TWI612554B - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題是在於提供一種可高精度檢測出殘餘膜厚或蝕刻量之電漿處理裝置或電漿處理裝置的運轉方法。
其解決手段，係利用形成於該處理室內的電漿來蝕刻處理被配置於真空容器內的處理室內所配置的試料之電漿處理裝置，其特徵係具備：光檢測器，其係於前述試料的處理中的複數的時刻，檢測出來自處理室內的複數的波長的光的強度；成分檢測器，其係利用將前述時間序列的資料予以主成分分析後的結果來檢測出從此光檢測器的輸出取得的前述複數的時刻之中的任意的時刻的前述複數的波長的時間序列的資料之間相關性高的成分；及判定器，其係根據利用前述相關性高的成分被除去的前述時間序列的資料來檢測出的至少1個的前述複數的波長的光的強度的變化，來判定前述蝕刻處理的量或終點。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明是有關使用製造半導體積體電路的工程，利用形成於該處理室內的電漿來處理真空容器內部的處理室內所配置的半導體晶圓等的基板狀的試料之電漿處理裝置或電漿處理方法，利用處理中被檢測出之來自處理室內的發光，檢測出試料表面的膜厚度或處理的量之電漿處理裝置或電漿處理裝置的運轉方法。
在製造半導體裝置的工程中，將半導體晶圓等的基板狀的試料配置於真空容器內部的處理室內，利用形成於該處理室內的電漿，蝕刻具有複數的膜層(該複數的膜層包含被形成於試料表面上的介電材料或遮罩層)之膜構造，形成半導體裝置的電路的圖案之處理，所謂乾蝕刻處理會被實施。在如此的蝕刻處理中，為了實現近年來增大的半導體裝置的集成度，而使該處理上述膜層停止於所望的膜厚度或蝕刻深度，為了高精度實現電路的圖案，被要求更正確地決定蝕刻的終點，適當地調節處理的條 件。
一般，如此的蝕刻處理是在真空容器內部的處理室內配置半導體晶圓的狀態下，對供給至該處理室內的處理用的氣體供給電場或磁場，其原子或分子會被激發而形成電漿，利用此來進行試料上的膜構造的處理。在處理中，處理室內的電漿的發光中所含的特定的波長的光的強度是隨著處理對象的特定的膜或處理正進行的任意的膜的蝕刻的進展而變化。
於是，以往，作為精度佳檢測出處理的終點之技術，有檢測出在蝕刻處理中來自處理室的發光中所含的該特定的波長的強度的變化，根據此結果來檢測出處理的終點者為人所知。但，上述的發光是通常除了藉由具有與處理相關大的反應所產生的特定的波長的發光以外，也含相關相對性小的波長的發光，在終點的判定時，需要減低或抑制因如此的所謂雜訊而產生的檢測對象的波長的波形的變動所引起的錯誤檢測。
作為對應於如此的雜訊來精度佳地檢測出發光的強度的變化之技術，有日本特開2014-72264號公報(專利文獻1)。此以往的技術是揭示，利用形成於處理室內的電漿來蝕刻處理被配置於真空容器內的處理室內所配置的試料之電漿處理裝置，根據從發光的強度的資料(該發光的強度從來自受光器(接受來自處理室內的發光)的輸出檢測出)除去在複數的波長的發光的強度之間於同步同樣增加或減少的方向產生的時間變化之同相的成 分的結果來判定蝕刻處理的量。尤其本例中，表示從分光器取得的複數的波長的發光的強度之時間序列的資料是被發送至用以除去上述同相的成分之同相成分除去裝置，於是從每個時刻的資料的差分值除去平均的成分之後，針對具有各波長的資料作為要素的行列進行主成分分析，算出包含相當於同相成分的基底之固有向量。
而且，從固有向量算出的基底向量會被發送至卡爾曼濾波器，藉由該卡爾曼濾波器來從上述各波長的差分值除去同相成分，該同相成分被除去的差分值是被積分處理而作為每個波長的時間波形被復原。本以往的技術是使用表示如此被除去雜訊的成分而復原的發光的強度之時間序列的資料，蝕刻的量或其終點會被高精度檢測出的技術。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-72264號公報
上述的以往技術，因為有關其次的點考慮不夠充分，所以產生問題。
亦即，專利文獻1的技術雖是由各波長的訊號來有效地除去在複數的波長的發光之間突發性產生之含 同相成分的雜訊成分，但若從發光取得的資料的時間的變化所佔的同相成分的比例大，則無法追隨其變化，同相的成分會殘留，在大的強度長時間發生持有末端的假象(虛像)。如此的假象的強度是同相成分越大則變越大，末端的時間也變長的情形為人所知。一旦發生如此的假象，則作為相對性小的發光的強度的變化顯示的終點會埋沒於該假象的變化，發生無法以高的精度判定終點的問題。
