JPS606852A - プラズマのモニタ方法およびモニタ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スパッタリングやドライエツチング等のよう
に、プラズマを利用する加工工程において、プラズマ中
に含オれる特定の分子、原子、イオン等の化学種の濃度
の分布を１ｌｌ１１定するプラズマのモニタ方法および
モニタに関するもＬＳＩや超ＬＳＩの製造工程において
は、線巾が数μｍ以下あるいは１μｍ以下の微細な回路
パターンを、高密度に配置することが要求されている。

このため、めっきや化学液によるエツチング等のウェッ
トプロセスから、微細加工が可能なドライエツチングや
スパッタリング等のドライプロセスへの移行が進められ
ている。

ドライプロセスによって微細な加工を精度よく行なうた
めには、加工条件の変動を小さくすると共に、加工の進
行状況を監視することが必要である。このため、ドライ
プロセスで加工中に発生するプラズマの発光を利用して
、加工状況を監視するモニタがいくつか提案されている
。

たとえば、ドライエツチングのモニタでは、加工中に発
生するプラズマ全体の発光量と、プラズマ中に含まれる
エツチング物質の発光量とを、各々個別の測定手段によ
って測定し、それらの結果を比較することにより、プラ
ズマ中に含まれるエツチング物質の濃度をめ、エツチン
グの終点を検出するようにしているΦまた、スパッタリ
ングのモニタでは、加工中に発生するプラズマを構成す
る化学種の中から２種類の化学種の発光量を、各々個別
の測定手段で測定し、それらの結果を比較することによ
り、スパッタ速度や形成される膜の組成を予測するよう
になっている。

これらのモニタは、対象とするプラズマ全体（もしくは
その一部）の発光を測定しているため、プラズマ全体（
もしくはその一部）の状態を捉えているにすぎない。

このため、加工領域内の加工状況のバラツキを把握する
ことができない。たとえば、ドライエツチングの場合に
は、エツチングの過不足が発生し、スパッタリングの場
合には、形成された膜の厚さや組成にバラツキが発生す
るのを防止することができない。また、同一ロット内で
の加工の均一性や、ロット間での加工状態の再現性全維
持するだめの情報を得ることができない。

さらに、２台の検出手段を用いるため、装置が高価にな
り、しかも大形になる。また、各検出手段の感度の差や
、配置された位置の差による受光量の差等による誤差が
発生するなど多くの欠点を有している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、プラズマ中における特定化学種の濃度
あるいは、２種の特定化学種の比率の分布を測定するプ
ラズマのモニタ方法およびモニタを提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明においてはプラズマの
測定位置を順次選択し、その各測定位置からのプラズマ
光を、プラズマを構成している全化学種が発光したプラ
ズマ光と、その中に含まれる特定化学種が発光したプラ
ズマ光とに分光し、もしくは、プラズマ光中に含まれる
２種類の特定化学種の発光したプラズマ光　に分光して
検出し、それらの検出結果を比較することによって、そ
れらの各測定位置における特定化学種の濃度もしくは２
種類の特定化学種の比率を測定することにより、プラズ
マ中の特定化学種の濃度もしくは比率の分布をめること
を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図において、加工装置１内に発生したプラズマを監
視するモニタは、加工装置１の窓１４と対向し、測定位
置のプラズマ光２を採光し、所定の位置へ導いて放射す
る採光手段３と、この採光手段３から放射されるプラズ
マ光２を受け入れ、その全てのプラズマ光２と、プラズ
マ光２中に含まれる特定化学種の発光による特定波長の
プラズマ光２ａとを交互に取出す分光手段４と、この分
光手段４によって取出されたプラズマ光２，２ａを、そ
の強さに応じた電気信号２１．２１ａに変換する光検出
手段５と、前記採光手段６に測定位置を指示する制御手
段６と、前記光検出手段５と制御手段６に接続され、光
検出手段５から印加される電気信号２１．２１ａを比較
して、測定位置におけるプラズマ中の特定化学種の濃度
を算出すると共に、その濃度と制御手段６から印加され
る測定位置の信号を対応させる測定手段７と、この測定
手段７に接続され、測定手段７から印加される測定位置
と、その測定位置における特定化学種の濃度の情報を表
示するディスプレイ等の表示手段８と、前記測定手段７
に接続され、測定手段７から印加される測定位置と、そ
の測定位置における特定化学種の濃度の情報を記録する
記録計９とによって構成されている。

なお、表示手段８と記録計９はいずれか一方のみでもよ
い。

前記加工装置１は、気密容器１１内に上下一対の電極１
２．１３を備え、側壁には内部を監視するための窓１４
が形成されている。そして、電極１５上に被加工物を載
置し、電極１２．１３の間に電圧を印加することにより
、被加工物と電極１２の間にプラズマが発生し、このプ
ラズマが発光する。

