JP2002033312A - チャンバからの排出ガスモニタリング - Google Patents

チャンバからの排出ガスモニタリング

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JP2002033312A JP2001137942A JP2001137942A JP2002033312A JP 2002033312 A JP2002033312 A JP 2002033312A JP 2001137942 A JP2001137942 A JP 2001137942A JP 2001137942 A JP2001137942 A JP 2001137942A JP 2002033312 A JP2002033312 A JP 2002033312A
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ツァイ ケニス
Tung Bach
バーチ ツン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の期間後処理を停止し、又は処理の終点
を求め、また、チャンバ表面を腐食せずにチャンバ壁と
表面をクリーニングする。 【解決手段】 排出ガスモニタリング装置10は、排出ガ
スを受取る励起セル22と、セル22内の排出ガスを励起し
て放射線を放出できるガス励振器17と、励起されたガス
からの処理残留物がウィンドー上に堆積するのを減少さ
せるのに十分大きいｄだけ、セル22の内壁36から間隔を
おいた放射線透過ウィンドー27と、放射線を検出する検
出器26とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】（技術的分野）本発明は、処理チャンバか
らの排出ガスのモニタリングに関する。
【０００２】（背景技術）基板の処理において、化学蒸
着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、酸化、窒化処理に
より、ポリシリコン、二酸化珪素、アルミニウム、及び
／又は珪化タングステン等の半導体、誘電体、導体材料
が、基板上に形成される。例えば、ＣＶＤ処理では、反
応性ガスを使用して基板上に材料を蒸着し、ＰＶＤ処理
では、ターゲットをスパッタして基板上に材料を蒸着す
る。酸化と窒化処理では、基板を好適な気体環境に晒す
ことにより、酸化又は窒化材料、典型的にはそれぞれ二
酸化珪素又は窒化珪素が、基板上に形成される。従来の
エッチング処理では、パターン化したフォトレジストの
マスク又は酸化物のハードマスクが、リソグラフ法によ
り基板上に形成され、基板の露出した部分が典型的には
励起したガスによりエッチングされ、ゲート、ビア、コ
ンタクトホール、又は相互接続ラインのパターンを形成
する。このような処理の間、しばしば処理の残留物がチ
ャンバの壁、部品、他の表面上に堆積する。処理の残留
物は、剥がれ落ち、基板上に堆積して汚染するので、好
ましくない。従来の処理では、エッチングの残留物は、
周期的にチャンバ内の表面からクリーニングされた。例
えば、１つの方法では、基板のバッチを処理した後、ド
ライクリーニング処理を使用し、励起したクリーニング
ガスによりチャンバ表面を清浄化した。他の方法では、
エッチングガスにクリーニングガスを添加し、出来たガ
ス組成物を励起して、チャンバ内で基板のエッチング
と、表面のクリーニングの両方を行った。
【０００３】このような処理で、所定の期間後に、処理
段階の終わり、即ち処理の終点で処理を停止するのが好
ましい。例えば、チャンバクリーニング処理を行うと
き、チャンバ表面上に堆積した処理の残留物のほぼ全て
又は一部がクリーニングされたとき、即ち除去されたと
き又は堆積されないようにされたとき、クリーニング処
理を停止するのが好ましい。過度のクリーニングは、チ
ャンバの部品の寿命を短くし、又は次の基板の処理を低
下させる。しかし、処理残留物の厚さが１つの基板と別
の基板で変るとき、各クリーニングサイクルで、チャン
バを均一にクリーニングするのが困難である。又、チャ
ンバの異なる位置でのクリーニング処理の効率は、プラ
ズマの密度と分布による。従って、クリーニング処理の
完了を求めるのは困難な場合がある。
【０００４】従って、所定の期間後処理を停止し、又は
チャンバクリーニング処理の終点等の処理の終点を求め
るのが好ましい。また、チャンバ表面を腐食せずにチャ
ンバ壁と表面をクリーニングするのが好ましい。
【０００５】（発明の概要）本発明は、これらの必要性
を満たす。１態様では、本発明は、排出ガスモニタリン
グ装置において、排出ガス（排出物）を受取るセルと、
セル内の排出ガスを励起して放射線を放出できるガス励
振器(energizer)と、励起されたガスからの排出ガス残
留物がウィンドー上に堆積するのを減少させるのに十分
大きい距離ｄだけ、セルの内壁から間隔をおいた放射線
透過ウィンドーと、放射線を検出する検出器とを備え
る。ウィンドーは、励起されたガスからの排出ガス残留
物がウィンドー上に堆積するのを減少させるのに十分大
きいアスペクト比を有するポート内に位置していても良
い。
【０００６】他の態様では、本発明は、処理チャンバか
らの排出ガスの組成をモニタリングする方法において、
排出ガスを排出ガス励起セルに導入し、セル内の排出ガ
スを励起し、放射線透過ウィンドーを、励起されたガス
からの処理残留物がウィンドー上に堆積するのを減少さ
せるのに十分大きいｄだけ、セルの内壁から間隔を保持
し、励起されたガスから発出しウィンドーを通過する放
射線を検出するステップを備える。
【０００７】さらに他の態様では、本発明は、チャンバ
クリーニング装置において、チャンバを備え、該チャン
バは、処理中基板を支持することができる支持具と、チ
ャンバにクリーニングガスを供給するガス源と、クリー
ニングガスを励起するガス励起器と、チャンバから使用
したクリーニングガスを除去する排気管とを備える。ま
た、該チャンバクリーニング装置は、処理モニタリング
システムを備え、該システムは、使用したクリーニング
ガスを受取るための排気管中のガス励起セルと、セル内
のガスを励起できるガス励起器と、排出ガス残留物が放
射線透過部分上に堆積するのを減少させるのに十分大き
いｄだけセルから間隔をおいた放射線透過部分を有する
ウィンドー組立体と、励起されたガスから発出される放
射線を検出する検出器とを備える。
【０００８】別の態様では、本発明は、排出ガスモニタ
リング装置において、排出ガスを受取るセルと、セル内
の排出ガスからプラズマを形成するため電圧をかけるこ
とのできるセル内の１つ又はそれ以上の電極と、検出器
組立体と、を備え、該検出器組立体は、放射線透過ウィ
ンドーと、ウィンドーの後ろにありプラズマから発出す
る放射線を検出するセンサーと、オプションの光学系と
を有する。検出器組立体は、セル内の電極の前面から発
する放射線を選択的に受取るように設定されている。
【０００９】他の態様では、本発明は、排出ガスをモニ
タリングする方法において、排出ガスをセルに導入し、
セル内の１つ又はそれ以上の電極にバイアス電圧をかけ
て排出ガスのプラズマを形成し、セル内に放射線透過ウ
ィンドーを設け、電極の前面から発出する放射線を検出
するステップを備える。
【００１０】さらに他の態様では、本発明は、チャンバ
クリーニング装置において、チャンバを備え、該チャン
バは、処理中基板を支持することができる支持具と、チ
ャンバにクリーニングガスを供給するガス源と、クリー
ニングガスを励起する第１ガス励起器と、クリーニング
ガスを除去する排気管とを備える。また、該チャンバク
リーニング装置は、処理モニタリングシステムを備え、
該システムは、クリーニングガスを受取るためのセル
と、セル内のガスを励起するためバイアスをかけること
のできる電極と、放射線透過ウィンドー及び電極の前面
の励起されたクリーニングガスから発出される放射線を
検出する検出器を有する検出器組立体とを備える。
【００１１】（好適な実施例の詳細な説明）本発明のこ
れらの特徴、態様、利点は、次の詳細な説明、特許請求
の範囲、本発明の特徴を例示する図面からよりよく理解
できるであろう。しかし、各特徴は、特定の図面のに関
連するだけでなく本発明中で一般的に使用でき、また本
発明はこれらの特徴の組合せをも含む。
【００１２】図１ａは、本発明の１実施例による基板処
理装置10の概略図である。装置10は、処理チャンバ12
と、プラズマ放射解析等によりチャンバ内で行われる処
理をモニタリングする処理モニタリングシステム14とを
備える。処理チャンバ12は、電子デバイスの製造で使用
され、例えば酸化珪素、窒化珪素等の誘電体材料層、ア
ルミニウム、銅、チタン、プラチナ、タングステン等の
金属層、シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料、又は
複合半導体を、シリコン等の基板、複合半導体、又は絶
縁体上半導体（ＳＯＩ）のウェハ上に形成する。