而且，在本以往的技術中，藉由卡爾曼濾波器所進行的同相成分的除去是非線性的處理，因此為了使原本的發光的強度的時間序列的資料所示的波形變形，而相當於上述的終點之強度的變化會被此變形埋沒，產生無法高精度判定終點的問題。
本發明的目的是在於提供一種可高精度檢測出殘餘膜厚或蝕刻量之電漿處理裝置或電漿處理裝置的運轉方法。
上述目的是藉由下述的電漿處理裝置來達成，該電漿處理裝置，係利用形成於該處理室內部的電漿來蝕刻處理被配置於真空容器內的處理室內所配置的試料之電漿處理裝置，其特徵係具備：光檢測器，其係於前述試料的處理中的複數的時刻，檢測出來自前述處理室內的複數的波長的光的強度；成分檢測器，其係利用將時間序列的資料予以主成分 分析後的結果來檢測出在從前述光檢測器的輸出取得的前述複數的時刻之中的任意的時刻的前述複數的波長的時間序列的資料的差分值之間相關性高的成分；及判定器，其係根據利用前述相關性高的成分被除去的前述時間序列的資料來檢測出的至少1個的前述複數的波長的光的強度的變化，來判定前述蝕刻處理的量或終點。
若根據本發明，則即是在電漿處理裝置，特別是蝕刻處理裝置中，即使對於利用電漿的處理中從處理室取得的光的強度的訊號中所含的同相成分，相對性地所望的發光的強度變化微小時，還是可以生成同相成分被減低的訊號的波形，而以高的精度來檢測出強度的變化。可根據如此被生成的訊號的資料來以更高精度檢測出被處理層的實際的蝕刻量或終點。
100‧‧‧電漿處理裝置
101‧‧‧真空容器
102‧‧‧處理室
103‧‧‧電漿
104‧‧‧試料
105‧‧‧試料台
406‧‧‧光纖
110‧‧‧蝕刻量檢測器
111‧‧‧分光器
112‧‧‧蝕刻量判定部
113‧‧‧顯示器
120‧‧‧同相成分除去裝置
圖1是模式性地表示本發明的實施例的電漿處理裝置的構成的概略的圖。
圖2是模式性地表示構成圖1所示的蝕刻量檢測器的同相成分除去裝置的構成的方塊圖。
圖3是表示圖1所示的實施例的電漿處理裝置判定蝕刻量的動作的流程的流程圖。
圖4是表示在圖1的實施例中所被檢測出，作為表示同相成分被除去後之來自處理室的光的強度的變化者復原後的時間波形的圖表。
圖5是表示在本實施的形態或以往的技術中，隨著接收來自處理室內的發光而被檢測出的複數的波長的發光的強度的時間的變化之變化的例子的圖表。
圖6是表示有關隨著圖5所示的複數的波長的發光的強度的時間的變化之變化的各時刻的時間差分的圖表。
以下，利用圖面來說明本發明的實施形態。
本實施形態是說明在利用被形成於處理室內的電漿來蝕刻具有複數層(包含預先被配置於真空容器內部的處理室內所配置的半導體晶圓等基板狀的試料上面的遮罩層及處理對象的膜層)的膜構造時，利用來自處理室內的發光(包含在試料的表面的膜構造被反射的光)來判定蝕刻的量的檢測或蝕刻的終點之電漿處理裝置及其運轉方法。特別是在本例中揭示，有效地除去表示干擾光(包含藉由在試料的表面的複數的膜層所被反射的光來形成的複數的波長)的強度之時間序列的資料中同相地產生的雜訊的成分，高精度檢測出膜構造的處理對象的膜層的蝕刻的量或其終點，可使構成半導體裝置的電路之圖案的形狀(膜構造被蝕刻而形成)接近所期望者之電漿處理裝置或其運轉方法。
將隨著表示所被檢測出之來自處理室內的發光的強度之訊號的時間的變化之變化(以下稱為時間波形)的例子顯示於圖5。圖5是表示在本實施的形態或以往的技術中，隨著接收來自處理室內的發光而被檢測出的複數的波長的發光的強度的時間的變化之變化的例子的圖表。
在圖5中，以虛線所示的部分是表示分別在複數的波長中，在相同或近似於看作是此程度的時刻(同步)，其強度皆增大的部分。此部分是表示分別在來自處理室的發光中所含的複數的波長，在與其他的時刻無相關或非常小的時刻突發性產生的變動，以下將如此的變化、變動稱為「同相」的變化、變動。
有關表示發光的強度之時間波形，若針對時間的方向來頻率分析，則各波長的時間波形中所含的「同相」的成分是作為突發性的脈衝(impulse)訊號被檢測出。本實施形態是以實現電漿處理裝置或其運轉方法為目的，電漿處理裝置或其運轉方法是藉由高精度高速地從時間波形除去如此的突發性的脈衝訊號，來高精度檢測出蝕刻量或蝕刻的終點。
有關圖5所示的複數的波長的發光的強度的時間序列的資料，將針對各個的波長的資料來檢測出在各時刻的時間差分之波形顯示於圖6。圖6是表示有關隨著圖5所示的複數的波長的發光的強度的時間的變化之變化的各時刻的時間差分的圖表。