前記採光手段６は、第２図および第６図に示すように、
採光光学系３１と走査機構３１０とによって構成されて
いる。

前記採光光学系６１は、光ファイバ６２と、この光ファ
イバ３２の一端に外嵌されたコリメータ３３と、このコ
リメータ５３内に支持されたレンズ３４５６．５７と、
このレンズ５６．５７の間に、レンズ３６３７の焦点位
置にピンホール５８が位置するように支持された仕切板
５９とによって構成されている。

前記光ファイバ６２の他の一端は、前記分光手段４に接
続されている。また、前記レンズ６４は、前記加工装置
１の窓１４と反対側の内壁に届く程度の焦点距離になっ
ている。

前記走査機構３１０は、前記加工装置１に付設されたペ
ース３１１に支持されている。ペース３１１には、４本
のガイドパ３１２が立設され、その上端には、天上板３
１６が固定されている。また、前記ペース５１１と天上
板５１５の間には、第１の送りねじ３１４がガイドパ５
１２と平行に、かつ回転自在に支持され、天上板３１３
上に支持されたモータ３１５によって、正逆方向に回転
駆動される。前記ガイドパ３１２に摺！助自在に嵌合す
る穴と、前記送りねじ３１４に螺合するねじ穴が形成さ
れ、前記ペース６１１と天上板３１３の間に配置された
第１の移動ベース６１６は、前記送りねじ３１４の回転
により、ガイドパ６１２に沿って移動する。前記移動台
３１６上には、一対のブラケット６１７によって一対の
ガイドパ５１８が固定支持されている。前記ブラケット
３１７の間には第２の送りねじ３１９がガイドパ６１８
と平行に、かつ回転自在に支持され、移動台３１６上に
支持されたモータ３２０によって、正逆方向に回転駆動
される。前記ガイドパ３１８に摺動自在に低置する軸受
３２１と、前記送りねじ６１９に螺合するナツト３２２
には、第２の移動台３２５が固定され前記送りねじ口１
９の回転によって水平方向に移動するようになっている
。なお、移動台５２３は前記加工装置１の窓１４に対す
る垂直方向に十分長く形成されている。前記移動台６２
３上には、一対のプラタン）　３２４　（但し一方は図
示されていない）によって、一対のガイドパ６２５が固
定支持されている、前記ブラケット３２４の間には第６
の送りねじ３２６がガイドパ３２５と平行に、かつ回転
自在に支持され、移動台３２３上に支持されたモータ（
図示せず）によって、正逆方向に回転駆動される。前記
ガイドパ３２５に摺動自在に嵌合する軸受５２７と、前
記送りねじ５２６に螺合するナツト３２８には、第６の
移動台３２９が固定され、送りねじ３２６の回転によっ
て、窓１４に対、し垂直方向に移動するようになってい
る。

前記移動台５２９には、プラタン）　５３０を介して前
記採光光学系３１の光ファイバ３２とコリメータ易が、
レンズろ４が前記窓１４と対向するように支持されてい
る。

このような構成であるから、送りねじ３１４゜６１９を
回転させることにより、採光光学系３１のコリメータ３
５を加工装置１の窓１４と平行な平面内の任意の位置へ
移動させることができる。また、送りねじ３２６を回転
させることにより、前記コリメータ３３を窓１４に対す
る垂Ｉａ方向の任意の位置へ移動させることができる。

したがって前記レンズ６４の焦点５５ヲ、加工装置１内
の窓１４を垂直に延長した範囲内の任意の位置に感動さ
せることができる。そして、レンズ３４は、入射ｌ〜だ
プラズマ光２のうち、その焦点３５位置からのプラズマ
光２と、とのプラズマ光２と同一の軌跡を通るプラズマ
光２を平行光としてレンズ５６ｖｃ投Ｍする。レンズ３
６は、この平行光金集光し２、レンズ３４の焦点３５の
像として、仕切板５９のピンホール３８に結イ９する。

そして、ピンホール３８を透過したプラズマ光２７／−
レンズ３７で再び平行光として、光ファイバ３２に投射
する。

このとき、レンズ６４の焦点６５で発光しまたプラズマ
光２と、このプラズマ光２と同一の軌跡を３１１するプ
ラズマ光２以外でレンズろ４に入射１．たプラズマ光２
は、Ｌ／ンズ３４を透過しても平行光とならないため、
レンズろ６によって集光したときピノｌ−−ルろ８の外
周に両光され、ピンホール６７を通過することができな
い。したがって、ピンホール３７を透過し、たプラズマ
光２け、レンズ６４の焦点３５位置のプラズマ光２と、
このプラズマ光２と同一の軌跡を通る他のプラズマ光２
のみであり、これをレンズ３４の焦点６５からのプラズ
マ光２とみなすことにより、プラズマの三次元的な測定
を可能にする。

