JP3399040B2 - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体製造方法

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    • H01J2237/022—Avoiding or removing foreign or contaminating particles, debris or deposits on sample or tube

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置及び半
導体製造方法に係り、特に、装置内の処理に伴う反応生
成物の状態をモニタリングするのに好適な半導体製造装
置及び半導体製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ドライエッチング装置などにお
いて、ウエハを多数処理していくにつれて、装置内の発
塵量が増えたり、プロセスが安定しなくなって、歩留ま
りが低下してしまうという問題が生じている。その原因
として、処理チャンバの内壁や、部品の表面に、反応生
成物が堆積していき、そこから塵埃が発生したり、何ら
かの原因でプロセスが不安定になると考えられている。
【０００３】実際に、処理チャンバを大気開放して、堆
積している反応生成物（以降、「デポ物」と呼ぶことに
する）を清掃すると、歩留まりが回復する。しかし、装
置を一旦大気開放してしまうと、ウエハ処理を再開する
までには真空排気のやり直しやプロセス安定化のための
条件設定などが必要となり、装置の稼働率を低下させる
主な原因となっている。
【０００４】よって、チャンバの清掃頻度を抑さえるこ
とが、装置稼働率の向上につながるため、清掃する時期
を正しく判定することが重要であるが、その判定方法
が、現状では困難となっている。例えば、ダミーウエハ
を処理して、そこに付着する塵埃量を参考にしたり、装
置内における発塵量をモニタする方法があるが、もとも
と発塵量にはばらつきが大きく、また付着する塵埃の量
も不安定で、判定が困難である。
【０００５】デポ物の発生をなるべく抑さえられるよう
なプロセスの条件や、特殊なガスを流すことで、デポ物
を除去する方法が探られているが、そのためにはデポ物
自身の分析だけでなく、チャンバとの付着の状況も調べ
る必要がある。
【０００６】そこで、処理室を大気開放して、デポ物を
採取して分析しているのが、実際のプロセスの進行中の
デポ物の状態を分析できないため、デポ物の検討が大き
く制約されているのが現状である。また、処理中のデポ
物生成の過程を、処理の進行とともに時間を追って調べ
ることは、不可能である。
【０００７】デポ物の堆積量の測定方法では、実公平５
−２６７３７号公報に記載されているように、処理チャ
ンバ内に反射鏡を設置し、チャンバに設けた窓を通して
光を当て、反射率を測定することにより、チャンバ内の
デポ物の量を推定する方法がある。
【０００８】尚、この他関連する先行技術として、特開
昭６１−１８３９１９号公報、特開平３−２７６６５７
号公報、特開平４−１２２５１号公報各記載の技術が挙
げられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】装置を一旦大気開放し
てしまうと、ウエハ処理を再開するまでには、真空排気
のやり直しや、プロセス安定化のための条件設定などが
必要となり、装置の稼働率が著しく低下する。そこで、
装置を大気開放することなく、デポ物の付着量や、状態
を測定する方法が必要である。
【００１０】従来の技術にある反射鏡を用いる方法で
は、窓から反射鏡までの光路を確保しなければならず、
チャンバ内の測定場所が制約される。また、窓が必要で
あるが、マイクロ波エッチャなどのように、チャンバの
周囲を電磁石で囲わなければならない装置では、チャン
バの側面に新たなフランジを設けるのは困難である。ま
た、デポ物の堆積量だけでなく、組成や、チャンバとの
結合状態などを更に詳しく調べるのは難しい。
【００１１】デポ物の組成は、これまで、チャンバを大
気開放しなければ調べることが困難であった。よって、
プロセス途中のデポ物の化学的状態や、装置内表面の状
態を調べることができず、デポ物低減対策は、大きく制
約を受けていた。
【００１２】本発明の目的は、半導体製造装置またはそ
の方法において、チャンバの内面で乱反射させた光の量
を調べることで、そこに付着したデポ物の量を簡便に調
べることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、装置
