JP3347041B2 - 半導体基板処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の半導体基板処理装置
に関し、特にそのチャンバー内に配設される機器部材の
クリーニング時期決定に供する手段をもつ半導体基板処
理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、この種の半導体基板処理装置、例
えば、図３のドライエッチング装置においては、高周波
電源１３によって高周波電圧が印可され、半導体基板で
あるウェハ１４がプラズマエッチングされると、チャン
バ−内壁は勿論のこと上部電極３および下部電極５もウ
ェハ１４からエッチングにより削り取られた酸化シリコ
ンなどがデポジットされる。

【０００３】そして、上部電極３の絶縁カバ−である絶
縁部材３ａの側壁４から平坦な面にかけてデポジットさ
れエッチング毎に堆積される堆積物１５は、剥がれ易
く、しばしばウェハ１４上に落下しウェハ１４を汚染さ
せ品質に重大な欠陥をもたらしていた。また、下部電極
５の固定リング６のウェハ１４に近い部分にデポジット
された堆積物１６は、固定リング６の動作による振動で
剥がれ、ウェハ１４に移載され同じ品質の問題をおこし
ていた。

【０００４】このような問題を回避するのに、従来は、
この堆積した付着物が剥がれる前にクリ−ニングするこ
とで解消してきた。しかし、問題はクリーニングをいつ
行うかを把握することである。そこで、従来は、例え
ば、半導体基板の処理枚数を何枚処理したかでクリ−ニ
ング時期を決定する方法が広く行われていた。しかしな
がら、エッチングされる半導体基板の膜質によってもデ
ポジットされる状態が異なり、クリ−ニング時期を容易
かつ適切な決定することが困難であった。

【０００５】このクリ−ニング時期決定に供する手段を
もつ半導体基板処理装置が、例えば、特開平２−２２４
２４２号公報に開示されている。この半導体基板処理装
置は上部電極や下部電極の表面にデポジットされる堆積
膜により処理能力の低下することを防止することを目的
としてなされた発明である。

【０００６】上述した問題と異なるが、チャンバ−のク
リ−ニング時期を決定する手段を備えている点では本願
の発明しようとする目的と同じである。このクリ−ニン
グ時期決定手段は、エッチング特性を劣化させる上部電
極面や下部電極面に被着する堆積膜の厚を光学的に検出
し、その厚みが許容範囲内にあるか否か評価することで
クリ−ニング時期を決定している。

【０００７】すなわち、この決定手段は、上部電極ある
いは下部電極の表面に偏光をチャンバー一方の側壁の窓
を透して斜めに投光する発光装置と、反射光を他方の側
壁の窓を透して入光する受光装置を備え、反射させた偏
光状態の変化を測定し、その変化量から堆積膜の厚みを
測定している。そして、上部電極や下部電極エッチング
性能を劣化させる厚みに堆積膜が至ったか否かを評価部
で判定し、クリ−ニング時期にきたか否かを判定してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した偏光解析法に
よる膜厚測定し膜厚によってクリ−ニング時期を決定す
る手段は、上部電極や下部電極の平坦な面での堆積膜の
厚みは測定できるものの、上部電極に対して段差のある
部分や局部的に被着する汚れの厚みを測定するのは困難
である。よしんば、チャンバ−の狭い空間に偏光経路を
変えるために種々のミラ−などを設けてみても、発光装
置と受光装置との光軸アライメント調整が困難となる。

【０００９】また、偏光あるいは光をチャンバ−内に投
光あるいはチャンバ−内から反射光を出光させるのに、
窓を透過させているので、エッチング中に窓に飛散する
エッチングされるシリコン分子が付着し窓の透過率や屈
折率が変わり、十分な光ゲインが得られず測定誤差を招
く恐れがある。

【００１０】さらに、この偏光解析法による膜厚測定装
置は、チャンバ−の両側に発光装置と受光装置をアライ
メントがとれた状態で取付けなければならず、装置が大
掛かりになる。そして、測定する際も装置を一時的に操
作を停止しなければならず、スル−プットを低下さえ
る。また、このような検出機構を設けることは、自動化
された装置に適用すのに不向きである。

