(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)  少なくとも１つのウエハを処理室の内部領域内に配置するための支持体を含むウエハ処理室と、
(b)  前記少なくとも１つのウエハの露出表面から被膜を除去するために前記処理室内にウエハ処理材料を送る供給源と、
(c)  前記ウエハの第１端部近くで前記処理室に取り付けられ、かつ前記少なくとも１つのウエハの上方に生じる光放射スペクトルを監視することにより、前記被膜の反応生成物と前記ウエハ処理材料の各濃度を監視するための受光装置と、
(d)  前記ウエハ処理室に取り付けられたビューイングダンプとを含み、
前記受光装置は、リニア配列、ファン形状配列、および平坦な配列のいずれかに構成される光ファイバーを含み、前記ウエハの表面から１５．２４ｍｍ（０．６インチ）以内に放出された光を集束させることを特徴とするウエハ処理システム。
【請求項２】
前記ウエハ処理室の前記内部領域から放出した信号をろ過するために前記処理室に取り付けられたフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のウエハ処理システム。
【請求項３】
前記受光装置は、前記ウエハ処理室の内部領域から凹んだ位置にあることを特徴とする請求項１記載のウエハ処理システム。
【請求項４】
前記ビューイングダンプは、光を吸収するためのスロットの近くで、前記処理室に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のウエハ処理システム。
【請求項５】
前記ビューイングダンプは、１つのボックスと光捕捉装置を含むことを特徴とする請求項１記載のウエハ処理システム。
【請求項６】
前記ビューイングダンプは、不要な信号が前記受光装置（140）に入るのを防止するために、前記ウエハ処理室に取り付けられるボックス（176）とダイヤモンド形状の反射部材とを含み、さらに、
(e)  前記被膜の反応生成物と前記ウエハ処理材料の各濃度によって放出される複数の信号をろ過するために前記処理室内に取り付けたローパスフィルタを含むことを特徴とする請求項１記載のウエハ処理システム。
【請求項７】
前記ビューイングダンプは、前記受光装置の視野フィールド内で、前記ウエハ処理室の内部に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のウエハ処理システム。
【請求項８】
前記ウエハ処理室は、その側壁内に伸びるスロットを有し、前記ビューイングダンプは、前記スロットに近い前記ウエハ処理室に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のウエハ処理システム。
【請求項９】
前記ビューイングダンプは、複数の刃から構成されていることを特徴とする請求項１記載のウエハ処理システム。
【請求項１０】
(a)  露出表面上に被膜を有するウエハを設け、
(b)  前記露出表面にウエハ処理材料を供給して、前記被膜を取り除き、
(c)  受光装置を用いて前記ウエハ上方の領域における反応生成物から生じる光放射スペクトルを監視することにより、前記被膜の反応生成物と前記ウエハ処理材料の各濃度を監視し、
(d)  前記受光装置によって不要な信号を監視しないように、ビューイングダンプを用いて不要な信号を吸収する、各ステップを有し、
前記受光装置は、リニア配列、ファン形状配列、および平坦な配列のいずれかに構成された光ファイバーを含み、かつ前記ウエハの表面から１５．２４ｍｍ（０．６インチ）以内に放出された光を集束させることを特徴とするウエハ処理工程を監視する方法。
【請求項１１】
前記受光装置を用いて、前記露出表面から伸びている合焦領域において、前記ウエハ処理材料と前記被膜の反応生成物の濃度を監視し、前記合焦領域における光放射分光計からの信号を用いて前記濃度を決定することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記露出表面から反射される信号を偏向させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記被膜の反応生成物と前記ウエハ処理材料の各濃度によって放出される信号をろ過するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記被膜の反応生成物と前記ウエハ処理材料の各濃度によって放出される複数の信号を偏向させるステップを有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路製造での光学的監視方法の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の製造時に、その集積回路の所定の層に対して所望の回路パターンが誘電体フィルムにエッチングされる。これを達成するために、エッチングされることを望まない誘電体フィルムの領域にフォトレジストが塗布される。誘電体材料と化学的に反応しかつフォトレジストと化学的に反応が少ないエッチングガスがプラズマ内に発生する。このプラズマは、エッチングされる誘電体の表面に供給され、エッチングガスが誘電体フィルムの表面に拡散する。エッチングガスは、化学的に誘電体フィルムと反応して、揮発性生成物を形成する。この生成物は、誘電体フィルムの表面から脱着され、エッチングガス中に拡散する。
【０００３】
誘電層内にパターンがエッチングされると、誘電層上の金属回路パターンを形成するのに用いられるフォトレジストは取り除かれる。エッチング後の残留物は、サイドウォールにポリマーが堆積するので、これを下側の層から完全に取り除かなければならない。フォトレジストおよび誘電装置からフォトレジスト残留物を取り除くのに用いられる１つのドライ処理方法は、アッシングとして知られている。アッシング処理は、エッチング処理と同様である。しかし、アッシングのために使用するガスは、誘電体に対してよりもフォトレジトに対してより化学的に反応する。アッシングガスは、化学的にフォトレジストと反応して揮発性生成物を形成する。この生成物は、アッシングガス中に拡散する。アッシング処理が完了した後、エッチングされたパターンは、銅または他の導電材料で覆われる。
【０００４】
光放射分光計は、これまで、エッチングガス、このガスの生成物、および誘電材料に関する情報を与えることによってエッチング処理の終了点を決定するために使用されてきた。この技術は、プラズマ内の誘電物質の生成物による光放射の放射強度特性の変化に依存する。高エネルギー状態から低エネルギー状態に電子が変化するとき、励起された原子または分子が光を放射する。異なる化合物の原子および分子は、独特な一連のスペクトル線を放射する。プラズマ内の各化合物の放射強度は、プラズマ内の化合物の相対濃度による。一般的な光放射分光計は、反応性エッチングガス、エッチングガスの生成物、および誘電材料の放射強度を測定することにより作動する。生成物の放射が減少して最終的にその放射が停止すると終了点に到達する。光放射分光計は、生成物の放射強度が衰えるのを検出してこの終了点を決定する。
【０００５】
