(57)【要約】【課題】    エッチング反応の終点等の装置内の状態を精度よく検出することのできるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  処理チャンバ１内にプラズマを生成し、該チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す処理チャンバ１と、補助光源５０１からの補助光を断続して前記処理チャンバ内に供給する補助光のチョッピング機構５０２と、前記プラズマのプラズマ発光、及び前記処理チャンバ内を通過した補助光とプラズマ発光の和をそれぞれ検出する分光検出手段５０３と、分光検出手段の検出出力及び前記チョッピング機構による断続信号をもとにプラズマ発光スペクトル及び補助光に対する吸収スペクトルを検出する演算処理部５０４を備えた。【選択図】  図１
2005079454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内にプラズマを生成し、該チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す処理チャンバと、
補助光源からの補助光を断続して前記処理チャンバ内に供給する補助光のチョッピング機構と、
前記プラズマのプラズマ発光、及び前記処理チャンバ内を通過した補助光とプラズマ発光の和をそれぞれ検出する分光検出手段と、
分光検出手段の検出出力及び前記チョッピング機構による断続信号をもとにプラズマ発光スペクトル及び補助光に対する吸収スペクトルを検出する演算処理部を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。      
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、検出したプラズマ発光スペクトル及び補助光に対する吸収スペクトルをもとにプラズマ処理の終点を検出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、真空処理室内を通過した補助光を反射する反射鏡を備え、前記分光検出手段は前記反射鏡による反射光を検出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記補助光の強度はプラズマ発光の強度より大であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、プラズマ処理を施す試料ごとに検出したプラズマ発光スペクトル及び補助光に対する吸収スペクトルをもとに前記処理チャンバ内の状態変化を検出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、プラズマ発光のない状態で補助光を真空処理室内に導入し、補助光の導入部及び導出部の汚れを検出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、補助光は白色光であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１ないし７記載のプラズマ処理装置において、補助光は赤外線成分を含む白色光であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、プラズマ処理装置内の状態を精度よく検出することのできるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来のプラズマエッチング装置を説明する図である。図５において、プラズマエッチング装置は、処理チャンバ(処理容器)１、処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段１４、排気導出路８、処理ガスを排気すると共に処理チャンバ内の圧力を設定値に制御するガス排気手段９を備える。さらに、処理チャンバ１内には処理対象である試料５を支持する試料台２及び処理チャンバ内にプラズマを生成するためのプラズマ生成手段６を備える。
【０００３】
プラズマ生成手段６は、電磁波を生成するマグネトロン、生成した電磁波を処理チャンバ１内に供給する電磁波供給手段、処理チャンバ１内に電界を発生させるアンテナ、磁場を発生させる電磁コイルを有する。また、試料台２には、高周波電源７からの高周波電圧を印加して、前記プラズマにより生成されたイオン等の反応生成物を試料側に誘引する。
【０００４】
また、プラズマエッチング装置は装置状態検出手段１５を備える。該手段１５は、プラズマ生成手段６によって処理チャンバ１内に生成するプラズマからの発光を検出し、これを分光分析して分析データを生成する分析装置を備えている。この分析装置を利用することにより、例えばエッチングの終点を判定することができる（特許文献１参照）。
【０００５】
図６は、従来のプラズマアッシング装置を説明する図である。プラズマアッシング装置は処理チャンバ１、処理チャンバ１内でプラズマを区画するための穴あき導電板１３、処理チャンバ１内にプラズマを生成するためのマイクロ波等を供給する電磁波供給手段１０を備える。また、処理チャンバ１内には試料５を支持する試料台２を備える。プラズマ処理装置内で発生したラジカルは、穴あき導電板１３を介して処理チャンバ１内を試料５の上面まで輸送され、試料５の上面でアッシング反応を生起する。