【００１１】従って、本発明の目的は、複雑な形状の電
極部に堆積する膜状態を検出しチャンバ−クリ−ニング
時期を予測し得る簡便で自動化し易い手段を具備する半
導体基板処理装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、チャン
バ−内に配置される上部電極と、前記上部電極に対向し
前記チャンバ−内に配置されるとともに半導体基板を載
置する下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間
に高周波電圧を印加する高周波電源とを備える半導体基
板処理装置において、前記半導体基板の処理時に発生し
前記上部電極の周辺部材に被着する堆積物と前記下部電
極の周辺部材に被着する堆積物のそれぞれに光を照射し
該光の反射光のそれぞれを入光させる複数の光電変換器
と、これらの光電変換器のそれぞれが前記光の照射方向
に応じて所望の面に取り付けられる多面体部材と、前記
チャンバ−が大気のとき複数の前記光電変換器のいづれ
かから得られる電流値が規定値以下のとき装置停止信号
を送るチャンバ−クリ−ニング時期決定手段とを備える
半導体基板処理装置である。

【００１３】また、前記多面体部材は、前記半導体基板
を搬送し前記下部電極とで前記半導体基板の受け渡しす
る搬送ア−ムに取付けられていることが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００１５】図１（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施
の形態を示す半導体基板処理装置の主要部の構成を示す
図である。この半導体基板処理装置は、プラズマエッチ
ングに用いられるものであって、図１に示すように、チ
ャンバー１２内に配置されるとともにア−スポテンシア
ルの上部電極３と、この上部電極３に対向し配置される
とともに高周波電源（図示せず）と接続される下部電極
５とを備えている。また、上部電極３の周辺部を覆うセ
ラミック製の絶縁部材３ａや下部電極５のウェハ載置面
の周辺部を覆う固定リング６が設けられている。

【００１６】さらに、ステ−ジ９と下部電極５の間を旋
回軸８により旋回されウェハの受け渡しするア−ム２に
は、上部電極３の絶縁部材３ａの平坦面から側壁４にか
かる部分や下部電極５の固定リング６のウェハに近い部
分に光を照射しその反射光を入光し堆積する堆積物の反
射光強度を測定する複数の光電スイッチ１ａおよび１ｂ
の光電変換器が取付けられている。そして、この光電ス
イッチ１ａ，１ｂが入光する反射光が変換される電流が
規定以下であればシ−ケンス制御部１１に装置停止信号
を送る比較判定部１０が設けられている。

【００１７】光電スイッチ１ａ，１ｂは、市販のアンプ
分離型光電スイッチであって、センサ部である光電変換
器が小型であるのでア−ム２の狭い所にも取り付けるこ
とができる。従って、ア−ム２の上下に集中して、例え
ば、４個の光電スイッチ１ａの光電変換器をア−ム２の
上の４角錘体状のブラケットの各面に取付け、光電変換
器の光が絶縁部材３ａの側壁４と平坦面との間の面取り
部に照射するようにする。勿論、４角錘体の面の角度は
反射光が光電スイッチ１ａの光電変換器に入光するよう
に設計されている。

【００１８】また、この光電スイッチ１ａの光電変換器
は、１個でも良いが、絶縁部材３ａに被着される堆積物
の厚さが場所によってばらつくので、取付けできる範囲
で多くの光電スイッチ１ａを設けることが望ましい。一
方、固定リング６の堆積物の状態を検知する光電スイッ
チ１ｂの光電変換器は、ア−ム２の下部の固定リング６
の中心に対応する位置にに取り付けられた４角錘体の各
面に取り付けられている。

【００１９】光電スイッチ１ａ，１ｂの光電変換器に内
蔵される発光ダイオ−ドの電源線とフォトトランジスタ
の信号線ば、捩られないようにケ−ブルに被覆されア−
ム２を介して旋回軸８の軸芯の穴を経てチャンバ−１２
外に導出される。そして、比較判定部１０内に収納され
る光電スイッチ電源部と出力増幅回路の入力部と接続さ
れている。

【００２０】絶縁部材３ａおよび固定リング６は、通
常、アルミナセラミックなどで製作されており、表面が
白色なので、投射する光は本来は白色光が適切であう
が、白色ランプであると電流容量が大きくなり小型化し
難いので、反射光の強度が大きく安価な赤色発光ダイオ
−ドを投光源として用いた。そして、絶縁部材３ａおよ
び固定リング６の光照射面が、エッチングを行う毎に白
色から茶色、茶色からこげ茶色になると、反射光の光強
度が急げぎに低下し出力トランジスタは光遮断と判定
し、シ−ケンス制御部１１にチャンバ−クリ−ニング要
の信号を送りエッチング開始を禁ずるようにする。この
ことにより装置は一時停止する。

