(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）複数の電極部分を有するプラズマ反応炉内に基板を配置することと、
ｂ）前記プラズマ反応炉内でプラズマを生成することと、
ｃ）基板のプラズマ処理中、基板の一面に平行な方向に互いに離間している、プラズマの複数の異なった領域から発した光放射をモニタすることと、
ｄ）前記プラズマの複数の異なった領域の各々について、積算されたパワースペクトルを決定し、前記積算されたパワースペクトルの各々を所定の値と比較することと、
ｅ）前記積算されたパワースペクトルの前記所定の値からの差異に基づいて、前記複数の電極部分の各々に供給されるＲＦ電力を調節することと、
を具備する、基板のプラズマ処理を調節するための方法。
【請求項２】
前記ＲＦ電力を調節する工程は、基板に平行な方向での、プラズマの特性を変化させるように行われる、請求項１の方法。
【請求項３】
ａ）前記プラズマの複数の異なった領域の各々について、１以上の所定のガスに対応する所定の波長でのパワースペクトルの大きさを特定することと、
ｂ）各前記領域について、前記パワースペクトルの大きさを所定の値と比較することと、
ｃ）前記積算されたパワースペクトルの大きさの前記所定の値からの差異に基づいて、１以上の電極部分に供給される電力を調節することと、
をさらに具備する請求項１の方法。
【請求項４】
前記積算されたパワースペクトルの大きさの前記差異が所定の値の範囲内になるまで、上述した工程を繰り返す工程をさらに具備する請求項３の方法。
【請求項５】
ａ）プラズマを収容可能なプラズマ反応チャンバと、
ｂ）基板を支持するための基板ペデスタルと、
ｃ）前記チャンバ内で前記基板の近くに配置されている分割電極組体であって、前記組体は複数の電極部分を有している、分割電極組体と、
ｄ）前記分割電極組体における複数のボアと気体連通され、前記プラズマ反応チャンバにガスを供給するガス供給システムと、
ｅ）複数のＲＦ電力供給装置であって、各前記供給装置は前記複数の電極部分の内の対応する１つの電極部分に電気的に接続されている、複数のＲＦ電力供給装置と、
ｆ）前記電極組体における前記複数のボア内に組み込まれている複数の光ファイバセンサであって、前記複数のセンサの各々は第１及び第２の端部を有し、前記第２の端部は、プラズマの複数の領域の夫々からの光を受け、当該光を前記第１の端部に導くように配置されている、複数の光ファイバセンサと、
ｇ）前記複数のボア内の前記複数の光ファイバセンサを支持している複数の支持部材であって、前記複数の支持部材の各々は少なくとも１つのアパーチャを規定しており、当該アパーチャによって、複数の光ファイバセンサが組み込まれている複数のボアをガスが通過可能となる、複数の支持部材と、
ｈ）前記光ファイバセンサの前記第１の端部からの光を受けて、当該光を、プラズマを横切る位置の関数として、当該光のスペクトル成分に対応する電気的な出力信号に変換するように配置されているセンサアレイシステムと、
ｉ）前記センサアレイシステムと前記複数のＲＦ電力供給装置とに電気的に接続されている、前記センサアレイシステムからの前記電気的な出力信号に基づいて、前記複数の電極部分へのＲＦ電力を制御するための制御システムと、
を具備し、
前記複数の支持部材の各々は、筒状本体であって、前記筒状本体を通過している軸方向ボアを備え、前記軸方向ボア内に前記複数の光ファイバセンサの内の少なくとも１つの光ファイバセンサを収容している、筒状本体と、前記筒状本体から径方向に延びている装着プレートと、を有し、前記装着プレートは前記少なくとも１つのアパーチャを規定しており、当該アパーチャによって装着プレートをガスが通過可能となる、
プラズマを用いる基板の処理を制御するためのプラズマ処理システム。
【請求項６】
ａ）前記コントローラと電気的に接続され、前記プラズマチャンバと気体連通されている真空システムと、
ｂ）流れる冷却液を収容する電極チャンバと、
ｃ）前記電極チャンバと液体連通され、前記制御システムと電気的に接続されている冷却システムと、
をさらに具備し、
前記ガス供給システムは、前記制御システムと電気的に接続されている、
請求項５のシステム。
【請求項７】
ａ）プラズマ反応システム内に搭載されている場合には、基板にほぼ平行に配置され、互いに接近して配置されている複数のほぼ平らな電極部分と、
ｂ）前記複数の電極部分間に配置されている複数の絶縁部材であって、各絶縁部材は各絶縁部材に形成されているセンサボアを有する、複数の絶縁部材と、
ｃ）複数の光ファイバセンサであって、各光ファイバセンサは第１及び第２の端部を有し、前記第２の端部は、プラズマの複数の領域の夫々からの光を受けるように、複数のセンサボアの夫々内で保持されている、複数の光ファイバセンサと、
ｄ）前記複数のセンサボア内の前記複数の光ファイバセンサを支持している複数の支持部材であって、前記複数の支持部材の各々は少なくとも１つのアパーチャを規定しており、当該アパーチャによって、複数の光ファイバセンサが保持されている複数のセンサボアをガスが通過可能となり、前記複数の支持部材の各々は、筒状本体であって、前記筒状本体を通過している軸方向ボアを備え、前記軸方向ボア内に前記複数の光ファイバセンサの内の少なくとも１つの光ファイバセンサを収容している、筒状本体と、前記筒状本体から径方向に延びている装着プレートと、を有し、前記装着プレートは前記少なくとも１つのアパーチャを規定しており、当該アパーチャによって装着プレートをガスが通過可能となる、複数の支持部材と、
を具備する、プラズマを用いて基板を処理するプラズマ反応システムのための電極組体。
【請求項８】
前記装着プレートはディスク状をなす、請求項７の電極組体。
【請求項９】
前記装着プレートは前記筒状本体から外向きに延びている複数のスポークを有する、請求項７の電極組体。
【請求項１０】
ａ）複数の電極部分を有するプラズマ反応炉内に基板を配置することと、
ｂ）前記プラズマ反応炉内でプラズマを生成することと、
ｃ）基板のプラズマ処理中、基板の一面に平行な方向に互いに離間している、プラズマの複数の異なった領域から発した光放射をモニタすることと、
ｄ）前記プラズマの複数の異なった領域の各々について、積算されたパワースペクトルを決定し、前記積算されたパワースペクトルの各々を所定の値と比較することと、
ｅ）前記積算されたパワースペクトルの大きさの前記所定の値からの差異に基づいて、プラズマの複数の異なった領域へのガスの流れを調節することと、
を具備する、基板のプラズマ処理を調節するための方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置、特に、プラズマ処理をモニタ及び制御するような光学的なモニタ及び制御システムを有しているプラズマ反応システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン化されているガス又は「プラズマ」は、半導体装置の、また、フラットパネルディスプレイの、並びに、材料のエッチング及び成長を必要としている他の産業における製造及び処理中、使用され得る。プラズマは、半導体集積回路（ＩＣ）ウェハから材料をエッチング又は除去するように、又は、半導体、導電体、並びに、絶縁体の表面へ材料をスパッタリング又は成長させるように使用され得る。製作又は製造処理で使用するようにプラズマを生成することは、典型的に、ＩＣウェハのようなワークピース（基板）を囲んでいるプラズマチャンバ内に低圧の処理ガスを導入することによって行われる。前記チャンバ内の低圧ガスの分子は、高周波（ＲＦ）エネルギー（電力）ソースによってイオン化され、基板を覆って流れるプラズマを生成する。前記プラズマチャンバは、プラズマに必要とされる低圧を維持し、ＲＦエネルギーソースとして働く１以上の電極を取着されるような構造として働くように、使用される。
【０００３】
プラズマは、個々の電子とガス分子との衝突を介して運動エネルギーを伝達することによって、個々のガス分子をイオン化する電子流を誘導することにより、低圧の処理ガスから生成され得る。典型的に、電子は、ＲＦ電力により生成されるような電場中で加速される。このＲＦ電力は、低周波数（５５０ｋＨｚより下）、高周波数（１３．５６ＭＨｚ）、又は、マイクロ波周波数（２．４５ＧＨｚ）を有し得る。
【０００４】
