CN1269191C - 处理装置和处理方法 - Google Patents

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Abstract

由TMP(22)、干式泵(23)构成连接到处理室(13)的排气线路(15)。处理室(13)和TMP(22)通过第一排气管(25)连接，而TMP(22)和干式泵(23)通过第二排气管(28)连接。测定部(24)监视流过第二排气管(28)的排气气体中的TiCl4或NH3的分压。在处理室(13)内，将两种处理气体交替供给规定时间，如果供给的一种处理气体的排气气体中的分压减少至规定值，则控制装置(12)开始另一种处理气体的供给。

Description

处理装置和处理方法
技术领域
本发明涉及在半导体晶片等被处理体上实施成膜处理等规定的处理的处理装置和处理方法。
背景技术
目前，随着半导体集成电路的微细化、高集成化，进行着形成于基板等基板表面的布线沟等的图形微细化。因此，在形成薄膜作为布线金属的衬底膜等情况下，需要在微细的布线沟内以均匀、良好的敷层方式形成非常薄的膜。根据这样的需要，近年来，作为能够以良好的膜质量形成原子层等级的膜的方法，开发了被称为原子层堆积法(Atomic Layer Deposition：ALD)的方法。
ALD例如由以下工序构成。在以下所示的例中，说明在形成了布线图形(布线沟)的基板表面上，使用四氯化钛气体和氨气，形成氮化钛构成的衬底膜的情况。
首先，在处理室内容纳基板，对处理室内抽真空。接着，向处理室内导入四氯化钛。由此，基板表面上四氯化钛分子吸附在多原子层中。然后，用惰性气体清洁处理室内，由此，残留在基板表面上吸附的大致一原子层的四氯化钛分子，从处理室内除去四氯化钛。
在清洁后，向处理室内导入氨气。由此，吸附在基板表面上的四氯化钛分子和氨分子发生反应，在基板的表面上形成大致一原子层的氮化钛层。此时，在形成的氮化钛层上，氨分子吸附在多原子层中。然后，用惰性气体清洁处理室内，残留在氮化钛层上吸附的大致一原子层的氨分子，从处理室内除去氨。
接着，再次将四氯化钛气体导入处理室内。由此，吸附了的氨分子和四氯化钛进行反应，形成新的一原子层的氮化钛层。即，在该状态下大致形成两原子层的氮化钛层。
此时，在氮化钛层上四氯化钛分子吸附在多原子层中。然后，通过用惰性气体清洁处理室内，成为在氮化钛层上大致吸附有一原子层的四氯化钛的状态。然后，如上述那样，进行氨气体导入、清洁、四氯化钛气体导入、清洁、…，交替地切换处理室内的环境，形成相当于规定的原子层厚度的氮化钛层。例如，通过将处理室内的气体环境切换几十～几百次，可以形成几nm～几十nm的氮化钛膜。再有，也可以进行真空排气，取代基于惰性气体的清洁。
在上述ALD中，无论处理室内的实际状态如何，都根据预先通过实验等获得的处理顺序来进行对处理室内的气体供给和停止的切换。因此，如果处理室内的原料气体实际上没有充分清洁时就导入下面的原料气体，则在气相中四氯化钛和氨发生反应。这样的气相反应使基板上形成的膜的质量下降。因此，期望根据表示处理室内实际状态的信息来控制气体供给。
作为根据有关处理室内状态的信息来控制工序的方法，有以下方法：在对处理室抽真空的排气线路中设置测定装置，从排气气体中取得规定的信息、例如有关规定物质浓度的信息。例如，在日本特开平9-134912号公报中，公开了一种半导体制造装置，检测排气气体中的规定物质的浓度，并进行使处理室内的规定物质的浓度固定的控制。
这里，排气线路包括连接到处理室的涡轮分子泵(TMP)等主泵、以及连接到主泵的干式泵(DP)等副泵(粗抽泵)。副泵将处理室内减压至主泵可工作程度的真空状态，然后，主泵减压至高真空状态。在上述的从排气气体中取得规定信息的结构中，将测定装置设置在排气线路的TMP的供气侧。
但是，TMP的供气侧与处理室为大致相同的低压状态，排气气体中的物质浓度低。而且，根据TMP的吸气能力，连接处理室和TMP的管的直径比较大，所以管内的物质浓度的偏差比较大。因此，不能获得足够精确的测定灵敏度，而且测定值因检测位置不同而产生偏差，有不能获得可靠性高的信息的危险。在这样的情况下，特别是在形成原子层等级的致密膜的ALD中，膜质量下降，处理的可靠性下降。
此外，不限于ALD，在进行成膜、腐蚀等其他处理的处理装置中也是同样。即，如日本特开平6-120149号公报等中公开了处理装置，在排气线路中配置检测微粒的微粒监视装置，监视排气中的微粒量。这种情况下，由于排气管直径比较大，所以排气管中的微粒分布的偏差大，不能高精度检测微粒量，存在着处理的可靠性下降的可能性。
这样，由于现有的从排气气体中取得规定的信息，根据取得的信息来控制工序的处理装置在低压配管直径比较大的主泵的供气侧取得信息，所以不能充分获得可靠性高的信息，有不能进行精度高的工序控制的危险。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种处理装置和处理方法，从处理室的排气气体中取得规定的信息，根据取得的信息，可以进行精度高的工序控制。
为了实现上述目的，本发明第一方案的处理装置的特征在于，包括：
处理部件，配有处理室，在上述处理室内对被处理体实施规定的处理；
第一排气部件，被连接到上述处理室，将上述处理室内部排气至规定的真空压力；
第二排气部件，被连接到上述第一排气部件，对上述处理室内部进行排气，直至达到上述第一排气部件可工作的压力；
信息取得部件，被配置在上述第一排气部件和上述第二排气部件之间，取得与从上述处理室排出的排气气体中的规定物质有关的信息；以及控制部件，根据上述信息取得部件取得的上述信息，判别上述处理室内的状态并控制上述处理部件。
在上述构成中，取得流过第一排气部件(例如，涡轮分子泵)和与第一排气部件相比以更高压工作的第二排气部件(例如，干式泵)之间的排气气体中的规定物质的信息(例如，浓度)。第一排气部件的排气侧(第一排气部件和第二排气部件之间)与第一排气部件的吸气侧(处理室和第一排气部件之间)相比为更高压(真空度低)，所以流过这部分的排气气体的物质浓度相对升高，分析灵敏度提高。因此，可取得可靠性高的信息，可进行高精度的工序控制。