ストリッピングおよびエッチングまたは半導体素子としてのウエハの残留物除去処理の終了点を正確に決めることは、非常に重要である。正確な終了点検出は、装置の処理能力を改善し、かつ他のウエハ層への損傷を最小化する。過多のアッシングおよび過少のアッシング処理は、集積回路用ウエハ内に好ましくないパターンを形成する。終了点を正確に決めることは難しい。それは、半導体ウエハ処理用の処理室が、ほんの少しの診断的なアクセスを提供するものであることによる。
【０００６】
光放射分光計(OES)は、終了点の測定値を決めるのに用いられるが、ウエハの領域に光学的に近づくことが難しいので、測定が不正確である。ウエハ加熱用放射ランプがアッシング処理を促進するのに用いられる場合、ウエハを加熱するためのランプ光は、ウエハ表面で放出され終了点を決定するのに使用する光を妨げる。
【０００７】
放射状に加熱されるウエハ処理室において、ウエハを加熱するのに用いる複数のランプが、広帯域で完全黒体による光を放射する。広帯域で、黒体によるランプ放出における光強度は、被膜の反応生成物によって放出するよりも数倍大きなオーダであり、プラズマは、終了点を検出するために監視される。広帯域でかつ黒体の光は、複数のランプが完全な出力であるとき、ランプ状態中最大の光強度となる。
【０００８】
ランプからのストレー光は、ランプ状態中、重大な影響を与えるほど多く発生する。分光計の中に光を導く受光装置に関連するが、分光計の外側にあるストレー光と、分光計を通過するストレー光の両方は、非常に難しいアッシング処理の終了点を決めるために生成物を監視する。アッシング処理中に、汚れおよび薄い被膜が受光装置に堆積すること、およびストレー光を分光計に飛散させる受光装置が不完全なために、ストレー光が光学モニタ装置に入射する。さらに、遠方壁が、ストレー光を反射させ、そのストレー光を受光装置の視界内に入射させる。揮発性生成物によって放出した光は、一部は反射し、受光装置上の被膜および受光装置の不完全によって分光計の視界からはずれて拡散する。不要のランプ光は、一部は、受光装置上の被膜および汚れ、また受光装置における不完全により分光計の視界から外れる。受光装置の被膜および汚れは、分光計の入力に到達する生成物を減少させ、さらに、分光計の入力内に入るランプ光を拡散させる。分光計に入るランプ光の増加と揮発性生成物の光の減少は、ノイズに対抗する信号またはバックグラウンドに対抗する信号を低下させ、光学検出装置の性能を減退させる。
【０００９】
分光計は、測定用の各波長に対して光を特定の経路に導くように構成されている。これを完成するために、分光計は、光を反射または伝達する非常に多くの内部表面を有する。これらの内部表面は、不完全な表面であり、また分光計に入るランプ光のわずかな部分が拡散して散らばることにより汚れる。複数のランプがウエハを放射加熱するのに用いられるとき、高い光強度のランプ光のわずかな部分が、適度に高レベルでランダムに散らばった、分光計内部の光に導かれる。生成物によって放出した光の波長以外の波長であるランプ光のある部分は、揮発性生成物によって放出される光を測定する分光計の複数の波長チャネルに入る。分光計内のストレー光は、分光計の不完全な内部表面から飛び散ったバックグラウンド信号またはノイズ信号である。分光計内のストレー光は、ノイズに対抗する信号またはバックグラウンドに対抗する信号を減少させる。
【００１０】
下流の処理室には、多数の有益なＯＥＳ信号に関する特別の問題があり、また、アッシング処理およびエッチング反応によって生じる最大信号からどの程度の量がアクセスされるかが問題となる。さらに、放射加熱ランプと、アッシング処理およびエッチング処理中に変わるプラズマとの両方からの広帯域の光があり、これらにより、ウエハによって放出される光を測定することがさらにいっそう難しくなる。アッシング速度が低い場合、生じる信号が弱くなるので、アッシング処理の終了点の検出をさらに難しくさせる。
【００１１】
標準のエッチング装置の設計は、次の２点において、ダウンストリーム式アッシャーの設計とは区別される。第１には、エッチング装置に関連する圧力が低下することである。この圧力低下は、反応性生成物の所定の分子が処理室内を自由に移動し、また、処理室の多くの壁面に何度も跳ね返って反応室内の生成物のほぼ均一な分散を作り出す、分子の流れを可能にする。
【００１２】
第２に、プラズマが処理室に満たされ、そして、その内部に留まる。これらの２つの理由によって、エッチング装置における反応性生成物からの均一な信号が得られる。
【００１３】
ダウンストリーム式のプラズマアッシャーの圧力は増加する。本発明者は、圧力の増加によるウエハ表面のわずか上方に存在する層状の粘性流れの移行領域を監視してきた。被膜の反応生成物が取り除かれ、そして、層流によってプラズマがウエハ表面の近くに存在する。モニタされる生成物は、ウエハの表面上にまたはその近くに形成され、かつプラズマの層流によってこの領域内に生成物が拘束される。生成物の信号を監視するのに有益なダウンストリーム式プラズマアッシャーの領域は、ウエハ表面からこの表面よりわずか上方に伸びる領域にある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、ウエハ処理室、ウエハ処理機構、および受光装置を含む選択的に監視されるウエハ処理システム及びウエハ処理工程を監視する方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は各請求項に記載の構成を有する。本発明のウエハ処理システムは、少なくとも１つのウエハを処理室の内部領域内に配置するための支持体を含むウエハ処理室と、前記少なくとも１つのウエハの露出表面から被膜を除去するために前記処理室内にウエハ処理材料を送る供給源と、前記ウエハの第１端部近くで前記処理室に取り付けられ、かつ前記少なくとも１つのウエハの上方に生じる光放射スペクトルを監視することにより、前記被膜の反応生成物と前記ウエハ処理材料の各濃度を監視するための受光装置と、前記ウエハ処理室に取り付けられたビューイングダンプとを含み、
前記受光装置は、リニア配列、ファン形状配列、および平坦な配列のいずれかに構成される光ファイバーを含み、前記ウエハの表面から１５．２４ｍｍ（０．６インチ）以内に放出された光を集束させることを特徴としている。
【００１６】
ウエハ処理室は、１つまたは複数のウエハを配置するための支持体を含む。ウエハ処理機構は、プラズマ等のウエハ処理材料を処理室に導き、１つまたは複数のウエハから被膜を除去するための手段を含む。受光装置は、ウエハ表面およびその上方に供給されるウエハ処理材料とウエハ表面上の被膜の反応生成物の各濃度を監視するために所定の位置に取り付けられている。また、他の構成によれば、受光装置は、処理室におけるウエハの第１端部近くに取り付けられ、前記少なくとも１つのウエハの上方に生じる光放射スペクトル「残像」(optical emission spectra)を監視することによりウエハ処理材料と被膜の反応性生成物の濃度を監視する。
【００１７】
本発明の選択的に監視されるプラズマ処理システムは、さらに、ビューイングダンプを含むことができる。このビューイングダンプは、ウインドウに隣接した、ウエハ処理室の内部室またはウエハ処理室の外部に取り付けることが可能である。本発明の一実施形態では、ビューイングダンプは、受光装置に対向する処理室の壁に設けた狭いポートまたはスリット、黒色のカバー、およびダンプのボックス内にダイアモンド形状のデフレクタを含んでいる。ブラックボックスとデフレクタは、プラズマ反応室内でバックグラウンド光を捕捉する。
