(57)【要約】【課題】被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層を定量的に検出することのできる表面層検出装置、プラズマ処理装置および表面層検出方法を提供する。【解決手段】本発明における表面層検出装置１１は、シリコン基板２の表面にプラズマによる処理中に形成されたＳｉＣｌｘ層を検出するものであって、プローブ光発生装置１３と光検出器１６とを備えている。プローブ光発生装置１３は、シリコン基板２の表面にプローブ光を投光するものである。光検出器１６は、プローブ光発生装置１３により投光されシリコン基板２の表面で反射したプローブ光を受光するものである。表面層検出装置１１は、シリコン基板２の表面にＳｉＣｌｘ層が形成されている場合のプローブ光の強度と、シリコン基板２の表面にＳｉＣｌｘ層が形成されていない場合のプローブ光の強度とに基づいてＳｉＣｌｘ層の検出を行なっている。【選択図】        図１
2004327899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層を検出する表面層検出装置であって、
前記被検出物の表面に検出用光を投光する検出用光投光装置と、
前記検出用光投光装置により投光され前記被検出物の表面で反射した前記検出用光を受光する受光装置とを備え、
前記被検出物の表面に前記層が形成されている場合の前記検出用光の強度と、前記被検出物の表面に前記層が形成されていない場合の前記検出用光の強度とに基づいて前記層の検出を行なう、表面層検出装置。
【請求項２】
被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層を除去するための除去用光を投光する除去用光投光装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の表面層検出装置。
【請求項３】
前記検出用光投光装置は前記被検出物の表面に対して７３度以上７６度以下の入射角で前記検出用光を投光することを特徴とする、請求項１または２に記載の表面層検出装置。
【請求項４】
前記検出用光は白色光であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の表面層検出装置。
【請求項５】
前記検出用光が前記被検出物の表面で反射してから前記受光装置で受光されるまでの前記検出用光の経路に配置された干渉フィルタまたは分光器をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の表面層検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の表面層検出装置を備えるプラズマ処理装置であって、
前記被検出物を内部に保持し、かつプラズマを内部に発生させることのできる反応容器と、
前記プラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
前記表面層検出装置で得られた情報に基づいて前記反応容器内でのプラズマの発生を制御するために前記プラズマ発生装置を制御するプラズマ制御装置とをさらに備える、プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ制御装置は、前記受光装置で受光した前記検出用光の強度に基づいて前記被検出物の表面に形成された層を検出する処理装置と、前記処理装置の検出結果に基づいて前記プラズマ発生装置を制御する制御装置とを有することを特徴とする、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層を検出する表面層検出方法であって、
前記層が形成されていない前記被検出物の表面に検出用光を投光し、前記被検出物の表面で反射した前記検出用光の第１の強度を測定する工程と、前記層が形成された前記被検出物の表面に検出用光を投光し、前記被検出物の表面で反射した前記検出用光の第２の強度を測定する工程と、前記第１および第２の強度に基づいて前記被検出物の表面に形成された前記層を検出する工程とを備える、表面層検出方法。
【請求項９】