【０００６】
１１は処理チャンバの上方に配置した分光器、１２はフォトマルチプライヤである。プラズマからの発光を前記分光器等１１で分光し、分光出力をフォトマルチプライヤ１２を用いて観測することによりプラズマの状態を観察することができる。
【特許文献１】特願２００２−６４７８３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、前記プラズマエッチング装置により、エッチングの終点を判定する場合、エッチング対象である試料が重金属等の不揮発性材料である場合にはエッチングの終点判定が困難となる。すなわち、不揮発性材料をエッチングした場合、生成する反応生成物の発光量はごく僅かであり、このため、エッチングの終点判定は困難となる。
【０００８】
また、前記発光量からエッチングの形状、完成寸法等を推測しようとするする場合には、処理チャンバ内に存在するイオン、ラジカル、エッチャント、反応生成物等の量を正確に測定することが必要となる。しかし、イオン、ラジカル、エッチャント、反応生成物等からの発光は僅かであり、このため前記発光はプラズマ発光の中に埋もれてしまい、これらの量を正確に測定することは困難となる。
【０００９】
また、プラズマアッシング装置は、前述のようにプラズマによりラジカルを生成し、生成したラジカルを試料表面まで搬送してアッシングを行う。すなわち、アッシング反応は試料上面の近傍に搬送したラジカルを主体として進行する。このため、処理チャンバの上方に配置した、分光器１１及びフォトマルチプライヤ１２を用いて観察することはできない。すなわち、前記分光器１１及びフォトマルチプライヤ１２で観察可能なプラズマは、前記試料上面近傍の反応部と離れている。このため前記分光器１１及びフォトマルチプライヤ１２を用いてアッシング反応の終点を検出することは困難である。
【００１０】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、エッチング反応の終点等の装置内の状態を精度よく検出することのできるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１２】
処理チャンバ内にプラズマを生成し、該チャンバ内に配置した試料にプラズマ処理を施す処理チャンバと、補助光源からの補助光を断続して前記処理チャンバ内に供給する補助光のチョッピング機構と、前記プラズマのプラズマ発光、及び前記処理チャンバ内を通過した補助光とプラズマ発光の和をそれぞれ検出する分光検出手段と、分光検出手段の検出出力及び前記チョッピング機構による断続信号をもとにプラズマ発光スペクトル及び補助光に対する吸収スペクトルを検出する演算処理部を備えた。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上の構成を備えるため、装置内の状態を精度よく検出することのできるプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のプラズマ処理装置（エッチング装置）を説明する図である。
【００１５】
図１に示すように、処理チャンバ１の内側には石英等の透光性を有する部材で形成した石英カバー１６を備える。この石英カバー１６は試料台２の側方あるいは上方を囲うように配置する。このように配置することにより、石英カバー１６の内側の空間でプラズマが発生し、該プラズマにより種々の反応生成物が生成しても、該生成物が処理チャンバ１の内壁面に付着すること、あるいは前記プラズマあるいはその反応の生成物により処理チャンバ１の内壁面が削られることを阻止することができる。
【００１６】
また、処理チャンバ１の側壁には、補助光の断続光を処理チャンバ１の内側に照射し、処理チャンバ１の内からの光（前記補助光の反射光あるいはプラズマ光）を受光するためのビューポート３を備える。
【００１７】
なお、前記ビューポート３には、図示しない前記補助光の照射手段及び受光手段を取り付ける。また、装置状態検出手段５０内で生成した補助光の断続光は照明用ファイバ５０５を介してビューポート３に伝達し、ビューポートで受光した光は受光ファイバ５０６を介して分光検出手段５０３に伝達する。
【００１８】
ここで、前記補助光の断続光は補助光源５０１の照射光を補助光のチョッピング機構５０２により断続（オンオフ）することにより生成することができる。このチョッピング機構５０２により生成した断続光は照射用ファイバ５０５を介してビューポート３に伝達する。
【００１９】
さらに、処理チャンバの内側壁面上には、前記断続された補助光を反射して受光手段に向かわせる反射手段４を設けている。反射手段４は、プラズマあるいはこれにより発生する反応生成物が付着したり、あるいは前記プラズマにより表面が削られること等を抑制するため石英カバー１６の外側に設ける。なお、石英カバー１６の内側あるいは処理チャンバ１の内側等に設けることもできる。
【００２０】