内に光ファイバ等を用いて光を導入し、それをチャンバ
内で乱反射させる。以下に本発明の半導体製造装置の態
様を述べる。
【００１４】（１）チャンバと、光が透過する部材とを
備えてなり、透光性部材を通してチャンバの内部に光を
導入し、チャンバ内部に光を照射し、その反射光を分光
及び／または光量測定することにより、チャンバ内の表
面に堆積した物質の状態や、化学反応、プロセス等、チ
ャンバ内の状況を、大気開放せずに測定可能な構成とす
る。
【００１５】（２）チャンバと、チャンバ内に光を導入
する光源側の透光性部材と、チャンバ内面そのものの反
射光を導出する測定及び／または分光器側の透光性部材
とを備える。
【００１６】（３）チャンバと、光が透過する部材とを
備えてなり、（１）で述べたチャンバ内部に光を照射す
る代りに透光性部材の内部で光を反射させ、その多重反
射光を分光及び／または光量測定することにより部材の
表面に付着した物質の量、組成及び／または性質を測定
し、チャンバ内の状況を大気開放せずに測定可能な構成
とする。
【００１７】（４）チャンバと、チャンバ内に位置させ
た光が透過する１つまたは複数の透光性部材とを備え、
透光性部材に光ファイバを光学的に接続し、外部からの
光を光ファイバを介してチャンバ内に導くとともに、透
光性部材で内部反射した多重反射光を光ファイバによっ
て取り出し、その反射光を分光及び／または光量測定し
て、透光性部材の置かれた領域の反応や堆積、エッチン
グ等をプロセスの進行中にモニタできるようにする。
【００１８】（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに
おいて、更に透光性部材をチャンバ内に突出させたり、
引っ込めたり、特定の位置に移動させたりするような移
動機構を備えることにより、透光性部材の表面が腐食さ
れて光の透過率が変動しないようにする。
【００１９】（６）上記（１）乃至（４）のいずれかに
おいて、更に透光性部材を覆い隠し得るシャッタを備え
ることにより、透光性部材の表面が腐食されて光の透過
率が変動しないようにする。
【００２０】次に本発明の半導体製造方法は以下のいず
れかの特徴を有するものである。◆ （７）透光性部材を通して半導体製造装置のチャンバの
内部に光を導入し、チャンバ内部に光を照射し、その反
射光を分光及び／または光量測定することにより、チャ
ンバ内の状況を大気開放せずに測定する。
【００２１】（８）半導体製造装置のチャンバ内に一端
が面するように配置した透光性部材の内部で光を反射さ
せ、その多重反射光を分光及び／または光量測定するこ
とにより部材の表面に付着した物質の量、組成及び／ま
たは性質を測定し、チャンバ内の状況を大気開放せずに
測定する。
【００２２】（９）半導体製造装置のチャンバ内に一端
が面するように配置した透光性部材に光ファイバを光学
的に接続し、外部からの光を光ファイバを介してチャン
バ内に導くとともに、透光性部材で内部反射した多重反
射光を光ファイバによって取り出し、その反射光を分光
及び／または光量測定することにより、チャンバ内の状
況をプロセスの進行中にモニタする。光ファイバを用い
ることで、チャンバ内の特定の場所に光を当てて、反射
光を分析できるようにする。
【００２３】（１０）上記（７）、（８）または（９）
において、チャンバ内の状況はチャンバ内表面に堆積し
た物質の状態、或いは化学反応、プロセスの状態であ
る。◆ （１１）上記（７）乃至（１０）のいずれかにおいて、
透光性部材を、チャンバに設けた窓（例えば石英窓）と
し、窓の正面からマイクロ波等を導入すると同時に、窓
の側面から窓の内部に光を入射させ、窓の内部で反射し
た光を該窓の側面から取り出し、光量を測定及び／また
は分光することにより、プロセスの進行中に窓のチャン
バ内側に堆積した物質の量及び／または性質を調べる。
【００２４】（１２）上記（７）乃至（１０）のいずれ
かにおいて、チャンバ内部の状態の測定を、ウエハへの
堆積、エッチング、露光の各プロセスの内少なくとも一
つのプロセスの前及び／または後に行う。◆ （１３）上記（７）乃至（１０）のいずれかにおいて、
チャンバ内や部材の内部で反射した光の測定結果を用い
てチャンバ内の付着物などを清掃するように表示する。
【００２５】（１４）上記（７）乃至（１０）のいずれ
かにおいて、チャンバ内や部材の内部で反射した光の測
定結果を用いて、付着物を除去する処理を自動的に開
始、停止及び／または制御する。◆ （１５）上記（７）乃至（１０）のいずれかにおいて、
チャンバ内や部材の内部で反射した光の測定結果を用い
て、測定結果及び／またはプロセスの状態を表示する。