【００１３】処理チャンバ12は、遠隔マイクロ波プラズ
マ発生器等の処理ガス励起器17に先駆ガスを供給するガ
ス源15を備える。マイクロ波プラズマ発生器は、マグネ
トロン等のマイクロ波源19を使用して、先駆ガスをフッ
素フリーラジカルを含む電離した核種と他のプラズマ核
種に変換し、それがチャンバ12内に運搬される。例え
ば、Ｃ2Ｆ6、ＣＦ4、ＮＦ3からなる処理ガスを電離し
て、フッ素フリーラジカルを形成し、それがチャンバ12
内の酸化珪素等の処理残留物と結合し、フッ化珪素等の
揮発性の化合物を形成し、排気管により除去される。典
型的なマイクロ波プラズマ発生器は、2.45ＧＨｚで作動
し、効果的に先駆ガスを分解し化学的に活性なフッ素ラ
ジカルを生成する。
【００１４】真空ポンプ16が、真空導管として作用する
フォア（前部）ライン18により処理チャンバに接続さ
れ、チャンバ12から未反応のガスと反応副産物を含む排
出ガスを排気する。オプションのスロットル弁20によ
り、チャンバの圧力を制御し、ガス源15から供給される
ガス流と、処理チャンバ12内のガス圧力を保持する。
【００１５】ガス励起セル22は、セル22を通過する排出
ガスを励起するためのガス励起器24を備える。例えば、
ガス励起器24は、容量又は誘導結合等で電磁エネルギー
をセル内の排出ガスに結合することにより、排気中の排
出ガスからプラズマを形成しても良い。図示する1つの
態様では、ガス励起器24は、カソード33等の電極を備
え、それに電圧をかけセル22内にプラズマを形成しても
良い。典型的には、ガス励起セル22は、排出ガスフォア
ライン18内のスロットル弁20の直ぐ下流にあり、処理チ
ャンバ12からの距離は短く、一方セル22内のプラズマを
処理チャンバ12から分離する。
【００１６】フォアライン18内のウィンドー27の外側に
置かれた検出器26は、プラズマにより放出された可視、
赤外線又は紫外線スペクトルを検出し、それを電圧信号
に変換する。制御器28は、検出器26からの信号を受信す
る。制御器は、受信した信号に基づいて計算と比較をす
ることができ、処理パラメータを制御する。例えば、検
出器26からの信号が処理の終了を示すときは、制御器28
は、ガス源15から処理チャンバ12へのガス流を遮断して
も良い。検出器26は、励起されたガスにより放出された
放射線を検出し、検出器26又は制御器28は、この信号を
使用して、ガス中の物質の種類と濃度を求めてもよい。
異なる物質は、励起されるとき異なる波長を有する放射
線を放射し、検出した波長の振幅は、排気流中の特定の
物質の量又は濃度を示す。
【００１７】１態様では、ガス励起セル22のガス励起器
24は、電源25を備え、この電源は、蛍光灯に使う種類の
商業的に入手できるスイッチング電源で、標準の110
Ｖ、60Ｈｚの電力線で使えるものである。電源25は、例
えば31ｋＨｚで約30Ｗ電力を発生することができる。電
源25の作動周波数は、（ＲＦ周波数より）低周波数で、
ソースインピーダンスに対するマッチングロードを例え
ば約10から約2000ｋＨｚまでを、例えば約10から約200
ｋＨｚまでに簡単にしても良い。ロードのマッチングが
なくても、プラズマに約8から約15 W、又は例えば約10
Ｗの電力が送られると推定される。電源25とガス励起セ
ル22の間のマッチング回路30を追加して、プラズマに送
られる電力の効率を改善しても良く、こうすると、より
小さい電源を使用することができ、又はガス励起セル22
が、フォアラインの圧力と排出ガス組成等の広い範囲の
作動条件でフォアライン18内にプラズマを形成すること
ができる。ガス励起セル22のイオンエッチングが作動寿
命を短くするなら、より高い作動周波数がより好まし
い。典型的には、原位置プラズマシステム用に選択され
た作動周波数が、プラズマ発生効率、プラズマ均一性、
プラズマ処理特性、電磁干渉、電源の大きさとコスト等
の幾つかの要因をバランスさせる。共通の作動周波数は
13.56ＭＨｚであり、これが幾つかの要因の間の所望の
バランスを与え、連邦通信委員会（ＦＣＣ）により商用
使用に割当てられている。本発明は、問題とするプラズ
マ特性はプラズマからの光学的放射なので、ずっと広い
作動周波数の選択範囲を有する。プラズマは小さく薄く
ても良く、より低圧の電源を使用することができ、また
不所望の電磁放射を制限する。
【００１８】図１ｂは、本発明の他の実施例によるイン
ラインガス励起セル22のある処理モニタリングシステム
14を有する基板処理装置10の概略図である。ガス励起セ
ル22は、処理チャンバ12の垂直方向すぐ下にあるので、
ガス励起セル22を通るより層流で乱流の少ない流れを得
ることができる。このため、排出ガスガスが処理チャン
バ12に拡散して戻る可能性が少なくなる。さらに、層流
の排出ガスの流れにより、励起する放射線が排出ガスに
より高い強度で結合することができる。排出ガスは、矢
印35で示す排出ガスの流れとほぼ同軸である細長い処理
電極即ちカソード33の表面に沿って連続的に均一に通過
するからである。カソード33は、ガス励起セル22の導電
性壁36から絶縁体37により絶縁されている。セル22の電
源25は、カソード33と、セル22のアノードを形成する導
電性壁36に接続される。セル22内で発生した光学放射
は、ウィンドー27を通って、１つ又はそれ以上の光学検
出器26a,26bへ行く。
【００１９】図２ａは、排出ガス励起セル22の実施例の
１実施例の概略図である。排出ガスの流れは、マイクロ
波エネルギーをある組み合わせで容量的、誘導的等の色
々の方法で入力エネルギーを結合することにより、励起
することができる。図２ａに示すセル22は、電力をセル
内のガスに容量結合することにより、排出ガスを励起す
る。カソード33は電力を与えられた電極であり、電気的
絶縁体37により、アノード即ち接地電極を形成する壁36
から絶縁されている。アノード36とカソード33は、典型
的にはアルミニウムでできているが、色々の他の導電性
材料で作ることもできる。カソード33は、同軸部分42
と、横方向部分44とを有する。絶縁体37は、フォアライ
ン内の予想される環境に適合する好適な誘電体絶縁破壊
強度の材料で出来ていてもよい。ある用途での絶縁体37
の好適な材料には、アセタール樹脂、テフロン（登録商
標）等のポリテトラフルオロエチレン、又はセラミック
がある。低周波数発生器を使用して、ガス励起セルに電
力を与え、カソード又はアノードのガス腐食を減少させ
るときは、カソード33の表面積を、アノード36の表面積
に近くし、大面積電極を設けても良い。
【００２０】ウィンドー27は、プラズマ排出ガス流の組
成と適合し、対象の放射線の放射を透過する材料ででき
ている。例えば、ウィンドー27は、紫外線、可視光、又
は赤外線を透過しても良く、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ、Ｓｉ
Ｏ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2等の１つ又はそれ以上のセラミ
ック、又はこれらの混合物又は化合物で出来ていてもよ
い。ウィンドー27の表面を、フレーム研摩、ラッピン
グ、又は削摩により滑らかに研磨し、ピークからピーク
までのＲＭＳ粗さ（即ち、粗さのピークと谷の間の垂直
距離）が、十分に小さく、ウィンドーを通過する放射線
の散乱を減らす、例えば可視光と紫外線と赤外線の放射
の散乱を減少するようにしても良く、このときウィンド
ー27の表面粗さが約1μｍより小さい。１実施例では、
ウィンドー27は、一般にサファイアと呼ばれている単結
晶アルミナでできているが、また、一般に「水晶」と呼
ばれている溶融シリカでできていても良い。フィルター
46,48が、それぞれウィンドーと検出器26の間に置か
れ、ガス励起セル22内の排出ガス内に形成されたプラズ
マから、所定の周波数の放射線を通過させる。又は、検
出器26は光学スペクトル分析器に信号を与える、それが
フィルターを通さない光学放射の幾つかの周波数を分析
することができるようにしても良い。２つのフィルター
と１つの検出器を示すが、検出器とフィルターの数はこ
れより多くても少なくても良い。
【００２１】排出ガスを励起するとき、排出ガスを励起
すると、排出ガスの残留物がウィンドー27と、ガス励起
セル22の隣接する壁36上に形成されることが分かった。
処理ガスはチャンバ12内で消耗し、即ち使用されている
ので、これは予期しないことである。例えば、処理ガス
の組成が、基板上に材料を堆積するように調整されてい
るとき、処理ガスは殆どチャンバ12内で分解して、堆積
物を形成する。分解したガスの排出ガスは、実質的に消
費されたガス状副産物しか含まず、別の残留物を生成す
る能力は限定されている。同様に、エッチングガスを使
用して、基板上の材料をエッチングするとき、エッチン
グガスからの排出ガスは、少ないエッチング能力と、少
ないエッチングガスの核種を有する。従って、このよう
な処理ガスが、排出ガス励起セル22内で励起されると
き、残留物を形成することは予測されない。
