专利名称：等离子体处理方法及等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理方法及等离子体处理装置，更详细地说，涉及解析由等离子体发出的光，根据解析结果，监视装置的运转状态、被处理体的处理状态等的等离子体处理方法及等离子体处理装置。
背景技术：
目前，作为在半导体晶片等的被处理体上进行蚀刻等的等离子体处理的等离子体处理装置来说，有监视从由蚀刻产生的等离子体发出的光的发光强度、根据该发光强度监视装置的运转状态或被处理体的处理状态的装置。例如，作为监视被处理体的处理状态的装置，公开了检测蚀刻终点(结束点)的技术(例如，参考专利文献1)。
这种技术是检测因等离子体处理产生的处理气体的活性种的发光强度和反应性生成物的发光强度，基于这二种波长的发光强度之比，检测蚀刻的终点(结束点)。即，当没有蚀刻对象物而蚀刻完毕时，在时刻，赋予反应的处理气体的活性种的量增加，该活性种的发光强度增加，与此相对，反应生成物的量减少，因此，反应生成物的发光强度减小。利用这点，通过检测处理气体和反应生成物的发光强度之比的变化，可以正确地检测蚀刻的终点。
特许文献特开平5-29276号公报。
近年来，伴随着半导体装置更加微细化的倾向，要求例如在半导体晶片上形成的孔等的开口率进一步变小。然而，如上所述，只检测处理气体的活性种和反应生成物的二个波长的变化，不能更充分地提高蚀刻终点的检测等处理状态的检测精度。
另外，在检测等离子体波长的传感器中混入杂波的情况下，蚀刻终点的判断、在等离子体处理装置的处理室内等离子体是否稳定的判断都不能正确进行，因此，判断被处理体的处理状态、半导体制造装置的运转状态时的精度降低。
发明内容
本发明是鉴于这些问题而提出的，其目的在于提供一种可以提高判断部件的运转状态、被处理体的处理状态时的精度的等离子体处理方法及等离子体处理装置。
为了解决上述问题，根据本发明所具有的观点，提供一种等离子体处理方法，在利用等离子体处理装置对处理室内的被处理体进行等离子体处理时，解析从等离子体发出的光，根据其解析结果，监视等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态，其特征在于，具有在对所述被处理体进行等离子体处理时、取得从等离子体发出的光的发光光谱作为光学数据的工序；使用从存储多个发光种(emission source)的发光光谱作为基准数据的数据库发出的各发光种的基准数据、由所取得的所述光学数据求出各发光种的定量数据的工序；监视所述各发光种的定量数据、根据各发光种的定量数据的变化、判断等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态的工序。
为了解决上述问题，根据本发明的另一个观点，提供一种等离子体处理装置，在对处理室内的被处理体进行等离子体处理时，解析从等离子体发出的光，根据其解析结果，监视等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态，其特征在于，具有在对所述被处理体进行等离子体处理时、取得从等离子体发出的光的发光光谱作为光学数据的部件；使用从存储多个发光种的发光光谱作为基准数据的数据库发出的各发光种的基准数据、由所取得的所述光学数据求出各发光种的定量数据的部件；监视所述各发光种的定量数据、根据该各发光种的定量数据的变化、判断等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态的部件。
采用本发明的方法或装置，由于使用由多个发光种的发光光谱构成的基准数据，与简单地使用特定波长的数据的情况相比较，可根据更广范围的波长带的数据，判断蚀刻的终点，以及判断在等离子体处理装置的处理室内等离子体是否稳定。因此，如同在半导体晶片上形成开口率更少的孔等情况，在将半导体装置更微细化的情况下，可以正确地判断蚀刻的终点，以及在等离子体处理装置的处理室内等离子体是否稳定。由此，可提高等离子体处理装置的运转状态、被处理体的处理状态的监视精度。
另外，由于将各发光种的发光光谱混合的光学数据分离为各发光种的定量数据，根据各定量数据，判断蚀刻的终点、等离子体的稳定性，因此，即使在光学数据中检测因自然光造成的背景杂波、等离子体光的CCD(Charge Coupled Device)传感器内的暗电流的影响所产生的杂波等混入，也可以进行不受这种杂波影响的等离子体处理装置的运转状态、被处理体的处理状态的判断。即使这样，也可提高等离子体处理装置的运转状态、被处理体的处理状态的监视精度。
而且，由于在进行等离子体处理时，取得从等离子体发出的光的发光光谱(光学数据)，根据存储在数据库中的各发光种的发光光谱(基准数据)，求得各发光种的定量数据，由此来判断等离子体处理装置的运转状态等，所以可以在进行等离子体处理时，实时地进行等离子体处理装置的运转状态、被处理体的处理状态的判断。