◆ （１６）上記（７）乃至（１０）のいずれかにおいて、
チャンバ内や部材の内部で反射した光の測定結果を用い
て、プロセスの状態を制御する。
【００２６】（１７）上記（７）乃至（１０）のいずれ
かにおいて、導入する光及び／または出てきた光が赤外
光である。すなわち反射光量を測定するための測定器を
設け、光を赤外光とし、反射光の赤外分光を行う。チャ
ンバに、例えば赤外光を内部反射させるための窓を設
け、或いはマイクロ波エッチャでは、マイクロ波導入用
の石英窓の側面から赤外光を導入させる。◆ （１８）上記（７）乃至（１０）のいずれかにおいて、
光を分析する手段がフーリエ変換分光法である。
【００２７】更に本発明のドライエッチング装置は、少
なくとも、プロセスを行うチャンバと、磁場を生じさせ
るための磁石と、電磁波を生じさせるための電磁波源と
を備えてなり、上記（１）乃至（１８）のいずれかの装
置または方法を適用することを特徴とする。
【００２８】また本発明の薄膜利用の機能部材は半導体
デバイスに代表され、上記（１）乃至（１８）のいずれ
かの装置または方法によって得られたものである。◆要
するに本発明は、チャンバ内面そのものの反射光或いは
窓（石英窓）の内部反射光（特に多重反射光）を測定
し、或いはそれを分光することを利用するものである。
【００２９】尚、本発明は半導体製造装置に限らず、光
を反射する材料で作ったチャンバを用いた装置であれ
ば、どんなものにも応用可能である。また、チャンバ内
面を、集光した赤外光ビ−ムでスキャンし、各点におけ
るデポ物の堆積量や組成の分布を調べることも有効であ
る。
【００３０】
【作用】光ファイバを通して、チャンバ内に光を導入す
る。光は、チャンバの内部で乱反射し、受光用の光ファ
イバを通って外に出た光量が測定される。デポ物が堆積
するにつれ、測定される光量が減衰するので、チャンバ
を大気開放することなく、堆積量を推定して、チャンバ
の清掃時期を判定することができる。
【００３１】光を赤外光とし、デポ物の堆積したチャン
バ内面で反射した赤外光や、デポ物の付着した窓の内部
で反射した赤外光を分光分析することにより、デポ物の
化学的組成や、下地との結合状態などを、チャンバを大
気開放することなく、プロセスの進行中でも、測定でき
る。このデータをもとに、チャンバの清掃時期の判定を
はじめ、デポ物除去プロセスの自動制御などが可能にな
る。
【００３２】尚、本発明の内、窓を使う方法では、表面
反射光は利用せず、窓内部の多重反射光を測定してお
り、一方、チャンバ内面の反射光を用いる場合は反射鏡
等を使わず、チャンバ内面そのものの反射光を利用す
る。いずれにせよ本発明では、分光による組成分析も行
える。
【００３３】
【実施例】先ず、反射光の測定方法について説明し、し
かる後に、プロセス全体の流れの中での本方式の応用例
について説明する。◆ （１）チャンバ内の反射の光量を測定する方法 図１に、マイクロ波エッチャ装置における実施例を示
す。マイクロ波エッチャ装置では、チャンバ１１内にウ
エハ１２が上向きに置かれており、チャンバ１１の上部
に設けられた石英窓１３から、導波管１４を通って出て
きたマイクロ波１５が、チャンバ１１内に導入される。
【００３４】チャンバ１１内には、塩素などの反応性ガ
スも導入され、マイクロ波と、ウエハ１２に印加された
高周波とにより、チャンバ１１内にプラズマが形成さ
れ、そこで生じたガス分子のラジカルや、イオン、電子
などにより、ウエハ１２の表面がエッチングされる。こ
のとき、チャンバ１１内には様々な分子状態のガスが形
成され、これらの一部がチャンバ１１の内面にデポ物を
形成する。
【００３５】デポ物の堆積量の測定は、チャンバ１１の
内面に照射光１６を当て、乱反射光１７の光量を測定す
る方法により達成することができる。図１において、光
源には、１００Ｗ程度のハロゲンランプを使用する。こ
の光は、凹面ミラーや集光レンズ等を用いて、光導入部
１８の石英棒１９に導入され、チャンバ１１内側の先端
から、チャンバ１１内に放出される。
【００３６】チャンバ１１内面からの反射光は、デポ物
の堆積量が増えるほど、減衰する。乱反射光１７は、受
光部１２０によって集光され、光量測定器へ導かれる。
チャンバ１１内の各所で乱反射した光の総光量を測定す
ることにより、チャンバ１１内のデポ物の堆積量の変化
を、全体的に調べることができる。
【００３７】特定ケ所の堆積量を調べることも可能であ
るが、一般に、プロセスの内容が変わると、デポ物の付
着する分布も変わってくるので、測定場所が限定されて
いると、様々なプロセスに対応しきれなくなることもあ
る。