如本圖所示般，表示來自不同的波長的處理室的發光的強度的資料是在時間波形的時間差分的值中也可知在每個時刻顯示高的相關的情形。在本實施形態中，利用此性質來除去同相成分。
[實施例1]
利用圖1~4來說明本發明的實施例。
利用圖1來說明本實施例的電漿處理裝置的構成。圖1是模式性地表示本發明的實施例的電漿處理裝置的構成的概略圖。尤其本實施例的電漿處理裝置100是被使用在將被搬送至內部所配置的處理室內之半導體晶圓等的基板狀的試料予以蝕刻處理而製造半導體裝置的工程之裝置，為具備：檢測出處理試料後的蝕刻量，例如遮罩或處理對象的膜層的殘餘膜厚或蝕刻形成的溝或孔的深度之檢測器，構成根據來自檢測器的輸出而調節半導體晶圓等試料的處理之電漿蝕刻裝置。
本例的電漿處理裝置100是具備：真空容器101，其係於內部配置有具備圓筒形的處理室102，具有圓筒形的外形；及電漿形成裝置，其係配置於真空容器的101外部，形成為了在處理室102內部的空間形成電漿103而被供給的電場或磁場之手段；及排氣裝置，其係包含：在真空容器101的下方與彼連結，從處理室102內的空間，將氣體的原子、分子或構成 電漿103的離子或活性高的粒子等排氣之渦輪分子泵等的真空泵、及調節該排氣的流量或速度的調節器。
而且，在處理室102內之形成有電漿103的空間的下方配置有試料台105，該試料台105是處理對象的半導體晶圓等的基板狀的試料104會被載於具有圓形的其上面。並且，雖未圖示，但實際本實施例是在處理室102的內側配置有用以導入處理用氣體的氣體導入孔，該處理用氣體是用以形成電漿103來處理試料104，且真空容器101是連接構成氣體供給路徑的氣體用的管路，該氣體供給路徑是連結氣體導入孔與處理用氣體的氣體源之間，在其途中配置有將氣體的流量或速度調節成適於處理的流量調節器。
而且，在本實施例的電漿處理裝置100中具備蝕刻量檢測器110，該蝕刻量檢測器110是被配置於真空容器101外部，接受在處理室102內所被實行之利用電漿103的試料104的處理中產生的電漿103的發光或來自試料104表面的干擾光等之來自處理室102內側的光，檢測出其強度或變化，而檢測出被配置於試料104的表面之蝕刻處理對象的膜層的殘餘膜厚度或蝕刻量(例如溝或孔的深度)。並且，為了將處理中之來自處理室102的光傳達至蝕刻量檢測器110，而在包圍處理室102的真空容器101的側壁或構成處理室102上方的真空容器101的蓋部分的構件中所配置的貫通孔內，由石英等具有透光性的材料所構成的窗構件會藉由O環等的密封材來氣密地密封內 外而配置。
在如此的電漿處理裝置100中，真空容器101的側壁是被連接至未圖示的別的真空容器，亦即在其內部具備被減壓的空間的真空搬送室之真空搬送容器，處理對象的試料104被保持於該內部所配置的機械手臂的臂上而搬送。未被處理的試料104是被機械手臂的臂上而搬送於真空搬送室內，藉由臂的伸長來使載於臂的試料104通過連通真空搬送室與處理室102之間的通路的內側而搬入至處理室102內。
被搬入至處理室102內的試料104是被交接至試料台105而載於覆蓋試料台105上部的介電質製的膜之具圓形的上面。一旦試料104通過的通路的真空搬送室側的開口藉由未圖示的閘閥來閉塞而處理室102內被氣密地密封，則會藉由利用被供給至介電質製的膜內的電極的直流電力所產生的靜電力來保持於該介電質製的膜上。之後，來自氣體源的處理用氣體會藉由流量調節器適當地調節流量或速度，從氣體導入孔供給至處理室102內，且藉由真空泵的動作來將處理室102內的氣體排出至外部，該真空泵是被配置於試料台105的下方，通過面向處理室102而配置的排氣用的開口來構成排氣裝置。
藉由被供給至處理室102的處理用氣體的流量或速度與利用真空泵的動作之來自排氣用的開口的排氣的流量或速度的平衡，處理室102內側的壓力會被調節成適於試料104的處理之範圍內的值。電漿形成裝置所形成 的電場或磁場會被供給至處理室102內，處理用的氣體的原子或分子會被激發，在處理室102內的試料台105或被載於其上面保持的試料104的上方的空間形成電漿103。
在試料台105內部配置有未圖示之具有金屬製的圓板或圓筒形的電極，與真空容器101外部之同樣未圖示的高頻電源電性連接。在形成有電漿103的狀態下，與電漿形成裝置的電場不同的頻率的高頻電力會從高頻電源供給至試料台105內所配置的電極，在試料104上面上方的處理室102內形成對應於電漿103的電位之偏壓電位。