エッチングは、プラズマエッチング又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって行われ得る。プラズマエッチングシステムは、１つのＲＦ電源、又は、１以上の周波数で作動し、対応している数の電極を備えている複数のこのような電源を有しており、この複数の電極の少なくとも１つは、前記処理チャンバ内に配置されている。プラズマは、基板の近くに生成され、この基板は、典型的に電極と共面であり、前記処理チャンバ内の基板支持部材に支持される。ＲＦエネルギーは、容量性手段、誘導性手段、又は、容量性と誘導性との両方の手段でプラズマと結合され得る。プラズマ内の化学種は、使用されるソースガスによって決定される。
【０００５】
容量性結合を使用するプラズマエッチングの方法及び装置は、ＵＳ特許Ｎｏ．Ｒｅ．３０，５０５及び４，３８３，８８５においておおよそ示されている。容量性結合プラズマエッチング装置は、半導体基板即ちウェハが、配置される下部電極と、下部電極に対面している上部電極とを有している。前記下部及び上部電極は、各々のＲＦ電力供給装置に接続されている。前記上部電極は、複数の部分に分離されていることが可能であり、各部分は、専用のＲＦ電力の供給によって励磁（ｅｘｃｉｔｅ）され得る。ＲＦパワーは、ソースガスをイオン化し、従ってプラズマを生成する。高周波の範囲が、使用され得る。
【０００６】
プラズマを得るように容量性結合を使用している、ＩＣウェハの処理のための方法及び装置は、ＵＳ特許Ｎｏ．４，９４８，４５８において開示されている。開示されているプラズマエッチング装置は、少なくとも一部はＲＦ透過窓によって規定されている内部を含んでいる囲いを有している。平面コイルが、窓に接近して配置されており、ＲＦエネルギーソースが、インピーダンスをマッチングされている回路を通じて前記コイルに接続されている。前記平面コイルは、平面磁場が、前記囲いの前記内部に誘導されるようにＲＦエネルギーを発する。別の実施形態において、例えば、ＵＳ特許Ｎｏ．５，２３４，５２９において、磁場は、螺旋コイルによって生成され、この螺旋コイルは、磁場が、処理チャンバ内に通過することを可能にしている壁を有している処理チャンバの少なくとも一部を囲んでいる。この磁場は、ファラデーの法則に従って電場を生成する。このようにして、プラズマが、処理ガスから生成される。このプラズマは、半導体ウェハの表面と反応し、表面から材料をエッチングする。
【０００７】
プラズマは、半導体ウェハ上に、金属、半導体、並びに、絶縁体（又は、導電材、半導電材、絶縁材）の薄膜を形成するように化学気相成長（ＣＶＤ）においても使用され得る。プラズマＣＶＤは、所望の材料の成長のために必用な反応エネルギーを供給するようにプラズマを使用する。典型的に、ＲＦエネルギーは、このプラズマを生成するように使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
あいにく、プラズマ処理において、エッチング又は成長の処理の質を素早く評価することは困難である。現在、処理の質を評価するように使用される方法の１つは、反応炉内でウェハを処理する工程、ウェハを取り出す工程、所定のプラズマ処理の質を決定するのに必用なデータを得るようにウェハを検査する工程という、長ったらしく高価な複数の工程を含んでいる。さらに質量流量のコントローラの故障のような、装置の不調による処理の変化は、ほとんど常に処理の生産性を減少し、試験ウェハが、処理された後、検査されるまで通常補正され得ず、これは、時間の浪費であり、高価な提案（ｐｒｏｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。
【０００９】
従って、プラズマ反応システムでのプラズマ処理の質に関する情報を提供し得るその場での（ｉｎ  ｓｉｔｕ）モニタシステムを得ることは有益である。
【００１０】
光放射の分光は、プラズマエッチングシステムでの処理の終点を検出するように通常使用される方法である。プラズマが、プラズマ内に存在している所定の原子及び分子種を励起し、エッチングされた種を特徴づけている波長の光の放射を生じさせるゆえに、この技術は、その場で可能である。
【００１１】
光放射の分光を行うための光学的なモニタシステムにおいて、プラズマから放射される光の特定の波長は、選択され、光ダイオード、光電子増倍管、並びに、アレイの検出器のような検出器に与えられ、これら検出器は、光の強度を電気信号に変換する。検出された生の信号の強度は、検出された光のレベル（ｌｅｖｅｌ）に関係していることが知られている。特定の処理の反応生成物に関連している波長を選択することにより、処理は、特定の波長で、あるいは、スペクトルのスキャンによる全ての波長でモニタされ得る。特に、エッチングされる層の下の層から生成される放出に対応している波長を選択することにより、下の層が到達された時刻が、容易に検出され得る。エッチングされる膜が、基板の材料又は膜から完全に除去されたとき、ガス相と残されている膜との両方の化学組成が変化する。エッチングされる膜からの生成種は、もはや生成されず、幾つかの反応種の濃度は、もはや反応により消費されないために増大する。これら化学的な変化は、光放射の強度の変化として現われる。従って、適切な放射の特徴の強度を継続的にモニタすることによる、放射の強度における変化は、通常、エッチングされる膜の除去と、エッチング物質（ｅｔｃｈｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）と下の基板又は膜との接触とを知らせる。この変化は、処理の終点を知らせ、また、反応物からの放出の減少及び生成物からの放出の増加の結果であり得、あるいは、別の反応物からの放射の存在であり得る。
【００１２】
プラズマ処理におけるプラズマの特徴づけを行うための装置及び方法を開示している特許の１つが、ＵＳ特許Ｎｏ．５，６９１，６４２（’６４２特許）であり、この開示は、ここで参照に組み入れられる。特に、’６４２特許は、高周波ブロードバンド電磁測定に基づいて、閉じ込められているプラズマの分布と電子密度とを正確に特徴づけるための方法及び装置を開示している。この技術は、プラズマを通る電磁伝導の非侵入性のブロードバンドな測定を含んでいる。１つの方法において、マルチバリエーションな分析（ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ）の技術が、結果として生じたスペクトルの特徴と、電子密度又は電子分布のようなプラズマの特性とを関連づけるように利用される。代って、このような技術は、結果として生じたスペクトルと、プラズマが生成されるコンディションに関するパラメーターとを関連づけるように使用され得る。さらに、特に、定量的にプラズマを特徴づける技術は、校正プラズマを通る電磁的なエネルギーの伝導を測定することによって、１セットのブロードバンドな校正スペクトルを形成することを含んでいる。各ブロードバンドな校正スペクトルは、規定の定量的な特性に関係している異なった１セットの参照パラメーターを使用して得られる。この参照パラメーターは、例えば電子分布又は電子密度を有している校正プラズマの定量的な特性の知られている値を含み得る。代って、参照パラメーターは、特定のプラズマの定量的な特性との所定の実験的な関係を与える、チャンバ内の作動のコンディションの知られている値を含み得る。参照パラメーターの変換は、校正プラズマを通って伝達される電磁的なエネルギーの測定されたスペクトルと、参照パラメーターの値とを関連づけており、ブロードバンドな校正スペクトルに基づいて導かれる。そして、試験スペクトルは、対象のプラズマを通る電磁的なエネルギーの伝達を測定することにより得られる。従って、対象のプラズマの所定の定量的な特性の値は、参照パラメーターの変換を使用して試験スペクトルを分析することによって決定される。
【００１３】
しかしながら、’６４２特許で開示されている発明の主な欠点は、プラズマを通るマイクロ波波長で、電磁的なエネルギーの伝達を測定することが必要であることであり、これは、比較的複雑な処理である。別の欠点は、開示されている方法及び装置は、ウェハにほぼ平行な方向についての、プラズマ内の変化についての情報を与えないことであり、そして、プラズマ処理における対応しているウェハにほぼ平行な方向についての変化が、検出され得ないことである。
【００１４】