另外，优选为，在上述方法或装置中，所述数据库可以通过下述工序或部件预先制成的，即在多个处理条件下进行等离子处理、取得从等离子体发出的光的发光光谱作为光学数据的工序或部件；利用多变量解析将所取得的光学数据分离为多个发光种的发光光谱、存储该分离的各发光种的发光光谱作为基准数据的工序或部件。所述多变量解析可以是独立成分分析，各发光种的发光光谱可以是利用所述独立成分分析得到的独立成分。而且，因所述独立成分分析产生的独立成分的数目，优选至少是在等离子处理中使用的处理气体的气体种类数目以上。
这样，在制作数据库的情况下，由于将各发光种的发光光谱混合的光学数据分离为各发光种的定量数据，所以即使在光学数据中混入杂波，也可以制成数据库，而不会受到杂波的影响。特别是利用独立成分分析，可以更有效地去除杂波的影响。
另外，在实际的等离子体处理中，即使将单一的处理气体进行等离子体化，由于处理室内的反应等，大多会产生混入其他的发光种，因此，难以用光学测量器直接检测各发光种的发光光谱，为此，在本发明中，通过将对光学数据进行独立成分分析得到的独立成分作为各发光种的发光光谱的基准数据，即可得到在仅直接测量发光光谱中不能得到的各发光种的发光光谱。
另外，在上述方法或装置中，数据库可以是利用进行实际的等离子体处理的等离子体处理装置以外的数据库制作部件制成的。由此，通过将制作数据库时所必须的调试晶片的处理、独立成分分析的处理等需要时间的处理，由该等离子体处理装置以外的同一种类的等离子体处理装置来进行，可以减轻等离子体处理装置的负担。由于用同一种类的等离子体处理装置进行同样处理条件的处理的所有装置中，都适用同样的数据库，因此可以相对地显著减轻作成数据库时所需要的负担。
在上述方法或装置中，求各发光种的定量数据的工序或部件，可以分别求通过等离子体处理取得的发光光谱的光学数据和从所述数据库发出的各发光种的基准数据的内积，将各内积值作为各发光种的定量数据。由此，由于只监视与各发光种相对应的内积值的变化，就可以判断蚀刻的终点和等离子体的稳定性，因此可以更简单且正确地监视装置的运转状态、被处理体的处理状态等。
另外，在上述方法或装置中，判断等离子体处理装置的运转状态的工序或部件，在利用等离子体处理装置开始等离子体处理之后，在所述各发光种的定量数据为一定时，可以判断为所述等离子体处理装置的运转状态是稳定的。由此，可以更简单且更正确地判断处理室内的等离子体是否稳定。
另外，在上述方法或装置中，判断所述被处理体的处理状态的工序，可以根据所述各发光种的定量数据的变化，判断针对所述被处理体的等离子体处理终结。由此，可以更简单且正确地判断蚀刻的终点等。
图1是表示本发明实施方式的等离子体处理装置的结构示意图。
图2是表示本实施方式的多变量解析部件的一个例子的方框图。
图3是用图形表示用同一个实施方式的光学测量器测量的等离子体的发光光谱的光学数据的图。
图4是用图形表示同一个实施方式的独立成分的数据的图。
图5是用图形表示同一个实施方式的独立成分的数据的图。
图6是用图形表示同一个实施方式的独立成分的数据的图。
图7是表示用己知的处理气体(CO2)进行等离子处理时得到的发光光谱数据和某独立成分的比较的图。
图8是表示用己知的处理气体(O2)进行等离子体处理时得到的的发光光谱数据和某独立成分的比较的图。
图9是用图形表示对同一个实施方式的一块晶片进行等离子体处理时从等离子体测出的发光光谱随时间变化的图。
图10是用图形表示与同一个实施方式的各独立成分相对应的内积值随时间的变化的图。
符号说明100等离子体处理装置，101处理室，102下部电极，103支持体，104喷淋头，104上部电极，105偶极环磁体，106闸阀，107高频电源，108静电夹具，109直流电源，110聚焦环，111排气环，112圆形螺旋机构，114冷媒管路，115气体导入机构，117管路，118处理气体供给系统，119排气系统，120光学测量器，121检测窗，122控制装置，123警报器，124显示装置，200多变量解析部件，202多变量解析程序存储装置，204光学信号采样部件，206基准数据用数据库，207控制部件，208运算部件，212光学数据解析部件，214光学数据展开部件，216判断部件。
具体实施例方式
以下参照附图来详细说明本发明的等离子体处理装置的优选实施方式。在本说明书和附图中，实质上具有同一功能结构的构成零件，用相同的符号表示，省略重复说明。
<等离子体处理装置的结构>
图1是表示本发明的实施方式的等离子体处理装置100的结构示意图。等离子体处理装置100具有例如铝制的处理室101；介助绝缘件102A支持配置在该处理室101内的下部电极102的可升降的铝制的支持体103；配置在支持体103的上方且供给处理气体且兼作上部电极的喷淋头104。
上述处理室101的上部形成小直径的上室101A，下部形成大直径的下室101B。上室101A被偶极环磁体105包围。这个偶极环磁体105是将多个各向导性的弓形柱状体放置在由环状磁性体制成的壳体内而形成的。在上室101A内形成作为整体向一个方向一样的水平磁场。