【００１８】
ビューイングダンプは、ウエハ処理室によって発生したバックグラウンドに対抗する信号とノイズに対抗する信号を増加させる。ウエハ処理室からの不要な光は、光学モニタ装置によって検出されるよりもビューイングダンプによって吸収される。
【００１９】
本発明の他の構成によれば、ウエハ処理室に偏光板(polarizer)が取り付けられ、被膜の反応生成物およびウエハ処理材料によって放出される光をろ過する。この偏光板は、バックグラウンド光を取り除き、またより少ない程度で生成物の信号光を取り除く。偏光板は、所望の信号を減少させるけれども、バックグラウンドに対抗する信号およびノイズに対抗する信号を増加する利点を有する。それゆえ、バックグラウンドとノイズをより多く取り除くことができる。
【００２０】
選択的に監視されるウエハ処理システムの受光装置は、リニア配列に構成されている。受光装置をリニア配列に構成することにより、この配列の光ファイバーの各々は、ウエハの表面近くに配置することができ、またウエハ表面上の場所または表面近くからの光を集めることができる。この構造において、各光ファイバーの全視線は、ウエハ表面近くにある。受光装置をリニア配列に構成することにより、所望の信号は最大化され、それにより、所望の信号が集中しかつバックグラウンドおよびノイズが最小化される領域を各光ファイバーの視線が貫通する。
【００２１】
他の好ましい構成によれば、光学モニタ装置は、ローパスフィルタを含む。このローパスフィルタは、レンズの前に、あるいはレンズと光ファイバーの間、または光ファイバーと分光計の間に配置される。ローパスフィルタは、光が、このフィルタを介してレンズ、光ファイバー、または分光計に入射するのを選択的に妨げる。ローパスフィルタは、被膜の生成物によって放出される光またはプラズマ光の波長以外の波長を有する光を妨げるように選択することができる。
【００２２】
受光装置は、ファン形状配列に構成することもできる。リニア配列と同様に、各光ファイバーは、ウエハ表面の近くに配置され、ウエハ表面の近くの場所から光を集める。このファン形状の配列では、受光装置の視線は、ウエハ以上のより大きな領域をカバーする。ウエハ上方のより大きな領域を監視することにより、より満足のいく正確な信号が集られる。
【００２３】
受光装置は、ウエハ表面上の各位置の均一な分散を監視するように配置される。受光装置は、オリフィスを有する保持ブロックによって保持され、受入れレンズから適当な距離と角度に各光学素子を配置し、ウエハの表面の回りに均一に分散された焦点を定める。ウエハ表面上の均一な分散点を監視することによって、ウエハの大きな領域が監視され、より均一な終了点検出を確定することができる。
【００２４】
また、本発明のウエハ処理工程を監視する方法によれば、露出表面上に被膜を有するウエハを設け、前記露出表面にウエハ処理材料を供給して、前記被膜を取り除き、受光装置を用いて前記ウエハ上方の領域における反応生成物から生じる光放射スペクトルを監視することにより、前記被膜の反応生成物と前記ウエハ処理材料の各濃度を監視し、
(d)  前記受光装置によって不要な信号を監視しないように、ビューイングダンプを用いて不要な信号を吸収する、各ステップを有し、前記受光装置は、リニア配列、ファン形状配列、および平坦な配列のいずれかに構成された光ファイバーを含み、かつ前記ウエハの表面から１５．２４ｍｍ（０．６インチ）以内に放出された光を集束させることを特徴としている。本発明のこれらおよび他の利点並びに本発明の特徴は、図面と関連して記載される例示的な実施形態の詳細な説明を読めばより良く理解できるであろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図３および図４には、特に、参照番号２０で概略示すマイクロ波プラズマアッシャーが示されている。このプラズマアッシャー２０は、フォトレジストおよび／またはエッチング後の残留物をプラズマを用いて除去するための方法を実行するのに適している。ここで説明するプラズマアッシャー２０は、プラズマ発生室(ウエハ処理機構）２１とプラズマ反応室（ウエハ処理室）２２を含んでいる。
【００２６】
プラズマ発生室は、マイクロ波用エンクロージャ２４を含む。このエンクロージャは、長手方向にいくつかに区分された矩形状のボックスで、ここをプラズマチューブ３２が貫通する構造となっている。各区画は、プラズマチューブが通る開口を有する。それゆえ、各部分は、入来するマイクロ波エネルギーの方位角および軸方向に均一性を有するモード形成を増進するために比較的短いキャビティとなっている。外側チューブ３４は、キャビティ内のプラズマチューブを取り囲む。外側チューブは、プラズマチューブからわずかに離れており、正の空気圧が２つのチューブ間に供給されてプラズマチューブを効果的に冷却する。チューブ３４は、好ましくはサファイアで作られている。他のプラズマチューブ材料としては、水晶、またはアルミナを被覆した水晶が用いられる。
【００２７】
絞り板が、マイクロ波構造体の開口側を覆い、隣接する区画内にマイクロ波エネルギーを効果的に供給する。この絞り板は、平坦な金属プレートで、絞りを有し、この絞りを通してマイクロ波エネルギーが供給される。
【００２８】
マイクロ波トラップ４６，４８が両端部に設けられ、マイクロ波伝送を妨げる。このようなトラップは、米国特許第５４９８３０８号に開示されている形式のもので良く、この開示内容は、本明細書に参考として包含される。エアシール／方向フィーダーは、冷却空気を可能にし、これを同軸チューブ間の空間に供給するために設けられている。
【００２９】
マグネトロン５６は、カプラー５８を介してＴＥ10モードを供給する導波管に供給されるマイクロ波出力を与えるもので、導波管は、互いに垂直な部分６０，６２を有する。導波管部分６２の長さは、移動可能なプランジャで調整可能である。導波管部分６２の底部プレートも、絞り板であり、マイクロ波エネルギーを区画されたマイクロ波構造体２４内に結合する。こうして、プラズマは、プラズマチューブを通って流れるガス内で励起される。再び図３を参照すると、端部キャップ７０がマイクロ波トラップ４８に接している。また、取り付け具７４が端部キャップ内に伸びるプラズマチューブにガスを送るための中央オリフィスを有する。このガス供給は、外部フローボックス(図示略）によって調整される。
【００３０】
プラズマチューブは、端部キャップ内のＯリングによってこの端部に支持されている。外側チューブ３４は、その両端部がマイクロ波トラップ４６，４８に接合して支持されている。スペーサが処理室に対して適切な間隔となるように設けられている。プラズマチューブの他端部は、端部部材７８に配置され処理室内にガスを供給するためのオリフィスを有する。
【００３１】
プラズマ反応室（ウエハ処理室）２２は、ウエハ支持ピン９０，９２を含み、これらのピンは、処理されるウエハ９８を支持する。チャック(図示略)を代わりに設けることもできる。加熱は、ウエハの下方に配置されたタングステン・ハロゲンランプ１４４のアレイによって行なわれる。好ましくは、ウエハ基板は、アッシング中、約８０℃〜３５０℃に加熱される。さらに、好ましくは、基板は、温度を段階的に増加させることによって徐々に加熱される。加熱は、フォトレジストおよび／またはエッチング後の残留物と、プラズマとの反応率を増加させる。その結果、処理能力を増加させる。