为了实现上述目的，本发明第二方案的处理装置的特征在于，包括：
处理部，配有处理室，在上述处理室内对被处理体实施规定的处理；
第一排气部，通过第一排气管被连接到上述处理室，将上述处理室内部排气至规定的真空压力；
第二排气部，通过直径比上述第一排气管小的第二排气管被连接到上述第一排气部的排气侧，对上述处理室内部进行排气，直至达到上述第一排气部可工作的压力；
信息取得部，取得与从上述处理室排出的、流过上述第二排气管的排气气体中的规定物质有关的信息；
以及控制部，根据上述信息取得部取得的上述信息，判别上述处理室内的状态并控制上述处理部。
在上述构成中，取得流过将第一排气部(例如，涡轮分子泵)和与第一排气部相比以更高压工作的第二排气部件(例如，干式泵)连接的直径比较小的第二排气管的排气气体中的规定物质的信息(例如，浓度、微粒量)。在与第一排气管内部相比为更高压(真空度低)，并且直径比第一排气管小的第二排气管内，物质浓度相对地高，而且其偏差很小，所以可取得可靠性高的信息，进行高精度的工序控制。
上述处理装置还可包括测定管，从上述第二排气管分支，对流过上述第二排气管的上述排气气体进行分流；上述信息取得部可从流过上述测定管的上述排气气体中取得上述信息。
上述处理装置在上述信息取得部中配有测定上述规定物质浓度的红外分光分析装置或质量分析装置，上述控制部根据上述信息取得部测定的上述规定物质的浓度，控制上述处理部。这里，作为红外分光分析装置，优选为傅立叶变换红外分光装置(FT-IR)，作为质量分析装置，优选为四重极型质量分析装置。
上述处理装置在上述信息取得部中配有测定上述排气气体中的碎片物质的分布的红外分光分析装置，上述控制部也可根据上述信息取得部测定的上述碎片物质的分布，控制上述处理部。这里，作为红外分光分析装置，优选为傅立叶变换红外分光装置(FT-IR)。
为了实现上述目的，本发明第3方案的处理装置的特征在于，包括：处理室；
气体供给部件，被连接到上述处理室，将多种处理气体中的一种处理气体向上述处理室供给规定时间；
第一排气部件，被连接到上述处理室，将上述处理室内部排气至规定的真空压力；
第二排气部件，被连接到上述第一排气部件，对上述处理室内部进行排气，直至上述第一排气部件可工作的压力；
测定部件，被配置在上述第一排气部件和上述第二排气部件之间，测定从上述处理室排出的排气气体中的上述处理气体的量；
以及控制部件，根据上述测定部件测定的上述处理气体量，通过上述气体供给部件控制其他处理气体的供给。
即，上述结构的处理装置进行重复置换处理室内的气体环境的处理，例如，可适用于原子层堆积法(ALD)等的处理，可高精度地控制气体的切换，所以可靠性高，并且可进行生产率高的处理。
在上述结构中，例如，上述控制部件在上述排气气体中的上述处理气体的量减少到规定量时，通过上述气体供给部件开始向上述处理室内部供给其他处理气体。
为了实现上述目的，本发明第4方案的处理装置的特征在于，包括：
处理室，在内部对被处理体进行规定的处理；
清洁部件，供给用于使上述处理室内部清洁化的清洁气体，对上述处理室内部进行清洁；
第一排气部件，被连接到上述处理室，将上述处理室内部排气至规定的真空压力；
第二排气部件，被连接到上述第一排气部件，对上述处理室内部进行排气，直至上述第一排气部件可工作的压力；
信息取得部件，被配置在上述第一排气部件和上述第二排气部件之间，取得与从上述处理室排出的排气气体中的污染物质有关的信息；
以及控制部件，根据上述信息取得部件取得的上述信息，判别上述处理室内的污染状态，控制上述清洁部件。
即，上述结构的处理装置可适用于处理室的干式清洁，可高精度地控制清洁，所以可防止过度的清洁，进行高效率的清洁。
在上述结构中，例如，上述污染物质是微粒，上述控制部件在上述排气气体中的上述微粒量达到规定量以上时，可以对上述处理室内部进行清洁。这里，上述信息取得部件作为测定微粒量的装置，优选为包括光学式计数器。
上述处理装置还在上述信息取得部件中包括测定因进行上述排气气体中的上述清洁产生的副生成物的量的副生成物测定部件；上述控制部件根据上述副生成物测定部件测定的上述副生成物的量，控制上述清洁部件。这里，作为副生成物测定部件，优选为四重极型质量分析计或FT-IR。
上述处理装置在上述信息取得部件中还包括测定上述排气气体中的金属元素的种类和量的质量分析装置，上述控制部件根据上述信息取得部件测定的金属元素的种类和量，控制上述清洁部件。这里，作为质量分析装置，最好是四重极型质量分析计。
为了实现上述目的，本发明第5方案的处理方法包括：
处理工序，在内部容纳了被处理体的处理室中进行规定的处理；
第一排气工序，通过连接到上述处理室的主排气部，将上述处理室内部排气至规定的真空压力；
以及第二排气工序，通过连接到上述主排气部的副排气部，对上述处理室内进行排气，直至可通过上述第一排气工序进行排气的压力；其特征在于，该处理方法还包括：
信息取得工序，取得通过上述第一排气工序从上述处理室排出的与流动在上述主排气部和上述副排气部之间的排气气体中的规定物质有关的信息；
以及控制工序，根据上述信息取得工序取得的上述信息，判别上述处理室内的状态，控制上述处理。
在上述构成的方法中，取得流过主排气部和与主排气部相比以更高压工作的副排气部之间的排气气体中的规定物质的信息(例如，浓度)。与主排气部的吸气侧比较，主排气部的排气侧(主排气部和副排气部之间)相对为高压(真空度低)。因此，排气气体中的物质浓度比较高，分析灵敏度提高，所以可取得可靠性高的信息，进行高精度的工序控制。
为了实现上述目的，本发明第6方案的处理方法包括：
处理工序，在内部容纳有被处理体的处理室中进行规定的处理；以及
第一排气工序，通过利用第一排气管连接到所述处理室的主排气部，将所述处理室内部排气至规定的真空压力；
其特征在于，该处理方法还包括：