【００３８】図２に示すように、乱反射光量がある基準
値より下がったら、デポ物の堆積量が、歩留まり確保の
為の許容値を越えたと判断し、チャンバを清掃するよう
にする。この判定方法や、プロセスにおける具体的な手
順については、後で説明することにする。
【００３９】受光部１２０を設ける位置は、光源から出
た光がチャンバ１１内面で反射せずに、直接入射するこ
とのないように選ばなければならない。本実施例では、
ウエハ保持・冷却装置１２１が光導入部と受光部の間を
遮るような配置にしてある。
【００４０】この他にも、受光部１２０や光導入部１８
の付近に小さなシャッタを設けたり、受光部１２０や光
導入部１８の一部分を不透明にする等して、光導入部１
８から受光部１２０への直接入射光を防ぐことも可能で
ある。受光部１２０や、光量測定器は複数であってもよ
い。
【００４１】石英棒１９の代わりに、光ファイバを用い
たり、或いは単に窓を設けてそこからチャンバ１１内に
照射してもよい。また、光源や光導入部１８は、１ケ所
に限らず、複数ケ所あってもよい。
【００４２】石英棒１９は、光ファイバや単なる窓にし
ても差し支えない。光量測定器は、チャンバ１１の中に
あっても良い。光量測定には、広い波長領域にわたる光
量を測るものでも良いし、ある特定の狭い波長領域だけ
を測るものでもよい。光電子増倍管やフォトンカウンタ
ー等の高感度なものを使用してもよい。
【００４３】また、光源を設ける代わりに、プラズマの
発光やチャンバ１１内のフィラメント等、チャンバ１１
内にもともと存在する光を用いて、それらがチャンバ１
１内面で反射する光を調べても差し支えない。
【００４４】デポ物による反射光の低下をより明瞭にす
る為、チャンバ１１内面自身の反射率を高くしておくこ
ともできる。デポ物が無いときの反射率が高いほど、付
着したときの反射率の低下がはっきりするからである。
例えば、内面の機械加工の表面粗さを、０．５ｓ程度に
するとよい。
【００４５】尚、電磁石１２３や排気系はマイクロ波エ
ッチャにおいて具備されているものであるが、本発明の
実施に当たっては、必ずしも必要としない。
【００４６】本実施例により、デポ物の堆積量をチャン
バ１１を大気開放することなく測定できる。デポ物は発
塵源となったり、プロセスを不安定化させたりして、ウ
エハ１２の歩留まり低下の原因になる。本発明により、
デポ物の清掃時期を正しく判断し、その頻度を低くし
て、結果として装置の稼働率を向上させることが可能で
ある。
【００４７】本実施例では、乱反射光１７の光量を測定
しているが、反射光を分光することによって、デポ物の
化学的組成などを調べることも可能である。分光による
測定については、後で詳しく述べる。
【００４８】ところで、光導入部１８の先端や受光部１
２０の受光面は、プロセス中のプラズマによって損傷を
受け、光の透過量が、チャンバ１１内のデポ物とは関係
なく経時変化してしまう畏れがある。そこで、図３に示
すような機構により、これら光の透過面の損傷を防止す
る。
【００４９】石英棒２１は、ベローズ２２の伸縮によ
り、その先端部がチャンバ内に出たり入ったりする。チ
ャンバ１１内でウエハ１２に処理を施している間は、石
英棒２１が引っ込んだ状態になっており、更に、蓋２３
が閉まる。ウエハ１２の処理の最中に生じるラジカル
や、イオン、電子等が、石英棒２１に当たらないように
なっている。処理が終わり、これら石英棒２１に損傷を
与え得るものが無くなったら、ベローズ２２を縮めて、
石英棒２１の先端がチャンバ内に出てくる。同時に蓋２
３も押し開けられ、光の放射或いは反射光の受光を行
う。
【００５０】蓋２３とベローズ２２に囲まれた空間を真
空に排気することにより、腐食性ガスによる損傷を防ぐ
ことができる。石英棒２１の側面は、アルミ薄膜等で被
覆してある為、一方の端から入った光は内部反射を繰り
返して、他端から外に出る。このようにして、大気側と
チャンバ内との間で光をやりとりする。尚、石英棒２１
の代りに、光ファイバ等を用いることもできる。
【００５１】このようにして、光の照射又は受光面２４
の損傷を防ぐことができ、入射光２５の光量が減衰する
ことなく、チャンバ１１内に導入され、また、反射光も
減衰することなく取り出すことが可能である。
【００５２】（２）プロセス全体の中での応用例 このようにして測定した、チャンバ内デポ物の堆積量に
関する情報を、プロセス全体の中でどのように活用する
かを、以下に説明する。
【００５３】（２）−１ 量産前の準備 先ず、通常のウエハ１２のエッチングを開始する前の装
置の準備手順を、図４に示す。装置を大気開放して、内
部のデポ物を清掃した後の時点から説明する。
