JP2007258238A - 基板処理装置、堆積物モニタ装置、及び堆積物モニタ方法 - Google Patents

基板処理装置、堆積物モニタ装置、及び堆積物モニタ方法 Download PDF

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Abstract

【課題】堆積物の直接分析を行う堆積物モニタ装置に必要な構成要素の設置に関する自由度を向上させることができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置10は、ウエハWにエッチング処理を施すためのチャンバ11を備える。チャンバ11の内側壁11aには堆積物モニタ装置50が設置される。堆積物モニタ装置50は、光ファイバ60と、光ファイバ60の一端に接続されたレーザ71と、光ファイバ60の他端に接続されたフォトダイオード73とを備える。堆積物モニタ装置50は、チャンバ11内に露出する光ファイバ60の露出部61に付着した堆積物の直接分析を行う。
【選択図】図2

Description

本発明は、基板処理装置、堆積物モニタ装置、及び堆積物モニタ方法に関し、特に、被処理基板に所定の処理を施す処理室(チャンバ)の内壁表面に付着する堆積物をモニタ可能な基板処理装置、堆積物モニタ装置、及び堆積物モニタ方法に関する。
半導体チップを製造するプラズマプロセスでは、被処理基板としての半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という)を収容する容器(チャンバ)内においてウエハに形成された薄膜のエッチングやウエハ上に所定材料を堆積させて薄膜を形成するCVD(Chemical Vapor Deposition)を行っている。
CVDは、ウエハ上に所定材料の薄膜を成長させるプロセスであるが、当然ながら容器内壁にも所定材料の堆積物が付着する。一方、エッチングでは、化学反応やスパッタリングによってウエハに形成されている膜を削っていくが、その反応生成物がプラズマで分解されて容器内壁に堆積物として付着する。このように、プラズマプロセスを続ける間に容器内壁は堆積物によって汚染される。容器内壁が堆積物によって激しく汚染されると、容器内のプラズマの分布等に影響を与えるため、プラズマプロセスの再現性が劣化する。
従って、半導体チップの量産工場では、半導体チップの製造装置としての基板処理装置が備える容器内のクリーニングを定期的に行うことで基板処理装置におけるプラズマプロセスの再現性を維持している。
上記クリーニングの周期は、プラズマプロセスの再現が困難になったときの容器における高周波電力の累積放電時間や、処理されたウエハの枚数などに基づいて統計的な手法によって推定されている。
上記統計的な手法に代えて、クリーニングの周期、具体的には開始時期をより高い精度で決定するために、容器内壁の堆積物を半定量的に、即ち直接的に分析可能な手法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
上記堆積物の直接分析が可能な手法では、まず、略U字形に加工された透明部材である内部反射プリズムをその表面がチャンバ内に露出するようにチャンバに取り付ける。この内部反射プリズムの内部では、光ファイバからの入射光が、一端から入射して内部反射しながら透過し、透過した入射光は、他端に接続された光ファイバを介して受光部によって受光される。上述したように受光部によって受光された光は受光器等によってモニタされる。
ここで、上記透明部材の表面に付着した堆積物が、透明部材内部を透過する光を吸収又は反射すると、モニタされる光の強度などに変化が生じるので、この変化に基づいて内部反射プリズムの表面に付着した堆積物の分析が可能となる。
特開平07−086254号公報(図8)
しかしながら、上記直接分析が可能な手法では、上記内部反射プリズムのような透明部材のチャンバへの取り付けを容易にするために、所定の大きさを有する透明部材を特別に作成する必要がある。加えて、このように作成された透明部材は、チャンバの内壁表面に設置されると、設置場所によっては内壁表面から大きく突出するため、プラズマプロセス時における異常放電などの発生要因となる。したがって、所定の大きさを有する透明部材は設置場所が制限されるので、その設置に関する自由度が低い。
本発明の目的は、堆積物の直接分析を行う堆積物モニタ装置に必要な構成要素の設置に関する自由度を向上させることができる基板処理装置、堆積物モニタ装置、及び堆積物モニタ方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1記載の基板処理装置は、被処理基板に所定の処理を施す処理室の内壁表面に付着する堆積物をモニタする堆積物モニタ装置を備える基板処理装置において、前記堆積物モニタ装置は、前記処理室内に少なくとも一部が露出するように配設された光ファイバと、前記光ファイバの一端に接続され前記光ファイバに入射光を投光する投光部と、前記光ファイバの他端に接続され前記光ファイバを通過した光を受光する受光部とを備えることを特徴とする。