【００２２】排出ガスがチャンバ12をクリーニングする
のに使用したクリーニングガスから来たときは、ガス励
起セル22内の排出ガス残留物の生成は、更に予測できな
かった。典型的には、クリーニングガスはフッ素含有核
種であり、これが解離してチャンバ12内にフッ素フリー
ラジカルとプラズマ核種を形成する。フッ素ラジカル
は、チャンバ12内の二酸化珪素等の処理残留物と結合
し、フッ化珪素等の揮発性化合物を形成し、これが、ガ
ス励起セル22内で励起される排出ガス内に存在する。珪
素−フッ素含有ガス排出ガスは、励起されるとき排出ガ
ス残留物を形成しないと考えられていた。しかし、排出
ガスは励起されるとき、大量の排出ガス残留物を発生
し、それがガス励起セル22の壁上に堆積することが分か
った。さらに、ウィンドー27がガス励起セル22の壁であ
るときは、排出ガス残留物はウィンドー上に堆積し、曇
らせる。この結果、励起されたガスから送られ処理モニ
ターシステム14の検出器26により検出される放射線信号
が減衰する。
【００２３】ウィンドー27をガス励起セル22の内壁29か
ら十分に大きい距離ｄだけ離して置くことにより、励起
されたガスからウィンドー27上への排出ガス残留物の堆
積が減少することが分かった。最適の距離ｄは、排出ガ
スガス流速、ガス圧力と組成、及び排出ガス流の滞留時
間による。それは、励起された排出ガス核種の平均移動
経路、それらの分子サイズと化学的反応性に関連するか
らである。一般に、衝突回数が多いほど、ウィンドー27
上に排出ガス残留物が形成される速度が大きい。その場
合、ウィンドー27を内壁29からより大きい距離だけ離す
のが好ましい。しかし、ウィンドーをあまり遠くに離す
と、装置10の面積が大きくなり、高価なクリーンルーム
の処理環境内で多くの空間を占めることになるので、遠
くに離すことはできない。例えば、チャンバクリーニン
グ動作で、励起されたガスからウィンドー上への排出ガ
ス残留物の堆積を減らすか又は実質的に防止するのに十
分なだけ大きい好適な距離ｄは、例えば約2ｍｍから約7
0ｍｍである。
【００２４】図２ａに示すように、間隔をおいたウィン
ドー27は、ガス励起セルの外側に延びるポート40内に位
置し、ウィンドー27上に排出ガス残留物の堆積を更に減
らすのが好ましい。ポート40は狭いチャンネルを形成
し、放射線が励起された排出ガスからウィンドー27を通
って検出器26へ通るようにし、該ポートの断面は、円
形、多角形、３角形、６角形、長方形、正方形でも良
い。ポート40は、励起された排出ガス核種がウィンドー
27に近づくのを制限又は制御し、ウィンドー27上に排出
ガス残留物が形成されるのを減少させる。ポート40の深
さは、ウィンドー27をセル22の内壁から離して保持する
のが好ましい距離ｄに設定される。好適な深さ即ち距離
ｄは、排出ガスのガス圧力、組成、滞留時間、ガス流速
によりより変わり、ウィンドー上に励起されたガスによ
る排出ガス残留物が堆積するのを減少し又は実質的に防
止するのに十分長い好適な深さｄは、例えば、約2ｍｍ
から約70ｍｍである。更に、ポート40の幅ｗは十分に大
きくし、ポート40を通過する励起された排出ガスからの
放射線の合計強度が、処理モニタリングシステム14を効
率的に作動させるようにする必要がある。幅とは、ポー
ト40の幅、側面長さ、又は直径を意味し、チャンバのク
リーニング処理のためには、好適な幅は約3ｍｍから約1
5ｍｍである。
【００２５】ポート40の形状と大きさにより、ポート40
の幅（ｗ）と深さ（ｄ）の比であるアスペクト比が得ら
れ、これは十分大きくして排出ガス残留物がウィンドー
27上に堆積するのを減らす必要がある。好適なアスペク
ト比を選択すると、チャンバ12内の処理条件によるが、
励起されたガス状核種がポート40の端部でウィンドー27
に近づくのを規制するのに役立つ。チャンバのクリーニ
ング処理中に使用するのに適した実施例では、ガス励起
セル22のポート40のアスペクト比は少なくとも約１であ
る。殆どのチャンバのクリーニング処理で、アスペクト
比は一般に約1から約8である。例えば、ポート40の幅が
36ｍｍ、深さが7.6ｍｍではアスペクト比（幅／深さ）
は4.75になり、チャンバ12をＮＦ3からなるクリーニン
グガスを流速150ｓｃｃｍ、約2Ｔｏｒｒから約20Ｔｏｒ
ｒの圧力でクリーニング処理を行うとき、ポート40端部
のウィンドー27の表面上に排出ガス残留物は殆ど又は全
く堆積しない。
【００２６】さらに、ポート40又は検出器26は、ガス励
起セル22内のカソード33の前面を優先的に横切るセル22
内の放射線に視野を有する方向に向け、カソード33の周
辺領域の視野を実質的に排除するのが有利である。この
ような方向を向けると、検出器26がカソード33の前面に
ある励起された排出ガスからの放射線のみを検出するこ
とができる。カソード33を取囲む領域、例えばカソード
33を取囲む壁45がこの領域から発出する放射線の強度に
誤差変動を起こすときは、この実施例は有利である。例
えば、１実施例では、排出ガスが励起されるとき、チャ
ンバ12の壁45上に形成された排出ガス残留物により、壁
45の特性が変化し、例えば色が明るく又は暗くなること
が分かった。これにより、壁45から反射しポート40を通
過して検出器26の視野に入る放射線の強度に影響する。
ポート40又は検出器26を実質的にカソード33に向くよう
に方向付けし（検出器の光学系を設定する又は検出器自
体を方向付けすることにより行う）、視野が実質的に処
理電極（カソード）33のみをカバーするようにし、壁45
とカソード33の周りの周辺領域から反射された放射線の
殆どを排除することにより、カソード33の前の励起され
たガス放射線からの真の信号を増強し、検出器26の信号
とノイズの比を増加させる。
【００２７】ガス励起セル22は幾つかの利点を有する。
例えば、ガス励起セル22の構成により、小さく、効率
的、簡単、安価な電源25を使用して、処理ガスを励起
し、例えば、十分な光学的放射を発生するプラズマを形
成し、排出ガスのガス組成をモニタリングすることがで
きる。チャンバ12内で処理動作を効率的に行うには、原
位置プラズマは、典型的には物理的に大きいか又は密度
が濃い必要があるが、排出ガス又はフォアラインプラズ
マは、排出ガスの流れの組成をモニタリングするのに十
分な放射線を発生する大きさと密度であれば良い。作動
圧力が原位置プラズマ処理の要件に拘束されないので、
ガス励起セル22は、また広い圧力範囲で作動できる。さ
らに、ガス励起セル22と検出器26をスロットル弁20の下
流に置くと、処理チャンバ12内でのガス流の乱れを無視
することができる。その結果、現存する処理システムを
改修して、光学検出器等の検出器26と、ガス励起セル22
を付けることができる。しかし、処理システムは、検出
器26とガス励起セル22をチャンバ12の排気ポート又は排
気プレナム等の更に上流に付けるように設計することも
できる。
【００２８】図２ｂは、図２ａに示すガス励起セル22の
部分50の詳細図であり、図２ｃは同軸型ガス励起セル22
0の概略分解斜視図である。このセル内で、カソード33
の同軸部分42は中実で、丸い端部52が、プラズマ腐食を
減少するため設けられている。同軸部分42の端部が直線
に切断されていると、プラズマ腐食が起こる場合があ
る。カソード33の横向き部分44は、部分的に中空54で比
較的薄い壁56を有する。薄い壁56により、カソードプレ
ートの同軸部分42とカソードの壁56との間の熱抵抗が増
す。絶縁体37は、アルミナセラミックでできていて、カ
ソード62をガス励起セルの壁36から絶縁する。テフロン
（登録商標）等のポリテトラフルオロエチレンでできた
絶縁プレート60が、カソードプレート62をガス励起セル
22の壁36から絶縁する。ポリテトラフルオロエチレン
は、排出ガスとそれゆえガス励起セル22内に形成された
プラズマがフッ素を含むシステム内で使用するのに好ま
しい材料である。ネジ64がカソード33のベース58をカソ
ードプレート62に機械的電気的に結合する。Ｏリング6
6,68,70がシールを形成し、排出ガス又はプラズマが電
気接続部を腐食したり又はガス励起セル22から逃げるこ
とがないようにする。ラグコネクタ72が、ネジでカソー
ドプレート62に取付けられる。ワイヤ76に取り付けられ
たスライドオンコネクタ74が、ラグコネクタ72をＢＮＣ
コネクタ80の中央導体78に結合する。ＢＮＣコネクタの
外側コネクタ82は、カバープレート84に電気的に結合
し、次にカバーネジ88により圧力プレート86に結合し、
次に金属ネジ90によりガス励起セルの壁36に結合する。
金属ネジ90は、絶縁スペーサ92に対して金属圧力プレー
ト86を保持する。絶縁スペーサ92はアセチル樹脂ででき
ているが、色々の電気的絶縁材料の任意のもので作るこ
とができる。絶縁スペーサ92は、ネジ90をカソードプレ
ート62から絶縁する肩部94と、組立てられたときカソー
ドプレートの縁部を覆うカラー96とを有する。
