JPS63200533A

JPS63200533A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPS63200533A
Application number: JP3376987A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nogami; 裕野上; Isao Asaishi; 浅石　勲; Masahito Tashiro; 征仁田代; Tsutomu Tsukada; 勉塚田
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1987-02-16
Filing date: 1987-02-16
Publication date: 1988-08-18
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH0773105B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、装置内に作り出されている「プラズマの状態
」又は「装置の状態」に応じて必要な制御が行なわれる
プラズマ処理装置に関するものである。

（従来の技術とその問題点）近来の半導体製造用プラズマ処理装置に対する高精度加
工の要求は、　「プラズマ及び装置の状態」をより厳密
に監視、コントロールすることを求めている。即ちそれ
は、装置内に作り出されている「プラズマの状態」又は
「装置の状態」に応じて制御される諸装置が、より正確
により迅速に動作することを要求している。　　プラズ
マ処理装置としてドライエツチング装置を例にとれば、
当該制御装置としては、終点検出装置、自動マツチング
装置、自動調圧装置等がある。

例えは、ドライエツチングの終点を自動的に検出する方
法としては、従来、被エツチング膜種やエツチングガス
種に応じて、特定の波長の発光強度を測定して行なう発
光分光法が広く用いられている。

発光現象に注目し発光強度を測定してエツチングの終点
を判定する方法としては、例えば、特開昭５８−２１５
０３０号公報に記載のように、エツチング前の発光強度
を記憶しておき、各時刻で発光強度をこれと比較して、
この値か記憶しである初期値に戻ったときを終点とする
方法や、例えば、特開昭５８−２１６４２３号公報に記
載のように、発光強度の差分、即ち勾配が所定移動平均
値以下となる点を終点とする方式がある。

しかし実際に得られる発光強度の測定データには次の２
つの問題点がある。

問題の１つは、周期のない浮動即ちレベル変動が測定値
に含有されている場合のあることであって、　「プラズ
マの状態」をモニターする場合には、このレベル変動が
容易にエツチング終了時の信号変動量を超過するため、
検出の基準即ち闇値を無意味にしてしまうことである。

例えば、この頃の５ｉ０２のコンタクＩ・ホールをエツ
チングする場合がそれに当たる。この場合のパターンの
開口比は５％以下しかないものもある。そうしたエツチ
ングでは、検出される信号を２万倍程にも増幅しないと
、判定に足る変化が生じないが、そこで生じた検出信号
の変化は、微少の投入パワーの誤差、圧力の誤差、ガス
流量の誤差等で簡単に引き起こされる程度のものである
。

また、バッチ式の装置においては、必ずしもフルロード
の状態で稼働させるわけでなく、ダミーウェハーを数枚
入れて稼働させることがしはしばあるが、その時にはダ
ミーウェハーの枚数が変化すると発光強度のレベル変動
が起こる。

問題点の他の１つは、比較的長周期の雑音成分が測定デ
ータに含まれている場合があることであり、モニターの
出力データには、数Ｈｚ〜０．０５Ｈｚの周期の大きい
雑音成分が含まれていることが多く、これを除去するた
めには、サンプリング値を一定時間内で算術平均したり
、サンプリング間隔を１０〜２０秒位に比較的長くとっ
たりして、雑音の影響を極力少なくする方法を採用せざ
るを得ない。

十分に大きい開口比のパターンを扱う従来のエツチング
では、ノイズレベルがエツチング終了時の信号変動量に
較へて充分に小さいため、あまり問題を生ずることはな
かったが、近時は半導体装置の高精細化に伴って、先述
のように開口比が数％という極端に小さい値のパターン
までもエツチングするようになって来ており、この場合
は、ノイズレベルとエツチング終了時の信号変動量かは
〈同程度となっていて、従来の雑音除去の方法では最早
やエツチングの終点の正確な検出は困難になってきた。