請求項2記載の基板処理装置は、請求項1記載の基板処理装置において、前記投光部は単一波長の光を出射する少なくとも1つの光源を含み、前記受光部は前記受光した光の光量及び光強度の少なくとも一方を検知する光センサを含むことを特徴とする。
請求項3記載の基板処理装置は、請求項2記載の基板処理装置において、前記単一波長は、前記処理室内において発光する光の波長とは異なることを特徴とする。
請求項4記載の基板処理装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記モニタ結果に基づいて、前記露出部の表面に付着した堆積物の膜厚を算出する算出装置を備えることを特徴とする。
請求項5記載の基板処理装置は、請求項1記載の基板処理装置において、前記投光部は広帯域に亘る波長の光を出射する光源を含み、前記受光部は前記受光した光を分光する分光器を含むことを特徴とする。
請求項6記載の基板処理装置は、請求項5記載の基板処理装置において、前記分光された光のスペクトル分布を作成するスペクトル作成装置を備えることを特徴とする。
請求項7記載の基板処理装置は、請求項5又は6記載の基板処理装置において、前記堆積物モニタ装置は前記堆積物の成分分析を行うことを特徴とする。
請求項8記載の基板処理装置は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記露出部の表面には鏡面処理が施されていることを特徴とする。
請求項9記載の基板処理装置は、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記投光部及び前記受光部は前記処理室の外部に配設されることを特徴とする。
請求項10記載の基板処理装置は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記処理室には、前記露出部を埋設するための溝が形成されていることを特徴とする。
請求項11記載の基板処理装置は、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の基板処理装置において、前記堆積物モニタ装置によるモニタ結果に応じたフィードバック制御を行う制御装置を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項12記載の堆積物モニタ装置は、所定の処理を施す処理室の内壁表面に付着する堆積物をモニタする堆積物モニタ装置であって、前記処理室内に少なくとも一部が露出するように配設された光ファイバと、前記光ファイバの一端に接続され前記光ファイバに入射光を投光する投光部と、前記光ファイバの他端に接続され前記光ファイバを通過した光を受光する受光部とを備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項13記載の堆積物モニタ方法は、所定の処理を施す処理室の内壁表面に付着する堆積物をモニタする堆積物モニタ方法であって、前記処理室内に少なくとも一部が露出するように配設された光ファイバの一端から入射光を投光する投光ステップと、前記光ファイバの他端から当該光ファイバを通過した光を受光する受光ステップとを有することを特徴とする。
請求項1記載の基板処理装置、請求項12記載の堆積物モニタ装置、及び請求項13記載の堆積物モニタ方法によれば、処理室内に配設された光ファイバの露出部を用いて堆積物をモニタするので、堆積物モニタ装置に必要な構成要素(露出部)の設置に関する自由度を向上させることができる。
請求項2記載の基板処理装置によれば、投光部が単一波長の光を出射する少なくとも1つの光源を含み、受光部が受光した光の光量及び光強度の少なくとも一方を検知する光センサを含む。処理室内に露出する光ファイバの表面に堆積物が付着すると、光ファイバ内において表面との内部反射を繰り返して進む光の少なくとも一部が堆積物によって吸収され、又は堆積物によって反射される。また、堆積物による光の吸収率や反射率は堆積物の膜厚に応じて変化する。その結果、光ファイバ内を透過する光の光量や光強度が変化する。したがって、受光部が受光した光の光量及び光強度の少なくとも一方を検知することによって堆積物の膜厚に関する情報を光学的に取得することができる。
請求項3記載の基板処理装置によれば、光源の波長が処理室内において発光する光の波長とは異なるので、堆積物の直接分析を高精度に行うことができる。