【００２１】なお、照射面が黒色になると、剥がれる確
率が高くなるので、黒色になる前で反射光が僅かに得ら
れる程度で出力トランジスタが動作するようにする事が
望ましい。勿論、エッチングされる材質によりトランジ
スタの動作設定電流値が変わるので、予め、設定電流を
決め設定調整することが望ましい。

【００２２】また、照射面が４個所と複数あるから最も
反射光強度の低い個所の光電変換器をモニタリングして
堆積状態を観察することが望ましい。さらに、光電スイ
ッチ１ａ，１ｂの光電変換器を取り付けるア−ム２をウ
ェハ１４を受け渡すア−ムとは別に設けても良いが、後
述するように、搬送ア−ムの上下に取り付けることによ
り自動化し易くなる。

【００２３】図２は図１の半導体基板処理装置の動作を
説明するためのフロ−チャ−トである。まず、図２のス
テップＡにより、図１のステ−ジ９に置かれたウェハ１
４は、ア−ム２により運搬され、図１（ａ）に示すよう
に、ウェハ１４は上部電極３と下部電極５との中間に位
置される。次に、ステップＢで、下部電極５から突き上
げられるリフタ７にウェハ１４が移載され、爪１２ａの
解除によってア−ム２はウェハ１４を解放する。そし
て、リフタ７の下降によりウェハ１４は下部電極５に載
置され、固定リング６により周辺部が押さえ固定され
る。

【００２４】ウェハ１４の載置が終わると同時にア−ム
２が旋回しステ−ジ９側のチャンバ−に待避する。次
に、ステップＣで、チャンバ−１２を真空排気し所定の
圧力に減圧しガスの導入と高周波電圧の印可によりプラ
ズマを発生させ、ウェハ１４のエッチングを行う。次
に、ステップＤで、固定リング６のウェハへの押さえが
解放される。そして、待避していたア−ム２が旋回しチ
ャック部が上部電極３と下部電極との間に位置決めさ
れ、リフタ７で突き上げられたウェハ１４をチャック部
で受け取り、ア−ム２は旋回しステ−ジ９にウェハ１４
を移載する。

【００２５】次に、ステップＥで、ステ−ジ９上の処理
済みのウェハ１４は、アンロ−ド室からのロボットア−
ムによりステ−ジ９からアンロ−ド室に移され、ロ−ダ
室から未処理のウェハ１４がステ−ジ９に移載される。

【００２６】次に、ステップＦで、ステ−ジ９からウェ
ハ１４をア−ム２により運搬しウェハ１４を載せたア−
ム２が上部電極３と下部電極５との間に位置決めされ
る。そして、図１（ａ）に示すように、４個の光電スイ
ッチ１ａが絶縁部材３ａの平坦部から側壁４にかかるそ
れぞれ違った部分に光を照射する。絶縁部材３ａのそれ
ぞれの部分から反射する反射光は、それぞれの光電スイ
ッチ１ａに入光される。このとき最も反射光の弱い光電
スイッチをモニタとして選ぶ。すなわち、選べられた光
電スイッチに対応する絶縁部材の部分に堆積物があるか
らである。

【００２７】次に、ステップＧで、選べられた光電スイ
ッチ１ａに入光された反射光は、光電変換され比較判定
部１０に入力され規定電流値と比較される。ここで、規
定値以上であれば、ステップＨに移行し、下部電極５か
ら突き上げられたリフタ７にウェハ１４が移載され、ピ
ンの下降によりウェハ１４は下部電極５に載置される。
もし、電流値が規定値以下であれば、ステップＫに進
み、比較判底部１０はシ−ケンス制御部１１に停止信号
を送りアラ−ムを発生するとともにその後のシ−ケンス
動作を停止する。