第二排气工序，通过利用直径比所述第一排气管小的第二排气管连接到所述主排气部的副排气部，对所述处理室内进行排气，直至可通过所述第一排气工序进行排气的压力；
信息取得工序，取得与通过所述第一排气工序从所述处理室排出的、流过所述第二排气管的排气气体中的规定物质有关的信息；以及
控制工序，根据所述信息取得工序取得的所述信息，判别所述处理室内的状态，控制所述处理。
为了实现上述目的，本发明第7方案的处理方法包括：
气体供给工序，将多种处理气体中的一种处理气体向内部容纳有被处理体的处理室内部供给规定时间；
第一排气工序，通过连接到所述处理室的主排气部，将所述处理室内部排气至规定的真空压力；
第二排气工序，通过连接到所述主排气部的副排气部，对所述处理室内部进行排气，直至可通过所述第一排气工序进行排气的压力；
测定工序，测定通过所述第一排气工序从所述处理室排出的、流过所述主排气部和所述副排气部之间的排气气体中的所述处理气体的量；以及
控制工序，根据所述测定工序测定的所述处理气体的量，控制所述气体供给工序中的其他处理气体的供给。
为了实现上述目的，本发明第8方案的处理方法包括：
处理工序，在内部容纳有被处理体的处理室中进行规定的处理；
清洁工序，供给用于对所述处理室内部清洁化的清洁气体，并对所述处理室内部进行清洁；
第一排气工序，通过连接到所述处理室的主排气部，将所述处理室内部排气至规定的真空压力；
第二排气工序，通过连接到所述主排气部的副排气部，对所述处理室内部进行排气，直至可通过所述第一排气工序进行排气；
信息取得工序，取得与通过所述第一排气工序从所述处理室排出的、流过所述主排气部和所述副排气部之间的排气气体中的污染物质有关的信息；以及
控制工序，根据所述信息取得工序取得的所述信息，判别所述处理室内的污染状态，控制所述清洁工序中的所述处理室内的清洁。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的处理装置的构成图。
图2是表示图1所示的测定部的构成图。
图3是表示图1所示的处理装置的成膜处理时的工作的流程图。
图4是表示排气气体中的物质分压的变化分布图。
图5是表示本发明第二实施方式的处理装置的构成图。
图6是表示图5所示的测定部的构成图。
图7是表示排气气体中的微粒量的变化分布图。
图8是表示第二实施方式的处理装置的变形例的图。
图9是表示排气气体中的SiF4量的变化分布图。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式的处理装置和处理方法。
(第一实施方式)
在第一实施方式中，以如下的处理装置为例来进行说明，该处理装置将四氯化钛(TiCl4)气体和氨气(NH3)在插入真空排气下交替供给到处理室内，使用所谓的原子层成膜法(Atomic Layer Deposition：ALD)将氮化钛(TiN)膜成膜在半导体晶片(以下，称为晶片)的表面上。
图1表示实施方式的处理装置11的构成。
如图1所示，处理装置11包括控制装置12、处理室13、气体供给线路14、以及排气线路15。
控制装置12对后述的与成膜处理有关的处理装置11整体动作进行控制。再有，由于容易理解，所以省略控制装置12的动作细节。
处理室13具有可抽真空的结构，在其内部容纳作为被处理体的晶片。在处理室13的内部，对晶片实施后述的ALD处理，形成TiN膜。
气体供给线路14包括TiCl4源16、NH3源17、两个氩(Ar)源18、19，各气体源16、17、18、19分别通过MFC(Mass Flow Controller)等流量控制装置20a、20b、20c、20d、阀门21a、21b、21c、21d连接到处理室13。从气体供给线路14向处理室13内供给由Ar气体稀释的TiCl4气体和NH3气体。
排气线路15包括涡轮分子泵(TMP)22、干式泵(DP)23、以及测定部24。排气线路15被连接到处理室13，通过排气线路15使处理室13被排气，减压至规定的压力状态。
TMP22通过第一排气管25与处理室13连接。在第一排气管25中，从处理室13侧起依次设置可变流量阀门26、以及阀门27。TMP22使处理室13内减压至高真空状态。而可变流量阀门26使处理室13内保持规定的高真空状态。第一排气管25根据TMP22的排气速度、长度等，使内径为例如50mm左右。再有，也可以使用机械泵等其他用于形成高真空的泵来取代TMP22。
干式泵23通过第二排气管28连接到TMP22的排气侧。在TMP22和干式泵23之间，设置阀门29。干式泵23具有作为粗泵的功能，使处理室13内达到TMP22可工作的压力。干式泵23的排气侧连接到未图示的除害装置，使通过排气线路15的排气气体无害化并释放到大气中。
第二排气管28根据干式泵23的排气速度、长度等，使内径为例如40mm左右。这里，干式泵23的排气容量比TMP22小，因此，第二排气管28与第一排气管25相比直径小。
测定部24设置在其两端连接到第二排气管28的旁路管30的中途。旁路管30的两端连接到阀门的供气侧。旁路管30具有与第二排气管28大致相同的内径。再有，也可在旁路管30的两端设置阀门。
测定部24测定并监视通过排气管30的排气气体中的TiCl4气体的分压、以及NH3气体的分压。测定部24具有所谓的FT-IR(傅立叶变换红外分光装置)的结构，如图2所示，由本体部31、检测部32构成。
本体部31由射出红外光的光源33、配置于射出光的光路上并向规定方向反射的反射镜34、配置于由反射镜34反射的光的光路上的干涉计35、以及连接到控制装置12的运算部36构成。
干涉计35包括：分光镜37，引导被反射镜34反射的光，将该光分支为多个光；固定镜38和移动镜39，配置于被分光镜37分支的光的各个光路上；以及驱动机构40，对驱动镜39进行驱动。而且，驱动结构40连接到运算部36。
检测部32通过旁路管30配置在本体部31的相反侧。在旁路管30的管壁中，设置石英等构成的窗口部30a，从本体部31射出的光通过窗口部30a成为通过旁路管30的结构。检测部32包括：反射镜41，被配置在通过旁路管30的光的光路上，将该光反射到规定方向；以及检测器42，接受从反射镜41反射的光。检测器42连接到本体部31的运算部36。