請求項4記載の基板処理装置によれば、堆積物モニタ装置のモニタ結果に基づいて、露出部の表面に付着した堆積物の膜厚を算出するので、堆積物に対するクリーニングを実行すべきタイミングを処理室内の実状に基づいて決定することができる。
請求項5記載の基板処理装置によれば、投光部が広帯域に亘る波長の光を出射する光源を含み、受光部が受光した光を分光する分光器を含む。処理室内に露出する光ファイバの表面に堆積物が付着すると、堆積物は表面で反射する入射光から堆積物の成分や組成に応じた波長の光を吸収する。堆積物による光の吸収は光を分光したときに吸収スペクトルとして示される。したがって、堆積物の少なくとも成分に関する情報を光学的に取得することができる。
請求項6記載の基板処理装置によれば、スペクトル分布を作成するので、吸収スペクトルを明りょうに示すことができ、堆積物の成分に関する情報を確実に取得することができる。
請求項7記載の基板処理装置によれば、堆積物の成分分析を行うので、堆積物の成分に基づいた制御を実行することが可能となる。
請求項8記載の基板処理装置によれば、露出部の表面に鏡面処理が施されているので、露出部の表面が微視的に平滑になり、露出部の表面における光の乱反射を防止することができる。これにより、露出部の表面における光の反射は、堆積物による反射が十分に反映されたものとなり、受光部の検出精度を向上させることができる。
請求項9記載の基板処理装置によれば、投光部及び受光部が処理室の外部に配設されるので、堆積物モニタ装置の脱着を容易に行うことができる。
請求項10記載の基板処理装置によれば、露出部が処理室に形成された溝に埋設されるので、露出部が処理室表面から突出するのを防止して、処理室内の異常放電を防止することができる。
請求項11記載の基板処理装置によれば、モニタ結果に応じたフィードバック制御を行うので、基板処理装置の自動制御の信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す一部断面図である。この基板処理装置は被処理基板としての半導体ウエハにエッチング処理を施すように構成されている。
図1において、基板処理装置10は、例えば、直径が300mmの半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)Wを収容する円筒状のチャンバ11(処理室)を有し、該チャンバ11内にはウエハWを載置する載置台としての円柱状のサセプタ12が配置されている。
基板処理装置10では、チャンバ11の内側壁11aとサセプタ12の側面とによって、サセプタ12上方のガスをチャンバ11の外へ排出する流路として機能する側方排気路13が形成される。この側方排気路13の途中にはバッフル板14が配置される。
バッフル板14は多数の孔を有する板状部材であり、チャンバ11を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。バッフル板14によって仕切られたチャンバ11の上部(以下、「反応室」という。)17には後述するプラズマが発生する。この反応室17の底部にはサセプタ12が配置される。また、チャンバ11の下部(以下、「マニホールド」という。)18(排気部)にはチャンバ11内のガスを排出する粗引き排気管15及び本排気管16が開口する。粗引き排気管15にはDP(Dry Pump)(図示しない)が接続され、本排気管16にはTMP(Turbo Molecular Pump)(図示しない)が接続される。また、バッフル板14は反応室17の後述する処理空間Sにおいてに発生するイオンやラジカルを補足又は反射してこれらのマニホールド18への漏洩を防止する。
粗引き排気管15及び本排気管16は反応室17のガスをマニホールド18を介してチャンバ11の外部へ排出する。具体的には、粗引き排気管15はチャンバ11内を大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管16は粗引き排気管15と協働してチャンバ11内を大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態(例えば、133Pa(1Torr)以下)まで減圧する。
サセプタ12には下部高周波電源20が整合器(Matcher)22を介して接続されており、該下部高周波電源20は、所定の高周波電力をサセプタ12に供給する。これにより、サセプタ12は下部電極として機能する。また、整合器22は、サセプタ12からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ12への供給効率を最大にする。