ビューポートに取り付けた受光部で受光した光は受光用ファイバ５０６を介して分光検出手段５０３に供給する。
【００２１】
分光検出手段５０３は、チョッピング機構５０２による補助光の導通時には補助光及びプラズマ発光を受光し、補助光の非導通時にはプラズマ発光を受光することになる。また、演算処理手段５０４は、分光検出手段５０３による分光出力及び前記チョッピング機構５０２の断続タイミングを表すチョッピング信号をもとに、後述するようにプラズマ発光のスペクトル及び反応生成物等による吸収スペクトルをそれぞれ解析し、処理チャンバ内状態を検出する。
【００２２】
図２は、補助光の反射光をもとにプラズマ処理装置内の状態を検出する処理を説明する図である。この例では、エッチング処理前（プラズマ放電なしの状態）において補助光を照射してその反射光を測光する。分光検出手段５０３により検出する光は、前記石英カバー１６及びビューポート３を透過した補助光である（測定値１）。
【００２３】
前記石英カバー１６及びビューポート３は、プラズマ処理時に伴って生成物が付着したり、その表面が削られたりする。これに伴い、光の減衰量も影響を受けて変化することになる。前記反応生成物等が石英カバー１６の内壁面にあるいはビューポートに付着すると、ここを通過する光の量や強さは付着物のために大きく減衰することになり、これを考慮しないで測定を行うと、処理チャンバ内部の発光が減少したと判断し、これをもとに反応が停止あるいは終了したと判断してしまうことがある。
【００２４】
したがって、例えば、試料であるウエハの処理を開始する毎、あるいはロット処理を開始する毎に、チョッピング機構５０２により補助光の光源８０１からの補助光を処理チャンバ１内に連続的に（あるいは断続的に）照射する。照射した補助光は石英カバー１６を通過して該石英カバー１６内の空間を通り、反射手段４により反射されて受光手段により受光する。受光した光は受光用ファイバ５０６を介して分光検出手段５０３に伝送し、ここで各波長毎に分光し、演算処理手段５０４により予め設定した波長毎に前記照射光との差、すなわちスペクトル量の減衰量を演算する。これにより、石英カバー１６及びビューポート３の汚れの程度を検出することができる。なお、この減衰量は以下の処理における計測値の補正値として使用することができる。また、前記スペクトル量の減衰量を演算する毎に逐次格納しておくことにより、経時変化を知ることができる。
【００２５】
図３は、補助光の反射光あるいはプラズマ発光をもとにプラズマ処理装置内の状態を検出する処理を説明する図であり、図３ａはエッチング処理中（プラズマ放電あり）における補助光オフ時（非照射時）の測光を説明する図、図３ｂはエッチング処理中（プラズマ放電あり）における補助光オン時（照射時）の測光を説明する図である。
【００２６】
前述したように、受光手段を介して受光した光は受光用ファイバ５０６を介して分光検出手段８０３により分光される。分光した光のスペクトルは、その波長(周波数)に応じて、各種反応あるいは物質の生成を表している。従って、このスペクトルの強度等を評価することで、これに対応する反応や生成物の生成の状態、あるいは前記反応の量や速度等を検出することが可能となる。
【００２７】
例えば、ある波長のスペクトルの強さ、大きさが大きい場合には、その波長に対応した反応や生成物の量が大きいと考えることができる。逆に、このスペクトルの量が小さくなれば対応する反応が小さくなり、或いは反応が終了、停止したと判断することも可能となる。
【００２８】
また、前記補助光は処理チャンバ１内に反応生成物等の物質が存在すると、その物質特有の波長の光が吸収される。従って、この吸収スペクトルの強度等を評価することにより、吸収スペクトルに対応する反応や生成物の生成の状態、あるいは反応の量や速度等を検出することが可能となる。すなわち、処理チャンバ１内部のプラズマ発光あるいは反応により生じた光あるいは補助光の吸収を測定することでそのプラズマの状態あるいは反応の状態等を検出することが可能となる。
【００２９】
まず、図３（ａ）の場合に得られる受光データ、すなわちエッチング処理中（プラズマ放電あり）で、かつ補助光オン時（照射時）において分光検出手段５０３により検出する光は、前記石英カバー１６及びビューポート３を透過したプラズマ発光である（測定値２）。
【００３０】
前述のように、試料を処理する際に処理チャンバ１内で発生する光、すなわちプラズマ発光は、プラズマ中で生じる各種の化学反応あるいは生成物の生成反応に伴う発光を含んでいる。このため、分光検出手段５０３によりプラズマ発光を各波長毎に分光してそのスペクトル強度を分析することにより、プラズマ処理装置の装置状態を検出することができる。
【００３１】
例えば、特定の波長の光のスペクトルについて、その時系列データの変化を用いることにより、前記波長に対応した反応の開始、あるいは反応の終了等の情報を検出することができる。また、前記図２において演算した減衰量（測定値１）を利用することにより、石英カバーあるいはビューポートを透過する際の光の減衰量の経時変化に基づく影響を抑制して反応検出の精度を向上させることができる。
【００３２】