上述结构的测定部24如下那样测定排气气体中的规定物质、即TiCl4和NH3的分压。运算部36在从光源33射出红外光的状态下，通过驱动机构40使移动镜39移动。由此，入射反射到移动镜39上的光和入射反射到固定镜38的光的光路差变化，被两个镜38、39反射并被分光镜37再次合成的合成光相互干涉，强度发生时间性变化。该合成光经窗口部30a通过旁路管30内。通过旁路管30的光被反射镜41聚光，导向检测器42。
检测器42将受光的光强度数据输出到运算部36。运算部36对检测器42检测出的光强度的时间变化(干涉图)进行傅立叶变换，获得红外吸收频谱。运算部36根据获得的红外吸收频谱，计算通过旁路管30的排气气体中的规定物质的分压。运算部36对该分压的时间变化进行监视，如果分压达到规定值，则向控制装置12输出表示该情况的信号。控制装置12根据接收的信号，进行从气体供给线路14向处理室13内的气体供给控制。
如上述那样，测定部24配置在TMP22的排气侧，排气气体中的TiCl4和NH3的分压测定在TMP22的排气侧进行。这里，TMP22的排气侧与供气侧相比为更高压(真空度低)，排气气体中的物质浓度(分压)相对高。因此，与在TMP22的供气侧进行测定的情况相比，可获得更良好的测定灵敏度，获得可靠性高的信息(分压数据)。
旁路管30与第二排气管28直径相同，与第一排气管25相比直径更小。因此，旁路管30内的物质分布的偏差比在TMP22的供气侧测定时小，即使通过光学式的测定，测定值的偏差也小，可获得可靠性高的信息。
这样，根据从设置于TMP22的排气侧的测定部24获得的可靠性高的信息，控制装置12可以高精度控制处理室13内的气体切换等工序。而且，可以将排气时间最佳化，提高处理能力。
以下，参照图3来说明第一实施方式的处理装置11的工作。再有，图3所示的流程是一例，只要可获得同样的结果，什么结构都可以。
首先，控制装置12将晶片运入处理室13内(步骤S11)。然后，通过干式泵23，将处理室13内减压至规定的压力，再通过TMP22，例如减压并维持在4×102Pa(3Torr)(步骤S12)。
接着，处理装置11打开阀门21a、21c，开始供给TiCl4气体和Ar气体(步骤S13)。这里，TiCl4气体和Ar气体按例如TiCl4/Ar＝30sccm/1000sccm的流量供给。向处理室13内进行规定时间、例如0.5秒的气体供给。通过供给TiCl4气体，在晶片的表面上，TiCl4分子被吸附到多层。
然后，控制装置12关闭阀门21a、21c，停止供给TiCl4气体和Ar气体。停止气体供给后，将处理室13内排气，除去处理室13内的TiCl4气体(步骤S14)。此时，排气进行至处理室13内的TiCl4分压足够低，例如，直至进行到排气气体中的TiCl4分压低于例如10-1Pa(0.75×10-3Torr)。处理室13内的排气一直进行，残留晶片表面上吸附的大致一层的TiCl4分子，并从处理室13内将TiCl4分子除去，直至TiCl4达到与后面供给的NH3不在气相中产生反应的浓度(步骤S15)。
这里，测定部24从处理的开始时刻起始终监视排气中的物质分压。图4示意地表示测定部24监视的排气中的TiCl4分压和NH3分压的变化分布。
如图4所示，在将TiCl4气体向处理室13内供给规定时间(τ1)后，排气气体中的TiCl4分压逐渐减少。例如，测定部24在排气气体中的TiCl4分压减少至规定的分压(D1)时(从停止气体的供给经τ2时间后)，向控制装置12输出表示处理室13内的排气结束的信号。
如果从测定部24接收了上述信号，则控制装置12打开阀门21b、21d，开始供给NH3气体和Ar气体(图3，步骤S16)。这里，NH3气体和Ar气体例如以NH3/Ar＝1000sccm/100sccm的流量供给。对处理室13内的气体供给进行规定时间，例如0.5秒。此时，NH3分子与晶片上吸附的TiCl4分子反应，形成大致1原子层的TiN层。而且，在TiN层上，NH3分子被吸附多层。
然后，控制装置12关闭阀门21b、21d，停止NH3气体和Ar气体的供给。在停止气体供给后，将处理室13内排气，除去处理室13内的NH3气体(步骤S17)。此时，一直进行排气，直至处理室13内的NH3分压充分低，例如直至进行到排气气体中的NH3的分压低于10-2Pa(0.75×10-4Torr)。一直进行处理室13内的排气，残留TiN层上吸附的大致一层的NH3分子，并从处理室13内将NH3分子除去，直至NH3达到与后面供给的TiCl4不在气相中产生反应的浓度(步骤S18)。
如图4所示，在将NH3气体向处理室13内供给规定时间(τ3)后，排气气体中的NH3分压逐渐减少。例如，测定部24在排气气体中的NH3分压减少到基准值分压(D2)时(从停止气体供给经τ4时间后)，向控制装置12输出表示处理室13内的排气结束的信号。
这样，进行从步骤S13至步骤S18的TiCl4气体的供给、排气、NH3气体的供给、排气构成的一个循环的工序。如果控制装置12从测定部24接收上述信号，则返回到图3的步骤S13，进行TiCl4气体和Ar气体的供给，开始新的循环。
控制装置12在步骤S13中，向处理室13内供给规定时间的TiCl4气体。由此，TiN层上吸附的NH3分子和TiCl4分子产生反应，新形成大致一原子层的TiN层。而且，在该TiN层上，TiCl4分子被吸附多层。
接着，控制装置12在步骤S14中，停止TiCl4气体和Ar气体的供给，由此，处理室13内的TiCl4被排气除去。如图4所示，一直进行排气，直至TiCl4分压减少到规定分压(D1)(从停止气体的供给经τ2’时间)。
接着，如果从测定部24接收到表示排气中的TiCl4分压达到规定分压以下的信号(步骤S15)，控制装置12进行规定时间的NH3气体和Ar气体的供给(步骤S16)。由此，TiN层上吸附的TiCl4分子和NH3分子产生反应，形成新的TiN层(第3层)。而且，在该TiN层上NH3分子被吸附多层。