サセプタ12の内部上方には、導電膜からなる円板状のESC電極板23が配置されている。ESC電極板23には直流電源24が電気的に接続されている。ウエハWは、直流電源24からESC電極板23に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってサセプタ12の上面に吸着保持される。また、サセプタ12の上方には、サセプタ12の上面に吸着保持されたウエハWの周りを囲うように円環状のフォーカスリング25が配設される。このフォーカスリング25は処理空間Sに露出し、該処理空間SにおいてプラズマをウエハWの表面に向けて収束し、エッチング処理の効率を向上させる。
また、サセプタ12の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室26が設けられる。この冷媒室26には、チラーユニット(図示しない)から冷媒用配管27を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン(登録商標)が循環供給され、当該冷媒の温度によってサセプタ12上面に吸着保持されたウエハWの処理温度が制御される。
サセプタ12の上面のウエハWが吸着保持される部分(以下、「吸着面」という。)には、複数の伝熱ガス供給孔28が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔28は、伝熱ガス供給ライン30を介して伝熱ガス供給部(図示しない)に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのヘリウムガスを、伝熱ガス供給孔28を介して吸着面及びウエハWの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハWの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハWの熱をサセプタ12に伝熱する。
また、サセプタ12の吸着面には、サセプタ12の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン33が配置されている。これらのプッシャーピン33は、モータ(図示しない)とボールねじ(図示しない)を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して吸着面から自在に突出する。ウエハWにエッチング処理を施すためにウエハWを吸着面に吸着保持するときには、プッシャーピン33はサセプタ12に収容され、エッチング処理が施されたウエハWをチャンバ11から搬出するときには、プッシャーピン33はサセプタ12の上面から突出してウエハWをサセプタ12から離間させて上方へ持ち上げる。
チャンバ11の天井部11bには、反応室17を介してサセプタ12と対向するようにガス導入シャワーヘッド34(ガス導入装置)が配置されている。ガス導入シャワーヘッド34には整合器35を介して上部高周波電源36が接続されており、上部高周波電源36は所定の高周波電力をガス導入シャワーヘッド34に供給するので、ガス導入シャワーヘッド34は上部電極として機能する。なお、整合器35の機能は上述した整合器22の機能と同じである。
ガス導入シャワーヘッド34は、多数のガス穴37を有する天井電極板38と、該天井電極板38を着脱可能に支持する電極支持体39とを有する。また、該電極支持体39の内部にはバッファ室40が設けられ、このバッファ室40には処理ガス導入管41が接続されている。ガス導入シャワーヘッド34は、処理ガス導入管41からバッファ室40へ供給された処理ガスをガス穴37を経由してチャンバ11(反応室17)内へ供給する。
チャンバ11の内側壁11aには、該内側壁11aを覆い且つサセプタ12及びガス導入シャワーヘッド34の間の処理空間Sに対向する側壁部品としてのデポジットシールド(以下、「デポシールド」という)43が配置されている。デポシールド43は、絶縁材、例えば、イットリア(Y23)からなる円筒状の部品であり、サセプタ12を囲うように配置される。
この基板処理装置10のチャンバ11内では、上述したように、サセプタ12及びガス導入シャワーヘッド34に高周波電力を供給して処理空間Sに高周波電力を印加することにより、該処理空間Sにおいてガス導入シャワーヘッド34から供給された処理ガスを高密度のプラズマにしてイオンやラジカルを発生させ、該イオン等によってウエハWにエッチング処理を施す。
なお、上述した基板処理装置10の各構成部品の動作は、基板処理装置10が備える制御部(図示しない)のCPUがエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
