 개소에, 웨이퍼(2)의 상면에 수직인 축선 X에 대하여 각도 b의 기울기를 이루어 조사된다. 웨이퍼(2) 표면의 처리 대상의 막층의 상면 및 하면에서 반사되고, 양자의 광의 간섭광으로서의 외부광(114)은, 축선 X에 대하여 각도 b를 이루고, 다시 이온 차폐판(78), 분산판(17)을 투과하여 천판(6)의 관통 구멍(121)을 통해서 집광 유닛(103-1)의 창 부재(113)에 입사한다. 진행 방향에 대하여 평행해진 상태에서 집광 유닛(103-1)에 입사한 외부광(114)은, 당해 집광 유닛(103-1)의 콜리메이팅 렌즈(112)를 통과할 때에 집중되도록 진행 방향이 바뀌어 광 파이버(92-4) 하단부에 수광되어 전송되고, 분광기(96-2)에 있어서 소정의 복수의 파장마다의 광으로 분광된 후, 각각의 파장의 광의 강도가 검출된다.
또, 도 2에서는, 웨이퍼(2)의 중심 부분의 잔막두께를 검출하기 위해 외부광(114)이 중앙 부분의 소정 개소에 조사되는 구성의 주요부를 모식적으로 나타내고 있다.
다음으로, 본 실시예에 있어서, 웨이퍼(2)의 외주부의 잔막두께를 검출하는 구성에 대해서 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 있어서 웨이퍼 외주부의 잔막두께를 처리실 외부로부터 조사한 광을 이용하여 검출하는 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 예에 있어서, 웨이퍼(2)의 외주측 부분의 잔막두께는, 웨이퍼(2)를 가열하기 위해 조사되고 외주측 부분에서 반사된 IR광이 이용된다. 도 3에 나타내는 예에서는, 웨이퍼(2)의 가열용 IR 램프(62-1, 62-2, 62-3) 중, 처리실(1) 또는 스테이지(4)의 반경 방향의 중간 위치에 배치된 IR 램프(62-2)로부터의 IR광이 이용된다. 본 도면에 나타내는 바와 같이, 본 예의 IR 램프(62-2)가 배치된 반경 방향의 위치 j는 웨이퍼(2)의 외주연의 위치 i보다도 외주측에, 또한 원통 또는 원판 형상을 갖는 스테이지(4)의 기재의 외주연의 직경 k보다도 중앙측에 배치되어 있다. 이 점을 이용하여, IR 램프(62-2)로부터 방사되는 IR광을 이용하여 잔막두께가 검출된다.
본 예에 있어서, IR 램프 유닛은 처리실(1) 또는 스테이지(4)의 상방에서, 이들 상하 방향의 중심축의 둘레에서 이것과 동축 형상으로 링 형상으로 배치되어 있으며, 특히, IR 램프(62-1, 62-2, 62-3) 및 IR광 투과창(74)이, 상방에서 볼 때 이들 투영면에 스테이지(4)의 외주부가 포함되는 배치를 갖고 있다. IR 램프(62-2)는, IR광을 방사하여 웨이퍼(2)의 외주측 부분의 상면에 조사함과 함께, 스테이지(4)의 웨이퍼(2)로부터 외주측의 영역에도 조사한다. 본 실시예에서는, 웨이퍼(2)의 외주측 부분 상면의 잔막두께는, 당해 외주측 부분 상면으로부터 반사된 IR광과 스테이지(4)의 웨이퍼(2)의 외주측의 영역에 조사된 IR광이 이용되어 검출된다.
웨이퍼(2)의 외주측 부분에서 반사된 IR광(116)을 수광하여 검출하기 위해, 천판(6)의 외주측 부분 상면에 집광 유닛(103-2)이 배치되어 있다. 집광 유닛(103-2)은, 창 부재(113), O링(81), 볼트(82), 플랜저(115), 콜리메이팅 렌즈 유닛(111) 등을 갖는 구조나 형상, 치수 등의 구성이 집광 유닛(103-1)과 동등한 것으로 되어 있다. 집광 유닛(103-2)에 있어서 수광한 IR광(116)은, 이것에 접속된 광 파이버(92-5)를 통해서 분광기(96-3)에 전송된다. 또, 집광 유닛(103-2)은, 상술한 바와 같이, 천판(6) 또는 방전실(3) 혹은 처리실(1)의 상하 방향의 중심축으로부터의 반경 방향에 대해서 집광 유닛(103-1)보다 중앙측에 배치되어 있다.
또한, 스테이지(4)의 기재의 웨이퍼(2)의 재치면의 외주측에는, 기재를 상하로 관통하는 IR광 검출 구멍(131)이 배치되어 있다. IR광 검출 구멍(131)의 상단의 개구를 포함하는, 기재의 재치면의 외주측의 상면은, 석영 등의 IR광이 투과하는 세라믹스제의 서셉터 링(8)이 배치되어 덮여 있다. IR광 검출 구멍(131)은, IR 램프(62-2)로부터 상단의 개구의 내부에 입사한 IR광이 직진하여 하단의 출구로부터 사출(射出)할 수 있는 방향과 치수를 구비하여 배치되어 있다.