在下室101B的上部，形成用于搬入搬出晶片W的出入口，在该出入口中安装闸阀106。高频电源107通过匹配器107A与下部电极102连接。从高频电源107将13.56MHz的高频电力P施加在下部电极102上，在上室101A内，在与上部电极104之间形成垂直方向的电场。高频电力P通过连接在高频电源107和匹配器107A之间的电力计107B来检测。高频电力P为可控制的参数。在本实施方式中，将高频电力P与后述的气体流量、处理室内的压力等可控制的参数一起定义为控制参数。
另外，电气计测器(例如VI探测器)107C安装在上述匹配器107A的下部电极102(高频电压的输出侧)上，通过该电气计测器107C，利用施加在下部电极102上的高频电力P，可检测基于在上室101A内产生的等离子体的基本波和多次谐波的高频电压V、高频电流I、高频电力P、阻抗Z，作为VI探测器数据。
上述匹配器107A，例如内置有二个可变电容C1、C2、电容C和线圈L，通过可变电容C1、C2，使阻抗匹配。
在上述下部电极102的上面，配置静电夹具108，直流电源109与该静电夹具108的电极板108A连接。因此，在高真空下，通过从直流电源109向电极板108A施加高电压，由静电夹具108静电吸附晶片W。
在该下部电极102的外周配置聚焦环110，将在上室101A内生成的等离子体聚集在晶片W上。在聚焦环110的下侧配置安装于支持体103上部的排气环111。在该排气环111的全周边上，以周方向等间隔地形成多个孔，通过这些孔，将上室101A内的气体排至下室101B。
上述支持体103通过圆形螺旋机构112和波纹管113，可在上室101A和下室101B之间升降。因此，在将晶片W供给至下部电极102上的情况下，通过支持体103，下部电极102下降至下室101B，闸阀106开放，通过图中没有示出的搬运机构，将晶片W供给至下部电极102上。
另外，在支持体103内部形成与冷媒管路114连接的冷媒流路103A。通过冷媒管路114，使冷媒在冷媒流路103A内循环，将晶片W调整至规定温度。而且，在支持体103、绝缘件102A、下部电极102和静电夹具108中分别形成气体流路103B，将He气从气体导入机构115，通过气体管路115A，在规定压力下，作为背侧(バツクサイド)气体供给至静电夹具108和晶片W间的细隙中。通过He气，提高静电夹具108和晶片W之间的传热性。另外，116为伸缩盖。
在上述喷淋头104的上面形成气体导入部104A，处理气体供给系统118通过管路117与该气体导入部104A连接。处理气体供给系统118具有Ar气体供给源118A、CO气体供给源118B、C4F8气体供给源118C和O2气体供给源118D。这些气体供给源118A、118B、118C、118D，分别通过阀118E、118F、118G、118H和质量流量控制器118I、118J、118K、118L，将各个气体以规定的设定流量供给至喷淋头104，在其内部，调整成具有规定配合比的混合气体。
在上述喷淋头104的整个下表面上，均等地配置多个孔104B，通过这些孔104B，将混合气体作为处理气体从喷淋头104供给至上室101A内。另外，将排气管101C与下室101B的下部的排气孔连接，通过由与排气管101C连接的真空泵等构成的排气系统119，将处理室101内排气，保持规定的气体压力。在排气管101C中设置APC阀101D，即可按照处理室101内的气体压力，自动调节开度。
另外，例如在上室101A的侧壁上，形成用于检测处理室1内的发光的检测窗121，在该窗的外侧设置检测在处理室101内发生的等离子体发光的分光器(以下，称为“光学测量器”)120。光学测量器120，通过检测窗121，可以检测从处理室1内的等离子体发出的光，检测200nm～730nm的波长带的发光光谱。在本实施方式中，将由光学测量器120得到的大范围的波长带构成的发光光谱作为光学数据，根据该光学数据的解析结果，监视例如等离子体状态，进行等离子体的稳定性检测、等离子体处理的终点检测。
<多变量解析部件的结构>
下面，参照
本实施方式的等离子体处理装置100所具有的多变量解析部件。如图2所示，多变量解析部件200具有例如存储独立成分分析(ICAIndependent Component Analysis)等的多变量解析程序的多变量解析程序存储部件202；间歇地对从光学测量器120发出的信号进行采样的光学信号采样部件204。利用该采样部件204采样的数据成为来自光学测量器120的检测值。光学测量器120可以在200nm～730nm的波长区域中，检测0.7nm间隔的715波长的光。
上述等离子体处理装置100具有后述的存储各发光种的发光光谱作为基准数据的基准数据用数据库206；根据数据库206的基准数据、将光学数据展开处理为各发光种的发光光谱的定量数据、再根据该定量数据例如进行等离子体稳定的判断、蚀刻终点的判断等的运算部件208；根据运算部件208的判断部件216的判断结果进行规定参数的设定和预测值的算出的运算部件208；根据来自运算部件208的运算信号进行等离子体处理装置100的控制等的控制部件207。例如，当利用判断部件216判断蚀刻终点时，控制部件207进行使等离子体处理装置100的等离子体处理结束的控制。