基板処理装置10では、ウエハWにエッチング処理を施す際にイオン等がウエハの表面に存在する物質と反応して反応生成物が生成される。反応生成物はデポシールド43やチャンバ11の内側壁11aや天井部11bに堆積物(デポ)として付着し、付着した反応生成物は次のエッチング処理中等に剥離してパーティクルとなる。これらのパーティクルは反応室17内、特に処理空間Sを浮遊してウエハWの表面に堆積物として付着する。したがって、このような堆積物を除去するために、基板処理装置10では、チャンバ11内のクリーニングを行う必要がある。
図2は、図1のチャンバ11の内側壁11aに設置される堆積物モニタ装置の構成を概略的に示す一部断面図である。
図2に示す堆積物モニタ装置50は、ウエハWに所定の処理を施すチャンバ11の内壁表面に付着する堆積物をモニタするためのものである。堆積物モニタ装置50は、直径が例えば0.2mmのワイヤ形状をなす光ファイバ60と、光ファイバ60に入射光を投光する投光部としてのレーザ71と、光ファイバ60内部を透過した光を受光する受光部としてのフォトダイオード(PD)73とを備える。なお、レーザ71のような光源は1つでなくてもよく、複数であってもよい。
光ファイバ60は、チャンバ11の内側壁11aに形成された細孔11a’,11a”及びデポシールド43に形成された細孔43a’,43a”を通過するように配設されている。光ファイバ60のチャンバ11内に露出する部分をなす露出部61は、デポシールド43の表面に当接するように配設され、その長さが細孔43a’,43a”により規定される。ここで、複数の基板処理装置10において細孔43a’及び細孔43a”間の各距離を同じにすることにより、複数の基板処理装置10における露光部61の長さを容易に均一化させることができる。
また、光ファイバ60は、透明なホーリーファイバ(Holey Fiber)から成る。ホーリーファイバは、直角に屈曲させても光信号が途切れることがない。ホーリーファイバとは、複数本の、例えば6本の溝状の空孔(不図示)が内部に開けられたガラスファイバである。具体的には、光ファイバ60は、6本の空孔により囲まれ光を伝搬させるコア60aと、コア60aを囲むクラッド60bとが一体的に形成された透明部材から成る。6本の空孔は、空孔の周辺部の屈折率差、即ちコア60aとクラッド60bとの間の屈折率差を増大させる効果を持つ。屈折率差の増大によりコア60aにおける光の閉じ込め効果が強化されるため、曲げ損失特性が非常に優れている。一方で、光ファイバ60は全構成要素が透明部材から成るので、露出部61の表面に堆積物が付着すると、該付着した堆積物は、光ファイバ60内部を通過する光に内部反射に影響を与える。
また、図2に示すように、レーザ71及びPD73は、チャンバ11の外部に配設されたデポ検知部70を構成し、デポ検知部70の筐体をなすデポ検知ボックス70に格納されている。レーザ71は、コネクタ55aにより、光ファイバ60の一端にガラスファイバ72を介して接続されている。PD73は、コネクタ55bにより、光ファイバ60の他端にガラスファイバ74を介して接続されている。
デポ検知部70は、図1の基板処理装置10の制御装置として機能するパーソナルコンピュータ(PC)90と接続されている。PC90は、レーザ71による入射光の投光を制御したり、PD73が受光した結果をデータとして取得したりすると共に、取得したデータに基づいて基板処理装置10を自動的に制御するフィードバック制御を行う。フィードバック制御では、チャンバ11内のクリーニングを行ったり、ウエハWに施すべきエッチング処理の処理条件を変更したりする。これにより、基板処理装置10の自動制御の信頼性を向上させることができる。
以下、図2における堆積物モニタ装置50の作動を説明する。
まず、レーザ71は、エッチング処理で生成するプラズマの発光の波長とは異なる単一波長の入射光を光ファイバ60に向かって出射する。なお、入射光の波長は単一波長に限られることはない。続いて、PD73は、光ファイバ60内部を透過した光を受光して、該受光した光の光量を検知する光センサとして機能する。PD73が検知(モニタ)した光量は、データとしてPC90に入力される。その後、PC90は、入力されたデータの分析を行うことにより、レーザ71からの入射光の光量の変化、即ち透過率(増加率又は減衰率)を算出する。
ここで、チャンバ11内でウエハWにエッチング処理を施している間は、光ファイバ60の露出部61の表面に、チャンバ11内で発生した反応生成物やパーティクル等が堆積物として付着する。この場合、露出部61の表面に付着した堆積物は、光ファイバ60を通過するレーザ71からの入射光を反射する。反射された入射光は、レーザ71からの直接入射光と共に、光ファイバ60内部を透過してPD73に入射する。PD73が検知した光量に基づいて、PC90はレーザ71からの入射光の光量の変化を算出する。この場合、PC90は、光量の増加率を検知する。ところで、堆積物による分散した入射光の反射率は付着した堆積物の厚さに応じて変化する。したがって、PC90が検知する光量の増加率は露出部61の表面に付着した堆積物の膜厚と密接な関係を有する。すなわち、PC90が検知する光量の増加率に基づいて露出部61の表面に付着した堆積物の膜厚を算出することができる。