【００３２】
１つまたはそれ以上のバッフル板がウエハ上に設けられ、ウエハ表面へのプラズマの分散を促進させる。さらに、ウエハ処理室は、光学検出装置１１０を含んでいる。この光学検出装置１１０は、プラズマとフォトレジストとの間で作られる反応生成物に対応する特定の波長範囲を有する放射ピークを光学的に検出するものである。
【００３３】
図３は、プラズマアッシャー２０を外側から見た一部分を示す。図４において、用いられた参照番号は、他の図面において用いられるものに一致する。好ましくは、マイクロ波エンクロージャ２４は、矩形のＴＭ110モードを支持するために寸法付けられ、このエンクロージャ２４は、四角形断面とすることもできる。この断面寸法は、ＴＭ110モードが共振するようになっている。各断面の長さは、λg／２よりも小さい。ここでλgはＴＥ104モードのキャビティ内のガイド長さである。
【００３４】
動作において、フォトレジストおよび／またはエッチング後の残留物を有する半導体ウエハ９８は、ウエハ支持ピン９０，９２上の処理室２２内に配置される。ウエハは、フォトレジストおよび／またはエッチング後の残留物とプラズマとの反応を加速するように加熱されることが望ましい。処理室内の圧力は減少される。好ましくは、その圧力は、約１トル〜約５トルの間に維持される。水素含有ガスおよびフッ素含有ガスの励起可能なガス混合物のようなウエハ処理ガスが、ガス入口を介してプラズマ発生室２１のプラズマチューブ３２内に供給される。
【００３５】
各区画では、プラズマチューブ内にプラズマを励起するためにマイクロ波エネルギーが供給され、このプラズマは、電気的に中性な粒子および荷電粒子から構成される。この荷電粒子は、プラズマが処理室に入る前に選択的に取り除かれる。励起された、または活力のあるフッ素原子および水素原子が処理室内に供給され、そして、フォトレジストおよび／またはエッチング後の残留物と反応する。
【００３６】
反応生成物は発展しかつ光学検出装置１１０によって光学的にモニタされる。反応生成物ガスは、処理室内でガスの掃引によって常に吹き払われる。光学検出装置１１０(図１および図２参照）は、生成物の放射ピークを検出する。この放射ピークが下位のスレッショルド値に到達すると、フォトレジストおよび／またはエッチング後の残留物の除去が完了し、プラズマは停止される。さもなければ、プラズマを所定時間稼動させることもできる。これは、エッチング後の残留物を基板から取り除くのに特に有効であり、エッチング後の残留するフォトレジストが最小になる。十分な量のフォトレジストが存在していない場合、放射ピークは、容易に検出されないことがわかっている。検出可能な放射ピークは、プラズマとフォトレジストとの反応から主に導かれると考えられる。その時、真空を開放して、処理されたウエハが処理室から取り出される。ウエハが引き出されると、脱イオン化された水でウエハを洗浄して残った残留物を除去する。
【００３７】
本発明の一実施形態は、プラズマアッシャー等のウエハ処理システム２０に向けられており、このプラズマアッシャーは、ウエハ処理室２２、プラズマ源（ウエハ処理機構）２１、および光学モニタ装置１１２を有している。ウエハ処理室２２は、この内部領域内にウエハを位置決めるためのピン９０，９２を有する支持体を含む。プラズマ源２１は、ウエハ処理材料を処理室内に供給し、ウエハ９８の露出した表面から被膜を取り除く。モニタ装置１１２は、受光装置１４０を有し、この受光装置は、ウエハの表面上の位置またはこの表面からわずかに上方に焦点を合わせるレンズ１１６を備えている。受光装置１４０は、ウエハ処理室２２に取り付けられ、被膜の反応生成物およびウエハ処理材料の濃度(concentrations)を監視する。
【００３８】
この実施形態の例では、レンズ１１６は、光を処理室２２から光ファイバーの各々が線状に配列された光ファイバーケーブル(リニア配列）１１８に伝送する。代表的なリニア配列は、直径0.010インチ（0.254ｍｍ）ファイバーが６０本で構成されている。理想的には、リニア配列は、ファン形状に拡散できるように、すなわちウエハの全表面から離れた領域から生じる光を見るように配置されている。レンズ１１６は、処理室の外側または処理室内のへこんだポート１２６内に配置された二重凸レンズである。レンズ１１６の曲率半径は、両側が同一で本実施形態では、直径が１．５インチ（38.1ｍｍ）で曲率半径が29.8ｍｍである。このレンズは、ＣＶＩレーザコーポレーションまたはEscoプロダクツによって作られている。ローパスフィルタ１１７は、レンズと光ファイバー（光学素子）との間に配置され、生成物信号の波長以外の不要な波長光をさえぎる。処理室の壁に設けた光入射ポート１２６は、矩形状で、高さ方向よりも幅方向が広い。この光入射ポート１２６は、光学的に奥まった位置にあり、受光装置が生成物により汚れたりまたは被膜されることを防止する。
【００３９】
光学検出装置の好ましい光ファイバー列１３８は、水晶光ファイバーケーブル１３８であり、入力スリット１３２を有する分光計１３１に結合している。光学モニタ装置１１２の視野分野における光は、レンズ１１６を通過し、光ファイバー列１１８内に入る。この受光された光線はファイバーを通って分光計の入力スリット１３２へ移動する。入力スリット１３２を通過した後、光線は、分光計１３１内の回折格子１３３によって波長要素に分割される。分光計は、信号を分類する電荷結合装置を含み、光線の分割された波長要素の各々を分析し、光学モニタ装置１１２の視線１５２からの光線の特性を分析することができる。
【００４０】
図１２Ａを見ると、２つの適当な分光計があり、１つは、オーシャン  オプティックス社から入手可能な＃ＰＣ2000モデルであり、他の１つはヴェリティ  インスツルメント社から入手可能な＃ＳＤ１０２４である。
【００４１】
処理室２２の遠方側にあるビューイングダンプポート１２７は、光学モニタ装置１１２の反対側にあり、処理室内の凹部または処理室の外側のいずれかに取り付けられるビューイングダンプ１２８を受入れる。ビューイングダンプポートの大きさ，形状および位置は、遠方壁から入射または反射して光学モニタ装置に入る不要な光線の全てをビューイングダンプポートに入射するように構成されている。このビューイングダンプ１２８は、光学モニタ装置１１２に入射できるどのような光線も妨げないように寸法つけられている。
【００４２】
揮発性生成物によって放射される信号の測定は、光学モニタ装置１１２の焦点１３０を注意深く選択することによって最適化される。プラズマ１１４は、揮発性生成物を形成するために被膜の表面１３６と反応して信号を発する。揮発性生成物のプロフィールは、ウエハ９８上にあり、アッシングが完了した時を決定するために光放射分光計（ＯＥＳ）によって測定することができる。揮発性生成物の放射プロフィールは、ウエハ表面１３６の近くに集中する。モニタされた揮発性生成物の信号は、ウエハ表面近くの点で光学モニタ装置１１２を焦点合せすることにより最大化される。ウエハの遠方端１２４の近くに光学モニタ装置が配置され、その結果、視線１５４の全体が集中した揮発性生成物のプロフィール上にある。焦点近くの領域を監視することに加えて、生じた統合ラインまたは視線を平均化する方法は、ウエハ上のレンズ１１６から焦点１３０に、さらに、焦点からビューイングダンプポート１２７に伸びている線で示す。