스테이지(4)의 하면에는, 원통형을 갖는 IR광 검출 구멍(131)의 하단의 개구를 덮어 집광 유닛(103-3)이 부착되어 있다. 집광 유닛(103-3)에는 광 파이버(92-6)의 일단(상단)부가 접속되어 있다. 광 파이버(92-6)의 타단부는 분광기(96-4)에 접속되어 있으며, IR광 검출 구멍(131) 내부에 입사되어 집광 유닛(103-3)에 도달한 IR광이 광 파이버(92-6)를 통해서 분광기(96-4)에 전송된다.
집광 유닛(103-3)은, 집광 유닛(103-1, 103-2)과 마찬가지로, 창 부재(113), 플랜저(115), O링(81), 볼트(82), 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)을 구비하고, 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)에 광 파이버(92-6)가 접속되어 있으며, 플랜저(115)는 창 부재(113)를 그 상방의 O링(81)을 사이에 끼워 볼트(82)에 의해 스테이지(4)의 하면에 부착되고 O링(81)을 압부하여 변형시켜 내외를 기밀하게 봉지하고 있다.
집광 유닛(103-3)의 콜리메이팅 렌즈 유닛(111)의 콜리메이팅 렌즈(112) 및 이 하방에 배치된 광 파이버(92-6)의 축의 방향은 IR광 검출 구멍(131)의 축과 합치 혹은 평행 또는 이것으로 간주할 수 있을 정도로 근사한 방향이 되도록, 플랜저(115)를 통해 스테이지(4)의 하면에 부착되어 있다. 즉, 광 파이버(92-6)의 상단으로부터 IR 램프(62-3)까지 IR광의 광로는 막힘없이 구성되고, 광 파이버(92-6)의 상단에 있어서의 상하 방향의 축 방향은 IR광 검출 구멍(131)을 통해서 원관(圓管) 형상을 갖는 IR 램프(62-2)의 축에 합치하고 있다. 본 예에서는, 콜리메이팅 렌즈(112) 및 광 파이버(92-6) 상단부의 축은 스테이지(4)의 하면 또는 플랜저(115)의 표면 및 하면에 수직으로 되어 있다.
IR광 검출 구멍(131) 내에는, 다른 IR 램프(62-1 또는 62-3)로부터 방사된 IR광이 집광 유닛(103-3)에 입사하여 파이버(92-6)에 집광되지 않도록 하기 위해, 예를 들면 흑알루마이트 처리 등에 반사 방지 등의 처리가 실시된 슬리브(132)가 삽입되고, 내벽이 덮여 있다.
IR 램프(62-2)로부터 방사된 IR광(116)은, 웨이퍼(2)의 상면에 수직인 축선에 대하여 각도 c를 이루어 웨이퍼(2)의 외주측의 소정의 개소의 상면에 조사된다. 조사된 IR광(116)은, 당해 소정 개소의 막의 상면 및 하면에서 웨이퍼(2) 상면에 수직인 축선에 대하여 각도 c를 이루어 반사되고, 양자가 간섭하여 형성된 간섭광(간섭파)으로서의 IR광(116)이, 처리실(1) 및 이온 차폐판(78), 분산판(16)을 투과하여 관통 구멍(121)을 지나 집광 유닛(103-2)에 도달한다.
집광 유닛(103-2)의 창 부재(113)에 입사하여 투과한 IR광(116)은, 콜리메이팅 렌즈(112)를 지나 광 파이버(92-5)의 하단부에 집광되어 수광된다. 또한, 수광된 IR광(116)은, 광 파이버(92-5)를 통해서 분광기(96-3)에 전송되고, 소정의 복수의 파장마다 분광된 후, 각각의 파장의 광의 강도가 검출된다.
또한, IR 램프(62-2)로부터 하방으로 방사된 IR광(116)은, 서셉터 링(8)을 투과하여 IR광 검출 구멍(131) 내부에 입사하여 관통하고, IR광 검출 구멍(131) 하단에 있어서 집광 유닛(103-3)의 창 부재(113)에 도달한다. 창 부재(113)에 입사하여 투과한 IR광(116)은, 콜리메이팅 렌즈(112)를 지나 광 파이버(92-6)의 상단부에 집광되어 수광되고, 또한, 광 파이버(92-6)를 통해서 분광기(96-4)에 전송되고, 소정의 복수의 파장마다로 분광된 후, 각각의 파장의 광의 강도가 검출된다.
본 실시예의, 이온 차폐판(78)의 구성을 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 이용되는 이온 차폐판의 구성의 개략을 나타내는 상면도이다.