【００２９】図２ｄは、排出ガス励起セル22の他の実施
例の概略分解組立図であり、処理チャンバ12内のマイク
ロ波で発生したクリーニングプラズマを検出しモニタリ
ングするのに好適であり、図２ｃに示したのと同じカソ
ード組立体を有する。このセルで、検出器26と検出器光
学系43は、ハウジング46内に収容されている。セル22内
のプラズマからの放射線は、紫外線保護薄膜をコーティ
ングしたウィンドー27と、ＵＶフィルター46を通過し、
この両者はハウジングプレート63内のＯリング61とネジ
組立体71によりシールされる。放射線は次に、第２フィ
ルター48を通過するが、これは例えば704ｎｍ狭帯域フ
ィルターで対象の放射線を選択的に透過させるものでも
よく、該フィルターは別のガスケット75によりシールさ
れる。幾つかの別のネジ組立体65,73を使用して、検出
器26をプレート59の組立体とハウジング46内に保持す
る。さらに、安全スイッチ51を設け、プラズマが励起さ
れる前にセル22内が真空になっているか検出してもよ
い。例えば、75TorrのＶＣＲ−４閉減少Torrスイッチ(7
5Torr VCR-4 close decreasing Torr Switch)をフラン
ジ58により、ネジ57と、ガスケット53と、Ｏリングシー
ル55によりガスセル22に接続することができる。
【００３０】図３ａは、処理モニタリングシステムで使
用しても良い検出器26の概略図である。検出器26は、光
学対物レンズ301を有し、セル22内の励起されたガスの
放射線発射領域303から出てウィンドー27を通る所定の
波長の放射線を集束する。好適な実施例では、対物レン
ズ301は必ずしも発射領域303へのウィンドー27に近接す
る必要はない。何れの実施例でも、光はウィンドー27と
フィルター305を通って、センサー307へ行く。センサー
307は、色々の放射線センサーのうち任意のもの、例え
ば可視スペクトル内の放射線を検出するフォトトランジ
スター、フォトダイオード等の光センサーで良い。デー
タの解釈を簡単にするにはセンサーの応答は線形である
ことが好ましいが、必ずしもそうでなくても良い。フィ
ルター305は、対象の波長に中心がある帯域フィルター
でも良い。検出器26は、フォアライン18のウィンドー27
のすぐ外側に置いても良く、又は光パイプ又は光ファイ
バーケーブル（図示せず）が、放電領域303で生じた放
射線を遠隔の位置へ伝達することにより、処理チャンバ
12の周りのスペースを節約することもできる。
【００３１】図３ｂは、二重センサーを備える検出器の
概略図である。ビームスプリッタ309が、対物レンズ301
で集束された光を第１ビーム311と、第２ビーム313に分
割する。ビーム強度はほぼ等しく、各ビームは入力ビー
ム315の約半分の強度でも良いが、特に対象の波長での
センサーの感度と、対象の波長で放射した光の強度等に
より異なる強度とすることもできる。フィルター317,31
9は、第１ビーム311と第１センサー321の間、第２ビー
ム313と第２センサー323の間にあり、各センサーは異な
る波長の光に応答する。例えば、センサー321,323のう
ち１つを、インジケーター波長をモニターするのに使用
し、他方をバックグラウンド放射線の波長特性を測定す
るのに使用しても良く、又は２つのセンサーを異なるイ
ンジケーターの波長をモニターするのに使用してもよ
い。又は、バックグラウンド放射線を、フィルターのな
い広帯域フィルターでモニターし、グロー放電の全体の
輝度をモニターし、例えばガス励起セルの適正な動作を
確認するか、又はインジケーター信号を正規化すること
ができる。
【００３２】図３ｃは、複数センサーを有する検出器26
の概略図である。第１ビームスプリッタ309が、入射光
ビーム315を複数のビームに分割し、次に第２ビームス
プリッタ329により別のビームに分割される。各ビーム
スプリッタの透過と反射特性は、モニターするピークの
波長と強度、及びセンサーの感度特性に従って調整して
もよい。
【００３３】本発明の処理モニタリングシステム14は、
目視検査又は固定時間法等の従来の処理終点検出方法と
比較して幾つかの利点がある。本発明は、プラズマの有
効性、例えばクリーニングガスプラズマが実際にいつな
くなるかを求めるからである。目視検査方法では、例え
ばプラズマにより大きくはクリーニングされないチャン
バ12の部分をモニターすると、クリーニング処理を必要
以上に長期間保持することになる。こうすると、製品の
流れを過度に混乱させるだけでなく、使用を増加させ、
そのためコストが増し、先駆ガスに伴う潜在的なＰＦＣ
放射が増加する。他方において、固定時間クリーニング
は、クリーニング条件又はハードウェアが変化すると
（例えば、典型的には遠隔のマイクロ波プラズマ発生器
使用するマグネトロンの経年変化による先駆ガスの分解
効率が落ちる）、クリーニング不足になる恐れがある。
【００３４】クリーニング処理の終了点を求めるのに加
えて、処理チャンバ12からの排出ガスのモニタリング
は、色々の異なる方法で使用できる。例えば、マグネト
ロンの電力出力又は遠隔プラズマ発生器の効率が変化し
たかどうか知ることが好ましい。これは、排出ガスの流
れをモニターし、変換されていない先駆物質を検出する
ことにより行うことができる。ガス励起セルが実質的に
先駆物質をプラズマに電離しなくても、この先駆物質は
ガス励起セルが励起して特有の放射を生じることができ
る。処理チャンバ全体からの排出ガスを測定して、チャ
ンバ内の平均の状態に関する情報を与えることができ
る。チャンバの内側の点から処理をモニターする方法
は、検出器を置く場所を考慮しなければならず、別の変
わり易い原因となる。チャンバ全体の容積からの情報を
受入れることにより、本発明は、チャンバの状態のより
確実な指標を与える。さらに、排出ガス励起セル22は、
チャンバのウィンドーを通して原位置プラズマをモニタ
ーする従来の検出器に置き換えることができる。
【００３５】図４ａに示す本発明による基板処理装置の
１実施例は、化学蒸着（ＣＶＤ）システムである。この
システムは、処理チャンバ内の中央の抵抗加熱されたペ
デスタル101上にある基板（図示せず）に処理ガスを散
布するガス分配マニホルド11を有する。処理中、基板
（例えば、半導体ウェハ）は、ペデスタル101の平らな
（又は少し凸状の）表面101a上に位置する。ペデスタル
101は、窒化アルミニウム等のセラミックの表面を有
し、下方のロード／オフロード位置と、マニホルド11に
近い上方の処理位置の間を制御可能に移動できるのが好
ましい。センターボード（図示せず）は、基板の位置の
情報を与えるセンサーを備えても良い。堆積及びキャリ
ヤガスが、通常の平らで円形のガス分配表面プレート13
aの貫通孔13bを通って、チャンバ12内に導入される。よ
り詳しくは、堆積処理ガスは、ガスマニホルド11を通
り、通常の貫通孔のあるブロッカープレート41を通り、
次にガス分配表面プレート13aの貫通孔13bを通って、チ
ャンバ12内に流入（矢印21で示す）する。
【００３６】マニホルドに到達する前に、堆積及びキャ
リヤガスは、ガス源7から、ガス供給ライン8を通って、
ガス混合ブロック即ちシステム9に入り、そこで合わさ
れ、次にガスマニホルド11へ送られる。堆積及びキャリ
ヤガスをガス供給ライン8からガスマニホルド11へ直接
送ることも可能であり、ある例ではこれが好ましい。こ
のような場合、ガス混合システム9は、迂回する。他の
状況では、任意のガス供給ライン8はガス混合システム9
を迂回し、チャンバ12の底部の通路（図示せず）を通っ
て、ガスを導入しても良い。図４ａに示すように、特定
の実施例では、ＷＳｉxを堆積するため、３つのガス供
給ライン8がある。第１のライン8aは、珪素含有ガス
（例えば、「ＤＳＣ」と言われるジクロロシラン（Ｓｉ
Ｈ2Ｃｌ2）をガス源7aのＤＳＣ源からガス混合システム
9へ供給し、第２ライン8bは、タングステン含有ガス
（例えば、ガス源7aと7bのアルゴン源からアルゴン）供
給し、ガス流を安定させ、ガス混合システム9内への２
つのラインの間で均一にすることもできる。このように
チャンバ12の上流でガス（ＤＳＣとＷＦ6）を混合する
と、チャンバへのガス分配がより均一になり、それによ
り、堆積されたＷＳｉx薄膜が非常に均一になると考え
られる。第３の供給ライン8cは、不活性パージガス（例
えば、ガス源7cからアルゴン）をチャンバの底部から供
給し、堆積ガスがチャンバのヒーター（図示せず）より
下の領域から離れるようにすることもできる。ある好適
な実施例では、別の珪素源（例えば、ガス源7aから供給
ライン8aにシラン（ＳｉＨ4）を供給しても良い。一般
に、各処理ガスの供給ラインは、(i)自動又は手動でチ
ャンバへの処理ガスの流れを遮断するのに使用できる幾
つかの安全遮断弁と、(ii)供給ラインを通るガスの流れ
を測定する流量制御器（ＭＦＳ）（図示せず）を備え
る。処理で有毒ガスを使用するときは、通常の構成の各
供給ラインに、幾つかの安全遮断弁が配置される。
