JPH0478136A - プラズマ処理終点検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理終点検出装置に関する。

′−（従来の技術） 例えば、半導体素子製造装置の１っであるマグネトロン
プラズマエツチング装置では、平行電極間に形成される
電界と直交する磁場を形成することにより、より低圧（
１０’ｐｏｒｒ程度）で、しかも、高いエツチングレー
ト（１μｍ／ｗｉｎ程度）が得られている。

この種の装置では、プラズマ終点の検出を行うことが、
その後の動作を行う上で不可欠となっている。そこで、
プラズマが生成されるプロセスチャンバーに透明な窓部
を設け、この窓部に臨んでプラズマ終点検出装置（Ｅ　
Ｐ　Ｄ）を設けている。

そして、このＥＰＤはプラズマ発光強度を検出し、例え
ば第５図に示すように、プラズマ定常状態における発光
強度を１００％とした場合に、これが６０％に低下した
際にプラズマ終点を検出していた。

（発明が解決しようとする課８） ところで、この種のマグネトロンプラズマエツチング装
置では、エツチング特性の改善のため、特に均一磁場を
形成するために、磁界形成手段としてのマグネットを回
転させるものがある。このように回転磁界中でプラズマ
を生成するものについて、そのプラズマの終点検出に従
来装置をそのまま適用した場合には、プラズマか磁界の
回転に伴って移動するため、終点検出時期ができないこ
とが判明した。

また、磁界の回転かある特定位置に来たときのみプラズ
マの発光強度を入力することによって、終点検出を行う
ことができるが、この場合はデータの人力間隔が磁界の
一回転に一度しかできないため、検出時期に誤差が少す
るおそれがある。

そこで、本発明の目的とするところは、回転磁界中にて
プラズマを生成する場合にあっても、プラズマ終点検出
を正確に行うことかできるプラズマ処理終点検出装置を
提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、電界および回転される磁界中で生成されるプ
ラズマの発光強度を検出して、プラズマの終点検出を行
う装置において、 上記プラズマの発光出力を平滑化する平滑化手段と、 平滑化された信号に基つきプラズマの終点検出を行う終
点検出手段とを有することを特徴とする。

（作　用） 回転磁界中でのプラズマの終点検出が正確に行えない原
因は、プラズマが磁界の回転に伴って移動するため、観
察点におけるプラズマ発光強度が大きく変動し、検出器
に入力できる信号か磁界の回転に同期した周波数的な成
分を含む第３図のような波形になってしまうことにある
。

この信号を使用してそのまま検出しようとすると、実際
のプラズマ終点を検出ではなく、変動成分を終点として
判断してしまう可能性がある。

そこで、本発明では、プラズマの発光強度を検出した後
、この検出出力を平滑化し、この平滑化された信号に基
づきプラズマ終点検出を行っている。この結果、プラズ
マの発光強度の変動成分に基づくプラズマ終点検出の誤
差を低減できる。

（実施例） 以下、本発明をマグネトロンプラズマエツチング装置の
終点検出に適用した一実施例について、図面を参照して
具体的に説明する。

まず、マグネトロンプラズマエツチング装置の概略につ
いて、第４図を参照して説明する。

同図において、真空引きが可能であり、かつ、エツチン
グガスの導入が可能なプロセスチャンバー１０内部には
、ウェハ１２を載置するための載置台１４が設けられて
いる。前記載置台１４には周波数例えば２．４５ＧＨｚ
　、または１３．７５ＫＩ（ｚの高周波電力を出力する
ＲＦ電源１６が接続され、一方前記プロセスチャンパー
１０は接地されることで、カソードカップリング（ＲＩ
　Ｅ）方式の平行平板電極を構成している。従って、Ｒ
Ｆ電源１６をＯＮすることで、この平行平板電極間で前
記ウニ／Ｘ１２に臨んでプラズマを生成することができ
る。

さらに、本実施例では均一でかつ異方性の高いエツチン
グを行うために、前記ウニ１１１２の近傍にて電界と直
交する水平磁場を形成するためのマグネット１８が、前
記プロセスチャンバー１０の上方に設けられている。こ
のマグネット１８は同図に示すように回転駆動可能てあ
り、ウニ／＼１２の全面にて均一な水平磁場を形成でき
るようにしでいる。