電漿103中的離子等的荷電粒子會按照該偏壓電位與電漿的電位的電位差來被引誘至試料104上面上方，與具有複數的膜層(包含藉由預先被配置於試料104的上面的有機材料所構成的遮罩層及處理對象的膜層)的膜構造的表面衝突，藉此試料104表面的膜層的蝕刻處理會進展，電漿103中的自由基等的反應性高的活性種的原子或分子與處理對象的膜層的表面之間的物理性或化學性的反應會被促進，有關處理對象的膜層的荷電粒子所被引誘的方向之各向異性的處理被促進的處理對象的膜層的處理中，起因於電漿103中的活性種或藉由包含上述物理性或化學性的反應之電漿103與試料104表面的相互作用而產生的反應生成物，光被放射。
本實施例是藉由蝕刻量檢測器110在該處理中檢測出在如此的處理中產生於處理室102內的發光，高 精度檢測出處理的量(例如處理對象的膜或被配置於該膜上方的光阻劑等的遮罩層的殘餘膜厚或在處理對象的膜中所形成的溝或孔的蝕刻深度)，構成可調節處理的終點的判定或被供給的處理用氣體的流量或處理室102內的壓力、用以形成電漿的電場或磁場的強度的值及其分布等處理的條件。
蝕刻量檢測器110是具備：受光器，其係被配置於窗構件的外側，接受通過窗構件之來自處理室102內的光；及分光器111，其係將經由光纖406等的傳達器來從受光器傳達的光分解成預定的頻率或波長的複數的光譜。
尤其本實施例是在分光器111的內部具備有未圖示的測定用光源(例如鹵素光源)，由此放射的多波長的光是經由光纖406來通過窗構件，對被配置於處理室102內的試料台105上面之試料104表面的膜構造導入。
在本實施例中，窗構件是被配置於貫通孔內，面向電漿103而配置，該貫通孔是被形成於在處理室102的上方與試料104上面對向配置之構成處理室102的頂面的構件中，從測定用光源放射的放射光是通過該窗構件來進入處理室102內，以和試料104上面垂直或近似於看作是此程度的角度射入。到達試料104上面的放射光是在預先被配置於試料104上面的膜構造的複數的膜層的境界面朝處理室102反射，再度通過窗構件，經由光纖406來傳達至蝕刻量檢測器110的受光器及與彼光學性或電性 連接的分光器111。
垂直射入至試料104表面，而在被配置於膜構造不同的深度方向的位置之複數的膜層彼此間之間的複數的境界所反射的放射光是成為相互干擾而具有對應於該等的深度位置之間的距離的強度之干擾光。含有複數的波長的放射光之如此的干擾光的各自的波長的光的強度是被導入至分光器111而按各波長被分解檢測出。
在本實施例的蝕刻量檢測器110中，具備從試料104的處理中所被檢測出的干擾光的強度的訊號來減低以下所述的同相的成分之機能，可高精度檢測出試料104上的處理對象的膜層，例如多晶矽膜的蝕刻深度或殘餘膜厚度或遮罩層的殘餘膜厚度。並且，可高精度進行到達蝕刻處理的終點之判定。
表示在分光器111所檢測出的預定的複數的波長的干擾光的強度之訊號是被發送至與此電性連接的同相成分除去裝置120，該等的訊號所示之來自處理室102內的複數的波長的光的時間波形中所含的成分，在複數的波長的光的強度的訊號之間同相性地變化的成分會被除去。表示在同相成分除去裝置120中同相的成分被除去的複數的波長的光的強度之時間波形的訊號是被發送至蝕刻量判定部112。
在蝕刻量判定部112中，從自接收的訊號除去雜訊後的波形訊號來檢測出蝕刻量，進行終點的判定。如此的蝕刻量或終點的判定的技術，例如可利用日本特開 2007-234666號公報等的以往周知的技術。並且，在本實施例中，在蝕刻量判定部112所被檢測出的試料104的蝕刻量是被發送至具備CRT或液晶的監視器等而構成的顯示器113來顯示。
如上述般，表示從分光器111輸出的干擾光的複數的波長的光的強度之訊號的時間波形是被發送至同相成分除去裝置120。被發送的訊號是每次在預先被定之預定的每間隔的取樣時刻可取得訊號的波形或在試料104表面的膜構造的處理對象的膜層被處理的期間的全體可取得被檢測出的發光的訊號的波形之後，在同相成分除去裝置120中從表示各波長的時間波形之訊號除去含於此的同相成分，可取得波及上述判定的不良影響被減低的各波長的時間波形。
其次，利用圖2來說明有關本實施例的同相成分除去裝置120的構成。圖2是模式性地表示構成圖1所示的蝕刻量檢測器110的同相成分除去裝置120的構成的方塊圖。
在圖2中，表示從分光器111輸出而被發送至同相成分除去裝置120的複數的每波長的干擾光的強度之訊號是首先被發送至差分算出器101，在此算出每波長的時間波形的時間差分。藉由利用時間差分，可取得各波長的時間波形所具有的長期性的趨勢傾向成分的影響少的時間波形。