控制等离子体处理装置100的控制装置122、警报器123和显示装置124分别与上述多变量解析部件200连接，控制装置122例如根据来自控制部件207的信号，继续或中断晶片W的处理。显示装置124、警报器123，根据来自控制部件207的信号，例如在等离子体稳定的情况或达到蚀刻终点(结束点)的情况下，显示或报告其意思。
运算部件208具有光学数据解析部件212，它将在处理调试晶片时的来自光学测量器120的光学数据，经过多变量解析，分解为各独立成分(例如，各发光种的发光光谱成分)。由光学数据解析部件212分解的各独立成分的数据，作为各发光种的发光光谱的基准数据，存储在基准数据用数据库206中。
另外，运算部件208具有将在实际处理测试晶片时从光学测量器120输出的光学数据根据存储在基准数据用数据库206中的各独立成分进行展开处理的光学数据展开部件214；根据与其各独立成分相关的展开数据的变动、进行例如等离子体的稳定判断和蚀刻终点的判断的判断部件216。
<光学数据解析部件的处理>
光学数据解析部件212，通过进行独立成分分析(ICAIndependentComponent Analysis)，将光学数据分解为例如CO、O2等各发光种的发光光谱的独立成分，作为多变量解析。
独立成分分析(ICA)，是利用高次统计量或基于与时间相关的独立性、分离信号的方法。详细情况登载在例如“ICAの音響処理への応用”(池田思朗，日本音响学会2000年秋季研究发表会讲演论文集，pp.435-438，岩手县立大学，September 2000)中。
具体地讲，在独立成分分析(ICA)中，用矢量表示m个原信号数据时，如(1-1)式所示。
s(t)＝(S1(t)，S2(t)，…，Sm(t))T…(1-1)其中，t(t＝0、1、2…)表示时刻，T表示转置。另外，取s(t)的各成分平均为0，并且相互独立。
这时，当用n个传感器观测的观测信号数据用矢量表示时，成为(1-2)式。
x(t)＝(x1(t)，x2(t)，…，xn(t))T…(1-2)通常原信号数据的数目m和传感器的数目n未必一致，为了解决这个问题，使m≤n。
其中，假设在上述s(t)和x(t)之间使用m×n的实数矩阵A具有如下面的(1-3)式所示的线性关系。
s(t)＝Ax(t)…(1-3)所谓独立成分分析是在不具有原信号数据s(t)的概率分布的形状和与A有关的知识的条件下，将观测信号数据x(t)分离为n个独立的信号成分。也就是说，若n≤m，则存在解。即，由于n×m的实数矩阵W存在，所以可求出由下列(1-4)式定义的y(t)。
y(t)＝Wx(t)…(1-4)其中，若WA＝In(In是n次的单位矩阵)，则y(t)和s(t)一致，由于y(t)的成分的序号的替换和大小对独立性没有影响，所以在此允许这些的任意性。
当求y(t)上述时，决定矩阵W是一个问题，为此，提出了各种解法。作为代表性的解法有基于概率分布的独立性的解法和基于时间构造的解法。
例如基于概率分布的独立性的解法如下所述。作为前提，假设遵循原信号的各个成分sj(t)不是正态分布的概率分布。其中，概率分布是未知的。将y(t)的同时分布密度函数表示为(2-1)式这样。
p(y)＝p(y1，y2，…，yn) …(2-1)如果能利用矩阵W正确地分离观测信号x(t)，则Y的各成分yi独立，可表示成下面的(2-2)式这样。
p(y)=Πin=ip(yi)]]>…(2-2)式在此，求出W，使(2-2)式的左边和右边一致。作为评价函数来说，求出W，使(2-2)式的左边和右边之间的K-L divergence(Kullback-Leiber divergence)为小。K-L divergence的定义如(2-3)式所示KL(W)=∫p(y)logp(y)Πi=1np(yi)dy]]>=-H(Y;W)+Σi=1nH(Yi;W)]]>…(2-3)式其中，H(Y；W)是同时分布的熵；H(Yi；W)是周边分布的熵。这些H(Y；W)、H(Yi；W)可利用p(t)和W，分别如以下(2-4)式、(2-5)式那样改写。
H(Y；W)＝H(X)+log|W|…(2-4)式H(Y1；W)＝－∫p(x)logp(y1)dx …(2-5)式根据原信号数据s(t)不是正态分布这样的假定，KL(W)只限于在p(t)相互独立的情况下为0。在求W中，求与KL(W)的W有关的斜率，实行最急下降法也可以。即，通过如(2-6)式、(2-7)式这样地更新，求出W。
…(2-6)式 …(2-7)式作为独立成分分析的另其它解法的基于时间构造的分离法来说，例如有基于自相关函数的方法。信号是各态历经性的，各原信号数据的谱密度不同。观测数据的相关函数，根据原信号数据的独立性可表示成(3-1)式这样。
⟨x(t)x(t+τ)T⟩=A⟨s(t)s(t+τ)T⟩AT]]> …(3-1)式在(3-1)式中，例如左边表示x(t)的概率分布的平均，Rsi(τ)是原信号数据的自相关函数。如果正确地求W，则y(t)的相关函数为(3-2)式。
⟨y(t)y(t+τ)T⟩=⟨WAs(t)(WAs(t+τ))T⟩]]> …(3-2)式在(3-2)式中，1′，2′……n′考虑置换的任意性，λi考虑大小任意性。如果没有杂波的各信号完全独立，则最优的W相对于全部的τ，可将y(t)的相关函数变成如(3-2)式所示的对角矩阵。因此，可以相对于多个时间差τi，求x(t)的相关函数，同时，可以作为对角化矩阵求W。