【００４３】
図１０は、プラズマと被膜による揮発性生成物によって放出した信号による３０９ｎｍラインの放射強度を示す。この強度は、ウエハ９８から０．１インチ（2.54ｍｍ）において最大ピークとなる。図１１に示すプラズマ流の粘性層流特性が、表面近くにピークがあるウエハ表面１３６上の層に限定した被膜とプラズマによる生成物を保持する滑らかな流れ形状を導く。
生成物のプロフィールは、表面上に直接ピークを有することなく、ウエハ表面から約０．１インチ上方にある。それは、ビューイング光の視線がウエハ上の経路に沿って集合するからである。光学モニタ装置を配置しかつ焦点合せさせることにより、焦点近くに生じた生成物は、光学モニタ装置の全視線に沿った生成物とともに監視される。
【００４４】
この信号強度は、ウエハ９８上に位置する焦点１３０に従うのみならず、ウエハ上の経路長さにも関係する。分光計は、いくつかの経路長さに沿って統合的に測定されるので、信号強度は、経路長さ１５６が増加すれば増加する。
【００４５】
図１２Ｂ〜図１２Ｄは、本来的に焦点が合わない光学モニタ装置１１２がどのようにしてレンズ１１６に対して光ファイバー１３８を適切に配置することによって最適化できるかを示している。図１２Ｂは、光ファイバー１３８のビューイング端１６０が合焦しない位置に配置された、光学モニタ装置１１２を示している。焦点１３０は、図１２Ｃに示すように、レンズと光ファイバー端１６０との間の水平距離ｄhを調整することによって形成される。焦点１３０からレンズ１１６の距離は、水平距離ｄhを変更することにより調整される。図１２Ｄにおいて、焦点１３０は、光ファイバー端部１６０をレンズ１１６のビューイングビーム軸１５２からの垂直距離ｄvだけ移動することにより、ウエハ表面１３６に密接して配置することができる。最適な焦点は、ウエハの遠方端でウエハの真上に位置している。光学モニタ装置の焦点１３０を最適化することによって、放射信号はほぼ２倍になる。
【００４６】
光ファイバーケーブル内の光ファイバー１３８のリニア配列１１８により、ウエハ９８のより完全なサンプリングが可能になる。本発明は、ウエハの領域を見るために光ファイバーのリニア配列を用いる。例えば、単一層のリニア配列は、通常直径が９〜１０ミクロンの光ファイバーを６０本用いて、円形の束からなる光ファイバーによって作られる。他のリニア配列は、Ｎ行Ｍ列の光ファイバーを用いて構成することもでき、この場合矩形状の束に形成される。矩形状の束は、最大放射強度が生じるウエハ上の位置に受信用光ファイバーを集中させる。
【００４７】
円形配列の光ファイバーは、処理室２２内の大きな円形パターンを見ることになる。この丸い束に形成された光ファイバーの場合、ビューイング光は、ウエハ９８およびウエハ上の領域を見るのみならず、図１１に示したバッフル板の下部側を見る。円形束の光ファイバーを用いると、生成物信号が最も強い処理室２２内の領域を見ないので、信号の強さを弱める結果となる。円形束は、また電源からのノイズ等を拾うので、信号処理がより難しくなる。
【００４８】
光ファイバーのリニア配列１１８を用いることの利点は、さらに、所望の生成物信号を集中させて見ることができることである。光ファイバーのリニア配列は、ウエハのより大きな領域をサンプリングでき、それゆえ、被膜の除去を完全にすることを高める。エッチングおよびアッシングが完了したことの判断をより確実にする。光ファイバーのリニア配列における視野範囲は、ビューイングダンプ１２８と両立できる。
【００４９】
光ファイバーのリニア配列における更なる特徴は、光学モニタ装置のポート１２６のために必要とされる垂直方向長さを減少できることである。ビューイングダンプ１２８がリニア配列の光ファイバーと共同して用いられるとき、ビューイングダンプポート１２７の垂直長さも減少する。このポートの寸法を減少させることにより、処理室２２の内部形状についての制約を少なくする。また、処理室２２からのプラズマの動的な流れに関する影響が減少する。この結果、ウエハ表面１３６のアッシング処理が均一になるように改善される。細長いポートは、プラズマ流に対して垂直である。プラズマ流の流れ方向のポートの長さが小さいので、ポートの長手方向寸法を短くなり、より対称のプラズマ流を生じる。
【００５０】
この例示的な実施形態において、光ファイバー１３８のファン形状（扇形状）の分散を、リニア配列の代わりに使用して、ウエハのサンプリングをさらに向上させることができる。光ファイバーの並列構造の代わりにファン形状配列に広げると、生成物信号の集中（濃度）領域をより多くサンプリングすることができる。この配列が正しく広がり、かつ光ファイバーの適切な数を有すると、ウエハ表面１３６の二次元的な全面積をサンプリングすることができる。
【００５１】
ウエハ表面１３６の大部分をサンプリングすることにより完全な被膜の除去が達成される。さらに、ウエハ９８は、軸方向に対称な形でアッシングされるので、光ファイバーのファン形状配列は、ウエハ９８の外周端１２４が最後にアッシングされる状況に対して影響を受ける。処理室を光学的に見るための通常の方法は、ウエハの端部を最後にアッシングする状況に対して敏感でない。
【００５２】
被膜を完全に除去するために、より多くのウエハ表面をサンプリングすることが必要である。ファン形状配列の視野の範囲は、ビューイングダンプと両立できる。
【００５３】
本発明の他の実施形態では、ウエハを個別にサンプリングする光ファイバーの配列を形作ることにより、ウエハ表面の二次元的サンプリングを達成することができる。光ファイバーの配列１１８は、ウエハ上の異なるコードを探査するライン統合または視線平均方法を用いるよりも、ウエハ９８上に焦点を合わせかつこのウエハ上の個別の位置をサンプリングできるように配置することができる。
【００５４】
ウエハの二次元的な表面をカバーする均一に分散された配列点をサンプリングするために各光ファイバーの受光端に必要とされる正確な位置を決定することにより、真の二次元的なサンプリングを達成することができる。各光ファイバーの正しい位置は、保持ブロックによって維持することができる。この保持ブロックは、ドリルで小さな孔が機械加工されて光ファイバーを受入れるようになっており、各光ファイバーを、レンズ１１６からの光ファイバーにおける適切な角度および距離に対応して位置決める。
【００５５】
真の二次元的なサンプリングを使用して、光ファイバーがウエハのより大きな面積をサンプリングする。それにより、被膜のより完全な除去が行なわれ、アッシングおよびエッチング処理の終了をより確実に識別できるようになる。二次元的なサンプリングのために配置された光ファイバー配列の視野範囲の形状は、ビューイングダンプの使用と両立できる。
【００５６】
この実施形態では、ローパスフィルタ１１７は、望ましくない波長の光が光ファイバーに入るのを防止する。プラズマと被膜の生成物によって放出された光の波長は、おおよそ３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲にある。放射加熱ランプ１４４は、出力レベルに従って、３００ｎｍよりわずかに下の波長から１０００ｎｍ以上の範囲の波長を生じることができる。この好適なローパスフィルタは、３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲の光のみを通過させる。ローパスフィルタ１１７は、広帯域のローパスフィルタでよい。３００ｎｍ以下の放射はほとんどないので、ローパスフィルタは、４５０ｎｍ以上の波長の光を通過させるものを使用することができる。