【００５４】清掃後に、チャンバ内は約１〜０．１Ｐａ
程度まで真空排気される。排気している最中に、或いは
チャンバ内の圧力が安定してから、チャンバ内の反射光
量をすでに説明したような方法で測定する。この時点で
は、チャンバ内にデポ物が付いていないので、チャンバ
の内面そのものの反射光量が測定される。
【００５５】光量測定器で測定された光量をＪとし、装
置を清掃するたびにこれを記録しておく。これまでの大
気開放時に、同様に測った値と比較する。実際には、Ｊ
の値は光源や光量測定器の劣化によって徐々に減少して
いくはずであるが、その傾向から外れて急激に減少した
ときには、デポ物の清掃が不充分であったか、光学系に
異常があるか、受光面等が清掃作業中に汚れたか等の可
能性があるので、もう一度大気開放してチェックする必
要がある。真空排気前にこの測定を行ってもよい。ま
た、Ｊは光学系の持つ固有の値であるので、デポ物によ
る反射率を求めるときに使用する。
【００５６】次に、実際にプロセスガスを流してダミー
ウエハへのエッチングを行い、チャンバの内面に薄いデ
ポ膜を堆積させる。これは従来のプロセスで行われてい
るものである。これ以後のエッチングプロセスでは、チ
ャンバ素材であるアルミニウムが露出されることはな
く、デポ物で覆われた状態で全てのウエハがエッチング
されていくので、先ず最初にデポ物をチャンバ内面に堆
積させて、プロセスを安定させる目的で行われるもので
ある。この処理が終わった時点で、チャンバ内の反射光
量（Ｊ０）を測定する。
【００５７】デポ物の堆積によって内面の反射光量が減
少している。その減衰率（Ｐ０）は、装置の準備におい
て測定した値（Ｊ）で規格化し、 Ｐ０＝Ｊ０／Ｊ で表される。この値は、最初のデポ物堆積量を示すもの
であり、以降のデポ物の増加量の推移において、初期値
として使用する。
【００５８】（２）−２ 量産開始 以上の手順により、装置の準備が終わり、以降は通常の
エッチングプロセスが繰り返される。その内容を図５に
示す。
【００５９】先ず、ｎ枚目のウエハがチャンバ内に搬送
され、約−３０℃程度まで冷却される。この間に、チャ
ンバ内の光の反射光量（Ｊｎ）が測定される。このとき
の反射率Ｐｎは、これまでと同様に、 Ｐｎ＝Ｊｎ／Ｊ で求められる。
【００６０】次に、通常のウエハのエッチングプロセス
を行う。これにより、チャンバ内面にｎ枚目ウエハのエ
ッチングにより生じたデポ物が堆積する。◆エッチング
終了後、ウエハはチャンバから搬出される。
【００６１】この後、クリーニング処理が行われる。こ
れはチャンバ内にデポ物を除去する為のガスが導入さ
れ、エッチングするときと同様にプラズマを形成して、
チャンバ内面に堆積したデポ物をエッチング反応により
除去する処理である。しかし、この処理だけではデポ物
を完全に除去することが不可能であり、ウエハの処理数
が増えるにつれて、デポ物が少しずつチャンバ内に堆積
してしまう。
【００６２】クリーニング処理が終了したら、次のｎ＋
１枚目のウエハが搬入されて、同様なエッチングプロセ
スと、反射光量の測定が繰り返されていく。
【００６３】（２）−３ 清掃時期の判定方法 処理を重ねるにつれて、デポ物が増えていくので、Ｐｋ
（ｋ＝１，２，３，．．．）は、減少していく傾向にあ
る。Ｐｋがどのくらいまで減少すると、プロセスに問題
が生じるようになるかは、これまでのプロセスの実績か
ら推定し、基準値（Ｐｓ）を設けておく。Ｐｋ＜Ｐｓに
なったら、チャンバを大気開放して、デポ物を清掃す
る。
【００６４】しかしながら、実際には測定誤差によるば
らつきを考慮しなければならない。また、ウエハは通常
２５枚ずつのバッチで処理されていくので、バッチの途
中でプロセスを終了させることは避けたい。
【００６５】そこで、各バッチごとにＰｋの平均値（Ｐ
ａｖｅ．）を求め、各バッチの終了時に、Ｐａｖｅ．＜
Ｐｓをチェックし、これが満たされるようであれば、次
のバッチに進まないで装置の清掃作業に移るようにす
る。このようにすると、Ｐｋの測定誤差が相殺されるだ
けでなく、バッチごとの処理が可能になる。
【００６６】以上説明した、反射光の測定やデータの演
算、処理等は、マイコン等により自動化することができ
る。また、測定データを逐一オペレータに知らせて、オ
ペレータに判断させてもよい。チャンバ内の清掃作業等
が自動的に行うことができるようになれば、これまで説
明した内容を含めて装置を自動運転することが可能であ
る。
【００６７】また、以上はデポ物が堆積するにつれて反
射光が減少していく場合について述べたものであるが、
チャンバの反射率よりもデポ物の反射率の方が高い場合
には、反射光は、デポ物の堆積につれて増大する。よっ