前記検出用光の第１の強度は、前記被検出物の表面に形成された前記層を除去するための除去用光を前記被検出物の表面に投光しながら測定されることを特徴とする、請求項８に記載の表面層検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面層検出装置、プラズマ処理装置および表面層検出方法に関し、特に被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層を検出する表面層検出装置、プラズマ処理装置および表面層検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスや液晶ディスプレイ装置等の製造工程、あるいは他の任意の微細加工工程において、減圧下でプラズマを発生させ、そのプラズマを利用して半導体デバイスや液晶ディスプレイ装置などの基板を処理する各種のプラズマ処理が広く行なわれている。このようなプラズマ処理を行なう際に、プラズマによって基板の表面に形成された層（表面層）を検出可能なプラズマ処理装置が、たとえばＣ．Ｃ．Ｃｈｅｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｐｕｌｓｅｄ  ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｌａｙｅｒ  ｄｕｒｉｎｇ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｉｎ  ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｐｌａｓｍａｓ  ｏｆ  Ｃｌ２  ａｎｄ  Ｃｌ２／Ｏ２  ｍｉｘｔｕｒｅｓ”，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ａ１２（５），  Ｓｅｐ／Ｏｃｔ（１９９４），  ｐｐ．２６３０−２６４０（非特許文献１）に記載されている。上記文献に記載されているプラズマ処理装置は、以下の構成を備えている。
【０００３】
プラズマ処理装置は、反応室とＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源とパルスレーザ発生装置と蛍光計測装置とを主に備えている。反応室は中央窓と観測用窓とを有している。反応室内にはステージが設けられていて、ステージ上にはシリコン基板が設置されている。ＲＦ電源は、反応室内にＲＦ電力を放射するためのコイルと電気的に接続されている。コイルは反応室の中央窓の付近に設置されている。パルスレーザ発生装置は、発生したレーザ光が中央窓を介して反応室内のシリコン基板の表面に投光されるように配置されている。蛍光計測装置は反応室の観測用窓の付近に設置されている。
【０００４】
続いて、上記プラズマ処理装置の動作原理について説明する。
反応室内に減圧下で塩素ガスが導入され、コイルから反応室内にＲＦ電力が放射されると、反応室内には塩素プラズマが発生する。すると、塩素プラズマに含まれる中性活性種である塩素分子（Ｃｌ２）や塩素原子（Ｃｌ）がシリコン基板に化学吸着し、シリコン基板の表面には、ＳｉＣｌｘ（ｘ＝１〜４）で表わされる表面層（以下、ＳｉＣｌｘ層）が形成される。そして、このＳｉＣｌｘ層に、塩素プラズマに含まれるＣｌ２＋やＣｌ＋などの高エネルギの正イオンが入射すると、ＳｉＣｌやＳｉＣｌ２などの反応生成物がＳｉＣｌｘ層から脱離する。これにより、ＳｉＣｌｘ層が除去され、シリコン基板の表面のプラズマ処理が進行する。
【０００５】
このプラズマ処理においては、レーザー光が照射されることによってＳｉＣｌｘ層が検出される。すなわち、ＳｉＣｌｘ層はレーザ光との相互作用によっても脱離する性質を有している。そこで、適当な強度のレーザ光がシリコン基板の表面に投光されることにより、形成されたＳｉＣｌｘ層の全てがＳｉＣｌなどの反応生成物となって脱離する。その結果、シリコン基板の表面にはＳｉＣｌｘ層がなくなり、清浄なシリコン（Ｓｉ）表面が露出される。レーザ光は、たとえば３０８ｎｍの波長で、２０ｎｓのパルス幅であるものが用いられる。
【０００６】