【００５７】
このローパスフィルタは、不要なランプ光が分光計に入らないようにし、かつ分光計１３１の出力において、その光が検出器内に電位レベルで飛散する。ローパスフィルタにより、生成物の波長光を有する低い出力レベルの光が分光計に入りかつ処理されることが可能となる。
【００５８】
このローパスフィルタ１１７は、薄いものであり、厚さが約３インチ（76.2ｍｍ）のガラスディスクで約１インチの直径を有する。ローパスフィルタは、光ファイバーが分光計１３１に導く前の光経路内に設けられる。また、ローパスフィルタは、分光計の直前にまたはレンズ１１６の直前に配置することもできる。
【００５９】
ローパスフィルタ１１７は、ガラスディスクの表面上に多数の薄いフィルム層を蒸着して作られ、所望の伝達特性および反射特性を得ている。例えば、ＢＧ３ガラス基板は、誘電体と金属フィルムの約７０の層によって覆われ、所望のバンド幅を達成することができる。
【００６０】
この実施形態において、ビューイングダンプ１２８は、バックグラウンドおよび信号ノイズを減少するのに使用される。ビューイングダンプ１２８は、ウエハ処理室２２の遠方壁１４２から放出および反射した光が光学モニタ装置に入らないようにする。光学モニタ装置１１２がウエハ表面上に合焦させたとしても、光線は、遠方壁１４２から発生し、焦点１３０を通過し、さらに、光ファイバー１３８に終端することができる。壁が以前のあるいは現在のエッチングおよびアッシング処理から生じる被膜および被膜の生成物によりわずかに覆われている場合に、その壁から不要な光が発生する。不必要な光は、壁に反射されかつ光学モニタ装置の視野範囲に入る。不要の反射した光は、ウエハ９８を加熱するためにランプを用いる放射加熱装置においては特に多い。
【００６１】
光学モニタ装置１１２の対向する処理室の壁によって放出および反射された光は、バックグラウンドに対抗する信号を減少させ、これにより、信号のより大きなダイナミックレンジを高い出力レベルの解像度で処理するために、ハードウエアおよびソフトウエアの処理装置の要求が高まっている。図１４には、第１処理室および本発明の処理室に対する全処理中における３０９ｎｍの時間的経過を示している。第１室で監視される信号の作図は、参照番号１６２で示され、改良された室内で監視された信号は、参照番号１６６で示されている。第１の高い放射信号レベルは、高ランプ出力ランプ状態中のランプ光によるものであり、第２の（第１より高くない）高い放射信号レベルは、マイクロ波動作状態中のアッシングによるものでものである。残留した不要の光信号は、約１００秒後に見ることができる。ランプ１４４による残留物信号は、壁１４２から放出するアッシング信号か、プラズマ光による信号のいずれかである。図１４は、ウエハの遠方端近くに合焦した点に、アッシング処理が完了した後に、処理室の遠方壁１４２から放出する信号による残留物信号があることを示している。
【００６２】
実質的なランプ光の量は、処理室２２の遠方壁１４２から拡散しながら飛散する。視野範囲内に飛散される遠方壁１４２の入射光の割合は、小さいけれども、ランプ光は、それほど強くないので、ランプ光の大部分は、受光装置によって見ることができ、また分光計により測定することができる。アッシングの動作中、ウエハ９８に生じた被膜が遠方壁１４２上に堆積する。アッシング工程に従って遠方壁から放出される生成物信号を生じながら、ウエハ上の被膜と同様に壁上の堆積物が取り除かれる。壁上の被膜とプラズマとの反応により、壁の反射率が時間と共に変化する。ビューイングダンプは、遠方壁１４２から放出されかつ反射した光の大部分が視野範囲１５５に入るのを妨げる。さもなければ、光学モニタ装置によってこれらの光がすべて集められてしまうことになる。
【００６３】
ビューイングダンプ１２８は、遠方壁１４２に散らばった光が受光装置１４０の視界１５５に入らないようにする。このビューイングダンプは、光学モニタ装置によって見ることができる領域において、遠方壁上に被膜が付着しないようにし、、また光学モニタ装置１１２によって見ることができない光をビューイングダンプに入射させる。ビューイングダンプ１２８の他の部分の構成によれば、ポートまたはスロット１２７は、遠方壁から取り除くことができる。即ち、ポートが処理室の外側に通じなくても良い。好ましくは、ビューイングポート１２７は、汚れ及び被膜が蓄積しない形状がよい。
【００６４】
ビューイングダンプ１２８を用いることにより、光学モニタ装置は、ランプ光の入射を元の値より１．６％程度減少させる。ダンプ１２８は、ランプ光およびプラズマ光を削減してバックグラウンドに対する信号を向上させるために検出器または他の分光計を用いた広帯域の装置である。ビューイングダンプ１２８は、関連する信号をより容易に引き出すためにハードウエアおよびソフトウエアの要求を減少させる。また、ビューイングダンプ１２８は、別の意味で光学モニタ装置のための「ブラックホール」として作用する。
【００６５】
ビューイングダンプ１２８は、遠方壁１４２から放射される光を妨げることができる材料によって作ることができる。１つのビューイングダンプは、複数の剃刀を重ねて溶接したものである。入射光に対して有効な広角のビューイングダンプ１２８を生じるように、ステンレス鋼で作られた標準規格の剃刀が用いられる。これらの刃は、未使用のもので、刃に被膜やペイントが付着していないものである。ビューイングダンプ１２８は、光吸収表面を有する剃刀から作られる。また、ビューイングダンプ１２８は、その前部に対して垂直な位置から６０°を越える角度に及ぶ範囲の角度から見るとき、黒く見える。ビューイングダンプ１２８によって吸収されないで残る不要の光信号は、ウインドウとレンズ１１６を保持するポート１２６から拡散した光、またはウエハ９８の表面から拡散して散らばった光によるものである。
【００６６】
本実施形態では、ビューイングダンプ１２８は、処理室２２の遠方壁に設けたスロットまたはポート、ブラックボックス１７６、およびダイアモンド形状で反射可能な反射光捕捉装置１７０を含んでいる。また、１つまたは複数のビューイングダンプ要素が陽極化されている。好ましくは、ビューイングダンプ要素は、黒色等の暗い色に陽極処理されている。光学モニタ装置１１２の視線を受入れる光は、ポートまたはスリットを通過し、ブラックボックス１７６内に入る。
【００６７】
一旦ビューイングダンプに入った光は、光捕捉装置１７０によって処理室２２に再突入するのを妨げられる。例示するビューイングダンプは、ビューイングダンプポート１２７およびブラックカバー１８０の前にブラックウインドウを有することもできる。このウインドウとカバーは、被膜が他のビューイングダンプ要素に付着するのを防止する。ビューイングダンプは、ブラックカバーを有するウインドウ、ブラックカバー、ブラックダンプボックス、光捕捉装置を有するブラックダンプボックス、剃刀ダンプを有するウインドウ、および剃刀ダンプレーのいかなる組合せであっても良い。
【００６８】