前記分光手段４は、特定の波長の光のみを通すフィルタ
部分４１と、波長選択性が少々く、減光効率の異なるｕ
　’ｌｌｌ−の減光フィルタ部４２とから成る円盤形の
フィルタＡ己と、プラズマ光２を透過させる部分４４と
、遮断する部分４５が形成された円盤形のマスク４６と
を、モータ４７の回転軸４８に一体に固定して成る。

前記フィルタ４３とマスク４６の位相は、前記採光手段
ろによって採光されたプラズマ光２と、このプラズマ光
２に含まれる特定化学呼のプラズマ光２ａの強さの比が
太き・ハとき、すなわち特定化学種のプラズマ光２ａが
プラズマ光２に比べ極端に小さい場合、光検出手段５に
おける検出精度の低下を防止するために、プラズマ光２
の光量を所定の比率で減光するように設定する０ このよりな：４Ｑ　ｇであるから、前記採光手段６から
投射されたプラズマブし２け、その元軸をマスク４６の
部分Ａ４が横切ったとき、マスク＋１６を透過してフィ
ルタ４３に達し、部分４５が光軸を横切ったとき、マス
ク４６によつでＭＵＭされ、フィルタ４３・＼け到達し
んい。前記プラズマ光２がフィルタ４５に達したとき、
。その先軸をフィルタ部分４１が横切っていると、プラ
ズマ光２中の特定の波長のプラズマ光２ｎのみが透過し
て光検出手段５に到辻−する。贅た、プラズマ九２０光
軸を減光フィルタ部分４２が横切っていると、所定の比
率で減光されたプラズマ光２がプロ検出手段５に到達す
る。このようにして、プラズマ光２とその中に含まれる
特定化学′！重のプラズマ光２ａを交互に取出すことが
できる。

前記光検出手段５け、前記分光手段４を透過したプラズ
マ光２，２ａを受け、プラズマ光２２ａの強さに対応し
た電気信号に変換する光電変換器５１と、この光電変換
器５１から出力された電気信号を、信号処理に適した大
きさに増幅する増幅器５２と、前記そ一夕４７の回転（
すなわちフィルタ４１０回転）位相を検出して、増幅器
５２から印加された電気信号が、プラズマ光２に対応す
る電気信号２１であるか、プラズマ光２ａに対応する電
気信号２１ａであるかの判別を行なう判別回路５３とに
よって構成されている。

前記制御手段６は、前記採光手段６の３個のモータ５１
５　、５２０　（他の１個は図示されていない）に回転
指令を与え、前記採光光学系５１を所要の位置へ移動さ
せると共に、前記各モータ５１５．６２０（他１）に与
えた指令に基づいて、加工装置１内のプラズマに対する
採光光学系３１のレンズ３４の焦点３５の位置（すなわ
ち、測定位＠）の座標を前記測定手段７に与えるように
なっている。

上記の構成において、加工装置１内のプラズマを測定す
べき位置を設定し、制御手段６に力えておく。そして、
制御手段６０指令によって採光手段６を作動させ、採光
光学系６１を最初の測定位置に位置決めする。このとき
、加工装置１内でプラズマが発生し、かつ発光している
と測定位置のプラズマ光２は、レンズ３４．コリメータ
３３を通り光ファイバ３２に入射し、光ファイバ３２に
よって分光手段４に導びかれ、光ファイハロ２より放射
される。このとき、モータ４７の作動により、マスク４
６とフィルタ４３が回転していると、プラズマ光２は、
所定の比率で減光されたプラズマ光２と、プラズマ光２
中に含まれる特定波長（すなわち特定化学種の発光波長
）のプラズマ光２ａとに分けて交互に分光手段４から光
電変換器５１に投射される。すると、各プラズマ光２，
２ａは各々の強度に応じた電気信号に変換され、増幅器
５２で増幅されたのち、判別回路５３で判別され、電気
信号２１，２１ａとして測定手段７に印加される。する
と、測定手段７で電気信号２１，２１ａが比較され、測
定位置におけるプラズマ中の特定化学種の濃度がめられ
る。

そして、制御手段６から測定手段７に印加される測定位
置の座標と前記濃度が、表示手段８および／または記録
手段９に印加され、表示、記録される。

制御手段乙の指令に基づいて、測定位置を順次移動させ
て、各測定位置におけるプラズマ中の特定化学種の濃度
をめることにより、プラズマ中における特定化学種の濃
度分布をめることができる。