表示在差分算出器201所被檢測出的每波長 的干擾光的強度的時間差分值之訊號是被發送至正規化處理器202，從該等時間差分訊號的時間平均值、時間標準偏差值、及時間差分訊號來扣除時間平均值而以時間標準偏差值除算後的值(正規化差分訊號)會被算出。藉此可期待長期性的趨勢傾向成分的影響會更被減輕，且每波長的強度的大小不同的影響會被減輕。
其次，在正規化器202所被算出的正規化差分訊號是被發送至相關行列更新器203。相關行列更新器203是根據接收的正規化差分訊號來更新相關行列。
表示在相關行列更新器203所被算出被更新的相關行列之訊號是被發送至主成分分析器204。主成分分析器204是對於依據接收的訊號所示的相關行列進行主成分分析，算出形成對應於相關行列的正規正交基底之基底向量及各基底向量的固有值。而且，主成分分析器204是產生由對應於同相成分的該基底向量所成的同相成分基底向量行列。
在主成分分析器204中被算出的同相成分基底向量行列是作為訊號發送至同相成分推定器205。同相成分推定器205是根據從主成分分析器204接收之表示基底向量的訊號及從正規化器202發送接收的正規化差分訊號來推定同相成分。本實施例的同相成分推定器205是進行利用同相成分的強度是否為按照被假想的分布之機率變數的檢定之同相成分的推定。藉此，即使干擾光的強度的變化為不與同相成分正交的情況，還是可抑制干擾光的強 度的變化從訊號所示的資料被除去，有效地除去同相成分。
表示在同相成分推定器205中被推定的同相成分之資料的訊號是被發送至同相成分除去器206。同相成分除去器206是由表示從正規化器202發送接收的正規化差分之訊號來除去從同相成分推定器205發送接收的訊號所示的同相成分，算出同相成分除去後訊號。
在同相成分除去器206中被生成的同相成分除去後訊號是被發送至積分處理器307。積分處理器307是針對時間累計接收的每個波長的同相成分除去後訊號，將各波長的時間波形復原。表示被復原的複數波長的干擾光的強度的變化之時間波形的訊號是被發送至蝕刻量判定器112，算出試料104的蝕刻量。
其次，說明在圖2所示的各方塊中所被實施的處理的詳細。
首先，在本實施例中，基於方便起見，將表示在試料104的處理中的預定的期間的任意的時刻t從分光器111輸出之來自處理室102的各個的波長的光的強度的變化之時間波形的訊號予以針對各個的波長來表示成y_n，t。n是表示波長的指數，在本實施例中，亦可從短波長到長波長規則性地附上值增減，且亦可拾取適當地被選擇的複數的波長來修改指數。t是時間指數。
在差分算出器201中，從y_n，t按每波長算出差分值△y_n，t。算出的程序的例子是例如可思考如 △y_n，t=y_n，t-y_{n，t-1}般算出。在此，在最初的樣本點是設為△y_n，t=0。
此差分是亦可以1次回歸係數的傾向代用，或同樣亦可以2次差分、2次回歸係數的傾向代用。並且，每時間的訊號為1單位每時間取得之類時，可取得有關差分算出也是每1樣本進行之類的構成。
所有的時間的樣本為可一次取得時合(離線處理)，亦可設為分批處理求取所有的時間的差分值之類的構成。如此，每樣本可取得資料時是每樣本進行處理，一次可得樣本時是處理也一次進行之類的構成，在本發明之中的所有的處理同樣取得。
在正規化器202中，每波長的差分值△y_n，t的時間平均值μ_n，t例如以移動平均形式算出。並且，在離線處理中，亦可以調和平均形式求取。而且，有關時間標準偏差值σ_n，t亦例如作為(△y_n，t-μ_n，t)2的移動平均的平方根算出。
在離線處理中，亦可以調和平均形式取求。而且，正規化差分訊號會作為z_n，t=(△y_n，t-μ_n，t)/σ_n，t算出。
在相關行列更新器203中，以正規化差分訊號z_n，t為依據來更新相關行列。在此，本實施例是定義z_t=[z_1，t…z_N，t]T，當作以從正規化器202發送的正規化差分訊號的各波長的值z_n，t作為要素的向量。在此，T是表示轉置的運算符，N是波長的數量。
在相關行列更新器203中，首先算出表示複數的波長的光的強度的正規化差分訊號之向量z_t與其轉置向量z_tT的乘積，算出N行N列的行列r_t。而且，從r_t，各時間的相關行列R_t會例如R_t=α(R_{t-1})+(1-α)R_t般被算出。在此，α是移動平均係數，在本實施例中被設定成0.99，0.9等0以上1以下的值。