本実施の形態では、PC90が検知した光量の増加率に応じて、露出部61の表面に付着した堆積物の膜厚を算出し、算出された膜厚が閾値を超えている場合には、上記フィードバック制御として、上記エッチング処理の実行終了後の適切なタイミングでチャンバ11内のクリーニングを行う。なお、PC90は、光量の増加率が著しく大きい場合には、上記実行中のエッチング処理を強制終了してもよい。また、プラズマによるドライクリーニングによってチャンバ11内のクリーニング時には、PC90によって上記算出される膜厚が減少していく。PC90は、その膜厚が閾値以下となったときを上記実行中のドライクリーニングの終点として判定し、実行中のドライクリーニングを終了してもよい。
図2の堆積物モニタ装置50によれば、露出部61の表面に付着した堆積物がレーザ71からの入射光を反射し、PD73がレーザ71からの直接入射光と堆積物が反射した入射光を合わせた光の光量を検知するので、堆積物モニタ装置50は、検知した光の光量に基づいて堆積物を直接的に検知することができる。
以上、PD73が検知する光の光量が増加する場合を例に挙げて説明したが、堆積物による入射光の吸収によりPD73で検知される光の光量が減衰する場合であっても同様に本発明を適用することができる。また、PD73は、光量及び光強度の少なくとも一方を検知するものであればいかなるものであってもよい。なお、PC90は、光量又は光強度が減衰する場合及び増加する場合の双方が組み合わさった場合を考慮して、露出部61の表面に付着した堆積物の膜厚を算出することが好ましい。
また、堆積物の膜厚の算出はPC90が行うとしたが、PC90に代えて堆積物モニタ装置50が行ってもよい。
図3は、図2の堆積物モニタ装置50に代えて使用される堆積物モニタ装置の構成を概略的に示す一部断面図である。
図3に示す堆積物モニタ装置50’は、図2の堆積物モニタ装置50に代えて使用される。具体的には、堆積物モニタ装置50においてチャンバ11の外部に配設されるデポ検知部70をコネクタ55a,55bから取り外し、当該コネクタ55a,55bを使用して他のデポ検知部80を2本のガラスファイバ82,84を介して取り付けることにより、堆積物モニタ装置50’が構成される。
図3のデポ検知部80の筐体を構成するデポ検知ボックス80aには、上記投光部としてのキセノン(Xe)ランプ81と、上記受光部としての分光器83とが格納されている。分光器83には、光電子増倍管、フォトカウンタ、フォトダイオード等が接続されていることが好ましい。
Xeランプ81は、紫外、可視、及び近赤外に対応する広帯域に亘る波長の入射光を光ファイバ60に向かって出射する。分光器83は、Xeランプ81からの直接入射光と、堆積物による反射光との双方を受光すると共に、受光した光を分光して該分光した光に関するデータをPC90に入力する。PC90は、入力されたデータに基づいてスペクトル分布を作成する。堆積物は入射光を反射する際にその成分や組成に応じた波長の光を吸収する。堆積物による光の吸収はスペクトル分布において吸収スペクトルとして示される。したがって、PC90は、作成したスペクトル分布における吸収スペクトルから、露出部61の表面に付着した堆積物の成分やその組成を分析した分析結果を取得することが可能であり、該分析結果に基づいて、上記フィードバック制御として、例えば、ウエハWに施すべきエッチング処理の処理条件を変更したりする。
なお、図3において、Xeランプ81に代えて他の光源を用いてもよい。また、堆積物の分析としては、成分分析に限られることはなく、様々な分析を適用可能である。さらに、堆積物モニタ装置50’として市販のフーリエ変換赤外分光分析計(FT−IR:Fourier Transform Infrared Spectrophotometer)を使用してもよく、この場合、PC90に代えてFT−IRが赤外吸収スペクトルの分布を作成する。
また、図3の堆積物モニタ装置50’と図2の堆積物モニタ装置50とを少なくとも部分的に組み合わせてもよい。
上述したように、本実施の形態によれば、投光部及び受光部の間に光ファイバ60を使用し、当該光ファイバ60の一部を構成する露出部61をチャンバ11内に露出させ、露出部61に付着した堆積物の直接分析を行う。したがって、堆積物の直接分析を行うためにチャンバ11内に露出させることが必要な部材は光ファイバ60のみである。その結果、下記のような効果を奏することができる。
第1に、光ファイバ60は、細いワイヤ状、即ち小型であり、且つ屈曲可能であるため、その設置に関する自由度が高い。これにより、メンテナンス時における交換が非常に容易である。