ビューイングダンプ１２８を設けるための選択肢が多数あることは、当業者には明らかであろう。１つの好ましい方法は、ビューイングダンプポート１２７またはポート延長部の領域内で処理室の内側にビューイングダンプ１２８を設けることである。他の選択肢は、ビューイングダンプと処理室２２の間にウインドウを設けて処理室の外側にビューイングダンプ１２８を設けることである。処理室の外側にダンプ１２８を取り付けることは、ダンプをきれいに保つ利点を有するが、ダンプをいかなる反応に対しても参加させることはできない。ビューイングダンプに剃刀形式を用いることの１つの利点は、ダンプ刃の表面状態がダンプ１２８の性能に影響されないことである。ダンプが、汚れ、あるいは被膜または被膜残留物で覆われる場合でも、ダンプの光吸収特性が低下することがない。反射性の真のステンレス鋼で作られたビューイングダンプ１２８は、汚れや腐食でその反射率が減少しても、より効果的である。
【００６９】
好ましいビューイングダンプポート１２７またはスロットは、プラズマの流れを乱すことを最小にするために小さくなっている。スロットは、光ファイバーのリニア配列１１８と両立できるもので、例えば、スロット遠方壁１４２でのビューイングビーム１４８の高さが２倍となる高さを有するスロットを用いることができる。
【００７０】
遠方壁１４２でビューイングビーム１４８が２倍程度高いスロットは、誤差の許容範囲内である。例えば、３インチの高さを有するビューイングダンプポート１２７は、遠方壁で１／８インチ高さ幅を有する光ファイバー配列を用いることができる。より大きなスリットは、光学的に限界にある結果を生じ、プラズマの付加的な乱れを調整することはできない。スロットを有するポートを用いるビューイングダンプにより、このダンプの光学的要素を、より長い時間にわたり、堆積物のない表面に維持することができる。
【００７１】
本実施形態では、二重の凸レンズが処理室からの光を光ファイバーまたは直接分光計に入る光を結合しかつ合焦させるために用いられる。受光装置の最も外側の表面には、保護用ウインドウを用いない場合、レンズの前方に、またはレンズ自体にウインドウが設けられる。レンズ１１６またはレンズの背後に置かれたウインドウ１５０は、処理室２２の内側から奥に引っ込んでいる。受光装置１４０の外側表面が汚れると、生成物によって放出される光は、受光装置に入るのが妨げられ、不要なランプ光が、汚れまたは被膜に反射して受光装置内に入射する。
【００７２】
その結果、バックグラウンドに対抗する減少した信号またはノイズに対抗する信号を生じる。凹レンズまたはウインドウは、汚れや被膜を覆うことをより少なくする。さらに、狭いポートは、このポートを介して受光装置１４０が処理室を見ることになるが、光学モニタ装置１１２の最外側光学表面が被膜や他の汚染物質により覆われるのを減少させることができる。受光装置１４０の最外側表面をへこませると、実質的にウインドウまたはレンズに付着する被膜の量を減少させる。受光装置１４０を凹部に配置することによって、所望の生成物の光が受光装置に入射することができるようになり、一方、不要なランプ光は反射されないので、ノイズに対抗する信号およびバックグラウンド比率に対抗する信号が増加する。さらに、受光装置を凹部に配置することにより、外側レンズまたはウインドウを洗浄するのに必要な時間が実際に減少する。
【００７３】
二重凸レンズの代わりに円筒レンズを用いると、ウエハ９８を水平に横切る視線を広げて、ウエハ上の集中領域のより多くでサンプリングすることができる。この円筒レンズを用いると、終了点決定の再現性が増加する。円筒レンズは、円形束の光ファイバーまたはリニア配列の光ファイバーのいずれかを使用できる。
【００７４】
本発明の具体例では、バックグラウンド信号およびノイズ信号を減少させるためにレンズ１１６と共同する偏光板(polarizer)１２２を用いる。エッチングおよびアッシング処理に対して関連する波長（例、３０９ｎｍ）では、薄いフィルムの偏光板は、減少した信号強度により生じる比較的大きな吸収を有する。しかし、十分な信号があっても信号の一部が犠牲になるので、薄いフィルムの偏光板が用いられる。偏光板１２２が薄いフィルムの偏光板である場合、この偏光板をレンズとウインドウの間に挿入することができる。信号強度が犠牲にされない場合、信号の減少が重大になることがないので、光軸に沿ってより多くの空間を必要とする異なる形式の偏光板を用いることができる。例えば、広帯域で偏光するビームスプリッターキューブまたは他のブロックを用いる部品を用いることができる。偏光板１２２が大きいと、レンズ１１６と光ファイバー配列１１８の間に配置できなくなる。
【００７５】
本実施形態では、ビューイング受光装置は、ウエハ表面に合焦する。この受光装置により、ある角度でウエハ表面に合焦させると、視線１５４の全体が生成物の集中領域にあり、信号強度が改善される。受光装置の視線とウエハ表面との間の距離は、焦点１３０の最小スポット寸法、ウエハ表面の平面に対する視角、焦点１３０とウエハの周縁１２４との間の距離、処理室を通るガスの流速、および実行される特定の処理方法な等の多数のパラメータにより受入れ可能である。
【００７６】
図１４において、分光計によって測定された信号強度のグラフは、アッシャ装置の動作時間にわたってプロットされている。従来の信号は、参照番号１６２で示され、本発明の信号は、参照番号１６６で示されている。このグラフは、ランプ中に最も一般的に存在している不要なストレー光が、本発明の実行によって大いに減少することを示している。また、グラフは、本発明を実行することにより、所望の生成物信号が大いに増加することを示している。
【００７７】
図１０において、０．１インチ（2.54ｍｍ）直径の一般的な焦点スポットに対して、焦点がウエハ表面の０．４インチ（10．16ｍｍ）以内であると、強い生成物信号を達成できる。このピーク強度は、ウエハ表面の０．２インチ（5.08ｍｍ）以内に得られる。表面近くの信号強度における減少は、ビューイング受光装置がウエハ表面に対してほぼ接線方向に視線があること、および受光装置が視線の接線方向に沿って統合しているという事実によっている。生成物は、ウエハの表面上方に沿って半径方向外側に層状のプラズマ流によって吹き払われる。生成物の統合ラインの濃度(concentration)は、ウエハ表面での層流の粘性引きずりによる。
【００７８】
光学モニタ装置１１２は、好ましくは、ウエハが作られた材料に対するブルースター(Brewster)角度に相当する角度でウエハ９８を見る。シリコン等の一般的なウエハ材料に対して、ビューイング受光装置とウエハ表面上の焦点領域との間の角度は、１６．２°となる。光学モニタ装置は、理想的には、この装置に対するウエハ９８の遠方端１２４でのウエハ表面に合焦する。ブルースター角度でウエハを見ることの可能性は、処理室２２のアスペクト比に従う。ある室では、例えば、処理室２２の垂直寸法は、あまりに小さすぎるので、ブルースター角度でウエハの遠方端上にレンズ１１６によって合焦させることができない。
【００７９】
好ましい実施形態では、光学モニタ装置１１２に入射する光は、偏光してノイズに対抗する信号およびバックグラウンド比率に対抗する信号を増加させる。半導体処理ツールに用いられるウエハ９８は、シリコン等の誘電体材料で一般的に作られる。誘電体材料の特性は、入射光が反射する角度を決定する。この反射特性は入射光の偏光による。この現象は、光学検出装置１１０のバックグラウンドに対抗する信号を改善するために利用される。