【００３７】チャンバ12で行われる堆積処理は、熱によ
る処理でも、プラズマ強化処理でも良い。プラズマ強化
処理では、ＲＦ電源102が、ガス分配表面プレート13aと
ペデスタル101の間に電力をかけ、処理ガス混合物を励
起して、ガス分配表面プレート13aとペデスタル101の間
の円筒形領域内にプラズマを形成する。（以下、この領
域を「反応領域」という。）プラズマの成分が反応し
て、ペデスタル101上に支持される半導体ウェハの表面
上に薄膜を堆積させる。ＲＦ電源102は、混合周波数Ｒ
Ｆ電源で、13.56ＭＨｚの高周波数（ＲＦ１）と、360ｋ
Ｈｚの低周波数を与え、チャンバ12内へ導入された反応
性核種の分解を促進する。もちろん、ＲＦ電源102は、
単一の、又は混合周波数（又は他の所望の変形）のＲＦ
電力をマニホルド11に供給することができ、チャンバ12
内へ導入された反応性核種の分解を促進する。熱による
処理では、ＲＦ電源102は使用せず、処理ガス混合物が
熱的に反応して、ペデスタル101上に支持された半導体
ウェハの表面上に所望の薄膜を堆積させる。ペデスタル
101は、抵抗加熱されて反応に必要な熱エネルギーを与
える。
【００３８】プラズマ強化堆積処理中、プラズマは、排
気通路23と遮断弁103を含むチャンバ12全体を加熱す
る。熱堆積処理中、加熱されたペデスタル101により、
チャンバ12が加熱される。プラズマがターンオンされな
いとき、又は熱堆積処理中、熱流体がチャンバ12の壁を
通って循環し、チャンバを高温に保持する。チャンバ壁
を加熱するのに使用する流体は、典型的な水ベースのエ
チレングリコール、又は油ベースの熱伝達流体等があ
る。この加熱により、不所望の反応生成物の凝結を減ら
すか又はなくし、処理ガスと汚染の揮発性生成物の除去
を改善する。この処理ガスと汚染があると、低温の真空
通路の壁面に凝縮し、ガスが流れない期間に処理チャン
バへ逆流する。
【００３９】層に堆積されないガス混合物の残り（反応
生成物と排出ガス残留物の堆積物を含む）は、排気ポン
プ16により、チャンバ12から排気される。特に、ガスは
反応領域を囲むスロット形状の環状オリフィス104を通
って、環状排気プレナム106内へ入る。環状オリフィス1
04と環状排気プレナム106は、チャンバの円筒形側壁
（壁上の絶縁体37を含む）の頂部と、円形チャンバ蓋10
8の底部との間の間隙により画成される。スロットオリ
フィス104と排気プレナム106が、360°の円形対称で均
一なことが、基板上に処理ガスが均一に流れ、より均一
な薄膜を堆積する上で重要である。ガスは、排気プレナ
ム106の横延長部分21の下を通り、下方延長ガス通路23
を通って、真空遮断弁103（その本体は、下部チャンバ
壁と一体になっている）をすぎ、排気出口109へ行く。
この排気出口は、フォアライン18を通って外部真空ポン
プ16へ接続する。
【００４０】抵抗加熱されたペデスタル101のウェハ支
持大皿は、埋め込み型の単一ループヒーター要素で、平
行な同心円で２周りとなるもので加熱されても良い。ヒ
ーター要素の外側部分は、支持大皿の外辺部に隣接して
走り、一方内側部分は、小さい半径の同心円の経路上を
走る。加熱要素への配線は、アルミニウム、セラミッ
ク、又はこれらの組合せで出来ているペデスタル101の
軸を通過する。典型的には、チャンバのライニング、ガ
ス入口マニホルド表面プレートの任意のもの又は全て、
及び他の反応器のハードウェアは、アルミニウム、陽極
酸化したアルミニウム、又はセラミック等の材料ででき
ている。このようなＣＶＤ装置の例は、「ＣＶＤ処理チ
ャンバ」という題のZhaoらに発行された米国特許第5,55
8,717号に記載されていて、ここにその内容全体を参照
する。上昇機構とモーター（図示せず）を使用して、ヒ
ーターペデスタル101を上昇下降させ、基板リフトピン
（図示せず）は、ロボットブレード（図示せず）によ
り、チャンバ12の側面の挿入／取出し開口部110を通っ
て、チャンバの本体に出し入れされる。モーターが、ペ
デスタル101を処理位置と基板ロード位置の間を上下さ
せ、光センサーを使用して、適当なモーターにより動か
されるスロットル弁20とペデスタル101等の可動組立体
の位置を求めることができる。
【００４１】装置は、ハードディスクドライブ（メモリ
ー138）と、フロッピィディスクドライブと、プロセッ
サー137とを含むシステム制御器28により作動する。プ
ロセッサーは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）
と、アナログとデジタル入力／出力ボードと、インター
フェースボードと、ステッパモーター制御ボードとを含
む。装置10の色々の部品は、ボード、カードケージ、コ
ネクターの寸法と種類を決めているバーサモジュール欧
州（ＶＭＥ）規格に適合する。ＶＭＥ規格はまた、バス
構造を16ビットデータバスと24ビットアドレスバスを有
する構造として定義する。システム制御器28は、メモリ
ー138等のコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュ
ータソフトウェアであるシステム制御ソフトウェアを実
行する。メモリー138はハードディスクドライブである
のが好ましいが、メモリー138は他の種類のメモリーで
も良い。コンピュータプログラムは、タイミング、ガス
の混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベ
ル、ペデスタル位置、及び特定の処理の他のパラメータ
を指示する１組の命令を含む。フロッピィディスク又は
他の好適なドライブ等の他のメモリーデバイスに記憶さ
れる他のコンピュータプログラムを使用して、制御器28
を作動させてもよい。
【００４２】使用者と制御器28の間のインターフェース
は、図４ｂに示すＣＲＴモニター150aとライトペン150b
である。図４ｂは、１つ又はそれ以上のチャンバを含む
ＣＶＤ装置10の概略図である。好適な実施例では、２つ
のモニター150aを使用し、１方は使用者用にクリーンル
ームの壁に取り付け、他方はサービス技術者用に壁の後
ろに取り付ける。モニター150aは、同じ情報を同時に表
示するが、１つのライトペン150bのみが使用可能にされ
る。ライトペン150bの先端の光センサーが、ＣＲＴディ
スプレーにより放出された光を検出する。特定のスクリ
ーン又は機能を選択するためには、使用者は、表示スク
リーンの指定された領域に触れ、ペン150bのボタンを押
す。接触された領域は強調表示されて色が変化し、又は
新しいメニュー又はスクリーンを表示し、ライトペン15
0bと表示スクリーンとの間の通信を確認する。この代り
に、又はこれに加えて、他のデバイス、例えばキーボー
ド、マウス、又は他の指示又は通信デバイスを使用し
て、使用者が制御器28と通信するようにしても良い。
【００４３】薄膜を堆積する処理は、制御器28により実
行されるコンピュータプログラム製品を使用して実行す
ることができる。コンピュータプログラムコードは、任
意の通常のコンピュータ可読プログラム言語で書くこと
ができる。例えば、68000アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋
＋、パスカル、フォートラン又はその他である。好適な
プログラムコードは、通常のテキストエディターを使用
して、１つのファイル又は複数のファイルに入れられ、
コンピュータのメモリーシステム等のコンピュータ使用
可能媒体に記憶又は埋め込まれる。入力されたコードテ
キストが高レベル言語であれば、コードはコンパイルさ
れ、次に結果のコンパイラコードは、前にコンパイルさ
れたWindowsTMライブラリルーチンのオブジェクトコー
ドとリンクする。リンクし、コンパイルされたオブジェ
クトコードを実行するため、システムの使用者は、オブ
ジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムがコ
ードをメモリー内にロードするようにする。次に、ＣＰ
Ｕはコードを読取り実行して、プログラム内で識別され
たタスクを行う。
【００４４】図４ｃは、特定の実施例による制御ソフト
ウェアコンピュータプログラム70の階層制御構造のブロ
ック線図である。ライトペン150bを使用して、使用者
は、ＣＲＴモニター上に表示されたメニュー又はスクリ
ーンに応答して、処理セット数と、処理チャンバ数を処
理セレクターサブルーチン173に入力する。処理セット
（組）は、特定の処理を実行するために必要な処理パラ
メータの所定のセットであり、所定の処理セット数によ
り識別される。処理セレクターサブルーチン173は、(i)
所望の処理チャンバと、(ii)所望の処理を実行するため
に処理チャンバを作動させるのに必要な処理パラメータ
の所望のセットとを識別する。特定の処理を実行するた
めの処理パラメータは、処理ガス組成と流速、温度、圧
力、マイクロ波電力レベル又はＲＦ電力レベル及び低周
波数のＲＦ周波数等のプラズマ条件、冷却ガス圧力、チ