そして、前記プロセスチャンバー１０内部に生成される
プラズマの終点検出を行うために、このチャンバー１０
には窓１０ａか形成され、この窓１０Ｈに臨んで終点検
出装置（ＥＰＤ）２０か設けられている。

このＥＰＤ２０について、第１図を参照して説明する。

このＥＰＤ２０は、大別して検出手段３０．平滑化手段
４０および終点検出手段５０て構成されてる。

前記検出手段３０は、第４図に示す前記プロセスチャン
バー１０の透光窓部１０ａに臨んで配設され、チャンバ
ー１０内部のプラズマ光を１カ所の窓部１０ａを介して
人力し、その光強度に応じた電気信号を出力する受光セ
ンサ３２と、このセンサ出力を増幅する増幅器３４とか
ら構成されている。なお、プラズマ光を複数カ所から取
込んでもよい。

前記平滑化手段４０は、前記増幅器３４の出力電圧に応
じた周波数を出力するｖ−ｐ変換器４２と、このＶ−Ｆ
変換器４２の出力パルスをカウントアツプするカウンタ
４４と、このカウンタ４４へのカウントパルスの取込み
タイミングを規定するエンコーダ４６とから構成されて
いる。前記エンコーダ４６は、例えば前記マグネット１
８の回転軸に固着された円盤４６ａと、この円盤４６ａ
の周縁に１２０度間隔て形成された３つの切欠き４６ｂ
と、この切欠き４６ｂの移動杆路上下に発光、受光素子
を形成してなるセンサー４８とから構成されている。

本実施例では、前記マグネット１８の回転速度は２　Ｏ
ｒｐｍであり、３秒間に１回転するようになっている。

従って、前記エンコーダ４６におけるセンサー４８から
は、１秒に１発のパルスが出力されることになる。

前記カウンタ４４の機能としては、第３図に示す発光強
度信号の拡大図である第２図において、前記マグネット
１８の周期Ｔの期間にわたって上記信号が積分された信
号、すなわち同図に示す波形で囲まれる斜線館域の面積
に応した信号を出力するものである。

前記終点検出手段５０は、前記カウンタ４４からの出力
に応して終点検出を行うＣＰＵ５２と、終点を検出を行
うための比較情報を記憶するためのメモリ５４とから構
成されている。

前記ＣＰＵ５２の機能としては、 ■　第３図に示すプラズマの定常状態の開始時期、すな
わち時間ｔ１よりカウンタ４４の出力の取込みを開始し
、この定常状態における発光出力の平均値を上記比較情
報としてメモリ５４に記憶する。

■　この比較情報を１００％とし、その後前記カウンタ
４４から出力される積分データが前記比較情報に対して
６０％に達した際に、すなわち第３図の時刻ｔ２におい
て、終点検出信号を出力する。

次に、上記実施例装置の作用について説明する。

プロセスチャンバー１０を所定真空度まで真空引きした
後、プロセスガスを導入する。その後、載置台１４にＲ
Ｆパワーを供給することで、この載置台１４上のウェハ
１２に垂直な磁界を形成し、かつ、マグネット１８を回
転駆動することで、前記ウェハ１２と水平な磁場を形成
し、このウェハ１２に臨んでプラズマを形成することて
、プラズマエツチングか実施されることになる。

前記マクネット１８を回転駆動することで、ウェハ１２
に水平な均一磁場を形成できるか、このことによってプ
ラズマかマグネット１８の回転と同期して回転すること
になる。プラズマの終点検出は、このプラズマによる発
光強度を検出して行うことになるが、本実施例では下記
の手順に従って終点検出を実施している。

前記プロセスチャンバー１０の窓１０ａに臨んで配設さ
れる受光センサー３２は、プロセスチャンバー１０内の
１カ所でのプラズマ発光強度を検出している。従って、
この受光センサー３２の出力は、第３図に示すように、
前記マグネット１８の回転速度と同期した変動成分を含
んでいる。この変動成分は、第２図にて拡大して示すよ
うに、マグネット１８の回転周期Ｔを周期とするサイン
カーブと考えることができる。