ＳｉＣｌｘ層から脱離したＳｉＣｌなどの反応生成物は、レーザ光を吸収して基底準位から励起準位に励起される。しかし、この励起準位は安定ではないため、ＳｉＣｌｘ層から脱離したＳｉＣｌなどの反応生成物は、約１０ｎｓの寿命で再び基底準位に遷移する。励起準位から基底準位へ遷移する際、ＳｉＣｌは２９０ｎｍ〜３００ｎｍの波長の蛍光を放出する。このＳｉＣｌからの蛍光が観測用窓を介して蛍光計測装置で受光され、レーザ誘起蛍光分光法に基づいて、脱離したＳｉＣｌｘ層が検出される。このようにＳｉＣｌｘ層を検出することで、プラズマ処理中における被処理面の状態を検出することができる。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｃ．Ｃｈｅｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｐｕｌｓｅｄ  ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｌａｙｅｒ  ｄｕｒｉｎｇ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｉｎ  ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｐｌａｓｍａｓ  ｏｆ  Ｃｌ２  ａｎｄ  Ｃｌ２／Ｏ２  ｍｉｘｔｕｒｅｓ”，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ａ１２（５），  Ｓｅｐ／Ｏｃｔ（１９９４），  ｐｐ．２６３０−２６４０
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のプラズマ処理装置では、反応室内には、レーザ光との相互作用によって脱離したＳｉＣｌの他に、塩素プラズマに含まれるＣｌ２＋やＣｌ＋などの正イオンが入射することによって脱離したＳｉＣｌが存在している。このため、蛍光計測装置で受光される蛍光は、レーザ光との相互作用によって脱離したＳｉＣｌからの蛍光と、Ｃｌ２＋やＣｌ＋などの正イオンが入射することによって脱離したＳｉＣｌからの蛍光とを含んでいる。したがって、レーザ光との相互作用によって脱離したＳｉＣｌ、すなわちシリコン基板の表面に形成されていたＳｉＣｌｘ層について、蛍光計測装置で受光される蛍光の強度に基づいて定量的に検出することはできないという問題があった。このため、プラズマ処理中における被処理面の状態を正確に検出することはできず、プラズマ処理中における被処理面の状態に基づいてプラズマ処理の制御を行なうことも困難であった。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層を定量的に検出することのできる表面層検出装置、プラズマ処理装置および表面層検出方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明における表面層検出装置は、被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層を検出する表面層検出装置であって、検出用光投光装置と受光装置とを備えている。検出用光投光装置は、被検出物の表面に検出用光を投光するものである。受光装置は、検出用光投光装置により投光され被検出物の表面で反射した検出用光を受光するものである。表面層検出装置は、被検出物の表面に層が形成されている場合の検出用光の強度と、被検出物の表面に層が形成されていない場合の検出用光の強度とに基づいて層の検出を行なっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における表面層検出装置が設置されているプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。
【００１３】
図１を参照して、プラズマ処理装置２０は、反応室１とＲＦ電源４と表面層検出装置１１とを備えている。
【００１４】
反応室１は、反応容器を構成していて、シリコン基板２を内部に保持し、かつプラズマを内部に発生させるためのものである。反応室１は、たとえば石英よりなる中央窓９と投光窓１４と観測窓１０との３つの窓を有している。反応室１内には、ステージ３が設けられていて、ステージ３上には被検出物であるシリコン基板２が設置されている。
【００１５】
ＲＦ電源４はコイル５と電気的に接続されていて、ＲＦ電源４とコイル５とはプラズマ発生装置を構成している。コイル５は中央窓９の付近に設置されている。
【００１６】
表面層検出装置１１は、プローブ光発生装置１３と光検出器１６とパルスレーザ発生装置６とを備えている。このうちプローブ光発生装置１３は、シリコン基板２の表面層を検出するための検出用光である微弱な光（プローブ光）をシリコン基板２の表面に投光する装置であり、検出用光投光装置を構成している。プローブ光発生装置１３は、発生したプローブ光が投光窓１４を介してシリコン基板２の表面に投光されるように配置されている。プローブ光発生装置１３から発生したプローブ光は、シリコン基板２の表面に対してたとえば７５度の入射角で入射される。プローブ光発生装置１３としては、たとえばＨｅ（ヘリウム）−Ｎｅ（ネオン）レーザ光発生装置が用いられる。プローブ光発生装置１３は、たとえば６３２．８ｎｍの波長で１ｍＷ以下のパワーのレーザ光を発生する。また、プローブ光発生装置１３としては、プローブ光としてたとえば白色光を発生するものでもよい。