ＵＳ特許Ｎｏ．５，２００，０２３は、エッチングチャンバ内のその場での基板のエッチングをモニタする赤外線テレビカメラを開示している。ＩＲ放射の時間的及び空間的な解明が、エッチング処理の経過を通して、２次元的に基板の上面をモニタすることによって得られる。基板の上面で検出された温度の変則的変化（ａｎｏｍａｌｉｅｓ）は、基板における又はエッチング装置の作動における欠陥を示し得る。処理のフィードバック制御は、エッチングの変則的変化を相殺するように、エッチング装置の様々なパラメーター（例えば、ガスの圧力、流れのパターン、磁場、電極への冷却流等）を調節することによって達成される。エッチングの均一性及びエッチングの終点のモニタは、エッチングされている膜の発熱反応の結果生じたＩＲの放射をモニタすることにより達成される。ＩＲ放射は、エッチングの発熱反応の終わりに衰える。プラズマ内に浮遊している微粒子状物質は、基板を害し得、第２のＩＲテレビカメラを用いて特定され得、この第２のテレビカメラは、基板の上方の領域を写す。微粒子状物質は、ガスプラズマ内の局所化されている「ホットスポット（ｈｏｔ  ｓｐｏｔｓ）」として現われ、また、微粒子状物質の特定は、補正の測定が行われることを可能にしている。しかしながら、ＵＳ特許Ｎｏ．５，２００，０２３で開示されている発明は、ＩＲ放射のみを検出し、このＩＲ放射は、プラズマから放射された光のスペクトルの限定されている部分にすぎない。これは、プラズマ処理におけるウェハにほぼ平行な方向についての変化についての得られ得る情報量を制限する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ処理装置、特に、プラズマ処理をモニタ及び制御するような光学的なモニタ及び制御装置を有しているプラズマ反応システムに関する。本発明の第１の態様は、電極を有しているプラズマ反応炉内での、一面を有している基板のプラズマ処理をモニタするための方法である。この方法は、プラズマエッチング反応炉内に基板を配置する工程と、その後の、プラズマエッチング反応炉内にプラズマを生成する工程と、その後の、基板のプラズマ処理中、基板の一面に平行な方向のプラズマの複数の異なった領域から発せられた光放射をモニタする工程と、その後の、プラズマの異なった各々の領域について、積算されたパワースペクトルを決定し、各積算されたパワースペクトルと所定の値とを比較する工程とを含んでいる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、すぐ上で述べた工程を実施することによってプラズマ処理を調節するための方法であって、前記電極は、電力を各々に供給され得る複数の電極部分を有しており、また、前記積算されたパワースペクトルの前記所定の値からの差異に基づいて、前記１以上の電極部分に供給されるＲＦ電力を調節する工程をさらに有している方法である。
【００１７】
本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様において示されている方法であって、ガスの流れが、前記積算されたパワースペクトルの前記所定の値からの差異に基づいて、プラズマの異なった領域に対して調節され得る方法である。
【００１８】
本発明の第４の態様は、プラズマで基板を処理するようなプラズマ反応システムのための電極装置である。この電極装置は、基板の近くで、基板にほぼ平行に配置される、複数のほぼ平らな電極部分を有している。絶縁部材が、前記複数の電極部分間に配置されており、各絶縁部材に、センサ用ボアが形成されている。前記電極装置は、複数の光ファイバセンサも有しており、各光ファイバセンサは、第１及び第２の端部を有しており、この第２の端部は、プラズマの各々の領域からの光を受けるように、各々のセンサ用ボア内に保持されている。
【００１９】
本発明の第５の態様は、プラズマで基板を処理するようなプラズマ反応システムのための電極装置である。この電極装置は、平らな電極ボディを有しており、この電極ボディは、ほぼ平らな上面及び下面を有しており、この上面と下面とを接続している複数の貫通ボアを有しており、このボアを通じて、ガスが、流れ得る。前記装置は、対応している前記ボアに夫々配置されている光ファイバ支持部材も有しており、各々の部材は、前記光ファイバセンサが、プラズマからの光を受けるように、前記ボア内に前記光ファイバセンサを保持していることが可能である。
【００２０】
本発明の第６の態様は、プラズマで基板を処理するようなプラズマ反応システムのための電極装置である。この電極装置は、電極ボディを有しており、この電極ボディは、下面と、この電極装置の下面に沿って配置されている複数の調節可能なノズルユニットとを有している。このノズルユニットは、前記電極装置を通るガスの流れを制御するようなものである。各ノズルユニットは、先端部を備えているノズルプラグと、このノズルプラグ及び先端部を通過しているノズルのボアとを有している。前記装置は、複数の光ファイバセンサを有しており、各センサは、前記先端部を通じてプラズマからの光を受け得るように、前記ノズルのボアの１つの内に保持されている。
本発明の第７の態様は、上述した電極装置を有しているプラズマ処理システムである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、プラズマ処理装置、特に、プラズマ処理をモニタ及び制御するような光学的なモニタ及び制御装置を有しているプラズマ反応システムに関する。
【００２２】
本発明は、プラズマから放射された光をモニタするような光ファイバセンサのアレイを使用することにより、プラズマ反応システムのリアルタイムなモニタ及び制御を可能にしている装置及び方法である。プラズマからの光放射が、所定の視野の角度θ（図１５参照）内の複数の線にそって合計されるように、前記光ファイバセンサは、ウェハに対して配置され、これら線は、視野の角度が、大きすぎない場合、ウェハの表面に名目上は垂直である。そして、これら測定量は、処理の安定性を確保するように処理を制御する制御システムにフィードバックされる。前記センサのアレイは、それらの各々の視線が、プラズマ内の平面又はシートの複数の領域を別個にモニタするように１つの平面内に位置するように、アラインメントされ得る。本発明に関連しているモニタシステムは、また、ガスの入口（例えば、以下で示されるボア、ノズル等）からチャンバの内部へのガスの流れを邪魔することを避けるように設計されている。
【００２３】
図１を参照すると、プラズマ反応システム１０が、プラズマチャンバ２０を有しており、このプラズマチャンバ２０は、プラズマ３６を保持し得る内部領域３０を規定している、上壁２２、下壁２４、並びに、複数の側壁２６を有している。前記システム１０は、上面４４を有している基板ペデスタル４０を前記内部領域３０内にさらに有しており、この基板ペデスタル上に、基板（ウェハ）５０が、支持される。前記システム１０は、前記内部領域３０内で、前記基板ペデスタル４０の上方に配置されている電極装置６０も有している。
【００２４】
図２及び３を参照すると、上方の前記電極装置６０は、第１の実施形態で、複数の電極部分７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、…、７２ｎを有し得る。前記電極部分は、互いに電気的に絶縁されており、分離されているＲＦ電源から別個に電力を供給され得る。各電極部分は、その中を循環している液体によって別個に冷却され得、また、前記処理チャンバ内へ注入されるように、１種類（数種類）のガスを別個に供給され得る。図２及び３で示されているような、調整可能に電力を供給される分割電極を有している典型的な電極装置６０は、２０００年２月２５日に出願された、名称ＭＵＬＴＩＺＯＮＥ  ＲＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＦＯＲ  ＦＩＥＬＤ／ＰＬＡＳＭＡＳ  ＵＮＩＦＯＲＭＩＴＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＩＮ  ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＯＵＲＣＥＳの、共願のＵＳ仮特許出願Ｎｏ．６０／１８５，０６９でも開示されており、この特許出願は、ここで参照に組み入れられる。
【００２５】