【００２８】また、上部電極３の絶縁部材３ａに堆積す
る堆積物が少ないと判定され、ウェハ１４が下部電極５
に載置されているとき、ステップＩで、図１（ｂ）に示
すように、ア−ム２の下部の光電スイッチ１ｂが、固定
リング６のウェハ１４に近い部分に光を投じ、その反射
光を光電スイッチに入光する。そして、前述したよう
に、最も反射光強度の低い光電スイッチ１ｂをモニタと
して選ぶ。

【００２９】次に、ステップＪで、モニタとして選ばれ
た光電スイッチ１ｂに入光された反射光は、光電変換さ
れ比較判定部１０に入力され規定電流値と比較される。
ここで、規定値以上であれば、ステップＣに移行しプラ
ズマ処理が行われる。もし、電流値が規定値以下であれ
ば、ステップＫに進み、比較判底部１０はシ−ケンス制
御部１１に停止信号を送りアラ−ムを発生するとともに
その後のシ−ケンス動作を停止する。

【００３０】このように一枚づつウェハを処理する毎に
堆積物の状態の観察動作を一連のシ−ケンス動作に組み
入れることによって、スル−プットを低下させること無
くチャンバ−クリ−ニング時期を決定出来るし、検出器
も安価な光電スイッチで済み、しかも、光の透過率や屈
折率が変わり易い窓を透過させチャンバ−内に入光させ
ることなく直接光を堆積物に照射することによって、安
定した反射光が得られ確実な測定ができる。勿論、この
半導体基板処理装置としてプラズマエッチング装置のみ
ならず、化学的気相堆積法（ＣＶＤ法）等における堆積
装置としての半導体基板処理装置へも適用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、上部電極
の周辺部の部材と下部電極に載置される半導体基板の周
辺にある部材とに堆積される堆積度合いを検出する光電
スイッチを半導体基板を下部電極に受け渡しする搬送ア
−ムに取付け、一連の処理動作の中に堆積物観察動作を
組み入れられるので、自動化がされしかも装置のスル−
プットを低下させないという効果がある。

【００３２】また、アライメント調整の必要のない投射
光と反射光と同軸の安価な光電スイッチを使用すること
によって、機構の構成を簡略化でき、装置の製造コスト
を押さえることができる。

【００３３】さらに、光の透過率や屈折率が変わり易い
窓を透過させチャンバ−内に入光させる必要がなく、直
接光を堆積物に照射することによって、安定した反射光
が得られ確実な測定ができる。しかも、処理時には光電
スイッチをプラズマ発生領域から待避できるので長期間
使用できるので、運用コストも低減でき装置の稼動率も
向上するという効果がある。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す半導体基板処理装
置の主要部の構成を示す図である。

【図２】図１の半導体基板処理装置の動作を説明するた
めのフロ−チャ−トである。

【図３】従来の半導体基板処理装置の一例を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 光電スイッチ ２ ア−ム ３ 上部電極 ３a 絶縁部材 ４ 側壁 ５ 下部電極 ６ 固定リング ７ リフタ ８ 旋回軸 ９ ステ−ジ １０ 比較判定部 １１ シ−ケンス制御部 １２ チャンバ− １２ａ 爪 １３ 高周波電源 １４ ウェハ １５，１６ 堆積物

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ−内に配置される上部電極と、
   前記上部電極に対向し前記チャンバ−内に配置されると
   ともに半導体基板を載置する下部電極と、前記上部電極
   と前記下部電極との間に高周波電圧を印加する高周波電
   源とを備える半導体基板処理装置において、前記半導体
   基板の処理時に発生し前記上部電極の周辺部材に被着す
   る堆積物と前記下部電極の周辺部材に被着する堆積物の
   それぞれに光を照射し該光の反射光のそれぞれを入光さ
   せる複数の光電変換器と、これらの光電変換器のそれぞ
   れが前記光の照射方向に応じて所望の面に取り付けられ
   る多面体部材と、前記チャンバ−が大気のとき複数の前
   記光電変換器のいづれかから得られる電流値が規定値以
   下のとき装置停止信号を送るチャンバ−クリ−ニング時
   期決定手段とを備えることを特徴とする半導体基板処理
   装置。
2. 【請求項２】 前記多面体部材は、前記半導体基板を搬
   送し前記下部電極とで前記半導体基板の受け渡しする搬
   送ア−ムに取付けられていることを特徴とする請求項１
   記載の半導体基板処理装置。