본 도면에 나타내는 이온 차폐판(78)은, 웨이퍼(2)의 잔막두께를 검출하기 위한 외부광(114) 또는 IR광(116)을 투과시킴과 함께, 검출의 정밀도를 손상시키는 반사나 굴절을 억제하기 위해, 이들 광이 투과하는 개소는 단면(斷面)이 평탄한 형상을 가진 원판 형상을 구비하고 있다. 이온 등의 하전 입자의 통과를 방해하여 방전실(3)에서 형성된 라디칼 등 활성종은 통과시키기 위해, 이온 차폐판(78)의 중심 부분은 상기 평탄한 형상의 부분이며, 그 외주측의 영역에서 중심축으로부터 반경 방향의 소정의 값의 범위의 영역에 이온 차폐판(78)에 있어서의 라디칼이나 가스를 통과시키기 위한 가스 구멍(79)이 배치되어 있다. 또한, 이온 차폐판(78)은, 석영 등의 내플라스마성을 갖고 외부광(114) 및 IR광(116)을 투과할 수 있는 투광성을 가진 세라믹스를 재료로 해서 구성되어 있다.
다음으로, 본 실시예에 있어서, 스테이지(4)의 웨이퍼(2)의 재치면의 외주측에 배치된 IR광 검출 구멍(131)을 통해서 검출한 IR광(116)을 이용하여 웨이퍼(2) 상면의 잔막두께를 검출하는 구성에 대해서 설명한다.
웨이퍼(2)의 상면에 배치된 처리 대상의 막의 두께를 처리 중에 당해 막으로부터의 광을 이용하여 검출할 때에는, 이용되는 광은 그 광원으로부터 방사되는 광의 강도의 파장 의존성이 변화하지 않거나 변화의 크기가 가능한 한 작은 것이, 높은 정밀도로 검출하는데 있어서 바람직하다. 그 때문에, 본 실시예에 있어서 웨이퍼(2)의 중심 부분의 잔막두께를 검출하기 위해 웨이퍼(2)에 조사되는 외부광(114)의 외부광원(101)은, 방사되는 외부광(114)의 강도의 파장 프로파일이 시간의 경과에 수반하여 변화하지 않거나, 혹은 이러한 변화를 억제할 수 있도록 고안이 필요해진다.
그 때문에, 본 실시예에서는, 외부광원(101)에, 예를 들면 백색 LED 램프나 할로겐 램프가 이용되고, 광 혹은 전자파가 방사된다. 특히, 할로겐 램프는 램프 자체의 온도의 변화에 의해 파장 프로파일이 변화하기 때문에, 웨이퍼(2)의 처리가 개시되고 잔막두께의 검출이 개시되는 시각보다 소정의 시간만큼 전에 점등하여, 상기 파장 프로파일을 안정된 상태로 해 둘 필요가 있다. 또한, 램프를 단시간에 ON 및 OFF하거나, 혹은 이들을 반복하는 것은 바람직하지 않다.
마찬가지로, 웨이퍼(2)를 가열하기 위해 이용되는 IR 램프(62)로부터 방사되는 IR광도, 통전되고 IR 램프(62)의 IR광의 방사가 개시되고 나서, 소정의 기간(예를 들면 몇 초간)은 광의 강도의 파장 프로파일(색 온도)이 변화하기 때문에, 잔막두께를 검출하기 위한 광원으로서 이용할 경우에는, 이러한 파장 프로파일의 시간 변화를 보정할 필요가 있다.
이러한 광의 강도의 파장 프로파일의 변화의 예를 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9는, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 이용되는 외부광원 또는 IR 램프로부터 방사되는 광의 강도의 파장 프로파일의 시간의 경과 혹은 온도의 변화에 수반하는 변화를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
본 도면에 나타낸 바와 같이, 외부광원(101) 또는 IR 램프(62)에 통전되어 있지 않고 OFF 상태에서 전력이 공급되어 점등을 개시한 직후부터는, 외부광원(101) 또는 IR 램프(62)로부터의 광의 강도의 파장 프로파일은 I-3→I-2→I-3과 같이 변화한다. 한편, 반대로, 공급되는 전력(전류 또는 전압)이 작아졌을 경우에는 I-1→I-2→I-3과 같이 변화한다.
그래서, 본 실시예에서는, 분광기(96-3)에 있어서 검출된 복수의 파장의 광의 강도로부터 얻어진 파장 프로파일을 F(λ), 분광기(96-4)에 있어서 얻어진 파장 프로파일을 G(λ)로 해서 이하의 식(1)과 같이,
F(λ)／G(λ) (1)
분광기(96-3)로부터 얻어진 복수의 파장 각각의 광의 강도를 대신하여, 당해 각 파장의 광의 강도를 분광기(96-4)로부터 얻어진 당해 각각의 파장의 광의 강도로 나눈 값을 이용하여 잔막두께를 산출한다. 상기 식(1)을 이용하여 IR 램프(62-2)로부터의 IR광의 강도의 파장 프로파일의 시간의 경과에 수반하는 변화를 보정하여 잔막두께를 검출함으로써, 높은 정밀도로 잔막두께를 검출할 수 있다.