【００１７】
光検出器１６は受光装置を構成していて、プローブ光発生装置１３から投光されシリコン基板２の表面で反射したプローブ光が、観測窓１０および干渉フィルタ１５を介して受光されるように配置されている。干渉フィルタ１５は、プローブ光以外の波長の光を干渉によって除去する光学フィルタであり、プローブ光がシリコン基板２の表面で反射してから光検出器１６で受光されるまでのプローブ光の経路に配置されている。
【００１８】
パルスレーザ発生装置６は、除去用光であるレーザ光を一定間隔で繰り返し発生する装置である。パルスレーザ発生装置６は、発生したレーザ光がレンズ７とミラー８と中央窓９とを介して反応室１内のシリコン基板２の表面に投光されるように配置されている。パルスレーザ発生装置６とレンズ７とミラー８とは除去用光投光装置を構成している。パルスレーザ発生装置６としては、たとえばエキシマレーザ発生装置やＹＡＧ（ｙｔｔｒｉｕｍ−ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｇａｒｎｅｔ）レーザ発生装置などが用いられる。
【００１９】
次に、本実施の形態におけるプラズマ処理装置２０の動作原理について説明する。
【００２０】
反応室１内に減圧下でＣｌ２が導入され、コイル５から反応室１内にＲＦ電力が放射されると、反応室１内には塩素プラズマが発生する。すると、塩素プラズマに含まれる中性活性種であるＣｌ２やＣｌがシリコン基板２に化学吸着し、シリコン基板２の表面には、ＳｉＣｌｘ層が形成される。そして、塩素プラズマに含まれるＣｌ２＋やＣｌ＋などの高エネルギの正イオンがこのＳｉＣｌｘ層に入射すると、ＳｉＣｌやＳｉＣｌ２などの反応生成物がＳｉＣｌｘ層から脱離する。これにより、ＳｉＣｌｘ層が除去され、シリコン基板２の表面のプラズマ処理が進行する。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態１におけるＳｉＣｌｘ層の厚さの時間変化を模式的に示す図である。
【００２２】
図２を参照して、パルスレーザ発生装置６からレーザ光が発生されている場合（図２中「レーザ光ＯＮ」の場合）には、シリコン基板２の表面に形成されたＳｉＣｌｘ層の全てがＳｉＣｌなどの反応生成物となって脱離するか、気体となって蒸発する。その結果、シリコン基板の表面にはＳｉＣｌｘ層がなくなり、清浄なシリコン表面が露出される。
【００２３】
一方、パルスレーザ発生装置６からレーザ光が発生されていない場合（図２中「レーザ光ＯＦＦ」の場合）には、塩素プラズマに含まれるＣｌ２やＣｌがシリコン基板２に化学吸着し、シリコン基板２の表面にＳｉＣｌｘ層が形成される。ここで、形成されたＳｉＣｌｘ層に、塩素プラズマに含まれるＣｌ２＋やＣｌ＋などが入射すると、ＳｉＣｌやＳｉＣｌ２などの脱離によりＳｉＣｌｘ層が除去される。つまり、ＳｉＣｌｘ層は、形成されると同時に除去され、これらの形成する速度と除去する速度とが釣り合う。その結果、ＳｉＣｌｘ層の厚さは一定時間経過後に一定となる。
【００２４】
次に、本実施の形態における表面層検出装置の動作原理について説明する。
図１を参照して、プローブ光発生装置１３から発生したプローブ光は、たとえば偏光子によりｐ偏光とされて、投光窓１４を介してシリコン基板２の表面に投光される。そして、プローブ光はシリコン基板２の表面で反射し、観測窓１０および干渉フィルタ１５を介して光検出器１６で受光される。ここで、プローブ光の反射率は、Ｓｉで反射する場合とＳｉＣｌｘ層で反射する場合とで異なる。このため、光検出器１６で検出されるプローブ光の強度は、Ｓｉで反射する場合とＳｉＣｌｘ層で反射する場合とで異なる。
【００２５】
図３は、本発明の実施の形態１における表面層検出装置で検出されるプローブ光の強度の時間変化を示す図である。
【００２６】