図４を参照すると、前記電極装置６０は、第２の実施形態で、複数の電極部分７２ａ、７２ｂ、…、７２ｎを有している分割電極７０と、上部電極６２とを有し得る。前記電極装置６０は、流体が、前記電極装置を冷却するように循環し得る電極のチャンバ（図示されていない）も有し得る。調整可能な分割電極を有している典型的な電極装置６０は、２０００年１月１０日に出願された、名称ＳＥＧＭＥＮＴＥＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＬＡＳＭＡ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧの、ＵＳ仮特許出願Ｎｏ．６０／１７５，２８４でも開示されており、この特許出願は、ここで参照に組み入れられる。代って、前記電極装置６０は、以下で詳細に示されている、図１５の電極４００のような複数の電極部分を有している分割電極を有し得る。
【００２６】
簡便さのために、本発明を示す目的で、前記電極装置６０は、図５及び６で示されているものであり得、例えば、１つの電極７４が、「シャワーヘッド（ｓｈｏｗｅｒ  ｈｅａｄ）」の下部ボディ（部分）７４Ｌを有しており、この下部ボディは、前記内部領域３０と接触しており、ガスを注入する複数のボア７６を有しており、これらボアは、ガスの入口端部７６ｉと、ガスの出口端部７６ｅとを有しており、ガス供給システム（さらに以下で示されている）と気体連通（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）している電極のガスチャンバ７８内に、前記内部領域３０から延びている。前記電極７４のボア７６を通るガスの流れは、矢印Ａで参照されている。
【００２７】
再び図１を参照すると、前記システム１０は、ＲＦ電力供給システム８０及び８２ａ、８２ｂ、…、８２ｃをさらに有しており、これらは、例えば図４で示されているように、前記上部電極６２及び前記電極装置６０の電極部分７２ａ，７２ｂ，…、７２ｎと夫々電気的に接続している。
【００２８】
図１を続けて参照すると、前記システム１０は、基板５０を基板ペデスタル４０に配置し、除去するような、前記プラズマチャンバ２０と作動的に接続（ｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）しているウェハの取り扱い（ｈａｎｄｌｉｎｇ）／ロボティック（ｒｏｂｏｔｉｃｓ）システムをさらに有している。また、前記チャンバを浄化し（ｐａｒｇｅ）、プラズマ３６を生成するために、ガスをチャンバの内部領域３０に供給するように、前記電極装置６０と接続しているガス供給ライン１２４を通じて前記チャンバ２０と気体連通している、ガス供給システム１２０を、前記システム１０は有している。前記ガス供給ライン１２４は、例えば、電極のガスチャンバ７８（図３）と連通し得る。前記ガス供給システム１２０内に含まれる特定のガスは、特定のプラズマ処理への適用によって決まる。しかしながら、プラズマエッチングへの適用において、前記ガス供給システム１２０は、塩素、水素臭化物、オクタフロシクロブタン（ｏｃｔａｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｂｕｔａｎｅ）、並びに、様々な他のフッ化炭素化合物のようなガスを好ましくは含み、化学気相成長への適用では、シラン、アンモニア、タングステン四塩化物、チタン四塩化物等を好ましくは含む。
【００２９】
前記システム１０は、真空ライン１４８を通じて前記チャンバ２０と気体連通している真空システム１４０をさらに有している。また、前記電極装置６０内の前記電極のチャンバの内と外とに冷却液を循環させるように、チャンバの前記上壁２２を通じて、流体の入口ライン１６２ｉ及び流体の出口ライン１６２ｅを介して前記電極装置６０と液体連通している冷却システム１６０を好ましくは有している。
【００３０】
前記システム１０は、また、センサのアレイのシステム１７０も有しており、このセンサのアレイのシステムは、光ファイバセンサ１７６を備えているセンサ検出器のアレイ１７２（図７）を有しており、各光ファイバセンサは、前記センサ検出器のアレイと接続している第１の端部１７８と、前記電極装置６０内にまとめられており、前記内部領域３０内のプラズマ３６からの光放射（即ち、光）を受けるように、また、この光を前記センサ検出器のアレイに中継するように配置されている第２の端部１８０とを有している。前記光ファイバセンサ１７６は、例えば、ジャケット１７６Ｃによって囲まれている１本の又はマルチモードの光学ファイバの１本のストランドを有し得る（図８参照）。前記ジャケット１７６Ｃは、Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ，Ｉｎｃから入手できる、部品番号Ｃ３０９００２ＢＳＴで販売されている製品により構成され得る。前記端部１８０が、垂直の線Ｖ１、Ｖ２、…、Ｖｎによって参照されているように、ウェハ５０の表面に通常垂直な方向で、プラズマ３６を通じて合計されている光を受けるように、前記光ファイバセンサ１７６は、前記チャンバ２０内に配置されている。特に、プラズマ３６からの光放射は、複数のパスに沿って積算され、このパスは、視野の角度θが減少するにつれて、ウェハの表面に対してより垂直に近づく（図８を参照）。このように配置された複数の前記光学ファイバセンサ１７６は、ウェハの複数の平行部分Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｎに対応する、ウェーハの表面に平行な（即ち、横切る）方向の、プラズマ３６の２次元的な光学特性を与える。
【００３１】
図７を参照すると、前記センサ検出器のアレイ１７２は、回折格子のような分光部材１８４と、入射した光に応答する電気的な信号を生成し得る検出器のアレイ１８８とを有している。この検出器のアレイ１８８は、例えば、ＣＣＤ又は光ダイオードのアレイのような知られている装置であり得る。前記分光部材１８４、前記検出器のアレイ、並びに、光ファイバセンサの前記端部１７８は、前記センサ端部１７８から発せられた光が、前記部材１８４に入射され、波長成分に分光され、前記検出器１８８に入射されるように配置されている。
【００３２】
再び図１を参照すると、前記システム１０は、メイン制御システム２００も有しており、このメイン制御システムは、前記ガス供給システム１２０、前記真空システム１４０、前記ウェハの取り扱い／ロボティックシステム１００、前記冷却システム１６０、前記センサ検出器のアレイシステム１７０、並びに、前記ＲＦ電力供給システム８０及び８２ａ，８２ｂ，…、８２ｎと電気的に接続しており、各々の電気的な信号を通じてこれらシステムの作動を制御する。従って、前記メイン制御システム２００は、以下に示すように、前記システム１０における、基板５０のプラズマ処理のモニタと作動とを制御する。典型的な前記メイン制御システム２００は、データの獲得と制御の能力とに加えて、ＰＥＮＴＩＵＭ（商標）プロセッサのようなプロセッサとメモリーユニットとを有しているコンピューターである。前記制御システム２００に適切なコンピューターの１つは、Ｄｅｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｄａｌｌａｓ，Ｔｅｘａｓから入手できるＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ  ６１０（商標）である。
【００３３】
各検出器のアレイ１７２と、各アレイ１７２と関連している前記制御システム２００の部分とは、１９８２年にＧｏｒｉｎに特許されているＵＳ特許Ｎｏ．４，３５７，１９５で開示されているような方法で構成され得る。
【００３４】