これらの問題は、自動マツチング装置の制御で反射パワ
ーを測定する場合や、自動調圧装置の制御に当たって圧
力計で圧力を測定する場合等、他の現象を検出する際も
同じであって、高精度の制御を実現するためには、ノイ
ズレスの信号を制御装置にフィードバックさせてやる必
要があり、上記問題の解決が強く望まれている。

（発明の目的）本発明は、上記従来技術における欠点を解決し、ノイズ
の影響を受けることなく、装置内の「プラズマの状態」
または「装置の状態」に基づいて正確に制御を行なうこ
との出来るプラズマ処理装置を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明は、装置内に作り
出されている「プラズマの状態」、または、装置内の圧
力、装置への投入電力、あるいは反射電力等の「装置の
状態」をサンプリング的にモニターし、モニターした結
果に基づいて必要な制御を行なうようにしたプラズマ処
理装置において、モニターからの出力データ（以下、観
測データと略す）を、そのサンプリング時間間隔と観測
データが含むノイズの周期との両者を勘案した所定個数
（従って、所定区間）に亙って、１次の最小２乗近似処
理を行ない、かつその処理区間は、観測データが新たに
追加されるに従ってその方向に移動させるようにし、か
かる処理で得られるデータを改めて基礎データとして用
いることによって、前記必要な制御を行なうように構成
したものである。

（作用）問題解決の為に採用した上記の手段を詳細に説明しつ＼
その作用を以下に述べる。

本発明を使う第１の方法を具体的に、第１図の観測デー
タのグラフを使って説明する。

先ず、一定のサンプリング間隔で（一般には一定でなく
ともよい）連続的にモニターして得られた最初のｍ個の
観測データｐ、〜ｐｍ　（白小丸）を取り上げ、それを
処理区間として、これらを通る１次の最小２乗近似直線
、１）＝ａ＋争ｔ＋１〕１００００６１０．０．０．■を
求める。

次に観測データｐｍ＋＋が入力されると、処理区間をそ
の観測データの方向、即ち一つ右に、移動させてｐ２〜
ｐ、。、に対して同様の最小２乗近似直線、ｐ　＝ａ２・ｔ　　＋ｂ２．．．．．．．．．．．．■
を求める。この操作を繰り返して最小２乗近似直線　■
、■・・・を求める。

そして、これら各直線をそれぞれの処理区間で切り取っ
て得た各線分の中心点の値、ｑＩＩＱ２１ｑ３・・・（
黒小丸）を、その各連続した観測データ（白小丸）に対
応する各基礎データ値として改めて採用する。そのよう
にして得られる基礎データ（黒小丸）の連なりは、明ら
かに観測データ（白小丸）の連なりに比べてノイズの影
響の少ないデータとなっている。

明らかに有害とみられる大きい振幅を持つ周期的ノイズ
があるとき、そののうち最長周期を有するノイズよりも
更に長い時間区間を処理区間として、上記の操作を施す
ときは、耐ノイズ性の極めて大きい基礎データが得られ
る。

観測データが周期性の無いレベル変動を含まないか、含
んでいても変動量が無視できる程度の大きさでしかない
場合は、上記の方法で得た基礎データに注目するだけで
、エツチング終点の判定は十分に可能であるが、そうで
ない場合は、考えを変えて更に次のような、本発明を使
う第２の方法で指標となるデータを求めなければならな
い。

即ち、この第２の方法では、上記のようにして求めた各
最小２乗近似直線の式の変数ｔの係数であるａ、、　ａ
２＋　ａ３・・・・が、各最終観測データ点の「後方の
１次微分値」に相当しており、これもまた変化の傾向を
現していることに注目して、その１直の変動によって判
定を行なうのである。

また必要な場合は、更にこの１次微分値の差分を逐次算
出して２次微分値を求め、その値をプロットして連ね、
その変化を見ることで判定を行なうものである。

これらの２次の微分値を求める際に、直前の値との差分
な逐次とるよりは、むしろ、幾つか間を置いて一定個数
だけ前のプロット値との差分をとることによってノイズ
の影響を更に小さくした判定用データが得られる。