在主成分分析器204中，對於從相關行列更新器203發送接收的訊號所示的相關行列R_t進行主成分分析，算出形成對應於相關行列R_t的正規正交基底之基底向量f_k(k=1，…，N)及各基底向量的固有值λ_k。
同相成分除去裝置120為了有效地檢測出同相成分，而需要從作為主成分分析器204的動作的結果取得的基底之中適當地選擇相當於同相成分的基底向量f_k。發明者們因為同相成分是在複數的波長的時間波形的資料之間同步產生的成分，所以同相成分的基底向量是想成顯示與[1，1，…1]或[-1，-1，…-1]等同相性的方向向量高的相關。
因此，將對b與f_k的內積的絶對值乘以固有值者設為c_k=λ_k|bTf_k|，作為b=[1，1，…1]。|bTf_k|是取0~1之間，但若f_k為同相，則|bTf_k|是應取接近1之大的值。
並且，可想像強度大的同相成分為需要壓制的成分，但由於強度的大小是被顯現於固有值λ_k，因此可想像乘以固有值λ_k的c_k適於需要壓制的同相成分的 選擇。於是，在本實施例中，從基底向量之中算出在行向量持有c_k大的r個之類的同相成分基底向量行列P。
在同相成分推定器205中，從主成分分析器204發送接收的同相成分基底向量行列P與表示從正規化器202發送接收的正規化差分的向量之訊號z_t會被乘算而算出r行的列向量a_t=P×z_t。a_t的第k個的要素之a_k，t是成為意思z_t所含的第k個的同相成分基底向量的強度。
當同相成分與預定的干擾光的強度的變化的方向正交時，上述正規化差分訊號z_t內的同相成分應是如PT×a_t般藉由乘算求取。但，當同相成分不與該干擾光的強度的變化正交時，若該等的變化被判定成同相成分，則會在後段的同相成分除去中作為同相成分被除去，至檢測對象之例如表示處理的終點的干擾光的強度的變化為止。
例如，在干擾光的強度的時間波形中波長間的位相差小的時間，干擾光的複數的波長之間強度的時間變化會類似於同相成分，因此有可能作為同相成分被除去。在本實施例中，為了抑制此情形，而檢定同相成分的強度是否為按照被假想的分布之機率變數，進行同相成分的推定。詳細是根據對於同相成分的強度為0平均的正規分布之假設的檢定，進行以下的處理。
首先，同相成分推定器205是計算按照a_k，t為0平均的正規分布的獨立的機率變數之機率。此計算 是例如藉由算出使用過去f-1單位時間與現在的1單位時間的計f單位時間的同相成分的強度a_{k，t-f+1}，…，a_{k，t-1}，a_k，t之次式的t分布的T值來進行。
Figure TWI612554BD00001
在此，m_k，t是a_{k，t-f+1}，…，a_{k，t-1}，a_k，t的標本平均，u_k，t是a_{k，t-f+1}，…，a_{k，t-1}，a_k，t的不變分散的平方根。若a_k，t為按照0平均的正規分布之獨立的機率變數的情況，則T_k，t應是按照以次式的機率密度函數所示的t分布。
Figure TWI612554BD00002
在此，Γ是γ函數，v=F-1。
於是，當p(T_k，t)的值大時，a_k，t是可視為同相成分的強度之準確率高，當p(T_k，t)的值小時，a_k，t是可視為同相成分的強度之準確率低。由此情形，算出次式的w_k，t作為新的同相成分的強度。
w_k,t=P(T_k,t)/P(O)×a_k,t
P(T_k，t)越大，亦即同相成分的強度之準確率越高，w_k，t越大。P(T_k，t)越小，亦即同相成分的強 度之準確率越低，w_k，t越小。利用此w_k，t，使用以下的式子來算出z_t內的同相成分v_t。
v_t=PT×[w_1,t,…,w_r,t]T
藉由如此算出同相成分，即使干擾光的強度的變化不與同相成分正交時，還是可抑制同相成分以外的變化的成分被除去，可一面抑制對訊號的其他成分的不良影響，一面除去同相成分。藉由利用如此被處理之來自處理室102的光的強度訊號來檢測出蝕刻量或其終點的判定所必要的強度的變化，可提升該檢測的精度。
同相成分除去器206是從由正規化器203發送的正規化差分訊號z_t來扣除在同相成分推定器205所被推定發送的訊號所示的同相成分v_t，藉此算出同相成分除去後訊號x_t=z_t-v_t。
在積分處理器207中，算出針對時間累計從同相成分除去器206發送的同相成分除去後訊號x_t之積分訊號q_t=q_{t-1}+x_t，作為每波長的時間波形輸出。此積分處理器307的處理是相當於在差分算出301抽出差分而處理的逆變換。