図３を参照して、表面層検出装置１１の光検出器１６で検出されるプローブ光の強度は周期的に変化している。すなわち、パルスレーザ発生装置６からレーザ光が発生されている場合（図３中「レーザ光ＯＮ」の場合）には、清浄なＳｉ表面が露出されている（ＳｉＣｌｘ層が形成されていない）ので、プローブ光はＳｉ表面で反射する。このため、プローブ光の強度は第１の強度Ｉ（ＯＮ）となる。一方、パルスレーザ発生装置６からレーザ光が発生されていない場合（図３中「レーザ光ＯＦＦ」の場合）には、シリコン基板２の表面にＳｉＣｌｘ層が形成されるので、プローブ光はＳｉＣｌｘ層で反射する。このため、プローブ光の強度は第２の強度であるＩ（ＯＦＦ）となる。
【００２７】
プローブ光がｐ偏光である場合、このようにして得られたプローブ光の強度Ｉ（ＯＮ）およびＩ（ＯＦＦ）と、ＳｉＣｌｘ層の厚さｄとの間には、以下の関係が成り立っている。
【００２８】
【数１】
2004327899.tif 000003
【００２９】
上記式において、ε１は真空中の複素誘電率、ε２はＳｉＣｌｘ層の複素誘電率、ε３はＳｉＣｌｘ層の複素誘電率、θはプローブ光の入射角、λはプローブ光の波長（ｍ）である。
【００３０】
また、ＳｉＣｌｘ層が１原子層以下の場合には、以下の式からＳｉＣｌｘ層の被覆率Θ（０≦Θ≦１）が算出される。
【００３１】
【数２】
2004327899.tif 000004
【００３２】
上記式において、ｄ０はＳｉＣｌｘ層１原子層分の厚さ、ｄは式（１）から得られたＳｉＣｌｘ層の厚さである。式（１）および式（２）により、Ｉ（ＯＮ）とＩ（ＯＦＦ）とに基づいてＳｉＣｌｘ層の厚さおよび被覆率が算出できるので、ＳｉＣｌｘ層の定量的な検出が可能となる。なお、プローブ光の強度は微弱であるため、プローブ光がＳｉＣｌｘ層に与える影響はごくわずかである。
【００３３】
本実施の形態の表面層検出装置１１および表面層検出方法によれば、シリコン基板２の表面で反射して光検出器１６で受光されたプローブ光の強度Ｉ（ＯＮ）とＩ（ＯＦＦ）とに基づいてＳｉＣｌｘ層が検出されている。したがって、ＳｉＣｌｘ層から脱離したＳｉＣｌからの蛍光に基づいてＳｉＣｌｘ層の検出を行なっていないので、塩素プラズマに含まれるＣｌ２＋やＣｌ＋イオンによって脱離したＳｉＣｌの影響を受けずにＳｉＣｌｘ層が検出可能である。したがって、シリコン基板２の表面にプラズマによる処理中に形成されたＳｉＣｌｘ層を定量的に検出することができる。さらに、プラズマ処理中における被処理面の状態を正確に検出することができるので、プラズマ処理中における被処理面の状態に基づいてプラズマ処理の制御を行なうことができる。
【００３４】
本実施の形態の表面層検出装置１１において好ましくは、シリコン基板２の表面にプラズマによる処理中に形成されたＳｉＣｌｘ層を除去するためのレーザ光を投光するパルスレーザ発生装置６をさらに備えている。
【００３５】
本実施の形態の表面層検出方法において好ましくは、Ｉ（ＯＮ）は、シリコン基板２の表面に形成されたＳｉＣｌｘ層を除去するためのレーザ光をシリコン基板２の表面に投光しながら測定される。
【００３６】
パルスレーザ発生装置６からシリコン基板２の表面に適当な強度のレーザ光が投光されると、形成されたＳｉＣｌｘ層の全てがＳｉＣｌなどの反応生成物となって脱離するか、気体となって蒸発する。したがって、この性質を利用してＳｉ表面で反射した場合のプローブ光の強度Ｉ（ＯＮ）を容易に得ることができる。また、塩素プラズマによりＳｉＣｌｘ層が除去されるとともに、パルスレーザ発生装置により発生されるレーザ光によりＳｉＣｌｘ層が除去されるので、プラズマ処理を一層効率よく行なうことができる。
【００３７】
本実施の形態において好ましくは、プローブ光発生装置１３はシリコン基板２の表面に対して７３度から７６度の入射角でプローブ光を投光している。これにより、シリコン基板２の表面において、シリコン基板２の表面に垂直方向のプローブ光の電場が増大するので、ＳｉＣｌｘ層の検出感度が向上する。
【００３８】
本実施の形態において好ましくは、プローブ光は白色光である。白色光はさまざまな波長を有しているので、このようなプローブ光を受光することで、ＳｉＣｌｘ層の誘電率の波長依存性が光検出器１６で得られる。これにより、シリコン基板２の表面に形成されたＳｉＣｌｘ層についてのより詳しい情報が得られる。
【００３９】
本実施の形態において好ましくは、プローブ光がシリコン基板２の表面で反射してから光検出器１６で受光されるまでのプローブ光の経路に配置された干渉フィルタ１５をさらに備えている。これにより、プローブ光以外の波長の光が除去され、プローブ光のみを光検出器１６で受光することができるので、光検出器１６で受光されるプローブ光のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比が向上する。