ャンバ壁温度等の処理条件に関係する。これらのパラメ
ータは、処方の形で使用者に提供され、ライトペン／Ｃ
ＲＴモニターインターフェースを使用して入力される。
処理をモニターするための信号は、システム制御器のア
ナログとデジタル入力ボードにより与えられ、処理を制
御するための信号は、装置10のアナログとデジタル出力
ボードに出力される。
【００４５】処理シーケンササブルーチン175は、処理
セレクターサブルーチン173識別された処理チャンバと
処理パラメータのセットを受入れるため、また色々の処
理チャンバの動作を制御するためのプログラムコードを
備える。複数の使用者が、処理セット数と、処理チャン
バ数を入力することができ、又は１人の使用者が複数の
処理セット数と、処理チャンバ数を入力することがで
き、シーケンササブルーチン175は、選択した処理を所
望の順番でスケジュールする。シーケンササブルーチン
175は、次のステップを実行するためのプログラムコー
ドを備える。(i)処理チャンバの動作をモニターし、チ
ャンバが使用されているかどうか求め、(ii)使用されて
いるチャンバで何の処理が行われているか求め、(iii)
処理チャンバの利用可能性と行う処理の種類に基づい
て、所望の処理を実行するステップである。どの処理を
実行するかをスケジュールするとき、シーケンササブル
ーチン175は、選択した処理の所望の処理条件と比較し
て、処理チャンバの現在の状態を考慮するように設計す
ることができる。又は、各特定の使用者が入力した要求
の「時期」、又はシステムプログラマーがスケジュール
の優先順を決めるのに含めることを望む任意の他の関連
する要因を考慮するように設計することができる。
【００４６】いったん、シーケンササブルーチン175
が、次にどの処理チャンバと処理セットの組合せを実行
するかを決めると、シーケンササブルーチン175は、特
定の処理セットパラメータをチャンバマネージャーサブ
ルーチン177a〜cに渡すことにより、処理セットの実行
を開始する。これらのチャンバマネージャーサブルーチ
ンは、シーケンササブルーチン175により決められた処
理セットに従って処理チャンバ12内で複数の処理タスク
を制御する。例えば、チャンバマネージャーサブルーチ
ン177aは、処理チャンバ12内でＣＶＤ作業を制御するプ
ログラムコードを備える。チャンバマネージャーサブル
ーチン177はまた、色々のチャンバ構成要素サブルーチ
ンの実行を制御し、このチャンバ構成要素サブルーチン
は、選択した処理セットを実行するのに必要なチャンバ
構成要素の動作を制御する。チャンバ構成要素サブルー
チンの例は、基板位置決めサブルーチン180、処理ガス
制御サブルーチン183、圧力制御サブルーチン185、ヒー
ター制御サブルーチン187、及びプラズマ制御サブルー
チン190である。ＣＶＤチャンバの特定の構成によっ
て、ある実施例では上述したサブルーチンを全て含み、
他の実施例では幾つかのサブルーチンを含む。当業者
は、処理チャンバ12内で何の処理を実行するかによっ
て、他のチャンバ制御サブルーチンを含めることができ
ることを理解するであろう。動作において、チャンバマ
ネージャーサブルーチン177aは、実行する特定の処理セ
ットに従って、処理構成要素サブルーチンを選択的にス
ケジュールする、即ち呼び出す。チャンバマネージャー
サブルーチン177は、シーケンササブルーチンが次にど
の処理チャンバ12と処理セットを実行するかをスケジュ
ールするのと同様に、処理構成要素サブルーチンをスケ
ジュールする。典型的には、チャンバマネージャーサブ
ルーチン177aは、色々のチャンバ構成要素をモニタリン
グするステップと、実行する処理セット用の処理パラメ
ータに基づいて、どの構成要素を動作させる必要がある
か決定するステップと、モニターリングと決定のステッ
プに応じて、チャンバ構成要素サブルーチンの実行を開
始するステップとを備える。
【００４７】特定のチャンバ構成要素サブルーチンを、
図４ｃを参照して説明する。基板位置決めサブルーチン
180は、基板をペデスタル101上にロードさせるためのプ
ログラムコードと、オプションとして基板をチャンバ12
内で所望の高さに上昇させ、基板とガス分配マニホルド
11の間の間隔を制御するためのプログラムコードを備え
る。基板が処理チャンバ12内にロードされるとき、ペデ
スタル101は基板を受取るため降下し、その後所望の高
さに上昇する。動作において、基板位置決めサブルーチ
ン180は、チャンバマネージャーサブルーチン177aから
転送された支持高さに関する処理セットパラメータに応
じてペデスタル101の動きを制御する。
【００４８】処理ガス制御サブルーチン183は、処理ガ
スの組成と流速を制御するプログラムコードを有する。
処理ガス制御サブルーチン183は、安全遮断弁の開／閉
位置を制御し、また質量流量制御器を上／下させて、所
望のガス流速を得る。処理ガス制御サブルーチン183
は、他のチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、チャ
ンバマネージャーサブルーチン177aにより呼出され、所
望のガス流速に関するサブルーチン処理パラメータを受
取る。典型的には、処理ガス制御サブルーチン183の動
作は、ガス供給ラインを開き、(i)流速制御器を読みよ
り、(ii)読取った値をチャンバマネージャーサブルーチ
ン177aから受取った所望の流速と比較し、(iii)必要に
より、ガス供給ラインの流速を調節する、ステップを繰
り返す。さらに、処理ガス制御サブルーチン183は、ガ
ス流速が安全でない流速かをモニターし、安全でない状
態を検出するとき安全遮断弁を作動させるステップを含
む。
【００４９】ある処理では、反応性の処理ガスを導入す
る前に、窒素又はアルゴン等の不活性ガスがチャンバ12
内へ流入させ、チャンバ内の圧力を安定化させる。これ
らのステップでは、処理ガス制御サブルーチン183は、
チャンバ内の圧力を安定化させるのに必要な時間だけ不
活性ガスをチャンバ12内に導入するステップを含み、次
に上述したステップを実行するようにプログラムされ
る。さらに、処理ガスが、ＴＥＯＳ等の液体先駆物質か
ら気化されるときは、処理ガス制御サブルーチン183
は、バブラー組立体内で液体先駆物質を通してヘリウム
等の搬送ガスの気泡を作るステップを含むように書き込
まれ、又はヘリウム等のキャリヤガスを液体噴射システ
ムに導入するよううに書き込まれる。バブラーがこの種
類の処理に使用されるとき、処理ガス制御サブルーチン
183は、所望の処理ガス流速を得るため、搬送ガスの流
速と、バブラー内の圧力と、バブラーの温度を調節す
る。上述したように、所望の処理ガス流速は、処理パラ
メータとして処理ガス制御サブルーチン183へ転送され
る。さらに、処理ガス制御サブルーチン183は、ある処
理ガス流速のための必要な値を含む記憶したテーブルに
アクセスすることにより、所望の処理ガス流速を得るの
に必要な搬送ガス流速と、バブラー圧力と、バブラー温
度を得るステップを含む。いったん、必要な値が得られ
ると、搬送ガス流速と、バブラー圧力と、バブラー温度
がモニターされ、必要な値と比較され、それに従って調
節される。
【００５０】圧力制御サブルーチン185は、チャンバの
排気システム内のスロットル弁のアパーチャの大きさを
規制することにより、チャンバ12内の圧力を制御するた
めのプログラムコードを含む。スロットル弁20のアパー
チャの大きさは、全体の処理ガスの流れ、処理チャンバ
12の大きさ、排気システムのポンピング設定点に関連し
て、チャンバ圧力を所望のレベルに制御するように設定
される。圧力制御サブルーチン185が呼出されるとき、
所望の即ち目標圧力レベルを、チャンバマネージャーサ
ブルーチン177aからパラメータとして受取る。圧力制御
サブルーチン185は、チャンバ12に接続された１つ又は
それ以上の通常の圧力マノメーターを読取ることによ
り、チャンバ12内の圧力を測定し、測定値を目標圧力と
比較し、記憶した圧力テーブルから目標圧力に対応する
ＰＩＤ（比例、積分、微分）値を得て、圧力テーブルか
ら得たＰＩＤ値に従ってスロットル弁を調節する。又
は、圧力制御サブルーチン185は、スロットル弁を特定
のアパーチャの大きさに開くか又は閉じ、チャンバ12の
ポンピング容量を所望のレベルに規制するるように書き
込むことができる。
【００５１】ヒーター制御サブルーチン187は、基板を
加熱するのに使用する加熱ユニットへの電流を制御する
プログラムコードを備える。ヒーター制御サブルーチン
187はまた、チャンバマネージャーサブルーチン177aに
より呼出され、目標即ち設定点の温度パラメータを受取
る。ヒーター制御サブルーチン187は、ペデスタル101内
に位置する熱電対の電圧出力を測定することにより温度
をし、測定した温度を設定点の温度と比較し、加熱ユニ
ットにかけられる電流を増加又は減少させて、設定点の
温度を得る。測定した電圧から温度を得るのは、記憶し
た変換テーブルの対応する温度を見ることによるか、又