なお、前記分光手段４のフィルタ４ろを、透過する波長
の異なる２種類のフィルタ部４１で構成しておけば、プ
ラズマ中に含まれる２種類の特定化学種の濃度を検出す
ることが可能になる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、加工装置１内に発
生したプラズマ中の特定化学種（たとえば、アルミニウ
ムのエツチングでは、ＡｌｉたはＡｌＣｌ等）の濃度の
分布を測定することができるので、加工状況（たとえば
、前記エツチングの場合、その終点）を正確に把握する
ことができる。また、加工状態の変動を把握し、加工条
件の制御を適確に行なうための情報を得ることができる
。

また、光検出手段が１台ですむため、光検出手段での誤
差が発生しない１、また、装置全体を小形にし、安価に
供給することができるなど、極めて大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるモニタの構成を示すブロック線
図、第２図は、第１図における集光手段の集光光学系を
示す拡大部分断面図、第３図は、第１図における集光手
段の走査機構を示す正面図、第４図は、第３図の側面図
である。 ２・・・プラズマ光　３・・・採光手段４・・・分光手
段　５・・・光検出手段６・・・制御手段　７・・・測
定手５段８・・・表示手段　９・・・記録計

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　プラズマの測定位置を順次選択し、その各々の測
   定位１ｇにおけるプラズマ光を採光し、各測定位置から
   採光したプラズマ光を、それぞれプラズマを構成してい
   る全化学種の発光するプラズマ光と、プラズマ中に含ま
   れる特定化学種の発光するプラズマ光とに分光して検出
   し、これらの検出結果に基づいて、各測定位置における
   特定化学種の濃度をめることによｐ１プラズマ中に含ま
   れる特定化学種の濃度の分布状態全測定すること全特徴
   とするプラズマのモニタ方法。 ２、プラズマの測定位＃を順次選択し、その各々の測定
   位置におけるプラズマ光を採光し、各測定位置から採光
   したプラズマ光を、それぞれ、プラズマを構成している
   全化学種の中の２種類の特定化学種の発光する２種類の
   プラズマ光に分光して検出し、これらの検出結果に基づ
   いて、各測定位置における２種類の特定化学種の比率を
   めることにより、プラズマ中における２ｆｉ［１類の特
   定化学種の比率の分布を１ｉｉｌｌ定することを特徴と
   するプラズマのモニタ方法。 ３、加工装Ｈの窓と対向し、窓を通して加工装置内の測
   定位置のプラズマ光を採光する採光光学系を備え、この
   採光光学系を窓に対し三次元方向に移動させることで測
   定位置を選択する採光手段と、前記採光手段によって採
   光されたプラズマ光を、検出対象となる２種類のプラズ
   マ光に分光する分光手段と、前記分光手段によって分光
   された２種類のプラズマ光を交互に受光して、プラズマ
   光の強さに対応した電気信号に変換し増幅すると共に、
   その電気信号が２種類のプラズマ光のいずれに該当する
   電気信号かを判別する光検出手段と前記採光手段にプラ
   ズマの測定位＠を指示すると共に、プラズマに対する測
   定位置の座標信号を発信する制御手段と、前記光検出手
   段と制御手段とに接続され、光検出手段から印加される
   ２つの電気信号に基づいて、特定化学種を測定すると共
   に、この測定結果と制御手段から印加される座標信号と
   を対応させる測定手段と、前記測定手段に接続され、測
   定手段から印加される測定位置の座標と測定結果を表示
   および／または記録する表示手段および／または記録手
   段と全特徴とするプラズマのモニタ。 ４、採光光学系が、光ファイバと、この光ファイバの採
   光側の端部に設けられたコリメータと、このコリメーセ
   の採光側の端部に設けられたレンズとによって構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のプラズ
   マのモニタ。 ５、分光手段が、採光手段から放射されたプラズマ光の
   光路を開閉するマスクと、マスクを透過したプラズマ光
   を検出対象とする２種類のプラズマ光に分光するフィル
   タとを、回転駆動手段の回転軸に支持して成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項に記載のプラズマのモニ
   タ。 ６、フィルタが、それぞれ特定の波長のプラズマ光のみ
   を通す波長選択性を持つ一対のフィルタによって構成さ
   れていること全特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
   のプラズマのモニタ。 ７、　フィルタが、特定の波長のプラズマ光のみを通す
   波長選択性を持つフィルタと、波長選択性が少なく、減
   光特性を有−するフィルタとによって構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載のプラズマ
   のモニタ０