또한, 도 2의 각도 b와 도 3의 각도 c가 같을 경우에는, 미리 광원(101)의 파장 프로파일을 측정하여 얻어 두고, 이것을 기준으로 해서 식(1)과 마찬가지의 연산에 의해 얻어진 각 파장마다의 광의 강도비를 이용하여 잔막두께의 추정을 행함으로써, 같은 기준의 파장 프로파일의 데이터를 이용하여, 웨이퍼(2)의 중심 부분과 외주측 부분의 잔막두께를 검출할 수 있다는 메리트가 있다.
다음으로, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)가 실시하는 웨이퍼(2)의 처리 대상의 막층의 처리의 흐름을 도 5, 6 및 8을 이용하여 설명한다. 또한, 웨이퍼(2)가 처리될 때의 잔막두께가 검출되는 타이밍에 대해서 기술한다. 도 5는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 웨이퍼(2) 상면의 처리 대상의 막의 처리의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다. 특히, 본 도면에서는, 처리의 복수의 공정에 있어서의 처리 대상의 막층의 구조가 모식적으로 종단면도로서 나타나 있다. 도 6은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 웨이퍼의 처리의 동작의 흐름을 모식적으로 나타내는 타임 차트이다.
본 실시예의 웨이퍼(2) 상면의 처리 대상의 막을 포함하는 막의 구조는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 하지층(202) 상에 피에칭층(201)이 적층된 구성을 갖고 있다. 처리 개시 전의 초기의 상태가 도 5의 (a)에 나타나 있다.
이러한 막구조가 표면에 미리 형성된 웨이퍼(2)가 처리실(1) 내의 스테이지(4)에 유지된 상태에서 라디칼 등 활성종이 처리실(1) 내에 공급되고, 처리 대상의 막인 피에칭층(201) 표면에 활성종이 흡착하여 당해 피에칭층(201)을 구성하는 재료와 반응하여 생성물을 생성하여 반응층(203)이 형성된다(도 5의 (b)). 이 공정을 흡착 공정이라고 호칭한다.
다음으로, 웨이퍼(2)에 IR광(116)을 조사하여 웨이퍼(2)를 가열하여 반응층(203)이 승화 혹은 기화하는 온도까지 상승시켜 반응층(203)을 피에칭층(201)의 상면으로부터 제거한다(도 5의 (c)). 이 공정을 탈리 공정이라고 호칭한다. 다음으로, 웨이퍼(2)에의 IR광(116)의 조사가 정지 혹은 저감되고, 스테이지(4) 내부의 유로(39) 내를 순환하여 통류하는 냉매와의 열교환에 의해 스테이지(4) 및 그 재치면 상에 유지된 웨이퍼(2)의 온도가 저감된다(도 5의 (d), 냉각 공정).
본 실시예에서는, 상기 (b) 내지 (c) 또는 (b) 내지 (d)의 공정을 1개의 사이클로 해서, 피에칭층(201)이 원하는 잔막두께에 도달할 때까지 적어도 1회 이상 반복된다. 즉, 흡착 공정(b)에 있어서 형성되는 반응층(203)의 두께는, 활성종과 피에칭층(201)의 재료와의 반응이 반응층(203)의 두께의 증대에 수반하여 저하하는 경향을 갖고 있으므로, 소정의 시간의 경과 후는 증대의 비율이 작아져 특정한 값으로 점근하게 된다. 특정한 값이 원하는 에칭량에 충족하지 않을 경우에는, 에칭량에 도달할 때까지 복수 회의 사이클이 실시된다.
도 6을 이용하여, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)의 웨이퍼(2)의 처리의 흐름을 설명한다. 우선, 제어기(99)로부터의 지령 신호에 의거하여, 처리실(1)을 둘러싸는 베이스 챔버(11)의 원통형의 형상 부분의 측벽에 배치된 관통 구멍으로서 웨이퍼(2)가 처리실(1) 내부와 외부 사이에서 반입출되는 게이트(도시 생략)를 지나, 로보트 아암에 의해 웨이퍼(2)가 처리실(1)에 반입되어 스테이지(4)에 건네 받아져 재치면에 놓인 후에, 정전 흡착을 위한 직류 전원(31)으로부터 공급된 전력에 의해 형성된 정전기력을 이용하여 웨이퍼(2)가 스테이지(4)의 재치면 상에 고정된다. 또한, 웨이퍼(2)의 이면에 열전달을 촉진하기 위한 He 가스가 공급된다(시각 t1).
그리고, 복수의 매스플로우 컨트롤러(50)의 동작에 의해, 처리에 적합한 조성의 분포 및 유량으로 조정된 처리 가스가 방전실(3) 내에 샤워 플레이트(5)를 통해서 도입되고, 분산판(16)에서 방전실(3)의 반경 방향 및 둘레 방향으로 분산되어 공급된다. 고주파 전원(20)으로부터의 전력이 공급된 ICP 코일(34)로부터 생기(生起)된 유도 자계 및 전계에 의해, 처리 가스의 원자 또는 분자는 이온화나 해리를 일으켜 방전실(3) 내에 플라스마(10)가 형성된다(시각 t2).