図８を参照すると、既存の注入電極装置６０においてボア７６を用いて実施されるような本発明の第１の実施形態を示している。前記ボア７６は、このボア７６を通る１種類（数種類）の処理ガスの流れを過度に制限することなく、光ファイバセンサ支持部材（以下に示す）の装着を可能とするように変形されている（即ち、ガスの出口端部７６ｅの近くの部分を除いて広げられている）。このボアは、先細のボアであり得るが、２段の端ぐりであるように、入口端部７６ｉで好ましくは変形されている。前記光ファイバセンサ支持部材２３０は、前記ボア内に光ファイバセンサ１７６を支持するように使用されている。前記支持部材２３０は、円筒のボディ２３２を有しており、このボディは、それを通る軸方向のボア２３２Ｂと、基端部２３３ａ及び末端部２３３ｂを夫々有している。前記基端部２３３ａは、工業規格のねじ山をつけられているＳＭＡ隔壁付きレセプタクル（ｂｕｌｋｈｅａｄ  ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）を好ましくは構成している。前記支持部材２３０は、前記ボディ２３２の中央付近で、このボディから径方向に延びている装着用プレート２３４も有している。この装着用プレート２３４は、複数のアパーチャ２３６を有しており、前記支持部材２３０が、前記ボア７６内に固定されているとき、このアパーチャを通って、１種類（数種類）の処理ガスは、前記ガスチャンバ７８から前記ボア７６へ移動する。前記装着用プレート２３４の前記アパーチャ２３６のサイズと数は、前記ボア７６を通るガスの流れが、前記光学センサ１７６及び前記支持部材２３０を受け入れるように変形された前とほぼ同じであるように選択されている。
【００３５】
図８を参照とすると、好ましい一実施形態で、前記装着用プレート２３４は、ねじ山をつけられている外側エッジ２３４ｅを有している。さらに、前記ボア７６の前記入口端部７６ｉは、前記装着用プレート２３４の前記外側エッジ２３４ｅを雌雄のねじ留めで受け入れるように、ねじ山をつけられている凹部２３５を好ましくは有している。前記光ファイバセンサ１７６の前記端部１８０と前記電極装置６０の下面６０Ｌとの間の距離は、前記ねじ山をつけられた凹部２３５の内と外とに前記光ファイバセンサ支持部材２３０を回して締め緩めることによって調節され得る。シム２４０が、確実な調整を確保するために、前記ねじ山をつけられている凹部２３５に、前記支持部材２３０と前記電極装置６０との間で装着され得る。
前記光ファイバセンサ１７６は、様々なよく知られている技術の１つを使用して（例えば、エポキシ樹脂を使用して）、前記部材２３０内に支持されている。
【００３６】
ＯＺ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｌｔｄから入手できるような、工業規格のＳＭＡパッチコード（図示されていない）に、前記光ファイバセンサ支持部材２３０を適合させるように、前記光ファイバセンサ支持部材２３０は、前記端部２３３ａで好ましくは奥まった所に配置されており（ｒｅｃｅｓｓｄ）、前記基端部２３３ａの外側の円筒表面にねじ山をつけられている。工業規格のＳＭＡパッチコードは、ジャケット１７６Ｃを有している前記光ファイバセンサ１７６を、前記光ファイバセンサ支持部材２３０に接続するねじ山をつけられているナット２４６を備えている。このようなアダプタ及びコネクタの使用は、当業者によく知られている。
【００３７】
好ましくは、前記センサ１７６は、前記ボア７６を通ってガス出口端部７６ｅに向かい前記内部領域３０内にいたる経路の全てを通るわけではない。これは、前記センサの前記端部１８０が、プラズマ３６から離れるということである。前記センサ１７６の視野の角度θは、前記出口端部７６ｅでのボアのサイズによって制限され得るが、ファイバの開口数（破線２２０によって参照されている）によって規定されている。
【００３８】
図９を参照すると、既存の注入電極装置６０において前記ボア７６を用いて実施されるような本発明の第２の実施形態は、図８で示されているものと似ている。本実施形態では、複数のねじ２５０のような知られている装着手段が、前記装着用プレート２３４にも形成されているねじ山をつけられている装着用孔２５６と、前記電極装置６０に形成されている対応しているねじ山をつけられている装着用孔２５２とを使用して、前記電極装置６０に前記光ファイバセンサ支持部材２３０を装着しているように使用されている。前記ボア７６内への前記光ファイバセンサ１７６の挿入は、必用ならば、図８に関連して上述されたように、前記光ファイバセンサ支持部材２３０と前記電極装置６０との間に、シム２４０を配置することにより調節され得る。
【００３９】
図１０を参照すると、図９の光ファイバセンサ支持部材２３０を上からみた図は、装着用孔２５６とガスを注入する孔２３６との相対的な配置を示している。
【００４０】
図１１を参照すると、光ファイバセンサ支持部材の別の実施形態が、上から見て示されている。この実施形態では、前記光ファイバセンサ支持部材２３０は、複数のスポーク２６０を備えている装着用プレート２３４’を有しており、各スポークは、装着用孔２５６を有している。この実施形態で、ガスは、前記複数のスポーク２６０間のスペースを通じて、前記ボア７６内に流入し得るため、ガスの入口の孔２３６は、不要である。
【００４１】
図１２を参照すると、前記光ファイバセンサ１７６を支持しており、前記ボア７６内にセンサを保持している別の方法は、ガスの出口端部７６ｅでボアを覆って配置されている、エッジ２５０Ｅを有している透明な窓２５０にセンサの端部１８０を固定している。前記光学センサ１７６が、所定の位置に確実に保持されていることを確保するようなプラスティック（例えば、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））のスリーブ若しくはつば、又は、エポキシ樹脂のような適切な接着媒体即ち接着剤１９９を用いて、前記光学センサ１７６と前記ボア７６の壁との間のスペース７６Ｓを満たしていることが所望である。前記透明な窓２５０は、例えば、１つの石英ガラス又は融解シリカであり得る。前記窓２５０の配置は、前記ボア７６を通るガスの流れを遮るが、数個だけの、ことによると１０のオーダーのボアは、遮られている必要がある。この別の実施形態の利点は、既存の電極装置を利用していることである。
【００４２】
図１２において知られるように、前記窓２５０は、この窓の前記エッジ２５０Ｅの近くに配置され、加熱ユニット２６６に電気的に接続されている加熱部材２６０を使用して選択的に加熱され得、この加熱ユニットは、前記制御システム２００に電気的に接続されている。前記窓２５０の加熱は、窓がプラズマ３６の近くにあることによる、窓への材料の堆積を最小化する。
【００４３】
代って、図１３を参照にすると、前記センサ１７６に適合させるという明確な目的によって、追加のセンサ用ボア７６’が、前記電極装置６０の前記下部部分７４Ｌ内に形成されている。前記センサ用ボア７６’は、好ましくは、前記センサ１７６の容易なモニタを保証するような大きさで作られている。第１の実施形態において、前記光ファイバセンサ１７６は、前記ボア７６’の１つの中に装着されるように準備される。約３ｍｍの厚さを有している防護ジャケット１７６Ｃで囲まれている前記センサ１７６について、この処理は、前記センサ１７６の前記端部１８０の近くの約１ないし２ｍｍの長さの部分から、この厚さを除去することを含んでいる。この処理は、前記ジャケット１７６Ｃ内の補強部材（ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｍｅｍｂｅｒ）、通常ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）を露出し、これらは、除去され得、又は、適所に残され得る。名目上は外径０．９ｍｍのファイバの緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ）が、除去されていない。このように準備された光ファイバセンサ１７６は、前記ボア７６’に挿入され、このボアは、近似的に１ｍｍの直径を有している。前記ファイバセンサ１７６は、エポキシ樹脂のような適切な接着媒体１９９で前記電極６０内の適所に保持されている。前記センサ用ボア７６’は、前記光ファイバセンサ１７６の視野の角度θに適合しているように設計されている、プラズマ３６の近くの先細の端部７６’ｅを選択的に有し得る。
【００４４】