（実施例）以下本発明を、実施例によって詳細に説明する。

ただし、実施例においては、ドライエツチング装置の終
点検出装置に限定して説明を進める。

第２図は、本発明を平行平板型ドライエツチング装置に
適用した実施例の装置の要部の原理的説明図である。１
はエツチングチャンバー、２はカソード、３はウェハー
、４はカス導入管、５は高周波電源、６はガラス窓、７
は干渉フィルター、８は光電変換器、９はアナログアン
プ、１０はＡ／Ｄ変換器、１００はモニター、１１はマ
イクロコンピュータ−である。

これを動作するには、カソード２上にウェハー３を載置
し、図示しない排気系により所定の真空度まで排気し、
ガス導入管ルによりエツチングガス導入を開始した後、
高周波電源５によりカソード４に高周波パワーを印加す
ることにより放電を発生させる。

プラズマからの発光は、ガラス窓６からモニタｌＯ− 、００に入る。即ち、干渉フィルター７を通り、光電変
換器８に取り込まれ、ここで電気信号に変換された信号
は、Ａ／Ｄコンバータ１０でディジタルデータに変換さ
れて出力データ（観測データ）となり、等時間間隔でマ
イクロコンピュータ、１に取り込まれて演算処理が行な
われる。

先ずレベル変動が全く無いか、または非常に小さい第４
図の場合をとりあげてエツチングの終点検出方法につい
て述へる。この場合は曲線りが観測されるデータである
が図に見るように１秒程度の周期の雑音を含む。

この図の区画Ｆの部分を拡大図示したのが第１図である
と考え、第１図に戻って説明すると、すでに述べたよう
に、まず、データに含まれる雑音の周期が１秒であるこ
とを考慮して処理区間を６秒とし、観測データのサンプ
リングの時間間隔を１．５秒と定める。従って、１組の
観測データの個数は５である。

そして５個の観測データｐ、〜ｐ５を通る１次の最小２
乗近似直線■（１）　＝　ａ　、・ｔ＋ｂ、）を求める
。　（この演算処理によって求められる七の１次項の係
数ａ、は、その処理区間の最終観測データ点ｐ５に対す
る近似後方１次微分値となっている。）次いで１．５秒
後に新たな観測データｐ６が一つ追加されると、マイク
ロコンピュータ−は近似処理区間全体を１．５秒だけ右
方向に移動させる。

そして新たな処理区間で、観測データｐ２〜ｐ６に対し
て上述と同様な演算処理を行ない、１次の最小２乗近似
直線■（ｐ＝ａ２・ｔ＋ｂ２）を求める。

以下、このような演算処理を繰り返して■、■・・・を
求めてゆく。

そして、これらの近似直線をそれぞれの６秒の処理区間
で切り取って得た各線分の中心点の値、Ｑｌｌ　ｑ２１
　ｑ３・・・を求め、これを連続した観測データＩ）＋
＋　ｐ２＋　１）３・・・に対応する基礎データ値とし
て改めて採用する。

そのようにして得られた点の連なりを描いたのが第４図
の曲線Ｅである。

この場合は曲線Ｅが大きく低下する点、即ちＥ２＝１２
− 双点がエツチング終点として判定される。

以上のようにするときは、エツチング終了に伴う信号変
化量とノイズの大きさとがほぼ同程度であるにもかかわ
らず、エツチング終点の十分に判定可能な曲線Ｅが得ら
れている。