플라스마(10) 중에 형성된 이온 등의 하전 입자는 이온 차폐판(78)에 의해 라디칼 유로(75)로부터 처리실(1)로의 이동이 방해되고, 한편 라디칼 등의 활성종이나 중성의 가스는 이온 차폐판(78)의 가스 구멍(79)을 통과하여 처리실(1) 내에 도입되고, 상방으로부터 웨이퍼(2)의 표면에 조사된다.
이러한 막구조가 상면에 미리 형성된 웨이퍼(2)가 스테이지(4)에 유지된 처리실(1) 내에 공급된 라디칼 등 활성종은, 처리 대상의 막인 피에칭층(201) 표면에 흡착하여 당해 피에칭층(201)을 구성하는 재료와 반응하여 생성물을 생성해서 반응층(203)이 형성된다((b) 흡착 공정). 본 실시예의 피에칭층(201)은, Si, SiO2, SiN, SiGe, W, TiN, TiO, Al2O3 등의 적어도 1종의 재료로 구성되어 있다.
흡착 공정의 개시로부터 소정의 시간이 경과하여 반응층(203)이 소정의 막두께까지 형성되면, 고주파 전원(20)으로부터의 고주파 전력의 공급이 정지되고 플라스마(10)가 소화된다(시각 t3). 그리고, 웨이퍼(2) 이면과 스테이지(4) 재치면 상면과의 극간에의 He 가스의 공급이 정지됨과 함께, 밸브(52)가 개방되고, He 가스의 공급로 및 웨이퍼(2)와 스테이지(4)와의 극간 내의 He 가스를 처리실(1) 내에 방출한다. 이 점에서 웨이퍼(2)의 이면의 극간 내의 압력이 처리실(1) 내부의 압력과 같은 정도가 된다(시각 t4).
또한, IR 램프용 전원(64)으로부터 전력이 공급되어 IR 램프(62)가 점등되고, IR 램프(62)로부터 방사된 IR광이 IR광 투과창(74)을 투과하여 웨이퍼(2)에 조사되어 웨이퍼(2)의 가열이 개시되고, 반응층(203)을 탈리시키는 탈리 공정이 개시된다. 본 실시예에서는, 웨이퍼(2)의 온도가 미리 정해진 값에 도달한 것이, 열전쌍(70)으로부터의 출력을 수신한 열전쌍 온도계(71)가 검출되면, IR 램프용 전원(64)의 출력이 저감되고, 열전쌍 온도계(71)가 검출하는 온도를 나타내는 출력에 의거하여, 웨이퍼(2)의 온도가 허용 범위 내의 값으로 유지되면서 반응층(203)을 탈리시키는 탈리 공정이 계속된다.
그 후, 시각 t4로부터 미리 정해진 시간이 경과한 것이 검출되면, IR 램프용 전원(64)의 출력이 정지되고 IR 램프(62)의 출력이 저감 또는 정지되어 웨이퍼(2)의 가열이 정지된다. 또한, 처리실(1) 내에 매스플로우 컨트롤러(50)의 동작에 의해, 유량이 조절된 Ar 가스가 공급됨과 함께 웨이퍼(2)의 이면에 He 가스가 공급되고, 웨이퍼(2)를 냉각하는 냉각 공정이 개시된다(시각 t5). 웨이퍼(2)의 온도가 소정의 값 이하로 저하한 것이 검출되면, 냉각 공정이 종료된 것이 판정된다.
상기 탈리 공정 또는 냉각 공정에 있어서, 웨이퍼(2)에 조사된 외부광(114) 및 IR광(116)의 피에칭층(201)으로부터의 반사광이 집광 유닛(103-1, 103-2, 103-3)에 광 파이버(92-4, 92-5, 92-6)를 통해 접속된 분광기(96-2, 96-3, 96-4)에 전송되고, 검출기(97-2, 97-3, 97-4)에서 검출된 복수의 파장의 광의 강도를 나타내는 데이터가 제어기(99)에 송신되어, 제어기(99)가 피에칭층(99)의 잔막두께의 값과 목표의 값에의 도달을 판정한다. 목표에 도달한 것이 판정되면 웨이퍼(2)의 에칭이 종료되고, 웨이퍼(2)가 처리실(1)로부터 진공 반송실로 반출된다. 목표에 도달해 있지 않다고 판정되었을 경우에는, 다음 사이클이 개시되고, 흡착 공정으로서 고주파 전원(20)으로부터의 고주파 전력을 이용하여 방전실(3) 내에서 플라스마(10)가 형성되고 라디칼당 활성종이 웨이퍼(2) 표면의 피에칭층(201)에 다시 공급된다(시각 t6).
피에칭층(201)이 원하는 잔막두께에 도달한 것이 제어기(99)에 있어서 판정될 때까지, 흡착 공정과 탈리 공정과 냉각 공정을 갖는 1개의 처리의 사이클이 이 순으로 반복되고, 피에칭층(201)의 에칭이 실시된다(시각 t6 내지 t14).