<数据库制作的顺序>
下面，说明制作存储各发光种的发光光谱作为基准数据库的数据库206的顺序。可以利用光学数据解析部件212制作该数据库206。
首先，通过预先使用晶片的调试组的蚀刻处理实验，用光学测量器120测量等离子体光。为此，例如可准备36块晶片(裸硅)，作为调试组。裸硅为整个表面一样地形成Si的晶片。取标准值的蚀刻条件为施加在下部电极102上的高频电力为1500W，处理室内的压力为40mTorr，作为处理气体来说，使用C4F8＝10sccm、O2＝5sccm、CO＝50sccm、Ar＝200sccm的混合气体。上部电极104和晶片之间的间隙为27mm。
在这种情况下，采用实验计划法可以高效地设定各个参数数据。在本实施方式中，例如使蚀刻条件的控制参数位于以标准值为中心的规定范围内，对每一个调试晶片进行蚀刻处理。而且，在蚀刻处理时，每隔多次对各调试晶片进行测量光学数据，求出平均值。
在此，控制参数变动的范围，在进行蚀刻处理时，设定控制参数最大限变动的范围，在该设定的范围内改变控制参数。在本实施方式中，高频电力、处理室1内的压力、上下两个电极102、104之间的间隙尺寸和各处理气体(Ar气体、CO气体、C4F8气体和O2气体)的流量都可用作控制参数。各控制参数的标准值，因蚀刻对象不同而不同。
例如，在进行上述各调试晶片的蚀刻处理时，以各控制参数的标准值为中心，在下述(表1)所示的水平1和水平2的范围内，对每个调试晶片进行调试晶片的蚀刻处理。而且，在处理各调试晶片期间，通过光学测量器120，例如在200～730nm的波长范围内，测量0.7nm间隔的全715波长的发光光谱强度作为光学数据。
表1
在处理调试晶片时，将上述各控制参数设定为裸硅的标准值，以标准值预先处理5块样品(dummy)晶片，达到等离子体处理装置100的稳定化。接着，进行36块调试晶片的蚀刻处理。这时，将上述各控制参数，如下述(表2)所示，在水平1和水平2的范围内进行改变，对每个调试晶片进行处理。在表2中，L1～L8表示调试晶片的序号。
表2
其次，在各调试晶片中，对由光学测量器12得到的多个光学数据进行独立成分分析，将这些光学数据分离为多个独立成分。具体地讲，在各调试晶片中，将光学数据的谱作为数据1～数据i，将各光学数据的波长数作为传感器数λm，套用于上述(1-2)式的x(t)，则成为下面(4-1)式。时间t与晶片块数等价。
在上述的例子中，由于调试晶片有L1～L36共36块，光学数据的波长数为712，在(4-1)式中，I＝36，λm＝712。
另外，在本实施方式中，由于WA＝In(In是n次的单位矩阵)，又由于y(t)和s(t)一致，所以上述(1-4)式中的y(t)，如(4-2)式所示这样。
通过在上式(1-4)中套用(4-1)式和(4-2)式，利用独立成分分析，通过求出上述(1-4)式中的矩阵W，可以决定独立成分。独立成分的数目可以自由决定。然而，鉴于上述(1-4)式，独立成分的数目需要在最大i个以下的范围内决定。
下面，参照附图来说明在独立成分数为9个、进行独立成分分析、分离光学数据的情况下的结果。首先，在图3中，以图形表示用光学测量器测量的等离子体发光光谱的光学数据、即进行独立成分分析之前的光学数据。在图3中，横轴表示波长，纵轴表示各波长的平均发光强度。从独立成分分析角度来说，认为光学数据的独立的多个发光种的谱混合在一起。
图4～图6表示，对于图3所示的光学数据进行独立成分分析，将该光学数据分离成第一成分至第九成分的9个独立成分。在图4～图6中，取波长为横轴，发光强度为纵轴。
这些各独立成分，与各发光种的发光光谱相应。例如，图4(a)所示的第一成分相当于主要与O2气体相关联的发光种的发光谱；图4(b)所示的第二成分相当于与CF系气体相关联的发光种的发光光谱；图4(c)所示的第三成分主要相当于与CO气体相关联的发光光谱。
在此，作为独立成分的另一个例子，在图7、图8中表示将在裸晶片上进行等离子体处理时得到的光学数据中将独立成分数作为8个进行独立成分分析情况下的独立成分、与利用已知的处理气体进行等离子处理时得出的发光光谱数据进行比较的图形。在图7中，用虚线表示的图形是使用CO2气作为已知的处理气体、进行等离子处理时得出的光学数据，用实线表示的图形是某独立成分的数据。在图8中，用虚线表示的图形是使用O2气体作为已知处理气体、进行等离子体处理时得到的光学数据，用实线表示的图形是与上述不同的另一个独立成分的数据。
从图7中可看出，用虚线表示的CO2气体的数据和独立成分的数据的发光强度特性大体一致，具有同样的特性。例如，用虚线表示的CO2气体的数据，在波长带为280nm～320nm时出现峰值，这些峰值与独立成分的数据大体一致。
从图8中也可看出，用虚线表示的O2气体数据和独立成分数据的发光强度特性大体一致。但在图8中有不同的部分。例如，用虚线表示的O2气体的数据，在波长带为280nm～320nm时，有峰值出现，而在独立成分数据中，看不见峰值。这个峰值与在图7中用虚线表示的CO2气体的数据一致。认为这是，即使只使用O2气体，因与含有由等离子体处理产生的碳的堆积物等起反应，可以产生CO2气体。