本実施例では、まずプラズマ定常状態でのプラズマ発光
強度の平均値を、プラズマ終点検出の比較情報としてメ
モリ５４に記憶する動作を行う。

プラズマの定常状態が実現される時刻ｔ、は予め想定す
ることかできるので、ＣＰＵ５２は、時刻ｔ１に達した
後からカウンタ４４の出力の受付けを行うことになる。

このカウンタ４４を含む平滑化手段４０の動作について
説明すると、増幅器３４の出力電圧は、第３図に示すプ
ラズマ発光強度と比例した電圧となり、これを入力する
Ｖ−Ｆ変換器４２は、電圧値が高いほど高い周波数のパ
ルスを出力する。カウンタ４４は、前記Ｖ−Ｆ変換器４
２のパルスを入力し、第２図に示すように、プラズマの
回転周期Ｔの期間にわたってプラズマ発光強度を平滑化
、すなわち積分した信号を出力するものである。このカ
ウンタ４４にて平滑化する方式としては、種々のものが
考えられるが、例えば前記エンコーダ４６からのパルス
人力毎にリセットし、前記マクネット１８の一周期Ｔ内
の３発のパルスによってリセットされた各カウンタ値を
前記ＣＰＵ５２に出力し、ＣＰＵ５２はこの３回分のカ
ウント値の総計を一周期内の積分したデータとして得る
ことができる。あるいは、前記カウンタ４４を無限カウ
ンタとして構成し、プラズマ定常状態開始時の時刻ｔ１
以降に前記エンコーダ４６より最初に出力されたパルス
によってカウンタ４４をリセットし、その後は前記Ｖ−
Ｆ変換器４２のパルスをカウントアツプした値をＣＰＵ
５２に出力する。そして、ＣＰＵ５２は、前後の一周期
Ｔ内のカウント値の差分を演算することで、−周期Ｔ内
の積分されたデータを作成することができる。そして、
ＣＰＵ５２は、プラズマ定常状態における前記積分デー
タの平均値を、プラズマ終点検出の比較情報として演算
し、これをメモリ５４に登録することになる。

比較情報を登録した後は、ＣＰＵ５２は前記カウンタ４
４を介してマグネット１８の一周期Ｔ内の平滑化データ
を順次人力し、これを前記比較情報と比較する。そして
、比較情報を１００％とした場合に、入力された平滑化
データか６０％に達した際には、二のＣＰＵ５２よりプ
ラズマ終点検出信号か出力され、マグネトロンプラズマ
エツチング装置の終点検出が達成されることになる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施か可能である。

本発明のプラズマ終点検出は、上記実施例の−ようなマ
グネトロンプラズマエツチング装置に適用するものに限
らず、少なくとも電界および回転される磁界中でプラズ
マを生成する種々の装置に適用できる。また、磁界を回
転させる手段としては、マクネット１８を機械的に回転
駆動するものに限らず、磁界発生手段をコイルにて形成
し、通電方式によってその磁力線を回転させるものであ
ってもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば電界および回転さ
れる磁界中でプラズマを生成する場合であって、そのプ
ラズマが回転磁界と共に移動し、プ、ラズマの発光強度
に変動成分が生ずる場合にも、この発光強度を平滑化し
て、この平滑された信号に基づきプラズマ終点検出を行
うことで、誤差の少ない終点検出を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるプラズマ終点検出装
置のブロック図、 第２図は、第１図の受光センサーより出力されるプラズ
マ発光強度の変動成分を拡大して示す特性図、 第３図は、第１図の受光センサーより出力されるプラズ
マの発光強度の時間的変化を示す特性図、第４図は、本
発明を適用したマグネトロンプラズマエツチング装置の
概略断面図、 第５図は、磁界を回転しない場合のプラズマ発光強度を
示す特性図である。 ２０・・・プラズマ処理終点検出装置、３０・・・検出
手段、３２・・・受光センサー４０・・平滑化手段、４
２・・・Ｖ−Ｆ変換器、４４・・カウンタ、４６・・エ
ンコーダ、５０・・・終点検出手段、５２・・・ＣＰＵ
、５４・・メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電界および回転される磁界中で生成されるプラズ
   マの発光強度を検出して、プラズマの終点検出を行う装
   置において、 上記プラズマの発光出力を平滑化する平滑化手段と、 平滑化された信号に基づきプラズマの終点検出を行う終
   点検出手段と、 を有することを特徴とするプラズマ処理終点検出装置。