【００４０】
なお、本実施の形態においてはプローブ光がｐ偏光である場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、プローブ光がたとえばｓ偏光であってもよい。プローブ光がｓ偏光である場合、プローブ光の強度Ｉ（ＯＮ）およびＩ（ＯＦＦ）と、ＳｉＣｌｘ層の厚さｄとの間には、以下の関係が成り立っている。
【００４１】
【数３】
2004327899.tif 000005
【００４２】
これにより、ＳｉＣｌｘ層の厚さおよび被覆率が算出可能となる。
また、本実施の形態においては、パルスレーザ発生装置６からレーザ光が発生されている場合のプローブ光の強度Ｉ（ＯＮ）と、パルスレーザ発生装置６からレーザ光が発生されていない場合のプローブ光の強度Ｉ（ＯＦＦ）とに基づいてＳｉＣｌｘ層の定量的な検出が行なわれたが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、被検出物の表面に層が形成されていない場合のプローブ光の強度と、被検出物の表面に層が形成されている場合とのプローブ光の強度とに基づいて、被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層の定量的な検出が行なわれればよい。
【００４３】
また、本実施の形態においては、干渉フィルタ１５を介してプローブ光が光検出器１６で受光される場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、たとえば分光器を介してプローブ光が受光されてもよい。
【００４４】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。
【００４５】
図４を参照して、本実施の形態のプラズマ処理装置２０は、プラズマ制御装置１９をさらに備えている。このプラズマ制御装置１９は、データ処理装置１７（処理装置）と制御装置１８とを有している。データ処理装置１７は、光検出器１６で受光したプローブ光の強度に基づいてシリコン基板２の表面に形成されたＳｉＣｌｘ層を定量的に検出するものである。データ処理装置１７は光検出器１６と電気的に接続されている。制御装置１８は、データ処理装置１７の検出結果に基づいてＲＦ電源４を制御するものである。制御装置１８は、データ処理装置１７とＲＦ電源４と電気的に接続されている。
【００４６】
なお、これ以外の構成については図１に示す実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
続いて、本実施の形態におけるプラズマ処理装置２０の動作について説明する。
【００４８】
光検出器１６で受光したプローブ光の強度の信号（情報）は、データ処理装置１７へ伝送される。データ処理装置１７は、プローブ光の強度に基づいてシリコン基板２の表面に形成されたＳｉＣｌｘ層を定量的に検出する。データ処理装置１７で算出したＳｉＣｌｘ層の厚さおよび被覆率についてのデータの信号は、制御装置１８へ伝送される。制御装置１８は、データ処理装置１７で検出したＳｉＣｌｘ層の厚さおよび被覆率についてのデータに基づいてプラズマの発生を制御するためにＲＦ電源４の出力を制御する。制御装置１８は、ＳｉＣｌｘ層の厚さが一定となるようにＲＦ電源４の出力を制御する。なお、ＲＦ電源４の出力が制御される際には、パルスレーザ発生装置６においてレーザ光は発生されていない。
【００４９】
図５は、本実施の形態２におけるＳｉＣｌｘ層の厚さの時間変化を模式的に示す図である。
【００５０】
図５を参照して、制御装置１８によるＲＦ電源４の制御が行なわれず、ＲＦ電源４の出力がたとえば一定に保たれた場合には、プラズマ処理が進行するとともに、形成されるＳｉＣｌｘ層の厚さが減少してしまう。この現象は次の理由に起因するものである。すなわち、コイル５に電力が供給されるとコイル５自体の温度が上昇し、コイル５の抵抗が増加する。コイル５の抵抗が増加すると、コイルの電力消費量が増加し、プラズマに供給されるＲＦ電力が低下するために、形成されるＳｉＣｌｘ層の厚さが減少する。ＳｉＣｌｘ層の厚さが減少する結果、ＳｉＣｌｘ層の除去速度も減少し、プラズマ処理の安定性や再現性が悪化してしまう。
【００５１】
一方、本実施の形態におけるプラズマ処理装置２０によれば、データ処理装置１７で検出したＳｉＣｌｘ層の厚さおよび被覆率についてのデータに基づいてＲＦ電源４の出力が制御されている。このため、ＳｉＣｌｘ層の厚さが一定に保たれている。