상기와 같이, 흡착 공정, 탈리 공정, 냉각 공정을 갖는 1개의 사이클을 반복함으로써, 피에칭층(201)의 에칭량을 증대시킬 수 있다. 피에칭층(201)의 재질의 두께 방향으로 편차가 허용 범위 내이며, 흡착 공정, 탈리 공정의 처리의 조건의 편차도 허용 범위 내일 경우에는, 제어기(99)가 탈리 공정에서 반응층(203)의 초기값을 포함하는 잔막두께와 시각 t5, t9, t13에 있어서 반응층(203)의 제거를 검출하고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 사이클 수의 증대에 수반하는 에칭량의 증대(잔막두께의 저감)의 상관을 나타내는 데이터로부터, 각 사이클의 종료 시의 에칭량(잔막두께)을 산출하여 목표에의 도달을 판정해도 된다.
도 7은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 있어서 사이클 수의 증대에 수반하는 피에칭층의 잔막두께의 변화를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 본 도면에서는, 횡축을 사이클 수, 종축을 피에칭층(201)의 잔막두께로 해서, 피에칭층(201)의 잔막두께가 사이클 수의 증대에 따라 균일하게 저하하는 1차 함수의 비례 관계에 있는 것이 나타나 있다.
이러한 상관을 나타내는 데이터를 기억 장치 내에 저장한 제어기(99)가, 탈리 공정에 있어서의 반응층(201)의 분리를 검출함과 함께, 사이클 수를 계수(計數)하여 피에칭층(201)의 목표로 하는 제거량에 도달한 것을 계수 결과로부터 판정하고, 다음 사이클을 개시하지 않고 프로세스를 종료하고, 웨이퍼를 처리실로부터 반출해도 된다.
또, 본 예에 있어서, 1사이클의 전체에 걸쳐, 웨이퍼(2)를 재치면 상에 유지하기 위한 정전 흡착용 전극(30)에 직류 전원(31)으로부터 출력이 되어 웨이퍼(2)의 정전 흡착이 계속된다. 제어기(99)는, 원하는 잔막두께에 도달한 것을 검출하여 피에칭층(201)의 에칭 종료를 판정하면, 직류 전원(31)에 의한 정전 흡착을 정지하고, 필요에 따라 정전기를 제거하여 웨이퍼(2)를 스테이지(4)로부터 탈리시킨 후, 진공 반송실에 반출시킨다.
상기의 예에서는, 웨이퍼(2)를 IR 램프(62)로부터 IR광(116)을 조사하여 소정의 온도까지 가열하여 승온시킨 후, 웨이퍼를 허용 범위 내에 유지하도록 IR광(116)의 조사와 이것에 의한 웨이퍼(2)의 가열, 승온의 정도를 조절하고 있다. 이 탈리 공정의 도 6에 나타내는 기간 x-1, x-2, x-3에 있어서 피에칭층(201) 및 반응층(203)의 막두께가, 외부광(114) 및 IR광(116)을 이용하여 검출된다. 탈리 공정에 있어서 검출된 반응층(203)의 막두께가 검출되고 그 값이 0 또는 다음 공정에의 이행이 가능하다고 판단할 수 있을 정도로 충분히 작은 것이 제어기(99)에 있어서 판정되면, 제어기(99)로부터의 사령(司令) 신호에 따라 IR광의 웨이퍼(2)에의 조사가 정지 또는 저감되어 탈리 공정이 종료된다. 또한, 제어기(99)에 의해, 냉각 공정에 있어서 외부광(114)을 이용하여 웨이퍼(2)의 중앙부의 피에칭층(201)의 막두께를 검출하여, 다음 사이클의 필요 여부가 판정되어도 된다.
또한, 본 실시예에 있어서, 소정의 샘플링 시각마다 피에칭층(201)과 반응층(203)의 각각의 막두께가 검출되어도 된다. 또한, 각 샘플링 시각에서의 피에칭층(201)과 반응층(203)에 조사되어 반사된 외부광(114) 또는 IR광(116)의 복수의 파장의 간섭광에 대해서 광의 강도와 파장과의 상관을 나타내는 패턴(간섭광 패턴)을 검출하고, 미리 얻어진 표준으로서 이용하는 동등한 구성을 가진 웨이퍼(2)의 막구조의 각 막의 잔막두께마다의 간섭광 패턴과 비교하여, 합치하는 패턴에 대응하는 반응층(203)의 막두께 혹은 피에칭층의 막두께를, 처리 중의 당해 샘플링 시각에서의 막두께로서 검출해도 된다. 혹은, 간섭광 패턴의 시간의 경과에 수반하는 변화의 크기가 소정의 임계값 이하가 된 것을 제어기(99)가 검출했을 경우에, 반응층(201)의 제거가 종료됐다고 판정하고(시각 t5, t9, t13), 웨이퍼(2)의 냉각 공정을 개시해도 된다.