在停止NH3气体和Ar气体的供给后，控制装置12将处理室13内排气，除去NH3(步骤S17)。此时，如图4所示，一直进行排气，直至TiCl4分压减少到规定分压(D2)(从停止气体的供给经τ4’时间)。由此，第二循环的工序结束。
以下，通过重复进行上述循环，大致每隔一原子层就形成并叠层TiN层。上述循环重复进行，直至在晶片上形成规定厚度的TiN层。在步骤S19中，如果判别为重复进行了规定循环数，则控制装置12向处理室13内供给Ar气体，同时使处理室13内达到规定压力，例如与处理室13外部的晶片运送区域大致相同的压力(步骤S20)。然后，从处理室13内运出晶片(步骤S21)，结束处理。
如以上说明的那样，根据第一实施方式，在TMP22的排气侧，从排气气体中取得处理室13内的信息(浓度分压)，根据取得的信息来控制处理室13内的处理(ALD)。TMP22的排气侧与吸气侧比较压力相对高(真空度低)，所以测定灵敏度提高，而且，由于配管直径比较小，所以将测定值的偏差抑制得小。因此，根据在TMP22的排气侧取得的信息，进行精度高的工序处理，从而可进行能够可靠地维持膜的质量等的可靠性高的处理。
在上述第一实施方式中，使用具有FT-IR结构的测定部24，求出规定物质的排气气体中的量(分压)。但是，测定规定物质的量的部件不限于FT-IR，也可以是其他光学式测定部件、浓度计、四重极型质量分析计等的质量分析装置等其他测定部件。但是，作为红外分光分析装置，优选为即使有气相中的物质，也可进行容易获得其红外线吸收频谱的高效率分析的FT-IR。而作为质量分析装置，根据其电荷状态(质量电荷比)来判别气相中的物质，优选为可高效率并且容易测定排气气体中的物质种类和量的四重极型质量分析计。这里，四重极型质量分析计是这样的装置：包括四个电极，在这些电极上按规定的比例施加正负直流电压和交流电压，从通过线性地变化直流电压(或交流电压)获得的具有可通过电极间的质量电荷比(m/z)的荷电粒子的强度频谱中，测定规定物质的量。
在上述第一实施方式中，测定部24监视TiCl4和NH3的浓度分压，在达到规定分压时，将该情况送至控制装置12。但是，也可以是测定部24向控制装置12送出检测到的分压数据，控制装置12监视分压，判别是否达到规定分压。
在上述第一实施方式中，说明了测定部24测定作为处理(膜形成的原料)气体的TiCl4和NH3的浓度分压。但是，作为用于判别处理室内的状态的有关规定物质的信息，不限于上述浓度分压，也可以是表示处理气体的离解状态的规定物质的碎片离子等的量或种类，也可由测定部24检测它们。
在上述第一实施方式中，使用TiCl4和NH3，在晶片的表面上形成TiN膜。但是，使用的物质或成膜的膜的种类不限于此。除了TiN膜以外，也可以是AlO2、ZrO2、TaN、SiO2、SiN、SiON、WN、WSi、RuO2等其他金属膜。而这种情况下，使用的气体种类可用TaBr5、Ta(OC2H5)3、SiCl4、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、WF6等的任何一种来取代TiCl4，用N2、O2、O3、NO、N2O、N2O3、N2O5等的任何一种来取代NH3。
在晶片上形成规定厚度的TiN等膜后，为了对处理室进行清洁而使用的清洁气体不限于Ar，只要是惰性气体就可以，例如也可以使用氮、氖等。
第一实施方式的处理装置11与进行退火等其他处理的处理装置以一列式相连接，或也可以被分组。
此外，不限于对晶片实施每次一片的单片式的处理装置11，还适用于批量式的处理装置。
第一实施方式的发明不限于ALD，可适用于其他成膜处理、氧化处理、腐蚀处理等使用多种气体的、需要高速切换工序环境的所有处理。
(第二实施方式)
在第二实施方式中，举例说明在半导体晶片(以下为晶片)等被处理体的表面上，通过处理室内的等离子体处理对氧化硅等硅系膜进行成膜的处理装置的干法清洁。处理装置的干法清洁如下进行：使氟系气体(三氟化氮(NF3))的等离子体通过处理室内。
图5表示第二实施方式的处理装置11的结构。如图5所示，处理装置11包括控制装置12、处理室13、清洁气体供给线路50、以及排气线路15。
控制装置12对后述的进行成膜处理、清洁处理等处理装置11整体动作进行控制。再有，由于容易理解，所以省略控制装置12的动作细节。
处理室13具有可抽真空的结构，在其内部容纳作为被处理体的晶片。处理室13包括配有高频电源等未图示的等离子体产生机构，可在内部产生等离子体。通过等离子体产生机构在处理室13的内部对晶片表面实施等离子体处理，形成氧化硅的硅系膜。
清洁供给线路50包括供给作为清洁气体的NF3气体的NF3源51、以及供给作为稀释气体的Ar气体的Ar源52。而且，清洁气体供给线路50设置将通过其内部的气体激活的激励器53。NF3源51和Ar源52通过阀门54a、54b和MFC55a、55b连接到激励器53。
激励器53包括未图示的等离子体产生机构，使通过内部的气体产生例如ECR(Electron Cyclotron Resonance)等离子体、感应耦合型等离子体(Inductive Coupled Plasma：ICP)等高密度等离子体。激励器53使通过其内部的清洁气体(NF3)形成等离子体状态，使产生的氟基选择性地排气。
根据上述结构，在清洁时，从清洁气体供给线路50向处理室13内供给以氟基为主要成分的清洁气体。氟与硅的结合性高，附着、堆积在处理室13内的硅系膜被清洁气体高速并且有效地除去(腐蚀)。
排气线路15包括涡轮分子泵(TMP)22、干式泵23(DP)、测定部56。排气线路15连接到处理室13，通过排气线路15将处理室13排气，减压至规定的压力状态。
TMP22通过第一排气管25与处理室13连接。在第一排气管25中，从处理室13侧起依次设置可变流量阀门26和阀门。TMP22将处理室13内减压到规定的真空状态。而且，可变流量阀门26将处理室13内保持为规定的真空状态。第一排气管25根据TMP22的排气速度、长度等，形成例如50mm左右的内径。