第2に、従来のように大型の部材をチャンバ11内に異常放電などが発生しないように考慮しながら露出させる必要がなくなり、光ファイバ60の露出部61、ひいては堆積物モニタ装置50や堆積物モニタ装置50’の設置に関する自由度を向上させることができる。
第3に、光ファイバ60及び光ファイバ60用のコネクタ55a,55bなどは、市販されているものを流用することができるので、従来のように内部反射プリズムなどの大型の透明部材をわざわざ作成する必要をなくすことができる。また、これらは、低コストで入手可能であるのでメンテナンスコストを低減させることができる。
なお、本実施の形態において、受光部の検出感度を向上させるためには、露出部61の表面積を増大させることが好ましい。具体的には、露出部61の長さを長くしたり、光ファイバ60を太くしたり、光ファイバ60の本数を増大させたりする。光ファイバ60の本数を増大させた場合には束ねることが好ましい。また、受光部の検出感度を向上させるために、少なくとも露出部61の温度がデポシールド43の温度に等しくなるようにデポシールド43の温度制御を実行することが好ましい。
また、受光部の検出精度を向上させるためには、以下のようにすることが好ましい。
第1に、露出部61の表面に対して鏡面処理を施すことにより、露出部の表面を微視的に平滑化させ、露出部の表面における光の乱反射を防止する。これにより、露出部の表面における光の反射は、堆積物による反射が十分に反映されたものとなる。
第2に、露出部61をデポシールド43の内周面に沿うようにリング状に配設する。これにより、チャンバ11の内壁に付着するデポの平均膜厚の検出を行う。
或いは、受光部の検出感度を向上させるために、露出部61の表面をデポシールド43の表面よりも粗くなるように加工することにより、微視的に表面積を増大させ、これにより、堆積物がデポシールド43よりも早く付着しやすくしてもよい。その結果、露出部61近傍のデポシールド43への堆積物の付着を予期することができるので、PC90によるフィードバック制御のタイミングをより正確に決定することができる。
また、チャンバ11内の異常放電を防止して、生成すべきプラズマの均質化を図るためには、以下のようにすることが好ましい。
第1に、露出部61を埋設するための溝をデポシールド43に形成する。これにより、デポシールド43の表面から露出部61が突出するのを防止することができる。
第2に、光ファイバ60の少なくとも露出部61の側面に平面部を設け、この平面部をデポシールド43の表面に当接させる。これにより、デポシールド43の壁面及び露出部61の表面によって画成される凹部を小さくすることができる。
第3に、露出部61の長さを短くする。これにより、光ファイバ60のデポシールド43から突出する部分を小さくすることができると共に、チャンバ11の内壁に付着するデポの局部的な検出を行うことができる。また、この場合には、例えばコネクタ55a,55bのいずれか一方を脱着するだけで、デポシールド43の内側壁11aからの脱着を容易に行うことができる。
さらには、チャンバ11内の真空度を維持するために、光ファイバ60と細孔43a’,43a”や細孔11a’,11a”との間のスペースを封止することが好ましい。例えば、露出部61と細孔43a’,43a”との間にOリングを配設する。
また、上記実施の形態では、光ファイバ60の露出部61をデポシールド43の表面に当接するように配設するとしたが、露出部61はデポが付着する場所に露出するように配設されていればよい。例えば、露出部61を、内側壁11a、天井部11b、サセプタ12、及び天井電極板38の少なくとも1つの部品の表面に当接させてもよい。天井部11bや天井電極板38に露出部61を配設した場合には、光ファイバ60の脱着(メンテナンス)を上方から容易に行うことができる。なお、露出部61の配設先は、チャンバ11内の部品に限られることはないが、チャンバ11内の部品に設置することにより、ウエハWに対するエッチング処理の実行中における堆積物を直接的にモニタすることができる。
上記実施の形態において使用される光ファイバ60は、ホーリーファイバから成るとしたが、これに代えて、石英製、ゲルマニウム(Ge)添加石英製、イットリア製、サファイア製などの市販の光ファイバから成ってもよい。例えば、非透明な被膜がコーティングされた光ファイバや非透明なクラッドを有する光ファイバを用いてもよい。この場合、投光部からの入射光が光ファイバの表面に付着した堆積物によって反射されるように、少なくとも一部の被膜やクラッドを除去する。
また、上記実施の形態において使用されるコネクタ55a,55bとして、光を集光するレンズアダプタを用いてもよい。