다음으로, 웨이퍼(2)의 처리의 변형예를 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은, 도 6에 나타내는 본 실시예에 따른 웨이퍼의 처리의 흐름의 변형예를 나타내는 타임 차트이다. 또, 본 예에서는, 도 6에 나타낸 예와의 차를 설명하는 것으로 하고, 필요가 없는 한 같은 부호, 같은 동작에 대해서는 설명을 생략한다.
도 8의 예에서는, IR 램프(62)로 웨이퍼(2)를 가열하여 소정의 값의 온도까지 승온시킨 후, 웨이퍼(2)의 냉각을 즉시 개시하는 예를 나타내고 있다. 본 예는 웨이퍼(2)의 온도가 소정의 값 이상이 되면 단시간에 반응층(203)이 탈리하여 제거될 경우에 바람직한 방법이다. 이 경우, 웨이퍼(2)의 온도가 극대의 값에 달한 후의 짧은 기간에 잔막두께의 검출을 행하는 것도 가능하지만, 웨이퍼(2)의 냉각 중의 미리 정한 간격으로 복수 회 잔막두께를 검출하여 그 평균값을 이용하여 잔막두께를 판정해도 된다.
본 예에서는, 탈리 기간의 개시 시각 t4(혹은 t9, t13)으로부터 부호 H로 나타내는 소정의 기간만큼 IR 램프(62-1, 62-2, 62-3)에 큰 전력을 공급하여 점등시켜 웨이퍼(2)의 급속한 가열을 행한다. 기간 H의 종료 후, 시각 t5(혹은 t10, t14)에 있어서 IR 램프(62-1과 62-3)에의 전력의 공급을 정지하고, 집광 유닛(103-3) 및 이것에 접속된 분광기(96-3)가 대상으로 하고 있는 IR 램프(62-2)만 저출력으로 IR광(116)을 부호 L의 기간만큼 조사시킨다. 그 기간 L(시각 t5 내지 t6, t10 내지 t11, t14 내지 t15)에, 방사되는 IR광(116)을 이용하여 피에칭층(201)의 막두께를 검출한다(도 8 중의 y-1, y-2, y-3).
그리고, 막두께의 검출이 종료되면 IR 램프(62-2)에의 전력도 정지된다. 그리고, 피에칭층(201)의 잔막두께가 목표로 하는 값에 도달해 있었던 것이 제어기(99)에 의해 판정되었을 경우에는, 다음 사이클에 개시하지 않고, 에칭 처리가 종료된다.
상기 실시형태에 따르면, 램프로부터의 조사광으로 웨이퍼(2)를 가열하여 상면의 처리 대상의 막을 에칭할 때에, 램프로부터의 조사광 또는 외부광을 웨이퍼(2)에 조사하여 웨이퍼(2) 상면의 잔막두께를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 처리의 결과로서의 웨이퍼(2)의 표면의 형상의 불균일성을 저감하여 수율을 향상시킬 수 있다. 특히, 램프로부터 조사되는 광의 강도의 복수의 파장의 패턴이 조사의 시간 혹은 온도에 따라 변동하는 것에 대응하여, 웨이퍼(2)의 외주측의 영역에서의 개소에서 램프의 조사광을 검출한 결과를 이용하여, 웨이퍼(2) 상면에 조사되어 반사한 광의 강도를 보정한 결과를 이용하여, 높은 정밀도로 잔막두께를 검출할 수 있다.
1: 처리실 2: 웨이퍼
3: 방전실 4: 스테이지
5: 가스 분산 부품 6: 천판
7: 가스 구멍 8: 서셉터 링
10: 방전실 11: 베이스 챔버
12: 석영 챔버 14: 조압 밸브
15: 배기 펌프 16: 진공 배기 배관
17: 가스 분산판 20: 고주파 전원
22: 정합기 24: 직류 전원
25: 필터 30: 정전 흡착용 전극
31: 직류 전원 34: ICP 코일
38: 칠러 39: 유로
50: 매스플로우 컨트롤러 52: 밸브
62, 62-1, 62-2, 62-3: IR 램프 63: 반사판
64-3: IR 램프용 전원 74: IR광 투과창
70: 열전쌍 71: 열전쌍 온도계
75: 라디칼 유로 78: 이온 차폐판
79: 가스 구멍 81: O링
82: 나사 83: 누름
84: 파이버 헤드 85: 석영 로드
91: 부착 구멍 92: 광 파이버
93: 외부 IR광원 94: 광로 스위치
95: 광 분배기 96, 96-1, 96-2, 96-3, 96-4: 분광기
97-1, 97-2, 97-3, 97-4: 검출기 98: 광 멀티플렉서
99: 제어기 101: 외부광원
102: 외부광 도입 유닛 103-1, 103-2: 집광 유닛
111: 콜리메이팅 렌즈 유닛 112: 콜리메이팅 렌즈
113: 창 부재 114: 외부광
115: 플랜저 116: IR광
131: IR광 검출 구멍 132: 슬리브
201: 피에칭층 202: 하지층
203: 반응층

Claims (9)

  1. 처리실 내에 배치된 시료대의 상면에 놓인 처리 대상의 웨이퍼에 광 또는 전자파를 조사하여 당해 웨이퍼 상면의 막층의 상면에 미리 형성된 당해 막층의 화합물층을 가열하여 제거하는 공정을 구비한 웨이퍼 처리 방법으로서,