本實施例是成為：在同相成分除去裝置120中從差分檢測器201到同相成分推定器205所被實施的時間波形的訊號的處理中，針對比處理中的期間的任意的時刻t還過去的時刻所被檢測出的干擾光的強度的時間波形的同相的成分的推定或其除去後的結果不會影響時刻t的 時間波形的訊號的同相成分的推定之構成。因此，同相成分除去器206從時刻t的時間波形的訊號除去被推定的同相成分的結果沒有受到過去的時刻的該同相成分的除去的結果影響或被抑制。
因此，在以往的技術中產生之來自處理室102的光的強度急劇地變化時，無法精度佳地追隨此光的強度的變化而予以充分去除，長期間發生持有末端的假象之問題發生的情形會被抑制，可抑制處理室102內或來自試料104表面的微小的光的強度的變化被假象埋沒，該變化的檢測的精度受損之問題的發生。又，由於從正規化差分訊號來扣出同相成分基底向量的線性和，因此以往的技術中因進行非線性的處理而產生的變形的發生會被抑制，上述微小的光的強度的變化被非線性的變形埋沒的情形會被減低。
將本實施例的蝕刻處理的流程圖顯示於圖3。圖3是表示圖1所示的實施例的電漿處理裝置判定蝕刻量的動作的流程的流程圖。
本實施例是在電漿處理裝置100處理試料104之前或將蝕刻處理包含預先被配置於試料104的表面的遮罩層及處理對象的膜層的膜構造之處理的開始或處理中所取得的資料予以處理之前，首先設定參數(步驟301)。本實施例是具備在運轉的開始前設定的構成。
其次，在處理室102內形成電漿，藉由來自高頻電源的高頻電力，在試料104表面上方形成偏壓電 位，開始試料104的上述處理對象的膜層的蝕刻處理之後，開始來自處理室102內的光的檢測(步驟302)。在本實施例中，如圖2所示般，將接收來自處理室102內的光而分光取得之預定的複數的波長的光譜的各波長的光的強度的變化予以按每個取樣間隔△t的時刻t來檢測出。從按每間隔△t所被檢測出的複數的波長的光各自的強度的訊號，藉由差分計算來算出其時間差分△y_n，t(步驟303)。
其次，對於取得的時間差分的訊號△y_n，t檢測出時間平均值μ_n，t及時間標準偏差值σ_n，t以及正規化差分訊號z_n，t(步驟304)。而且，使用正規化差分訊號z_n，t的共分散行列R_t會在每時刻t被更新(步驟305)。
對於取得的共分散行列R_t進行主成分分析，算出形成對應於該相關行列的正規正交基底之基底向量f_k(k=1，…，N)及各基底向量的固有值λ_k。而且，連結對代表性表示同相性的向量b與f_k的內積的絶對值乘上固有值λ_k而取得的c_k的強度值的上位的基底向量，而求取同相成分基底向量行列P(步驟306)。
其次，根據同相成分基底向量行列P及正規化差分訊號z_t來推定同相成分v_t(步驟307)。而且，從正規化差分訊號z_t扣除同相成分v_t而去掉，算出同相成分除去後訊號x_t(步驟308)。而且，在積分處理累計x_t，算出作為表示同相成分被除去的任意的波長的 光的強度的變化的時間波形的訊號之積分訊號q_t(步驟309)。
利用表示如此取得的1個以上的波長之來自處理室102內的光的強度的變化之時間波形，來實行蝕刻量的判定(步驟310)，當被判定成到達所望的蝕刻量時，若來自處理室102內的光的檢測終了，則電漿會被熄滅，藉此的試料104表面的處理對象的膜層的蝕刻處理終了(步驟311)。當被判斷成蝕刻量未到達所望的值時，其次的該膜層的蝕刻會被繼續，在其次的時刻t+△t，來自處理室102內的光的檢測會藉由蝕刻量檢測器110來實施。
上述蝕刻的終點或蝕刻量的判定是可使用以往習知的手段、方法的技術，檢測出來自接觸於處理對象的膜層的下方的境界而配置之下膜層的反應生成物的波長之來自電漿的發光的強度的變化等。並且，可使用檢測出來自包含預先被配置於試料104表面的複數的膜層之膜構造的複數的境界面的干擾光的強度的變化，比較此檢測結果與預先被取得的殘餘膜厚度的值和以波長作為參數的干擾光的強度或其微分值的值的圖案，檢測出來自殘餘膜厚度或初期的膜厚度的蝕刻量之以往的技術。
在本實施例為了檢測出同相成分，來自處理室102的光之檢測中，其檢測的時間間隔△t是形成比關聯上述終點或蝕刻量的光的強度變化的期間小的值。例如，檢測出來自試料104表面的干擾光的強度的變化，而 檢測出殘餘膜厚度時，被設定成比隨著蝕刻的進展而在極大、極小之間增減變化的干擾光的強度的變化的周期或極大值與極小值之間的期間還要充分小。