这意味着利用独立成分分析得出的独立成分，相当于不含其他气体的O2气体的发光光谱的数据。即，由于即使用已知的气体进行等离子处理，实际会产生其他气体，因此不能只检测该己知气体的发光种的发光光谱数据，如用独立成分分析，则可得到该发光种的发光光谱数据。
这样，在本实施方式中，用独立成分分析得出的各独立成分，相当于各发光种的发光光谱。因此，对上述光学数据进行独立成分分析得出的各独立成分，可以作为各发光种的发光光谱的基准数据。存储在数据库206中。这样，可制成以各发光种的发光光谱作为基准数据的数据库206。
在作成数据库的情况下，由于将各发光种的发光光谱混合的光学数据分离为各发光种的发光光谱，因此，即使在光学数据中混入杂波，也可以形成不受杂波影响的数据库。特别是，通过利用独立成分分析，可以更有效地消除杂波的影响。
另外，在实际的等离子体处理时，由于即使将单一的处理气体进行等离子体化，通过在处理室内的反应等，多数情况会混合产生第二种发光种，所以难以用光学测量器等直接检测各发光种的发光光谱。对此，在本发明中，通过将对光学数据进行独立成分分析得出的独立成分，作为各发光种的发光光谱的基准数据，可以得到在仅直接测量发光光谱中不能得到的各发光种的发光光谱。
另外，使用等离子体处理装置100以外的数据库制作部件例如另外同种类的等离子体处理装置制作数据库，可以只将该数据库存储在基准数据用数据库206中。由此，由于制作数据库时所需要的调试晶片的处理或独立成分分析的处理等需要时间的处理，可以利用该等离子体处理装置以外的别的同种类的等离子处理装置进行，所以可以减轻等离子体处理装置100的负担。另外，由于在用同种类的处理装置进行同样的处理条件的处理的所有装置中，使用相同的数据库，因此可以显著地减轻制作数据库所需要的负担。而且，上述基准数据用数据库206，可以基于各种活性种的发光光谱的己文献数据制作。
<实际的晶片处理>
下面，说明为了半导体装置的制造等、对实际的晶片进行等离子体处理时监视等离子体处理装置的运转状态和晶片的处理状态的方法。
首先，在等离子体处理装置100中，在对实际的晶片(以后称为“测试晶片”)进行等离子体处理时，多变量解析部件200，利用光学测量器120测量等离子体的发光光谱，通过光学信号采样部件204，取得该发光光谱作为光学数据。
另外，该光学数据，使用数据库206的基准数据，通过运算部件208的光学数据展开部件214进行展开处理。光学数据展开部件214例如利用存储在数据库206中的作为独立成分的各发光种的光谱的基准数据，将光学数据分离为各发光种的发光光谱的定量数据。
具体地讲，分别求出由等离子体处理取得的发光光谱的光学数据和从数据库206得到的各发光种的基准数据的内积，将各内积值作为各发光种的定量数据。例如，对某晶片(t＝0)进行等离子处理时的光学数据为x(0)，如(5-1)式所示。对于该x(0)，求独立成分1(例如与O2相关联的成分)的定量数据时，算出光学数据x(t)和存储在数据库206中的作为独立成分1的用(5-2)式表示的y(0)的内积值P(0)。内积值P(0)的运算如式(5-3)所示。
X(0)＝(Xλ1(0)，Xλ2(0)，…，Xλm(0))T…(5-1)Y(0)＝(Yλ1(0)，Yλ2(0)，…，Yλm(0))T…(5-2)P(0)＝x(0)·y(0)T＝xλ1(0)·yλ1(0)+xλ2(0)·yλ2(0)+…+xλm(0)·yλm(0) …(5-3)在独立成分分析(ICA)中，由于假设光学数据为独立成分的集合体，所以通过算出光学数据和某独立成分的内积，只剩下其独立成分的值，其他成分全部为零。由此，光学数据和某独立成分的内积值，成为该独立成分的定量数据。
监视这种与各独立成分相对应的内积值等的定量数据，可根据定量数据的变化，监视等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态。作为对等离子体处理装置运转状态的监视，例如，在定量数据的变化为一定之后，判断等离子体稳定。另外，作为对被处理体的处理状态的监视，例如在与各独立成分相对应的内积值变化表示规定的性质之后，判断蚀刻终点(结束点)。在这种情况下，在等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态为怎样的状态时，可以通过预先的实验等研究与各独立成分相对应的内积值如何变化，看到变化的倾向或突出的点时，可以设定判断基准。这样，由于只监视与各发光种相对应的内积值的变化，可以进行蚀刻终点或等离子体稳定的判断，所以可以更简单且正确地监视装置的运转状态、被处理体的处理状态等。
下面参照
监视等离子体处理装置运转状态的具体例子。
图9表示将一块晶片进行等离子体处理、每隔时间t取得的光学数据。
图9是表示为了了解光学数据的总体上随时间的变化、在横轴为波长(nm)、纵轴为发光强度、在代表时间(时间1～时间5)的光学数据的图。根据图9，刚开始等离子体处理后(时间1、时间2)，几乎没有变化，以后开始大变化(时间3)，经过一定时间，又没有变化(时间4、时间5)。