次に、観測データが周期性の無い大きいレベル変動を含
む場合は、上述の方法は無力であるため、次記のような
演算処理によって指標となるデータを求めることになる
。

このときの観測データ即ち測定された発光強度をそのま
一グラフに描いてみると第３図の曲線Ｉのようになる。

点Ｉ２がエツチングの終点で、その後のエツチングでは
点線のように進行する。

この場合は無周期のレベル変動があるため、曲線■がＩ
’、Ｉゝ′のように昇降するので、エツチング終点Ｉ２
の把握が困難である。

この場合、実施例の装置はつぎのように動作する。　即
ち、先ず、サンプリング間隔を一定にして連続して人力され
た最初のｍ個（さきは５個であったが、−膜化している
）のデータｐ、〜ｐ□について、これらを通る１次の最
小２乗近似直線１）＝ａ＋・を十す、　　により　ａｌを求め、次にデ
ータｐ、、、＋、が人力されると、９２〜９ｍ＋１に対
して同様の最小２乗近似直線　１）　　＝ａ２・ｔ　＋
ｂ２を求めてａ２を得る。この操作を繰り返して、ｒが
ｎ−ｍ＋１　　（ｎ　；データの総数）になるまで次々
と　ａ、を求めろ。求めたａ、を第３図に併記してみた
のが曲線Ａである。これではまだエツチング終点は判然
としない。　　そのため、更に続いて、サンプリング間
隔とノイズの周期とを勘案して定めた所定個数だけ前の
ａ、との差分を逐次算出する。即ち、データの２次微分
値（１次の係数について云えば１次微分値）を逐次求め
る。そしてこれを第３図に併記すると、曲線Ｂが得られ
る。

発明者等の実験によれば、曲線Ｂはエツチングの終点検
出に極めて有用であり、曲線Ｂが負側に大きく振られた
後、上昇に転じて最初にＸ軸を横切る点Ｂ２が、エツチ
ングの終点とよく一致することが明らかになった。

曲線Ｂに続く点線の曲線は、終点に達した後も、高周波
電力の印加を止めないでエツチングを続行した場合の推
移を示す。

ところで、第３図に併記した曲線４は、誤差が比較的小
さいとされている中心差分を逐次算出してプロットした
１次微分曲線であるが、雑音の影響が非常に大きく現れ
ており、これでは更に差分をとって２次微分曲線を作っ
てみても判断曲線として役に立たないことが容易に想像
できる。

以上、本発明をドライエツチング装置の終点検出装置に
限定して説明をしてきたが、この、観測データに最小２
乗法を適用して基礎データを作出し、フィードバック用
データ等を製作する方法が、装置内に作り出されている
「プラズマの状態」又は「装置の状態」に応じて制御さ
れる諸装置、自動マツチング装置、自動調圧装置等に極
めて大きい利用価値を持つことは、説明を要せず明らか
である。

更にまた上記実施例同様に、プラズマＣＶＤ。

スパッタリング装置等のプラズマ処理装置の各制御装置
に対しても本発明は明らかに適用可能である。

（発明の効果）本発明によって、ノイズの影響を受けることなく、装置
内に作り出されている「プラズマの状態」又は「装置の
状態」に応じてプラズマ処理装置を制御することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図；本発明の観測データ近似法の説明図。第２図：本発明を平板平行型ドライエツチング装置に適
用した場合の、要部構成の原理的説明図。第３図；本発明をドライエツチング装置の終点検出装置
に適用した場合の発光強度及びその処理データの出力例
。第４図；本発明をドライエツチング装置の終点＝１５− 検出装置に適用した場合の発光強度及びその近似データ
の出力例。１；エツチングチャンバー、　　２：カソード、３；ウ
ェハー、　　　　４；ガス導入管、５；高周波電源、　
　　６；ガラス窓、７；干渉フィルター、　　８；光電
変換器、９；アナログアンプ、１０；Ａ／Ｄ変換器１１
；マイクロコンピュータ、１００；モニター。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）装置内に作り出されている「プラズマの状態」、
または、装置内の圧力、装置への投入電力、あるいは反
射電力等の「装置の状態」をサンプリング的にモニター
し、モニターした結果に基づいて必要な制御を行なうよ
うにしたプラズマ処理装置において、該モニターからの出力データを、そのサンプリング時間
間隔と該出力データが含むノイズの周期との両者を勘案
した所定個数（従って、所定処理区間長）に亙って、１
次の最小２乗近似処理を行ない、かつその処理区間は、
該出力データが新たに追加されるに従って移動させるよ
うにし、かかる処理で得られるデータを改めて基礎デー
タとして用いることによって、該必要な制御を行なうよ
うに構成したことを特徴とするプラズマ処理装置