は４次多項式を使用して、温度を計算することによる。
埋め込みループを使用してペデスタル101を加熱すると
き、ヒーター制御サブルーチン187は、ループにかける
電流の増加／減少を徐々に制御する。さらに、組込型の
フェイルセーフモードを備えて処理の安全性を検出する
ことができ、処理チャンバ12が適正に設定されていなけ
れば、加熱ユニットの動作を遮断することができる。
【００５２】プラズマ制御サブルーチン190は、チャン
バ12内の処理電極にかけられる低と高周波数のＲＦ電力
レベルを設定し、用いられる低と高ＲＦ周波数を設定す
るためのプログラムコードを備える。プラズマ制御サブ
ルーチン190はまた、ターンオンし、マグネトロン又は
本発明で使用する他のマイクロ波源にかける電力レベル
を設定／調節するためのプログラムコードを備える。前
述したチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、プラズ
マ制御サブルーチン190は、チャンバマネージャーサブ
ルーチン177aにより呼出される。
【００５３】排出ガスモニタリングサブルーチン195
は、ガス励起セル22内の電極にかけるＲＦ電力と周波数
レベルを設定するためのプログラムコードを備える。ま
た、検出器26をターンオンし、設定／調節する、例え
ば、センサーの作動電力レベルを調節し、又は検出器の
光学系を調節するためのプログラムコードを備える。排
出ガスモニタリングサブルーチン195はまた、チャンバ
マネージャーサブルーチン177aにより呼出される。排出
ガスモニタリングサブルーチン195はまた、例えば、排
出ガスの組成からチャンバ内で行われる処理（例えば、
チャンバのクリーニング）の終了点を検出すると、制御
器28又は他のチャンバ構成要素に処理を終了するように
命令を送っても良い。
【００５４】ここに記述したことは主に例示のためであ
り、エレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズ
マＣＶＤデバイス、誘導結合したＲＦ高密度プラズマＣ
ＶＤデバイス等の他の設備を使用して、改良された装置
とすることができる。さらに、上述したシステムを改変
し、例えば、ペデスタルの設計、ヒーターの設計、ＲＦ
電力周波数、ＲＦ電力接続の位置その他を変更すること
ができる。例えば、基板を水晶ランプで支持し加熱する
ことができる。本発明は、任意の特定の装置で使用する
こと、又はその改良に限定されない。
【００５５】本発明を好適な実施の形態と特定の例で説
明してきた。当業者には、変更、代替は明らかであろ
う。例えば、処理チャンバはＰＥＣＶＤ又はＰＶＤチャ
ンバでも良く、またガス励起セルと検出器は、異なる位
置に置く即ち配置とすることができる。複数の検出器を
色々の方法で配置することができる。例えば、グロー放
電領域の周りに複数のウィンドーを設けることができ
る。さらに、クリーニング処理中にクリーニングされる
薄膜は、シランベースの酸化珪素、窒化珪素、金属、半
導体材料、又は他の材料でも良い。従って、上述した説
明は特許請求の範囲に記載した本発明を制限する意図は
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 処理チャンバと、排出ガス励起セルのある
排出ガスモニタリングシステムとを有する基板処理装置
の概略図である。
【図１ｂ】 インライン排出ガスモニタリングシステム
を有する基板処理装置の他の実施例の概略図である。
【図２ａ】 排出ガス励起セルの実施例の概略断面図で
ある。
【図２ｂ】 図２ａの排出ガス励起セルのカソード組立
体の部分の概略断面図である。
【図２ｃ】 図２ａの排出ガス励起セルの概略分解組立
図である。
【図２ｄ】 本発明の排出ガス励起セルの他の実施例の
概略分解組立図である。
【図３ａ】 本発明の排出ガスモニタリングシステムの
他の態様の検出器光学系の概略図である。
【図３ｂ】 本発明の排出ガスモニタリングシステムの
他の態様の検出器光学系の概略図である。
【図３ｃ】 本発明の排出ガスモニタリングシステムの
他の態様の検出器光学系の概略図である。
【図４ａ】 本発明の基板処理装置の他の実施例を示す
概略断面図である。
【図４ｂ】 処理システムモニターとＣＶＤチャンバと
を有する基板処理装置の概略図である。
【図４ｃ】 本発明のコンピュータプログラムの階層的
制御構造の例示のブロック線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツン バーチ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95035 ミルピタス グリーントゥリー ウェイ 188 (72)発明者 クイエン ファム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェイル ウェスト カリ フォルニア アベニュー 891−＃ティ Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA51 AA65 CA32 CA33 CA34 CA47 CA65 DA02 DA18 EB01 EC21 4K029 DA02 DA09 EA00 4K030 DA06 EA12 KA20 KA39 5F004 AA15 BA03 BC02 BD04 BD05 CB02 CB15 DA01 DA02 DA17 5F045 AA03 AA06 AA08 AA10 AA20 AB30 AB32 AB33 AC01 AC02 EB06 EG01 GB11 GB15

Claims (45)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排出ガスモニタリング装置において、 排出ガスを受取るセル、 前記セル内の前記排出ガスを励起して放射線を放出でき
    るガス励起器、 励起されたガスからの排出ガス残留物が前記ウィンドー
    上に堆積するのを減少させるのに十分大きい距離ｄだ
    け、前記セルの内壁から間隔をおいた放射線透過ウィン
    ドー、及び、 前記放射線を検出する検出器を備えることを特徴とする
    装置。
  2. 【請求項２】 前記距離ｄは約3ｍｍから約15ｍｍであ
    る請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記ウィンドーはポート内にある請求項
    １に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記ポートの幅は約3ｍｍから約15ｍｍ
    である請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ポートは、実質的に前記セル内の電
    極のみをカバーする視野を有する方向を向いている請求
    項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記検出器は、実質的に前記セル内の電
    極のみをカバーする視野を有する請求項３に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 前記検出器は、可視、赤外、又は紫外線
    スペクトルの所定の波長の放射線を検出する請求項１に
    記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記所定の波長は、前記励起されたガス
    中の励起されたハロゲン核種により放出される波長であ
    る請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記ガス励起器は、チャンバ内にプラズ
    マを形成するため、電圧をかけることのできる電極を備
    える請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 排出ガスモニタリング装置において、 排出ガスを受取る排出ガス励起セル、 前記排出ガス励起セル内の前記排出ガスを励起して放射
    線を放出できるガス励起器、 励起されたガスからの排出ガス残留物が前記ウィンドー
    上に堆積するのを減少させるのに十分大きいアスペクト
    比を有するポート内の放射線透過部分を有するウィンド
    ー組立体、及び、 前記放射線を検出する検出器を備えることを特徴とする
    装置。
  11. 【請求項１１】 前記ポートの深さは約2ｍｍから約70
    ｍｍである請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記ポートの幅は約3ｍｍから約15ｍ
    ｍである請求項１０に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記検出器は、実質的に前記セル内の
    電極のみをカバーする視野を有する請求項１０に記載の
    装置。
  14. 【請求項１４】 前記ポートは、実質的に前記セル内の