図１４を参照すると、本発明の適用に適切な別の電極３００が、示されている。この電極３００は、背面プレート（ｂａｃｋ  ｐｌａｔｅ）３１０を有しており、この背面プレートは、ノズルの先端部３２２を有している、この背面プレートから前記内部領域３０に向かって外側に延びているノズルプラグ３２０を有している。変位用アクチュエータ３３０が、前記ノズルプラグ３２０のどちらかの側で、前記背面プレート３１０に取着されている。ボア３４０を有している注入プレート３３４は、前記ノズルプラグ３２０が、このボア３４０内に延びるように、前記変位用アクチュエータ３３０に取着されており、こりによって、ノズルユニット３５０を形成している。前記変位用アクチュエータ３３０は、変位用アクチュエータ制御システム３６０と電気的に接続しており、このシステムは、前記ノズルプラグ３２０が、前記ボア３４０内に延びる程度を変化させるように、従って、前記プラグ３２０と前記ボア３４０との間を通過するガスが通る口部の領域を変化するように、従ってまた、前記内部領域３０へのガスの流れを調節するように前記変位用アクチュエータ３３０を駆動する。前記変位用アクチュエータ制御システム３６０は、前記制御システム２００とも電気的に接続しており、この制御システムは、プラズマ反応チャンバの前記内部領域３０の異なった範囲への、ガスの流れを制御することにより、基板５０の処理を調節するように前記アクチュエータ制御システムを制御する。
【００４５】
例えば、前記ノズルプラグ３２０が、先細の前記ボア３４０内に下向きに変位されたとき、ガスの流れる速さは、オリフィスの口部の断面領域（即ち、前記ノズル３２０と前記先細のボア３４０とによって規定される、ガスの通路の最小の断面領域）の縮小のため、減少される。反対に、前記ノズルプラグ３２０が、前記先細のボア３４０の外へ上向きに変位されたとき、ガスの流れる速さは、増大し得る。これは、もちろん、前記ノズルプラグ３２０又は前記ノズルプラグ３２０のグループが、別のノズルプラグ又はノズルプラグのグループに対して変位され、これら全てのノズルが、同じ質量流量のコントローラ（図示されていない）を通じて、ガスを供給される場合である。この方法において、１つのノズル又はノズルの１グループを通る質量流量は、別の１つのノズル又はノズルの１グループの質量流量に対して変化され得る。さらに、この方法において、基板の分離されている選択された領域に導入される相対的なガスの流れは、制御され得る。ガスの流れの速さ、及び／又は、ガスの広がり（ｇａｓ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を変化させるような調整可能なノズルの使用は、ＳＴＲＡＮＧによる、名称ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＴＵＮＡＢＬＥ  ＧＡＳ  ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＰＬＡＳＭＡ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ、特許弁護士整理番号７１４６９／２５７６５７の同時に出願された共願のＵＳ仮特許出願において注意を向けられており、この特許出願の開示内容は、ここで参照に組み入れられる。
【００４６】
前記背面プレート３１０及び前記ノズルプラグ３２０は、ノズル貫通ボア３７０を有しており、これを通り、前記光ファイバセンサ１７６は、このセンサの前記端部１８０が、前記ノズルプラグの先端部３２２に、又は、その近くに位置されており、上述した方法で、前記内部領域３０内のプラズマ３６からの光を受けるように配置されているように装着されている。
【００４７】
前記光ファイバセンサ１７６、前記センサのアレイの検出器１７２（前記分光部材１８４と、前記検出器のアレイ１８８とを有している）、並びに、前記コントローラ２００は、プラズマの光学的モニタシステムを構成する。
【００４８】
前記システム１０の作動と、本発明のプラズマのモニタのシステム及び方法が、ここで示される。再び図１を参照すると、前記制御システム２００は、処理される基板（ウェハ）５０が、前記基板ペデスタル４０の前記表面４４に配置されるように、前記ウェハの取り扱い／ロボティックシステム１００を働かせる。前記制御システム２００は、その後、前記真空システム１４０を働かせ、この真空システムは、プラズマ３６を形成すること、そして、低圧（例えば、約１ｍＴｏｒｒから１０００ｍＴｏｒｒ）でウェハ５０のプラズマ処理を実行することに適している低圧まで前記内部領域３０を排気する。前記内部領域３０内が、適切な圧力に達したら、前記制御システム２００は、前記ガス供給システム１２０を働かせ、このガス供給システムは、前記ガスライン１２４を通じて前記内部領域３０にガスを供給する。ガスは、図５及び８で示されているように、前記電極装置６０内で、前記ボア７６を通って流れ得る。そして、前記電極装置６０は、図３で示されているように、分割電極と上部電極とを有しており、前記制御装置２００は、前記上部電極６２及び前記分割電極７０の電極部分７２ａ、７２ｂ、…、７２ｎと接続されている前記ＲＦ電力供給システム８０及び８２ａ、８２ｂ、…、８２ｎを働かせる。この処理は、閉じ込められているプラズマ３６を生成し、このプラズマは、成長し、ＩＲから紫外線（ＵＶ）までの範囲の波長の光を放射する。プラズマ３６からの光放射の厳密な性質は、プラズマを形成するように使用されるガスと、ウェハ５０の表面で生じる化学反応の性質とによって決まる。この点で、前記電極装置６０内に配置されており、前記内部領域３０に面している前記光ファイバセンサ１７６の前記端部１８０は、プラズマ３６からの光を受けり、この光を前記端部１７８に伝達し、この端部１７８は、前記センサのアレイの検出器１７２に接続されている。
【００４９】
ここでまた図１５を参照すると、プラズマ３６からの光を受けるように、前記ウェハ５０の表面に平行なＸ方向に沿って、複数の光ファイバセンサ１７６を配置することにより、プラズマを横切る異なった領域に関する情報が、プラズマから放射された光の性質を調べることにより収集され得る。前記センサ１７６は、プラズマを間に挟んで、基板５０の上方に配置されているため、収集されたスペクトルの情報は、前記電極装置６０内の前記センサと基板５０の所定の部分との間のプラズマ３６の領域で、Ｙ方向に合計された測定量である。これは、座標（Ｘｊ，Ｙｊ）を有しているｎ個の選択された位置で、基板５０の表面にほぼ平行な方向でプラズマ処理がモニタされることを可能にしており、ここで、Ｚは、Ｘ及びＹに垂直であり、ｊ＝１、２、…、ｎである。この方法で、プラズマ処理の終点の決定は、Ｘ方向（即ち、ウェハにほぼ平行な方向）でのプラズマの光放射の合計された平均に基づかないが、前記基板の１以上の部分からの光放射に基づいている。これは、プラズマ処理が、基板５０の表面にほぼ平行な方向で均一ではない場合に重要であり、これは頻繁に生じるケースである。
【００５０】
続けて図１５を参照すると、前記光ファイバセンサ１７６は、上述したように、前記センサの前記端部１８０で視野の角度θを有している。さらに、前記センサ１７６は、典型的に、基板５０から、約１ないし２０センチメートル、好ましくは１ｃｍないし３ｃｍの距離ｄで配置され、センサ１７６の視野は、基板上の各々の円形部分Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを覆っており、各円形領域は、直径Ｄ  ＝  ２ｄ  ｔａｎ（θ／２）を有し、この直径は、ｄ及びθについての合理的な範囲に基づいて、例えば、約１から５ｃｍの範囲であり得る。従って、前記センサ１７６が、２ｃｍの距離ｄで配置されている場合、前記光ファイバセンサ１７６の視野は、前記基板５０の充分小さな部分ＰａないしＰｃ（より一般的には、Ｐａ、Ｐｂ、…、Ｐｎ）を覆い、基板５０の表面上の位置（Ｘ，Ｚ）の関数である、プラズマ３６の性質を分析するために、間にあるプラズマ３６からの光を受け入れるだろう。また、前記センサ１７６は、センサの視野のオーバーラップが、小さいか又はない、即ち、基板５０上の部分ＰａないしＰｃのオーバーラップが、小さいか又はないように好ましくは互いに充分離されて配置されている。前記分割電極４００の前記電極部分４０４ａないし４０４ｄの幾つかが、対応している前記ＲＦ電力供給装置との接続を解除された場合、特定の電極部分の下方の、前記内部領域３０内のプラズマ３６への影響は、プラズマのこれら領域からの光を受けるセンサからの光学的な信号を分析することにより、評価され得る。
【００５１】
再び図７を参照すると、上で示したように、各センサの端部１８０でプラズマ３６から受けられた光は、前記光ファイバセンサ１７６を通って伝達され、センサの前記端部１７８から発せられる。この光は、前記分光部材１８４に放射され、この分光部材は、光を波長成分に分光する。そして、光は、前記検出器のアレイ１８８に入射され、この検出器のアレイは、入射した光学的なスペクトルを、これを表す電気的な信号に変換する。データは、この処理でデジタル化され、デジタル化されたスペクトルは、以下に示すような次の分析のために、（例えば、標準的なコンピューターバスを介して）電気的に接続されている前記制御システムに、電気的な信号を介して伝達される。