干式泵23通过第二排气管28连接到TMP22的排气侧。在TMP22和干式泵23之间，设置阀门。干式泵23具有作为粗抽泵的功能，使处理室13内达到TMP22可工作的压力。干式泵23的排气侧连接到未图示的除害装置，使通过排气线路15的排气气体无害化后释放到大气中。
第二排气管28根据干式泵23的排气速度、长度等，形成例如40mm左右的内径。这里，干式泵23的排气容量比TMP22小，因此，第二排气管28与第一排气管25相比直径小。
测定部56安装在连接到TMP22的排气侧的第二排气管28上。测定部56测定处理期间流过第二排气管28内的气体中的微粒量。微粒因附着、堆积在处理室13内的膜增大到某种程度产生剥离等而产生，成为成品率下降的原因。因此，通过监视排气气体中的微粒量，可以知道处理室13的污染状态。
如果微粒量达到规定量，则监视排气气体的测定部56向控制装置12输出表示该情况的信号。控制装置12根据该信号，暂时结束成膜处理，开始清洁处理。再有，测定部56也可以设置在阀门的供气侧和排气侧的任何一侧。
测定部56的结构示于图6。如图6所示，测定部56由光源57、光限制器58、光传感器59、运算部60构成。
光源57由激光二极管等构成，发射激光。光源57配置在第二排气管28的外壁附近。在第二排气管28中，设置石英或水晶构成的窗口部28a。从光源57射出的激光通过窗口部28a照射到第二排气管28的内部。光源57照射激光，以使其大致通过第二排气管28的直径。再有，如果激光可定量地观测管内流动的气体中的微粒量，则即使在直径以外，也可以是任何通过管内的结构。
光限制器58配置在第二排气管28的内壁的激光光路上。光限制器58由吸收激光并防止反射的部件、例如实施了无反射涂敷的蓝宝石板构成。再有，也可以将光限制器58设置在第二排气管28的外壁附近，与上述石英等同样，激光通过可通过的透过窗口来吸收激光。
光传感器59由光电二极管等受光元件构成。光传感器59设置在第二排气管28的外壁附近。在光传感器59附近的第二排气管28的管壁中，设置石英或水晶构成的窗口部28b。窗口部28b在以第二排气管28的纵向方向为法线的大致同一平面上与窗口部28a形成约90°的角度。
光传感器59对通过第二排气管28内部的排气气体中的微粒产生的散射光进行受光。光传感器59连接到运算部60，向运算部60输出电脉冲。由此，运算部60取得与光传感器59受光的光量有关的信息。
运算部60根据光传感器59受光的光量，计算微粒量。如果计算出的微粒量达到规定量，则连接到控制装置12的运算部60向控制装置12传送表示该情况的信号。控制装置12根据接收的信号，在使成膜处理结束后开始清洁处理。
这里，如上述那样，测定部56设置在TMP22的排气侧。TMP22的排气侧(第二排气管28)与供气侧(第一排气管25)相比为更高压(真空度低)，因此，通过管内的气体中的微粒密度相对增大，可获得高精确的检测灵敏度。
此外，由于管径比较小，所以微粒在管内的分布偏差比较小。因此，激光光路上的微粒分布比较均匀，可进行偏差等很小的可靠性高的微粒量的检测。
以下，参照图7来说明图5所示的第二实施方式的处理装置11的动作。再有，以下所示的动作是一例，如果可获得同样的结果，则什么样的结构都可以。
处理装置11在处理室13实施每次一片晶片的等离子体处理，在晶片的表面上进行硅系膜(氧化硅膜)的成膜。处理装置11对多片晶片连续地实施成膜处理。在处理装置11工作期间，测定部56监视排气气体中的微粒量。
随着连续的成膜处理，处理室13内产生的微粒量逐渐增加。如图7所示，如果排气气体中的微粒量达到规定量(P1)，则测定部56向控制装置12传送表示该情况的信号。
控制装置12接收到该信号后，将在该时刻实施处理的晶片作为最后的晶片，暂时结束成膜处理。在将最后的晶片从处理室13运出后，控制装置12开始清洁处理。再有，在信号接收后，也可以在规定片数或包含该晶片的所有批的晶片处理结束后，开始清洁处理。
在开始清洁处理后，控制装置12首先将虚拟晶片运入处理室13内。接着，将处理室13内减压至规定的真空度，例如102Pa(0.75Torr)，开始向处理室13供给来自清洁气体供给线路50的清洁气体。例如，清洁气体按NF3/Ar＝500sccm/1000sccm来供给。
通过供给清洁气体，成为微粒原因的附着堆积在处理室13内的硅系膜等被四氟硅烷等分解、除去。因此，如图7所示，来自处理室13的排气气体中含有的微粒量逐渐减少。
如果微粒量减少到规定量(P2)，则测定部56向控制装置12传送表示清洁完成的信号。控制装置12接收到该信号后，停止供给清洁气体。由于要从处理室13内排出清洁气体，所以在经过充分的时间后，从处理室13运出虚拟晶片。之后，结束清洁处理，控制装置12再次开始成膜处理。
如以上说明的那样，根据第二实施方式，在TMP22的排气侧，从排气气体中取得处理室13内的信息(微粒量)，根据取得的信息来控制处理室13内的工序(清洁)。由于TMP22的排气侧的配管直径比较小，所以可避免测定值的偏差等。因此，可进行基于可靠性高的信息的精度高的工序控制，可以防止过度的清洁，可以缩短清洁时间。
在上述第二实施方式中，将测定部56直接设置在第二排气管28上。但是，也可以在第二排气管28上设置旁路，在旁路管的中途设置测定部56。
在上述第二实施方式中，根据微粒量来控制清洁处理。但是，用于判别处理室内的污染状态的信息不限于排气气体中的微粒量，也可以是与处理室13内产生的金属杂质等其他污染物质有关的信息，根据这些信息来开始清洁就可以。这里，作为分析金属杂质的装置，优选为可高效率地测定气相中的金属元素的上述四重极型质量分析仪。
如图8所示，还设置质量分析器、FT-IR等，形成在清洁时监视堆积膜分解后产生的清洁副生成物气体(例如，四氟硅烷、氧等)的量的结构。
在图8所示的结构中，在测定微粒量的测定部56的排气侧，配置测定清洁副生成物的量的四重极型分析器等质量分析器61。再有，质量分析器61也可以配置在测定部56的供气侧。