图10是将一块晶片进行等离子体处理、求每隔时间t取得的光学数据和存储在数据库206中的各独立成分的内积、用图形表示与各独立成分相对应的内积值的图。图10横轴为时间t(秒)，纵轴为内积值。其中，各独立成分的数目为9个。这时的等离子体处理是裸硅的蚀刻。作为蚀刻条件，例如施加在下部电极102上的高频电力为1500W，处理室内的压力为40mTorr，作为处理气体来说使用C4F8＝10sccm、O2＝4sccm、CO＝50sccm、Ar＝200sccm的混合气体。上部电极104和晶片间的间隙为27nm。
根据图10，与各独立成分相对应的内积值(第一成分～第九成分)，从开始等离子体处理之后至大约12秒大幅度地变化，当超过12秒时，则不太变化。这是因为，开始进行等离子体处理之后在大约12秒左右就稳定。因此，监视与各独立成分相对应的内积值，通过检测内积值不太变化之后，则可知等离子体变得稳定。
具体地讲，判断部件216监视由光学数据展开部件214依次算出的内积值，判断现在的内积值和下一个内积值之差是否在规定的值以下，当判断在规定值以下时，则判断等离子体处理装置内的等离子稳定。另外，求出现在的内积值和下一个内积值之比，当判断这个比大约为1时，则可判断等离子体处理装置内的等离子体稳定。这样，可以更简单且更正确地判断例如蚀刻终点和处理室内的等离子体是否稳定。
在本实施方式的等离子体处理装置中，对晶片进行等离子体处理时，由光学测量器120取得从等离子体发出的光的发光光谱，作为光学数据。另外，利用运算部件208的光学数据展开部件214，使用从存储多个发光种的发光光谱作为基准数据的数据库206发出的各发光种的基准数据，由取得的光学数据求出各发光种的定量数据。接着，由判断部件216监视各发光种的定量数据，根据各发光种的定量数据的变化，判断等离子体处理装置100的运转状态和/或被处理体的处理状态。
这样，由于采用由多个发光种的发光光谱构成的基准数据，与简单地使用特定波长的数据情况相比较，根据更广范围内的波长带的数据，可进行蚀刻终点的判断和在等离子体处理装置内等离子体是否稳定的判断。因此，例如在半导体晶片上形成开口率更小的孔等时，即使将半导体装置进行微细化的情况下，也能正确地进行蚀刻终点的判断和在等离子体处理装置的处理室内等离子体是否稳定的判断。由此，可以提高等离子体处理装置的运转状态和被处理体的处理状态的监视精度。
另外，由于可将各发光种的发光光谱混合的光学数据分离为各发光种的定量数据，根据各定量数据判断蚀刻的终点和进行等离子体稳定的判断，所以例如即使光学数据中混入杂波，也可以不受杂波影响地进行等离子体处理装置的运转状态的判断和被处理体的处理状态的判断。这样，可提高等离子体处理装置的运转状态、被处理体的处理状态的监视精度。
而且，在进行等离子体处理时，取得从等离子体发出的光的发光光谱(光学数据)，根据存储在数据库中的各发光种的发光光谱(基准数据)，求出各发光种的定量数据，由此，判断等离子体处理装置的运转状态等，因此，在进行等离子体处理时，可以实时地进行等离子体处理装置的运转状态和被处理体的处理状态的判断。
以上，参照
了本发明的优选实施方式，但本发明不局限于这些实施方式。本领域技术人员可在权利要求记载的范围内，进行各种变更或修正，所有这些都属于本发明的技术范围。
例如，作为上述等离子体处理装置100来说，不局限于平行平板型的等离子蚀刻装置，也可采用在处理室内产生等离子体的螺旋形极化(へリコン)波等离子体蚀刻装置、感应藕合型等离子体蚀刻装置等。另外，在上述实施方式中，说明了采用使用偶极环磁体的等离子体处理装置的情况，但不局限于此，例如可以采用不使用偶极环磁体而在上部电极和下部电极上施加上高频电力来产生等离子体的等离子体处理装置。
发明的效果如上详述的那样，本发明提供了可提高进行等离子体是否稳定等的等离子体处理装置的运转状态的判断、蚀刻终点等的被处理体的处理状态的判断的精度的等离子体处理方法及等离子体处理装置。
权利要求
1.一种等离子体处理方法，在利用等离子体处理装置对处理室内的被处理体进行等离子体处理时，解析从等离子体发出的光，根据其解析结果，监视等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态，其特征在于具有在对所述被处理体进行等离子体处理时、取得从等离子体发出的光的发光光谱作为光学数据的工序；使用从存储多个发光种的发光光谱作为基准数据的数据库发出的各发光种的基准数据、由所取得的所述光学数据求出各发光种的定量数据的工序；和监视所述各发光种的定量数据、根据各发光种的定量数据的变化、判断等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态的工序。
2.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于所述数据库是通过下述工序预先制成的，即在多个处理条件下进行等离子处理、取得从等离子体发出的光的发光光谱作为光学数据的工序；利用多变量解析将所取得的光学数据分离为多个发光种的发光光谱、存储该分离的各发光种的发光光谱作为基准数据的工序。