【００５２】
各センサ１７６によって収集されたスペクトルの情報は、基板５０の表面に名目上は垂直な方向にのみ合計されている（即ち、基板５０の表面とほぼ平行な方向に対しては合計されていない）プラズマからの光の放射への応答であり、そして、プラズマ３６の２次元的な、スペクトルの様子を提供する。この情報は、基板５０にほぼ平行な方向の相対的な処理コンディションを決定し、処理を所望の達成されるべき処理コンディションに変化するように使用され得る。例えば、プラズマ３６から放射される光の波長及び強度は、プラズマ３６内に存在しているガス種と、励起の程度とによって決定される。各ガス種は、異なったサイン（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を有しており、ここでサインは、各ガス種を特徴づけている放射ピークによっている。適切に同調（ｔｕｎｅ）されたプラズマ３６は、処理の手段（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｒｅｃｉｐｅ）として存在するガス種に応じて割り当てられている放射ピークを有するだろうし、また、各センサから検出された光についてのパワースペクトルの積算された大きさは、ウェハの対応している部分（領域）（例えば、図９における部分ＰａないしＰｃ）の全てについて同じであるべきである。例えば、パワースペクトルの大きさが、特定の電極部分（Ｘ方向に沿って割り当てられてもいる）に対応しているプラズマの領域において小さい場合、この電極部分に送られている電力は、小さすぎるだろう。従って、前記コントローラー２００は、この電極部分への電力を増大するように、対応しているＲＦ電力供給装置に電気的な信号を送る。
【００５３】
従って、処理中、プラズマ反応炉内で、ウェハにほぼ平行な方向について、プラズマ内のパワー（ｐｏｗｅｒ）を制御するための方法は、以下の工程を含んでいる。（１）複数の前記光ファイバセンサ１７６を使用して、プラズマ３６の対応する複数の領域について、放射スペクトルを探知する（ｓｅｎｓｉｎｇ）工程、及び、そのように検出された各放射スペクトルについて背景信号を引く工程、（２）パワースペクトルを算定する工程、（３）各センサについて、興味ある波長領域に渡りパワーを積算する工程、（４）工程（３）で得られた積算されたパワーと、所定の値とを、各センサについて比較する工程、（５）各センサ１７６によって検出された積算されたパワーが、所望のパワーの所定内にあるように、前記コントローラ２００に、各電極部分に送られるＲＦ電力を調節させる工程、（６）処理が、終了するまで、工程（１）ないし（５）を繰り返す工程。
【００５４】
処理中、ウェハにほぼ平行な方向について、ガスの流れを制御する方法
例えば、処理の手段の一部であるガス種の１つの流れが減少したために、プラズマ処理が、正常からはずれた場合、スペクトルのサインは、変化するだろう。この場合、存在すべき量からの各々のガス種の量のずれは、検出され得、また、適切な工程が、取られ得る。ガス種の幾つかについての放射ピークが、適切な大きさであるが、他については適切でない場合、前記質量流量コントローラにおける調節が、望ましい。従って、プラズマ処理中、プラズマ反応炉内で、ウェハの表面にほぼ平行な方向について、プラズマへ供給されるガスの流れを調節する方法は、以下の工程を含んでいる。（１）前記光ファイバセンサ１７６を使用して、プラズマ３６の複数の領域（例えば、図１５の領域３６ａないし３６ｃ）について、プラズマ３６内の放射スペクトルを探知する工程、及び、背景信号を引く工程、（２）パワースペクトルを算定する工程、（３）存在している特定のガスに対応している所定の波長でのパワースペクトルの大きさを確認する工程、（４）選択されたピークの大きさを所定の値と比較する工程、（５）ずれが、所定の許容できる値（例えば、５％）より大きい場合、所定の量と異なっている放射スペクトルに対応しているガスの流れを調節する工程、（６）処理が、終了するまで、工程（１）ないし（５）を繰り返す工程。ガスの流れが、例えば、前記変位用アクチュエータ制御システム３６０（図１４）を制御する前記制御システム２００によって制御され得、この変位用アクチュエータ制御システム３６０は、前記ノズルユニット２５０から前記内部領域３０へのガスの流れを変化させる。
【００５５】
終点を検出するため、及び、全体の均一性を改良するための方法
エッチングの副産物に対応している輝線は、エッチング速度の目安を与えるだろう。これは、エッチングの副産物からの放射信号を用いて、エッチングの深さを校正することによって、なされ得る。作動中、終点に達するまで、このような信号は、ほぼ一定のままであり、終点の時刻で、変化するだろう。閾値の方法（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｍｅｔｈｏｄ）は、「処理のストップ」の信号を起こすように使用され得る。終点を決定するのに必用な情報は、各センサで入手可能であり、各センサは、視野に入っているウェハの部分について、終点を決定し得る。そして、終点の信号は、ウェハ５０の部分ＰａないしＰｃに影響を与えている電極部分について、処理コンディションを変化するように使用され得る。処理における適切な変化の例は、前記制御システム２００に、電極部分への電力を減少させるようなものであろう。
【００５６】
従って、プラズマ反応炉内で、終点を検出するため、及び、全体の均一性を改良するための方法は、以下の工程を含んでいる。（１）前記光ファイバセンサ１７６に対応している、プラズマ３６の異なった領域（例えば、領域３６ａないし３６ｃ）について、放射スペクトルを探知する工程、及び、各センサ信号から背景信号を引く工程、（２）各プラズマ領域についてパワースペクトルと算定する工程、（３）各センサ１７６について（即ち、各プラズマ領域について）、存在している特定のガスに対応している所定の波長でのパワースペクトルの大きさを確認する工程、（４）各センサについて、工程（３）で得られたパワースペクトルの大きさと、所定の基準とを比較する工程、（５）前記所定の基準が、満たされた場合、そのセンサに対応している電極への電力を減少する工程、（６）全てのセンサ１７６が、基準を満たすまで、工程（１）ないし（５）を繰り返す工程、（７）処理をストップする工程。
【００５７】
上述したように、１９９９年６月１７日に出願された、名称ＰＵＬＳＥＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳの、共願のＵＳ仮特許出願Ｎｏ．６０／１４９，１７７、及び、既に引用されているＵＳ仮特許出願Ｎｏ．６０／１８５，０６９において，従来のガスのオリフィスについて示された方法と、ここでこれらは、参照として組み入れられ、上で参照されている、同時に出願された共願のＵＳ仮特許出願、特許弁護士整理番号７１４６９／２５７６５７における調節可能なノズルのための方法とを使用して、ガスの流れは、変化され得る。
【００５８】
プラズマ処理全体に渡る均一性の改良のための方法
各々のセンサ１７６からの終点の信号が、ウェハの特定の部分が、他よりも先にプラズマ処理の終点に達していることを一貫して示している場合、この知見は、ウェハの全ての部分が、同時に終点に到達するように事前に処理を調節するように使用され得る。これを達成する方法は、基板５０の他の部分よりも先に終点に達するウェハの部分について、所定の電極部分への電力を所定の量だけ（例えば、１０％だけ）減少することである。ウェハの大部分よりも、終点に達するのに時間がかかるウェハの部分（例えば、部分ＰａないしＰｃの１つ）について、前記制御システム２００は、対応している電極部分への電力を、所定の量だけ（例えば、１０％だけ）増加させ得る。これら値の両方は、ウェハ５０が、ウェハの全ての部分について同時に終点に達するように調節され得る。所定の電極部分に供給されている電力の変化が、全体の性能に悪影響を与える場合、ＲＦ電力の供給は、これに応じて調整される。
【００５９】