【００８０】
終了点が近づくと、残留被膜の薄い層は比較的早く取り除かれる。それゆえ、反射特性に関連してモニタされるべき材料は、誘電体材料のウエハ９８自体である。種々の被膜材料の誘電率を考慮する必要がない。
【００８１】
一般的なシリコンウエハに対する反射率はかなり高い。しかし、反射光は、ブルースター角度θBに対するビューイング角度を調整することによって偏光することができる。与えられた材料に対して、ブルースター角度θBは、次式で定義される。
θB＝tan-1（ｎ2／ｎ1）
ここで、θBは、ウエハ表面に直交する入射光であり、ｎ2は、光が、特に真空の処理室に入射する材料の屈折指数である。ｎ1は、光がシリコンまたは他のウエハ材料に入射する材料の屈折指数である。
【００８２】
ブルースター角度θBにおいて、入射平面内にある電界の偏向を受ける全ての光は、反射要素なしで第２材料に伝達される。入射平面は、入射光線および反射光線の両方を含む平面として定義される。
【００８３】
第１の実施形態では、光学モニタ装置は、ウエハをブルースター角度θBで見る。光学モニタ装置によってモニタされる、ウエハ材料によって反射したいずれの光も１つの偏光として構成される。偏光板１２２は、光学モニタ装置１１２内に含まれており、反射光の残留する偏光された成分を取り除く。ウエハ材料は、ウエハ上に入射する光の一成分が取り除かれ、偏光板１２２は、残りの成分を取り除く。すべての被膜が取り除かれる終了点では、分光計によって測定される光はない。その理由は、ブルースター角度θBで見られるウエハは、そのウエハから反射した光の一成分を取り除き、さらに、偏光板は、残りの成分を取り除く。偏光装置は、生成物から所望の信号を減少する間、バックグラウンド比率に対抗する信号が増加して、バックグラウンド信号は大きな振幅で減少される。
【００８４】
シリコンウエハに対する計算された最適角度は、概略、θB＝７３．８°であり、それは、受光装置とウエハ表面との間の１６．２°の角度に変換される。焦点１３０と光学モニタ装置１１２との間の水平および垂直間の距離の比は、３．４４対１となる。３．４４対１のアスペクト比は、一般的な処理室２２の構造と両立できる。
【００８５】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、選択されたレンズの焦点距離Ｌが、光学モニタ装置１１２のビューイング光線１４８にどのように影響するかを示す。短い焦点距離のレンズを選択することによって、ビューイング光線は、放射信号が最大である経路に沿ってのみ光を通過させるように狭まる。短い焦点距離を有するレンズを用いると、ビューイング光線１４８がより狭いことから信号強さが減少する。しかし、より狭い光線によってモニタされるバックグラウンドの量が減少するので、信号対バックグラウンド信号は増加する。図１３Ｃは、短い焦点距離を有する場合の結果を示す。
【００８６】
図１３Ａは、ウエハが図の底部に配置されかつ左側にレンズ１１６と光ファイバー１１８を有する元の構造を示している。このウエハは、ビューイング光線１４８を示す光線のわずか下側に示されている。図１３Ａにおいて、ウエハの周縁１２４の近くでビューイング光線をカットオフしないように、ビューイング光線の軸線がウエハよりも上方に位置しなければならないことを示している。
【００８７】
図１３Ｂおよび図１３Ｃには、より短い焦点距離が示されている。短い焦点距離を有するレンズは、ビューイング光線が大きく広がる前に、光線のリダイレクション(redirection)を可能にする。そして、ビューイング光線１４８は、ビームらしい特性を維持する。狭いビューイング光線は、ウエハ表面１３６により近づいて表面上を低く進み、それにより、生成物の信号が最大であるウエハ表面上の領域から光を受け取ることができる。
【００８８】
上述したこれらの記載は、単に例示のためになされたものであり、本発明は、ここに記載した実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲またはその技術的思想から逸脱しない範囲で種々の変更及び修正を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る終了点検出のための受光装置を示す概略平面図である。
【図２】本発明に係る終了点検出のための受光装置を示す概略正面図である。
【図３】マイクロ波プラズマアッシャーの斜視図である。
【図４】マイクロ波プラズマアッシャーの前断面図である。
【図５】マイクロ波プラズマアッシャーの処理室の概略斜視図である。
【図６】マイクロ波プラズマアッシャーの処理室の平面図である。
【図７】処理室に取り付けられた光学ポートを含む処理室の一部分を示す拡大断面図である。
【図８】処理室に取り付けられた光学ポートを含む処理室を示す断面図である。
【図９】光学ポートとビューイングダンプを有する処理室の前断面図である。
【図１０】ウエハ上の距離と特定の波長光の信号強度との関係を示すチャート図である。
【図１１】処理室内のプラズマの流れを示す、マイクロ波プラズマアッシャーの概略図である。
【図１２】１２Ａは、ウエハ上に伸びる動作ラインを有する光学系の概略図であり、１２Ｂは、焦点を結ばない光学系とウエハの概略図であり、１２Ｃは、ウエハの表面上の領域を見るために焦点を合わせた光学系の概略図であり、１２Ｄは、ウエハの表面に焦点を合わせた光学系の概略図である。
【図１３】１３Ａは、ウエハの表面上に焦点を合わせた光学系の概略図であり、１３Ｂと１３Ｃは、１２Ｃと１２Ｄの場合よりも短い焦点距離でウエハの表面上に焦点を合わせた概略図である。
【図１４】２つの異なる反応室に対する３０９ｎｍの光強度と時間との関係を示すグラフ図である。
【図１５】ビューイングダンプの拡大部分断面図である。
【符号の説明】
２０    プラズマアッシャー
２１    プラズマ発生室
２２    ウエハ処理室
９０，９２  支持体
９８    ウエハ
１１０  光学検出装置
１１２  光学モニタ装置
１１４  プラズマ（ウエハ処理材料）
１１６  レンズ
１１８  リニア配列
１２２  偏光板
１２７  ポート
１２８  ビューイングダンプ
１３０  焦点
１３１  分光計
１３６  表面
１３８  光ファイバー
１４０  受光装置
１４４  ランプ
【図１】
0004725873.tif 000002
【図２】
0004725873.tif 000003
【図３】
0004725873.tif 000004
【図４】
0004725873.tif 000005
【図５】
0004725873.tif 000006
【図６】
0004725873.tif 000007
【図７】
0004725873.tif 000008
【図８】
0004725873.tif 000009
【図９】
0004725873.tif 000010
【図１０】
0004725873.tif 000011
【図１１】
0004725873.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004725873.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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