また、図３（ｂ）の場合に得られる受光データ、すなわち、エッチング処理中（プラズマ放電あり）で、かつ補助光オン時（照射時）において分光検出手段５０３により検出する光は、石英カバー１６及びビューポート３を透過した補助光、及び石英カバー１６及びビューポート３を透過したプラズマ発光である（測定値３）。
【００３３】
前記補助光は、処理チャンバ内を通過する際、処理チャンバ内に存在する物質（反応生成物等）により、その物質特有の光が吸収される。従って、この吸収スペクトルの経時変化を取得することにより、処理チャンバ内に存在する反応生成物の経時変化を知ることができる。また、この経時変化を利用して例えばエッチングの終点を判定することができる。
【００３４】
ここで、補助光に対する前記吸収スペクトルは、図３（ａ）における受光データ及び図３（ｂ）における受光データを交互に取得し、図３（ｂ）における受光データに対応するスペクトルデータ（測定値３）から、図３（ａ）における受光データに対応するスペクトルデータ（測定値２）を減算することにより得ることができる。
【００３５】
なお、前記図３（ａ）における受光データ（測定値２）及び図３（ｂ）における受光データ（測定値３）は、前述のように前記補助光源５０１からの補助光をチョッピング機構により断続して照射すると共に、プラズマ発光及び補助光の反射光を分光検出手段で検出することにより交互に取得することができる。なお、前記補助光は白色光であることが望ましい。
【００３６】
図４は、装置状態検出手段５０をプラズマ処理装置（アッシング装置）に適用した例を説明する図である。なお、図において図１及び図６に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
この例では、ビューポート３及び反射手段４からなる測定光の通路を試料台２上に設置した試料５の近傍に設定している。このため、装置状態検出手段５０は試料近傍の装置状態をプラズマに妨害されることなく検出することができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、例えば終点判定に際して、補助光に対する反応生成物等の吸収スペクトル及びプラズマ発光のスペクトルを用いるため、精度の高い終点判定を行うことができる。また、前記吸収スペクトルのデータはほぼ一定出力の補助光に対する吸収スペクトルデータであるため（変動量の大きいプラズマ発光に対する吸収スペクトルデータではないため）その経時変化を正確に測定することができる。したがって、より正確な加工形状を得ることができる。
【００３９】
また、アッシング装置に適用する場合には、ビューポート３及び反射手段４からなる測定光の通路を試料台２上に設置した試料５の近傍に設定する。このため、装置状態検出手段５０は試料近傍の装置状態をプラズマに妨害されることなく検出することができる。
【００４０】
なお、前記補助光として赤外線成分を含む補助光を用いることにより、Ｃ０２の吸収スペクトルを検出することができ、これを用いてアッシングの終点を判定することができる。
【００４１】
また、アッシングプロセスにおいて他のプロセスを評価することができる。例えば、アルミ配線用のエッチング装置のインラインアッシング装置ではアッシング処理を施すことにより、レジスト除去以外に防触処理を行うことができる。すなわち、アッシング処理前のアルミ配線はエッチャントである塩素と結合しているが、これをフッ素で置換することにより防触処理を行うことができる（Ａｌ−Ｃｌ＋Ｆ＊（フッ素ラジカル）→Ａｌ−Ｆ＋Ｃｌ２）。このような場合においては、ＣｌまたはＦの吸収スペクトルを検出することにより防触処理プロセスを監視することができ、装置の防触性能を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態のプラズマ処理装置を説明する図である。
【図２】補助光の反射光をもとにプラズマ処理装置内の状態を検出する処理を説明する図である。
【図３】補助光の反射光あるいはプラズマ発光をもとにプラズマ処理装置内の状態を検出する処理を説明する図である。
【図４】装置状態検出手段５０をアッシング装置に適用した例を説明する図である。
【図５】従来のプラズマエッチング装置を説明する図である。
【図６】従来のプラズマアッシング装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  処理チャンバ
２  試料台
３  ビューポート
４  反射手段
５  試料
６  プラズマ生成手段
７  高周波電源
８  排気導出路
９  排気手段
１０  電磁波供給手段
１１  分光器
１２  フォトマルチプレクサ
１３  穴あき導電板
１４  ガス供給手段
１５  装置状態検出手段
１６  石英カバー
５０  装置状態検出手段
５０１  補助光源
５０２  補助光のチョッピング機構
５０３  分光検出手段
５０４  演算処理手段
５０５  照明用光ファイバ
５０６  受光用光ファイバ
【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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