    상기 공정에 있어서, 상기 웨이퍼의 상면에서 반사된 상기 광 또는 전자파를 받아 당해 광 또는 전자파의 파장을 파라미터로 하는 강도의 시간적 변화를 나타내는 신호를, 상기 시료대의 상기 상면의 외주측의 개소에서 상기 광 또는 전자파를 받아 검출한 당해 광 또는 전자파의 강도의 정보를 이용해서 보정하여, 상기 막층의 잔막두께 혹은 상기 공정의 종점을 판정하는 웨이퍼 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 상면으로부터의 상기 광 또는 전자파의 간섭파를 수광하여 검출한 당해 광 또는 전자파의 파장을 파라미터로 하는 강도의 시간적 변화로부터 상기 막층의 잔막두께 혹은 상기 공정의 종점을 판정하는 웨이퍼 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화합물층을 제거하는 상기 공정이 복수 회 반복되는 것으로서, 당해 복수 회의 공정 각각의 개시와 종료 시에 상기 전자파의 조사가 개시 및 종료되는 웨이퍼 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화합물층을 제거하는 공정 전에 실시되고, 플라스마를 이용하여 형성된 활성종을 상기 웨이퍼의 상면에 공급하여 상기 화합물층을 형성하는 공정을 구비한 웨이퍼 처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화합물층을 제거하는 공정 전에 실시되고, 플라스마를 이용하여 형성된 활성종을 상기 웨이퍼의 상면에 공급하여 상기 화합물층을 형성하는 공정을 구비하고, 당해 화합물층을 형성하는 공정과 상기 화합물층을 제거하는 공정을 포함하는 복수의 공정을 1개의 사이클로 해서 당해 사이클을 복수 회 실시하는 웨이퍼 처리 방법.
  6. 진공 용기 내부의 처리실과, 당해 처리실 내에 배치되고 처리 대상의 웨이퍼가 상면에 놓여 유지되는 시료대와, 상기 진공 용기 내부의 상기 처리실 상방에 배치되고 내부에 공급된 가스를 이용하여 플라스마가 형성되는 플라스마 형성실과, 당해 플라스마 형성실과 상기 처리실 사이를 연통(連通)하고 상기 플라스마 내의 반응성 입자가 내측을 지나 상기 처리실 내에 도입되고 상기 시료대의 상면 상방에 하부의 개구를 가진 도입로와, 상기 처리실의 상방의 상기 도입로의 외주측에서 이것을 둘러싸서 배치되고 상기 웨이퍼를 가열하는 광 또는 전자파를 조사하는 가열기와, 상기 도입로 내부에 배치되고 상기 반응성 입자가 내부를 지나는 복수의 관통 구멍을 외주부에 상기 광 또는 전자파가 투과하는 재료로 구성된 평판 형상의 중앙부를 갖는 도입판과, 상기 플라스마 형성실 상부에 배치되고 상기 웨이퍼에서 반사되어 상기 도입판의 중앙부를 투과한 상기 광 또는 전자파를 받아 그 강도의 변화를 검출하는 제1 검출기를 구비한 플라스마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시료대의 상기 상면의 외주측에 배치되고 상기 광 또는 전자파를 받아 당해 광 또는 전자파의 강도를 검출하는 제2 검출기와, 상기 제2 검출기가 검출한 결과를 이용해서 보정한 상기 제1 검출기가 검출한 결과를 이용하여 상기 가열기에 의한 상기 웨이퍼를 가열하여 실시되는 처리의 종점 또는 당해 웨이퍼 상면의 처리 대상의 막층의 잔막두께를 판정하는 판정기를 구비한 플라스마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플라스마 형성실의 상부에 배치되고, 상기 도입판의 상기 중앙부를 통해서 상기 웨이퍼 상면에 광 또는 전자파를 조사하는 발광기 및 조사되어 상기 웨이퍼에서 반사되어 상기 도입판의 상기 중앙부를 지난 상기 광 또는 전자파를 수광하여 당해 광 또는 전자파의 강도의 시간 변화를 검출하는 제3 검출기를 구비하고, 상기 판정기가, 상기 제3 검출기의 검출한 결과를 이용하여 상기 가열기에 의한 상기 웨이퍼를 가열하여 실시되는 처리의 종점 또는 상기 웨이퍼 상면의 처리 대상의 막층의 잔막두께를 판정하는 플라스마 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 검출기 및 발광기가, 상방에서 볼 때 상기 제1 검출기보다 상기 웨이퍼의 직경 방향의 외주측에 배치된 플라스마 처리 장치.
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