在图8所示的结构中，在微粒量达到规定量后开始清洁。清洁时，由质量分析器61监视排气中的清洁副生成物的量。
图9概略地表示清洁气体副生成物(例如四氟硅烷(SiF4))的变化分布。如图9所示，排气中的SiF4的量在进行清洁的同时SiF4增大，不久转向减少。控制装置12在SiF4的量减少到规定量的时刻，停止清洁气体的供给。
在上述第二实施方式中，测定部56监视微粒量，在达到规定量时，将该情况传送到控制装置12。但是，测定部56也可以向控制装置12传送检测出的微粒量数据，控制装置12监视微粒量，判别是否达到规定量。
此外，不限于每次对一片晶片实施处理的片叶式的处理装置，也可以采用批量式的处理装置。
在上述第二实施方式中，以对硅系膜、特别是氟氧化硅膜进行成膜的情况为例进行了说明。但是，成膜的种类也可以是硅氧化膜等以外的硅系膜，或其他种类的膜。
在上述第二实施方式中，作为清洁气体，使用氟系气体、特别是NF3。但是，清洁上使用的气体不限于此。例如，可以使用F2、SF6、CF4、C2F6等氟系气体，或Cl2、BCl4等氯系气体，取代NF3。此外，也可以用其他惰性气体，例如氮、氖等进行稀释，取代用Ar进行稀释。
在上述第二实施方式中，将清洁气体的等离子体导入处理室13内。但是，也可以是将清洁气体的NF3供给到处理室13内，在处理室13内产生等离子体的结构。
而且，第二实施方式的装置不限于等离子体处理装置，也可以应用于腐蚀装置、溅射装置、热处理装置等其他装置。
本领域技术人员当然可根据上述实施方式进行各种改进，而不脱离本发明的精神和范围。上述实施方式用于说明目的，而不是限定本发明的范围。因此，本发明的范围不应参照上述描述，而应该由权利要求书决定提供权利的所有范围。
本申请以日本专利申请特愿2002-8465(2002年1月17日受理)为基础，包含其说明书、权利要求书、附图及摘要的内容。这里引用该申请的全部内容。
产业上的利用可能性
在上述第一和第二实施方式中，在作为第一排气部件的TMP22的排气侧，从排气气体中取得处理室13内的信息，根据取得的信息来控制处理室13内的处理(ALD或清洁)。由于第一排气部件的排气侧压力比较高(真空度低)，所以可提高测定灵敏度，而且配管直径比较小，所以可将测定值的偏差抑制得小。因此，根据取得的信息，通过高精度的工序控制，可进行可靠性高的处理。
而且，第一实施方式的处理装置和处理方法不限于ALD，可应用于其他成膜处理、氧化处理、腐蚀处理等使用多种气体、高速切换工序环境所需的任意处理。
第二实施方式的处理装置和处理方法不限于使用等离子体处理装置的清洁处理，也可应用于腐蚀装置、溅射装置、热处理装置等其他装置和其他处理。
再有，本发明不限于半导体晶片，也可以应用于液晶显示装置的基板。
如以上说明，根据本发明，提供一种处理装置和处理方法，从处理室的排气气体中取得规定的信息，根据取得的信息，可进行精度高的工序控制。

Claims (18)

1.一种处理装置(11)，其特征在于，包括：
处理部件(14、50)，配有处理室(13)，在所述处理室(13)内对被处理体实施规定的处理；
第一排气部件(22)，被连接到所述处理室(13)，将所述处理室(13)内部排气至规定的真空压力；
第二排气部件(23)，被连接到所述第一排气部件(22)，对所述处理室(13)内部进行排气，直至达到所述第一排气部件(22)可工作的压力；
信息取得部件(24、56、61)，被配置在所述第一排气部件(22)和所述第二排气部件(23)之间，取得与从所述处理室(13)排出的排气气体中的规定物质有关的信息；以及
控制部件(12)，根据所述信息取得部件(24、56、61)取得的所述信息，判别所述处理室(13)内的状态并控制所述处理部件。
2.一种处理装置，其特征在于，包括：
处理部(14、50)，配有处理室(13)，在所述处理室(13)内对被处理体实施规定的处理；
第一排气部(22)，通过第一排气管(25)被连接到所述处理室(13)，将所述处理室(13)内部排气至规定的真空压力；
第二排气部(23)，通过直径比所述第一排气管(25)更小的第二排气管(28)被连接到所述第一排气部(22)的排气侧，对所述处理室(13)内部进行排气，直至达到所述第一排气部(22)可工作的压力；
信息取得部(24、56、61)，取得与从所述处理室(13)排出的、流过所述第二排气管(28)的排气气体中的规定物质有关的信息；以及
控制部(12)，根据所述信息取得部(24、56、61)取得的所述信息，判别所述处理室(13)内的状态并控制所述处理部(14、50)。
3.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于，还包括测定管(30)，从所述第二排气管(28)分支，对流过所述第二排气管(28)的所述排气气体进行分流；所述信息取得部(24、56、61)从流过所述测定管(30)的所述排气气体中取得所述信息。
4.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于，所述信息取得部(24、56、61)配有测定所述规定物质浓度的红外分光分析装置(24)或质量分析装置(61)，所述控制部(12)根据所述信息取得部(24、56、61)测定的所述物质的浓度，控制所述处理部(14、50)。
5.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于，所述信息取得部(24、56、61)配有测定所述排气气体中的碎片物质的分布的红外分光分析装置(24)，所述控制部(12)根据所述信息取得部(24、56、61)测定的所述碎片物质的分布，控制所述处理部(14、50)。
6一种处理装置，其特征在于，包括：
处理室(13)；
气体供给部件(14、50)，被连接到所述处理室(13)，将多种处理气体中的一种处理气体向所述处理室(13)内供给规定时间；
第一排气部件(22)，被连接到所述处理室(13)，将所述处理室(13)内部排气至规定的真空压力；