また、上記実施の形態における堆積物モニタ装置50,50’は、上述したように、チャンバ11内に露出する露出部61の表面に付着した堆積物を直接的に分析可能である。これに加えて、堆積物モニタ装置50,50’は、チャンバ11内の処理雰囲気が反映される露出部61の表面状態に関する情報を取得するコンディションモニタとして機能してもよい。
なお、上述した実施の形態では、被処理基板がウエハであったが、例えば、LCDやFPD(Flat Panel Display)等のガラス基板であってもよい。
また、基板処理装置としては、上述したようなプラズマを用いたエッチング処理装置に限られることはなく、CVD装置であってもよい。
本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す一部断面図である。 図1のチャンバの内側壁に設置される堆積物モニタ装置の構成を概略的に示す一部断面図である。 図2の堆積物モニタ装置に代えて使用される堆積物モニタ装置の構成を概略的に示す一部断面図である。
符号の説明
10 基板処理装置
11 チャンバ
11a 内側壁
11a’,11a” 細孔
43 デポシールド(デポジットシールド)
43a’,43a” 細孔
50,50’ 堆積物モニタ装置
55a,55b コネクタ
60 光ファイバ
61 露出部
71 レーザ
73 フォトダイオード(PD)

Claims (13)

  1. 被処理基板に所定の処理を施す処理室の内壁表面に付着する堆積物をモニタする堆積物モニタ装置を備える基板処理装置において、前記堆積物モニタ装置は、前記処理室内に少なくとも一部が露出するように配設された光ファイバと、前記光ファイバの一端に接続され前記光ファイバに入射光を投光する投光部と、前記光ファイバの他端に接続され前記光ファイバを通過した光を受光する受光部とを備えることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記投光部は単一波長の光を出射する少なくとも1つの光源を含み、前記受光部は前記受光した光の光量及び光強度の少なくとも一方を検知する光センサを含むことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
  3. 前記単一波長は、前記処理室内において発光する光の波長とは異なることを特徴とする請求項2記載の基板処理装置。
  4. 前記モニタ結果に基づいて、前記露出部の表面に付着した堆積物の膜厚を算出する算出装置を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  5. 前記投光部は広帯域に亘る波長の光を出射する光源を含み、前記受光部は前記受光した光を分光する分光器を含むことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
  6. 前記分光された光のスペクトル分布を作成するスペクトル作成装置を備えることを特徴とする請求項5記載の基板処理装置。
  7. 前記堆積物モニタ装置は前記堆積物の成分分析を行うことを特徴とする請求項5又は6記載の基板処理装置。
  8. 前記露出部の表面には鏡面処理が施されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  9. 前記投光部及び前記受光部は前記処理室の外部に配設されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  10. 前記処理室には、前記露出部を埋設するための溝が形成されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  11. 前記堆積物モニタ装置によるモニタ結果に応じたフィードバック制御を行う制御装置を備えることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  12. 所定の処理を施す処理室の内壁表面に付着する堆積物をモニタする堆積物モニタ装置であって、前記処理室内に少なくとも一部が露出するように配設された光ファイバと、前記光ファイバの一端に接続され前記光ファイバに入射光を投光する投光部と、前記光ファイバの他端に接続され前記光ファイバを通過した光を受光する受光部とを備えることを特徴とする堆積物モニタ装置。
  13. 所定の処理を施す処理室の内壁表面に付着する堆積物をモニタする堆積物モニタ方法であって、前記処理室内に少なくとも一部が露出するように配設された光ファイバの一端から入射光を投光する投光ステップと、前記光ファイバの他端から当該光ファイバを通過した光を受光する受光ステップとを有することを特徴とする堆積物モニタ方法。
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