て、この場合は本文中の不等号の向きを逆にし、Ｐｋ＞
Ｐｓ或いは、Ｐａｖｅ．＞Ｐｓのときに、デポ物の清掃
を行うようにする。
【００６８】エッチングの前に、光を照射してデポ物を
測定しているが、エッチング後であっても良いし、勿
論、エッチング中に測定しても差し支えない。現状では
プラズマにより石英棒２１が損傷を受ける可能性がある
が、若し、プラズマにより損傷を受けない材質を通して
光を導入できたり、或いは光を導入する部材をプラズマ
による損傷から防護する手段を用いることが可能であれ
ば、エッチング中にデポ物の分析できる。
【００６９】そして、そのデータをエッチング等のプロ
セス条件にフィードバックすることにより、プロセスを
より高精度に制御することが可能になる。この場合、得
られるデータにはデポ物に関する情報だけでなく、プラ
ズマやエッチングに関する情報も含まれているので、以
降に説明する分光分析等の手段も用いることにより、プ
ロセスの制御にフィードバックすることが可能である。
【００７０】（３） デポ物の化学的分析 以上は、ウエハの量産における本発明の実施例を説明し
たもので、デポ物の堆積量のモニタとして本発明を応用
したものである。しかしながら、堆積の量だけでなく、
デポ物の化学的組成やデポ物が形成されていく過程での
化学反応等を調べる手段としても応用することができ
る。
【００７１】その結果得られた知見は、デポ物の低減や
プロセスの安定化等を目指した装置の設計、開発、或い
はプロセスの最適化に利用できる。◆以下、デポ物や装
置表面の化学的状態を調べる方法について、説明する。
【００７２】図６は、装置内のデポ物の化学的状態を赤
外分光により分析する為、光ファイバを用いて赤外光を
装置内に導入する方法を示したものである。赤外光は光
ファイバ５１内に導入され、光ファイバ５１内を伝わっ
て、チャンバ１１内に設置されたプローブ５２に到達す
る。
【００７３】プローブ５２を拡大したものを図７に示
す。光ファイバ５１で伝わった赤外光は、レンズアダプ
タ６１により集光されて、照射プリズム６２内に入れら
れる。照射プリズム６２は、例えば、石英、ＺｎＳｅ、
ＫＲＳ−５等の材質である。吸収スペクトルを調べたい
波長領域の光を透過する材質を選ぶ必要がある。勿論、
レンズアダプタ６１内のレンズもこれらの性質を持った
材質を使用する。
【００７４】光ファイバ５１には、例えば日立電線株式
会社の「炭酸ガスレーザ光用中空導波路」を使用するこ
とができる。光ファイバ５１、レンズアダプタ６１とも
に、プロセスに使われるガスや、プラズマ等から損傷を
受けないように、ステンレス又はアルミ等ののシーズ管
の中に収められている。
【００７５】照射プリズム６２から出た光は、チャンバ
又はウエハ６３の表面で反射し、受光プリズム６４によ
って集光され、レンズアダプタ６１により光ファイバ５
１内に導入されて、チャンバ１１の外に出る。この光を
分光して、吸収スペクトルを調べることにより、チャン
バ又はウエハ６３の表面のデポ物６５や、表面そのもの
の化学的状態の知見を得ることができる。
【００７６】赤外光を偏光させ、チャンバ又はウエハの
表面に入射する角度を限定することにより、分析の感度
を向上させることができる。例えば、偏光方向をチャン
バ又はウエハ６３の表面に対して垂直にし、入射角度
を、表面の法線に対して約８０度にするとよい。偏光
や、入射角度を限定する方法は、高感度反射赤外分光と
呼ばれ、「表面赤外およびラマン分光」（株式会社アイ
ピーシー、末高著）の７頁以降に詳説されている。
【００７７】赤外分光装置は、例えばＭａｔｔｓｏｎ社
の「Ｇａｌａｘｙ ＦＴ−ＩＲ ７０００Ａ」を使用す
る。また、赤外光の偏光方向を数ｋＨｚで変えながら分
析できる同社の「ダブルモジュレーションＦＴ−ＩＲ装
置」は、より高精度の表面分析が可能になる。
【００７８】図８に、別な方式のプローブを示す。これ
は、プローブとして内部反射プリズム７１に堆積するデ
ポ物６５の状態を調べたりするのに用いられる。光ファ
イバ５１、レンズアダプタを通った赤外光は、内部反射
プリズム７１に入り、内部反射を繰り返してから、レン
ズアダプタ６１、光ファイバ５１を通って赤外分光装置
に導かれる。
【００７９】内部反射をするときに、内部反射プリズム
表面７１やそこに堆積したデポ物６５によって特定の波
長の光が高感度に吸収されるので、吸収スペクトルから
デポ物６５や表面の状態に関する知見を得ることができ
る。内部反射により、プリズム表面を分析する方法は、
例えばＡＴＲ法として「表面赤外およびラマン分光」
（株式会社アイピーシー、末高著）の７３頁以降に詳説
されている。