3.如权利要求2所述的等离子体处理方法，其特征在于所述多变量解析是独立成分分析，各发光种的发光光谱是利用所述独立成分分析得到的独立成分。
4.如权利要求3所述的等离子体处理方法，其特征在于因所述独立成分分析产生的独立成分的数目，至少是在等离子处理中使用的处理气体的气体种类数目以上。
5.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于所述数据库是利用进行实际的等离子体处理的等离子体处理装置以外的数据库制作部件制成的。
6.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于求所述各发光种的定量数据的工序，分别求通过等离子体处理取得的发光光谱的光学数据和从所述数据库发出的各发光种的基准数据的内积，将各内积值作为各发光种的定量数据。
7.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于判断所述等离子体处理装置的运转状态的工序，在利用所述等离子体处理装置开始等离子体处理之后，在所述各发光种的定量数据为一定时，判断为所述等离子体处理装置的运转状态是稳定的。
8.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于判断所述被处理体的处理状态的工序，根据所述各发光种的定量数据的变化，判断针对所述被处理体的等离子体处理终结。
9.一种等离子体处理装置，在对处理室内的被处理体进行等离子体处理时，解析从等离子体发出的光，根据其解析结果，监视等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态，其特征在于具有在对所述被处理体进行等离子体处理时、取得从等离子体发出的光的发光光谱作为光学数据的部件；使用从存储多个发光种的发光光谱作为基准数据的数据库发出的各发光种的基准数据、由所取得的所述光学数据求出各发光种的定量数据的部件；和监视所述各发光种的定量数据、根据该各发光种的定量数据的变化、判断等离子体处理装置的运转状态和/或被处理体的处理状态的部件。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于所述数据库是利用下述部件预先制成的，即在多个处理条件下进行等离子处理、取得从等离子体发出的光的发光光谱作为光学数据的部件；利用多变量解析将所取得的光学数据分离为多个发光种的发光光谱、存储该分离的各发光种的发光光谱作为基准数据的部件。
11.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于所述多变量解析是独立成分分析，各发光种的发光光谱是利用所述独立成分分析得到的独立成分。
12.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于因所述独立成分分析产生的独立成分的数目，至少是在等离子处理中使用的处理气体的气体种类数目以上。
13.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于所述数据库是利用进行实际的等离子体处理的等离子体处理装置以外的数据库制作部件制成的。
14.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于求所述各发光种的定量数据的部件，分别求通过等离子体处理取得的发光光谱的光学数据和从所述数据库发出的各发光种的基准数据的内积，将各内积值作为各发光种的定量数据。
15.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于判断所述等离子体处理装置的运转状态的部件，在利用所述等离子体处理装置开始等离子体处理之后，在所述各发光种的定量数据为一定时，判断为所述等离子体处理装置的运转状态是稳定的。
16.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于判断所述被处理体的处理状态的部件，根据所述各发光种的定量数据的变化，判断针对所述被处理体的等离子体处理终结。
全文摘要
本发明提供一种等离子体处理方法，可提高判断装置的运转状态、被处理体的处理状态时的精度。在对晶片进行等离子体处理时，利用光学测量器(120)取得从等离子体发出的光的光谱作为光学数据。然后，使用从存储多个发光种的发光光谱作为基准数据的数据库(206)中发出的各发光种的基准数据，由所取得的光学数据求出各发光种的定量数据。接着，监视各发光种的定量数据，根据各发光种的定量数据的变化来判断等离子体处理装置的运转状态、晶片的处理状态。由此，根据由宽范围的波长带构成的等离子体的发光光谱，可以判断装置的运转状态、晶片的处理状态。
文档编号B01J19/08GK1505113SQ20031011822
公开日2004年6月16日 申请日期2003年12月5日 优先权日2002年12月5日
发明者王斌, 三村裕一, 一, 斌 王 申请人:东京毅力科创株式会社