第二排气部件(23)，被连接到所述第一排气部件(22)，对所述处理室(13)内部进行排气，直至所述第一排气部件(22)可工作的压力；
测定部件(24、56、61)，被配置在所述第一排气部件(22)和所述第二排气部件(23)之间，测定从所述处理室(13)排出的排气气体中的所述处理气体的量；以及
控制部件(12)，根据所述测定部件(24、56、61)测定的所述处理气体量，通过所述气体供给部件(14、50)控制其他处理气体的供给。
7.如权利要求6所述的处理装置，其特征在于，所述控制部件(12)在所述排气气体中的所述处理气体的量减少到规定量时，通过所述气体供给部件(14、50)开始向所述处理室(13)内部供给其他处理气体。
8.一种处理装置，其特征在于，包括：
处理室(13)，在内部对被处理体进行规定的处理；
清洁部件(50)，供给用于使所述处理室(13)内部清洁化的清洁气体，对所述处理室内部进行清洁；
第一排气部件(22)，被连接到所述处理室(13)，将所述处理室(13)内部排气至规定的真空压力；
第二排气部件(23)，被连接到所述第一排气部件(22)，对所述处理室(13)内部进行排气，直至所述第一排气部件(22)可工作的压力；
信息取得部件(24、56、61)，被配置在所述第一排气部件(22)和所述第二排气部件(23)之间，取得与从所述处理室(13)排出的排气气体中的污染物质有关的信息；以及
控制部件(12)，根据所述信息取得部件(24、56、61)取得的所述信息，判别所述处理室(13)内的污染状态，控制所述清洁部件(50)。
9.如权利要求8所述的处理装置，其特征在于，所述污染物质是微粒，所述控制部件(12)在所述排气气体中的所述微粒量达到规定量以上时，对所述处理室(13)内部进行清洁。
10.如权利要求9所述的处理装置，其特征在于，所述信息取得部件(24、56、61)包括测定所述排气气体中的微粒量的光学式计数器(56)。
11.如权利要求8或9所述的处理装置，其特征在于，所述信息取得部件(24、56、61)还包括测定由进行所述排气气体中的所述清洁而产生的副生成物的量的副生成物测定部件(24、61)；
所述控制部件(12)根据所述副生成物测定部件(24、61)测定的所述副生成物的量，控制所述清洁部件(50)。
12.如权利要求8所述的处理装置，其特征在于，所述信息取得部件(24、56、61)包括测定所述排气气体中的金属元素的种类和量的质量分析装置(61)，所述控制部件(12)根据所述信息取得部件(24、56、61)测定的金属元素的种类和量，控制所述清洁部件(50)。
13.一种处理方法，包括：
处理工序，在内部容纳有被处理体的处理室中进行规定的处理；
第一排气工序，通过连接到所述处理室的主排气部，将所述处理室内部排气至规定的真空压力；以及
第二排气工序，通过连接到所述主排气部的副排气部，对所述处理室内进行排气，直至可通过所述第一排气工序进行排气的压力；
其特征在于，该处理方法还包括：
信息取得工序，取得与通过所述第一排气工序从所述处理室排出的、流动在所述主排气部和所述副排气部之间的排气气体中的规定物质有关的信息；以及
控制工序，根据所述信息取得工序取得的所述信息，判别所述处理室内的状态，控制所述处理。
14.一种处理方法，包括：
处理工序，在内部容纳有被处理体的处理室中进行规定的处理；以及
第一排气工序，通过利用第一排气管连接到所述处理室的主排气部，将所述处理室内部排气至规定的真空压力；
其特征在于，该处理方法还包括：
第二排气工序，通过利用直径比所述第一排气管小的第二排气管连接到所述主排气部的副排气部，对所述处理室内进行排气，直至可通过所述第一排气工序进行排气的压力；
信息取得工序，取得与通过所述第一排气工序从所述处理室排出的、流过所述第二排气管的排气气体中的规定物质有关的信息；以及
控制工序，根据所述信息取得工序取得的所述信息，判别所述处理室内的状态，控制所述处理。
15.如权利要求14所述的处理方法，其特征在于，在所述第二排气工序中，通过利用所述第二排气管和用于将流过所述第二排气管的气体分流的测定管而连接到所述主排气部的副排气部，对所述处理室内部进行排气；
在所述信息取得工序中，从流过所述测定管的所述排气气体中取得所述信息。
16.如权利要求14所述的处理方法，其特征在于，在所述信息取得工序中，通过红外分光分析装置或质量分析装置来测定所述规定物质的浓度，在所述控制工序中，根据所述信息取得工序中测定的所述浓度来控制所述处理。
17.一种处理方法，其特征在于，包括：
气体供给工序，将多种处理气体中的一种处理气体向内部容纳有被处理体的处理室内部供给规定时间；
第一排气工序，通过连接到所述处理室的主排气部，将所述处理室内部排气至规定的真空压力；
第二排气工序，通过连接到所述主排气部的副排气部，对所述处理室内部进行排气，直至可通过所述第一排气工序进行排气的压力；
测定工序，测定通过所述第一排气工序从所述处理室排出的、流过所述主排气部和所述副排气部之间的排气气体中的所述处理气体的量；以及
控制工序，根据所述测定工序测定的所述处理气体的量，控制所述气体供给工序中的其他处理气体的供给。
18.一种处理方法，其特征在于，包括：
处理工序，在内部容纳有被处理体的处理室中进行规定的处理；
清洁工序，供给用于对所述处理室内部清洁化的清洁气体，并对所述处理室内部进行清洁；
第一排气工序，通过连接到所述处理室的主排气部，将所述处理室内部排气至规定的真空压力；
第二排气工序，通过连接到所述主排气部的副排气部，对所述处理室内部进行排气，直至可通过所述第一排气工序进行排气；
信息取得工序，取得与通过所述第一排气工序从所述处理室排出的、流过所述主排气部和所述副排气部之间的排气气体中的污染物质有关的信息；以及
控制工序，根据所述信息取得工序取得的所述信息，判别所述处理室内的污染状态，控制所述清洁工序中的所述处理室内的清洁。
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