【００８０】次に、装置に取付けられた窓の表面を分析
する方法について説明する。図９は窓の内部反射によ
り、窓に付着したデポ物を分析する方法である。マイク
ロ波エッチャでは、チャンバに石英窓１３が設けられて
おり、そこからマイクロ波１５をチャンバ１１内に導入
している。この窓を用いて、その表面のデポ物６５や、
石英窓１３の表面や、デポ物６５を分析する。
【００８１】チャンバ１１の内部は真空に排気されてい
たり、高純度なガスで満たされていたりするので、材質
がバイトン等で作られたＯリング８１で、石英窓１３と
チャンバ１１との間はシールされている。光ファイバ５
１等により、光入射アダプタ８２に導かれる。光入射ア
ダプタ８２は光が石英窓１３の中で拡がり過ぎず、か
つ、効率良く導入されるようにする機能を持つ。石英窓
１３の一部分から赤外光を内部に入射させる。赤外光は
内部で反射を繰り返して、受光アダプタ８３を通して集
光され、光ファイバ５１により検出器８４へ導かれる。
【００８２】石英窓１３の表面にデポ物６５が付着して
いると、内部反射する光のうち、特定の波長の光がデポ
物６５により吸収されるので、石英窓１３から出てきた
光を分光することにより、デポ物６５の組成や化学結合
等の状態を調べることができる。
【００８３】このようにすると、装置を大気開放せずに
窓表面のデポ物を分析できる為、プロセス中のデポ物の
生成について、大気の影響を受けずに調べることが可能
になる。また、分光までせずに、単に光の強度を調べる
だけでも、窓の表面の損傷の状態や、デポ物の付着量な
どを測定することができる。
【００８４】図１０に、窓１３の形状を示す。窓１３は
断面が台形になるようなテーパ９１が付けられており、
この部分から赤外光が入射して窓の内部で反射を繰り返
し、反対側の部分から外に出る。テーパ９１の付いた部
分において、光が入射、射出する部分だけ平面部分１４
を作っておくと、入射面から入った光が窓の内部で拡が
りにくくなり、射出面から出る光量が増え、分析し易く
なる。勿論、平面に限らず、例えばレンズ作用のある凹
面或いは凸面としてもよい。
【００８５】以上、デポ物等の化学的状態を調べる方法
について説明した。分光方法は、大きく二つに分けられ
る。一つは、ある特定の波長の光のみを入射させ、吸収
を受けて出てきた光の強度を測定するものである。もう
一つは、広い波長帯の光を入射させ、吸収を受けて、出
てきた光を分光する方法である。本発明では、このどち
らを用いても構わない。また、実施例では、赤外光を用
いているが、これに限らず、紫外光、可視光等、様々な
波長の光や電磁波を用いることが可能である。
【００８６】測定ケ所は１ケ所に限定されるものでな
く、複数ケ所を同時に或いは交代に分析できるようにし
てもよい。
【００８７】以上説明した方式により、デポ物やチャン
バ表面などの化学的状態を調べることにより、デポ物の
生成メカニズムや、チャンバ表面の腐食やエッチングか
らの影響などに関する知見を得ることができる。これに
より、装置開発やプロセスの検討において、より高品質
の処理を実現することが可能になる。
【００８８】また、プロセス中やプロセスの合間に分析
した結果を、そのままプロセスの制御等にフィードバッ
クして、プロセスのより高精度な自動制御やオペレータ
へのプロセス状態のフィードバックが可能になる。
【００８９】以上説明した内容はマイクロ波エッチャに
限定されるものではなく、全ての半導体製造装置に適用
することが可能である。◆また、半導体製造装置に限ら
ず、装置の内面、或いは表面の状態を知ることが必要
な、いかなる装置、機械にも応用することが可能であ
る。
【００９０】
【発明の効果】エッチャ等の半導体製造装置において、
内部に付着したデポ物の堆積量の推移を、装置を大気開
放せずに、比較的安価な方法でモニタリングすることが
可能になる。
【００９１】このデータをもとに、装置の大気開放を伴
うデポ物の清掃時期の判定を、これまで以上に正しく判
定できるようになり、従来より大気開放の頻度を低くで
き、かつ突発的な不良の発生を防止することができる。
【００９２】デポ物の発生状況やメカニズムを調べて、
根本的な対策を検討する上で、これまでは大気開放後の
状況しか調べられず、大きく制約されていた。しかし、
本発明により、デポ物がプロセスの最中に形成されてい
く状況やプロセス後に残留しているデポ物を、大気開放
せずに調べることが可能になる為、これまで直接調べる
ことができなかったデポ物の発生メカニズムや除去プロ
セス後の残留デポ物の状態等を知ることができ、根本的
なデポ物低減方式を確立する為の重要な手段となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を適用したマイクロ波エッチャ