在圖4中顯示本實施例的積分訊號的時間波形。圖4是表示在圖1的實施例中所被檢測出，作為表示同相成分被除去後之來自處理室的光的強度的變化者復原後的時間波形的圖表。如本圖所示般，可知與圖5所示的時間波形作比較，同相成分會被減低。
另外，本發明並非限於上述的實施例，還包含各種的變形例。例如，上述的實施例是為了容易了解說明本發明，而詳細說明者，並非一定限於具備說明過的全部構成者。
並且，可將某實施例的構成的一部分置換成其他的實施例的構成，而且，亦可在某實施例的構成加上其他的實施例的構成。又，可針對各實施例的構成的一部分，實施其他的構成的追加‧削除‧置換。
又，上述的各構成、機能、處理部、處理手段等是亦可例如藉由積體電路設計等來以硬體實現該等的一部分或全部。又，上述的各構成、機能等是亦可藉由處理器所解釋實行各個機能的程式來以軟體實現。實現各機能的程式、表、檔案等的資訊是可置於記憶體或硬碟、SSD(Solid State Drive)等的記錄裝置，或者IC卡、SD卡、DVD等的記錄媒體。
並且，控制線或資訊線是顯示說明上必要 者，未必揭示製品上全部的控制線或資訊線。在實際的裝置中，予以構成的多數的零件的各個或組合該等而構成的單元彼此間會互相連接。
100‧‧‧電漿處理裝置
101‧‧‧真空容器
102‧‧‧處理室
103‧‧‧電漿
104‧‧‧試料
105‧‧‧試料台
110‧‧‧蝕刻量檢測器
111‧‧‧分光器
112‧‧‧蝕刻量判定部
113‧‧‧顯示器
120‧‧‧同相成分除去裝置

Claims (8)

  1. 一種電漿處理裝置，係利用形成於該處理室內的電漿來蝕刻處理被配置於真空容器內部的處理室內所配置的試料之電漿處理裝置，其特徵係具備：光檢測器，其係於前述試料的處理中的複數的時刻，檢測出來自前述處理室內的複數的波長的光的強度；成分檢測器，其係利用將時間序列的資料予以主成分分析後的結果來檢測出在從前述光檢測器的輸出取得的前述複數的時刻之中的任意的時刻的前述複數的波長的時間序列的資料的差分值之間相關性高的成分；及判定器，其係根據利用前述相關性高的成分被除去的前述時間序列的資料來檢測出的至少1個的前述複數的波長的光的強度的變化，來判定前述蝕刻處理的量。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述複數的時刻的間隔比前述光的強度的極大值與極小值之間的變化所要的時間小。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，前述成分檢測器係利用將前述時間序列的資料予以主成分分析後的結果來檢測出在從前述光檢測器的輸出取得的前述複數的時刻之中的任意的時刻的前述複數的波長的時間序列的資料的差分值之間在該時刻同步產生的成分。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，前述成分檢測器係根據前述相關性高的成分的強度所按照預定的分布的機率變數之機率來檢測出該相關性高的 成分。
  5. 一種電漿處理方法，係於真空容器內部的處理室內配置試料，利用形成於該處理室內的電漿來蝕刻處理之電漿處理裝置的運轉方法，其特徵為：在前述試料的處理中的複數的時刻檢測出來自前述處理室內的複數的波長的光的強度，利用將前述時間序列的資料予以主成分分析後的結果來檢測出在從被檢測出的光的強度取得的前述複數的時刻之中的任意的時刻的前述複數的波長的時間序列的資料的差分值之間相關性高的成分，根據利用該相關性高的成分從前述時間序列的資料被除去的結果來檢測出的至少1個的前述複數的波長的光的強度的變化，來判定前述蝕刻處理的量。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿處理方法，其中，前述複數的時刻的間隔比前述光的強度的極大值與極小值之間的變化所要的時間小。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之電漿處理方法，其中，利用將前述時間序列的資料予以主成分分析後的結果來檢測出在前述複數的時刻之中的任意的時刻的前述複數的波長的時間序列的資料的差分值之間在該時刻同步產生的成分。
  8. 如申請專利範圍第5或6項之電漿處理方法，其中，根據前述相關性高的成分的強度所按照預定的分布的機率變數之機率來檢測出該相關性高的成分。
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