従って、プラズマ処理全体に渡ってウェハの均一性を改良することのための方法は、以下の工程を含んでいる。（１）ウェハの複数の部分の各々で、終点までの時間を評価する工程、（２）処理される次のウェハを配置する工程、（３）事前に処理されたウェハの終点までの時間の相違に応じた量だけ、各電極部分に供給される電力を調節する工程、（４）システム内の各センサについて放射スペクトルを探知する工程、及び、各センサの信号から背景信号を引く工程、（５）各センサについてパワースペクトルを算定する工程、（６）各センサについて、存在している特定のガスに対応している所定の波長における、パワースペクトルの大きさを特定する工程、（７）各光ファイバセンサについて、工程（６）で得られたパワースペクトルの大きさと、所定の基準とを比較する工程、（８）所定の基準が、満たされている場合、そのセンサに対応している特定の電極部分への電力を減少する工程、（９）全てのセンサが、基準を満たすまで、工程（４）ないし（８）を繰り返す工程、（１０）適切な均一性が、達成されたとき、処理をストップする工程。
【００６０】
ウェハ処理中に得られた情報は、前記制御システム２００を介して、処理のずれを補正するように、フィードバックの信号として使用され得る。電力がずれた場合、それは、検出され得、補正の作動が、取られ得る。通常の処理から、ガスの流れがずれた場合、このずれは、検出され得、適切な作動が、取られ得る。１つのガス種の濃度が変化した場合、ここでこの変化は、処理の終了の着手に対応しており、この状態は、検出され得、また、終点の処理シーケンスが、開始され得る。従って、反応炉内の処理コンディションは、制御され得、また、終点は、検出され得る。これら調節は、リアルタイムで行われ得、従って、製品の損害を避け、また、問題を修繕し補正するような時間を最小化する。
【００６１】
再び図１５を参照すると、前記光ファイバセンサ１７６のアレイは、例えば、分割電極４００内にまとめられており、この電極は、絶縁部材４１０によって分離されている電極部分４０４ａないし４０４ｂを有しており、前記絶縁部材４００を通って、センサの前記ボア７６’が、形成されている。本発明のプラズマの光学的なモニタシステムは、このようなセンサ１７６のアレイを有することによって、プラズマ３６の２次元的な様子を得る手段を提供し、各センサは、ウェハ５０の異なった部分ＰａないしＰｃに対応しており、プラズマ３６の領域３６ａないし３６ｃに対応する。これは、上述したように、プラズマの全域にわたって、プラズマ３６の性質の変化を評価し、この変化をウェハ５０の部分ＰａないしＰｃに関連させることを可能にしている。前記光ファイバセンサ１７６の配置は、それらセンサが、前記内部領域３０内に延びておらず、従って、前記内部領域へのガスの流れを著しく妨げることのないような配置であり、前記プラズマ反応システム１０の通常の作動を実質的に妨害しない。そして、これらセンサからのデータを分析することは、ウェハ表面上の位置（Ｘ，Ｚ）の関数としての、プラズマ３６の空間的な変化についての情報を与え、従って、ウェハにほぼ平行な方向の、プラズマ処理の均一性についての情報を与える。前記光ファイバセンサ１７６によって得られたデータを処理する時間は、非常に短く、この結果、プラズマ処理のコンディションのリアルタイムのフィードバックが、実現される。これは、特定のプラズマ処理を分析し精製する（ｒｅｆｉｎｅ）のにかかる時間を大きく減少する。さらに、本発明は、特に、各センサの出力に関連しているパワースペクトルの大きさに基づいて、プラズマの均一性を改良するように、１以上の電極部分への電力を調節することによって、又は、異なったセンサの出力に関連しているパワースペクトルの相対的な大きさに基づいて、ガスの流れを調節することによって、エッチング又は成長の均一性を増すようにプラズマの制御を増すように使用され得る。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の多数の特徴及び利点が、詳細な特定から理解され、従って、本発明の真の精神及び範囲に従う、示されている方法のこのような特徴及び利点の全てを包括することが、特許請求の範囲によって意図されている。さらに、多数の改良及び変更が、容易に当業者に思いつかれるであろうから、示されている厳密な構成及び作動に本発明を限定することは、所望ではない。加えて、本発明の方法及び装置は、現実に複雑な、半導体の技術分野において使用される関連している装置及び方法のように、所定の利用について、最良の設計に到達するようにコンピューターシミュレーションを実施すること、又は、作動パラメーターの適切な値を実験的に決定することによって、しばしば最良に実行され得る。従って、本発明の精神と範囲との内にある全ての改良物及び相当物が、考慮されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明のプラズマ反応システム及びプラズマの光学的なモニタシステムの概略的なダイアグラムである。
【図２】  図２は、ｎ個の電極部分を有している、典型的な分割電極の平面図である。
【図３】  図３は、本発明での使用に適している電極装置の概略的なダイアグラムであり、この図において、前記電極装置は、各々のＲＦ電力供給システムに電気的に接続されている複数の電極部分を有している、プラズマの近くの上部の分割電極を有している。
【図４】  図４は、本発明での使用に適している電極装置の概略的なダイアグラムであり、この図において、前記電極装置は、プラズマの近くの上部電極と、この上部電極の近くでプラズマの反対側に配置されている分割電極とを有しており、この分割電極は、各々のＲＦ電力供給システムに電気的に接続しており、前記上部電極と容量性結合している複数の電極部分を有している。
【図５】  図５は、従来技術の１つのシャワーヘッドのタイプの電極装置の、断面図で示した概略的なダイアグラムであり、この電極装置は、電極のチャンバを有している。
【図６】  図６は、図５のシャワーヘッドのタイプの電極装置内のボアの１つの拡大図であり、矢印は、ボアを通るガスの流れを示している。
【図７】  図７は、図１のプラズマの光学的なモニタシステムのセンサのアレイの検出器の概略的なダイアグラムである。
【図８】  図８は、光ファイバセンサと、図５のシャワーヘッドのタイプの電極装置のボアの１つ内に、この光ファイバセンサの端部を支持しているようなセンサ支持部材との第１の実施形態の、拡大した断面図で示した概略的なダイアグラムである。
【図９】  図９は、光ファイバセンサと、図５のシャワーヘッドのタイプの電極装置のボアの１つ内に、この光ファイバセンサの端部を支持しているようなセンサ支持部材との第１の実施形態の変形例の、拡大した断面図で示した概略的なダイアグラムである。
【図１０】  図１０は、図９で示されている光ファイバ支持部材の平面図である。
【図１１】  図１１は、図９で示されている光ファイバ支持部材の変形例の平面図である。
【図１２】  図１２は、図５のシャワーヘッドのタイプの電極装置のボアの１つ内に端部を配置されている光ファイバセンサの第２の実施形態の、断面図で示した概略的なダイアグラムであり、この図において、前記光ファイバセンサの前記端部は、ボアのガスの出口端部に固定されている透明な窓に取着されている。
【図１３】  図１３は、電極装置のセンサー用ボア内の光ファイバセンサの第３の実施形態の、断面図で示した概略的なダイアグラムであり、この図において、前記センサ用ボアは、前記光ファイバセンサに適合するような大きさにされており、センサの開口数（視野の角度）に適合するような先細の端部を選択的に有する。
【図１４】  図１４は、電極装置内に設けられている光ファイバセンサの第４の実施形態の、断面図で示した概略的なダイアグラムであり、この図において、前記光ファイバセンサの端部は、調節可能なノズルユニットの一部であるノズルプラグ内に組み入れられている。
【図１５】  図１５は、分割電極を有している電極装置内に組み入れられている光ファイバセンサのアレイを示している概略的な断面図であり、この図において、プラズマからの光放射が、ウェハに沿う方向の複数の位置でモニタされるように、また、受けられた光放射は、処理されているウェハにほぼ垂直な方向に合計されているように、前記光ファイバセンサのアレイは、配置されている。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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