【００５２】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置２０によれば、表面層検出装置１１で得られた情報に基づいて反応室１内でのプラズマの発生を制御するためにＲＦ電源４が制御される。このため、プラズマ処理中における被処理面の状態に基づいてプラズマ処理の制御を行なうことができるので、シリコン基板２のプラズマ処理が精度よく行なわれ、プラズマ処理プロセスの安定性や再現性が向上する。
【００５３】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置２０において好ましくは、プラズマ制御装置１９は、光検出器１６で受光したプローブ光の強度に基づいてシリコン基板２の表面に形成されたＳｉＣｌｘ層を検出するデータ処理装置１７と、データ処理装置１７の検出結果に基づいてプラズマ発生装置を制御する制御装置１８とを有している。これにより、表面層検出装置１１で得られた情報に基づいて、プラズマの発生の制御を容易に行なうことができる。
【００５４】
なお、本実施の形態においては、プラズマ制御装置１９がデータ処理装置１７と制御装置１８とを有している場合について示したが、本発明はこのような場合に限られるものではなく、プラズマ制御装置が、表面層検出装置で得られた情報に基づいてプラズマの発生を制御するためにプラズマ発生装置を制御するものであればよい。
【００５５】
実施の形態１および２においては、シリコン基板２の表面にＳｉＣｌｘ層が形成される場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、たとえばフッ素や臭素などの他の種類のプラズマ中でシリコン基板以外の被測定物についてＳｉＣｌｘ層以外の表面層が形成される場合にも適用可能である。
【００５６】
本発明のプラズマ処理装置は、たとえば被測定物をエッチングする場合や、被測定物の表面のクリーニングを行なう場合などに適用可能である。
【００５７】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の表面層検出装置によれば、被検出物の表面で反射して受光装置で受光された検出用光の強度に基づいて、被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層が検出されている。したがって、被検査物の表面から脱離した分子や原子からの蛍光に基づいて表面層の検出を行なっていないので、プラズマに含まれるイオンによって脱離した分子や原子の影響を受けずに被検査物の表面に形成された層が検出可能である。したがって、被検出物の表面にプラズマによる処理中に形成された層を定量的に検出することができる。さらに、プラズマ処理中における被処理面の状態を正確に検出することができるので、プラズマ処理中における被処理面の状態に基づいてプラズマ処理の制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における表面層検出装置が設置されているプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＳｉＣｌｘ層の厚さの時間変化を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における表面層検出装置で検出されるプローブ光の強度の時間変化を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるＳｉＣｌｘ層の厚さの時間変化を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１  反応室、２  シリコン基板、３  ステージ、４  ＲＦ電源、５  コイル、６  パルスレーザ発生装置、７  レンズ、８  ミラー、９  中央窓、１０  観測窓、１１  表面層検出装置、１３  プローブ光発生装置、１４  投光窓、１５  干渉フィルタ、１６  光検出器、１７  データ処理装置、１８  制御装置、１９プラズマ制御装置、２０  プラズマ処理装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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