    電極のみをカバーする視野を有する方向を向いている請
    求項１０に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記検出器は、可視、赤外、又は紫外
    線スペクトルの所定の波長の放射線を検出する請求項１
    ０に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記所定の波長は、前記励起されたガ
    ス中の励起されたハロゲン核種により放出される波長で
    ある請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記ガス励起器は、チャンバ内にプラ
    ズマを形成するため、電圧をかけることのできる電極を
    備える請求項１０に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 処理チャンバからの排出ガスの組成を
    モニタリングする方法において、 排出ガス励起セル内に前記排出ガスを導入し、 前記セル内の前記排出ガスを励起し、 排出ガス残留物が前記ウィンドー上に堆積するのを減少
    させるのに十分大きい距離ｄだけ、放射線透過ウィンド
    ーを前記セルの内壁から間隔を保ち、 励起されたガスから発出され前記ウィンドーを通過する
    放射線を検出するステップを備えることを特徴とする方
    法。
  19. 【請求項１９】 前記放射線透過ウィンドーの距離ｄを
    約2ｍｍから約70ｍｍに保持する請求項１８に記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記セル内の電極の実質的に前面から
    のみ発出する放射線を検出する請求項１８に記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記電極の実質的に表面のみをカバー
    する視野内の放射線を検出する請求項２０に記載の方
    法。
  22. 【請求項２２】 可視、赤外、又は紫外線の範囲の所定
    の波長の放射線を検出する請求項１８に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記励起されたガス中の励起されたハ
    ロゲン核種により放出される波長の放射線を検出する請
    求項２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記セル内のガスを容量結合した電磁
    エネルギーで励起する請求項２２に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 チャンバクリーニング装置において、 処理中基板を支持することができる支持具と、前記チャ
    ンバにクリーニングガスを供給するガス源と、前記クリ
    ーニングガスを励起するガス励起器と、前記チャンバか
    ら使用したクリーニングガスを除去する排気管とを有す
    るチャンバ、及び、 使用したクリーニングガスを受取るための排気管中のガ
    ス励起セルと、前記セル内の前記ガスを励起できるガス
    励起器と、排出ガス残留物が前記放射線透過部分上に堆
    積するのを減少させるのに十分大きいｄだけ前記セルか
    ら間隔をおいた放射線透過部分を有するウィンドー組立
    体と、前記励起されたガスから発出される放射線を検出
    する検出器とを有する処理モニタリングシステムを備え
    る装置。
  26. 【請求項２６】 前記セルの内壁から前記放射線透過部
    分までの距離は、約2ｍｍから約70ｍｍである請求項２
    ５に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記検出器は、前記セル内の電極に面
    する方向を向く請求項２５に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 前記検出器は、実質的に電極のみをカ
    バーするように制限された視野を有する請求項２７に記
    載の装置。
  29. 【請求項２９】 排出ガスモニタリング装置において、 排出ガスを受取るセル、 前記セル内にあり、前記セル内の前記排出ガスからプラ
    ズマを形成するため、電圧をかけることのできる１つ又
    はそれ以上の電極、及び、 放射線透過ウィンドーと、前記ウィンドーの後ろにあり
    前記プラズマから発出する放射線を検出するセンサー
    と、オプションの光学系とを有する検出器組立体を備
    え、 前記検出器組立体は、前記セル内の電極の前面から発す
    る放射線を選択的に受取るように設定されていることを
    特徴とする装置。
  30. 【請求項３０】 前記検出器組立体は電極に面する請求
    項２９に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 前記検出器組立体は、実質的に電極の
    みをカバーする視野を有する請求項２９に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 前記センサーは、可視、赤外、又は紫
    外線スペクトルの所定の波長の放射線を検出する請求項
    ２９に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記所定の波長は、前記励起されたガ
    ス中の励起されたハロゲン核種により放出される波長で
    ある請求項３２に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 前記放射線透過ウィンドーは、排出ガ
    ス残留物が前記ウィンドー上に堆積するのを減少させる
    のに十分大きい距離ｄだけ、前記セルの内壁から間隔を
    おいている請求項３２に記載の装置。
  35. 【請求項３５】 排出ガスをモニタリングする方法にお
    いて、 排出ガスをセルに導入し、 前記セル内の１つ又はそれ以上の電極にバイアス電圧を
    かけて前記排出ガスのプラズマを形成し、 前記セル内に放射線透過ウィンドーを設け、 電極の前面から発出する放射線を検出するステップを備
    えることを特徴とする方法。
  36. 【請求項３６】 前記セル内の電極の表面をカバーする
    視野内の放射線を検出する請求項３５に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 実質的に前記電極の前面のみから発す
    る放射線を検出するように、前記検出器を設定する請求
    項３５に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記励起されたガス中の励起されたハ
    ロゲン核種により放出される波長の放射線を検出する請
    求項３５に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記放射線透過ウィンドーを、排出ガ
    ス残留物が前記ウィンドー上に堆積するのを減少させる
    のに十分大きい距離ｄだけ、前記セルの内壁から間隔を
    保持する請求項３５に記載の方法。
  40. 【請求項４０】 チャンバクリーニング装置において、 処理中基板を支持することができる支持具と、前記チャ
    ンバにクリーニングガスを供給するガス源と、前記クリ
    ーニングガスを励起する第１ガス励起器と、前記クリー
    ニングガスを除去する排気管とを有するチャンバ、及
    び、 前記クリーニングガスを受取るためのセルと、前記セル
    内の前記クリーニングガスを励起するため電圧をかける
    ことのできる電極と、放射線透過ウィンドーと、前記電
    極の前面の励起された前記クリーニングガスから発出さ
    れる放射線を検出する検出器とを有する処理モニタリン
    グシステムを備えることを特徴とする装置。
  41. 【請求項４１】 前記検出器組立体は、前記セル内の電
    極に面する方向を向く請求項４０に記載の装置。
  42. 【請求項４２】 前記検出器組立体は、実質的に電極の
    みをカバーする視野を有する請求項４０に記載の装置。
  43. 【請求項４３】 前記検出器は、前記励起されたガス中
    の励起されたハロゲン核種により放出される所定の波長
    を検出する請求項４０に記載の装置。
  44. 【請求項４４】 前記放射線透過ウィンドーは、排出ガ
    ス残留物が前記放射線透過ウィンドー上に堆積するのを
    減少させるのに十分大きい距離ｄだけ、前記セルの内壁
    から間隔をおいている請求項４０に記載の装置。
  45. 【請求項４５】 前記距離ｄは約2ｍｍから約70ｍｍで
    ある請求項４３に記載の装置。
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