の一部断面斜視図である。
【図２】乱反射の光量と、堆積量との関係である。
【図３】本発明の実施例装置における、石英棒の損傷を
防ぐ為の機構の説明図である。
【図４】本発明の実施例方法による、量産前の装置の準
備における反射量の測定フロ−図である。
【図５】本発明の実施例方法による、通常のエッチング
プロセスにおける反射量の測定フロ−図である。
【図６】本発明の実施例において、光ファイバを用いた
測定を説明する装置の一部断面斜視図である。
【図７】本発明の実施例において、チャンバの表面やデ
ポ物を分析するプローブを用いた測定の説明図である。
【図８】本発明の実施例において、プローブ表面のデポ
物を分析する要部の斜視図である。
【図９】本発明の実施例において、窓の表面やデポ物を
分析する装置要部の一部断面斜視図である。
【図１０】本発明の実施例に用いる窓の斜視図である。
【符号の説明】
１１…チャンバ、１２…ウエハ、１３…石英窓、１４…
導波管、１５…マイクロ波、１６…照射光、１７…乱反
射光、１８…光導入部、１９…石英棒、１２０…受光
部、１２１…ウエハ保持・冷却装置、１２３…電磁石、
２１…石英棒、２２…ベローズ、２３…蓋、２４…受光
面、２５…入射光、５１…光ファイバ、５２…プロー
ブ、６１…レンズアダプタ、６２…照射プリズム、６３
…チャンバ又はウエハ、６４…受光プリズム、６５…デ
ポ物、７１…内部反射プリズム、８２…光入射アダプ
タ、８３…受光アダプタ、８４…検出器、９１…テー
パ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市東豊井794番地 株式会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 田村 直行 山口県下松市東豊井794番地 株式会社 日立製作所 笠戸工場内 (56)参考文献 特開 平４−234115（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−74714（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−238018（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−166905（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−12251（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−276657（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−183919（ＪＰ，Ａ) 実公 平５−26737（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/205

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被処理ウエハを保持するウエハ保持部を備
    えたチャンバと、該チャンバ内に光を照射する光導入部
    と、前記照射光による前記チャンバ内面からの反射光が
    受光される受光部と、前記受光部で受光した光を測定す
    る光量測定器と、を有し、前記ウエハ保持部は前記光導
    入部と前記受光部との間を遮る位置に配置されることを
    特徴とする半導体製造装置。
  2. 【請求項２】チャンバと、該チャンバ内に光を照射する
    光導入部と、前記照射光による前記チャンバ内面からの
    反射光が集光される受光部と、前記チャンバ内面の複数
    箇所で反射した光の総光量を測定する光量測定器と、前
    記測定結果に基いてチャンバ内の付着物の清掃の判別を
    行う機構とを有することを特徴とする半導体製造装置。
  3. 【請求項３】チャンバと、該チャンバ内に光を照射する
    光導入部と、前記チャンバ内からの反射光を受光する光
    受光部とを備え、前記受光部は、前記光導入部からの直
    接入射光を防ぐよう形成され、前記照射光による前記チ
    ャンバ内面の各所からの反射光を受光され、前記チャン
    バ内面で反射した光を測定する光量測定器と、前記受光
    量が所定基準より下がったら、チャンバ内の付着物など
    を清掃するように表示する機構を備えることを特徴とす
    る半導体製造装置。
  4. 【請求項４】ドライエッチングを行うチャンバと、磁場
    を生じさせるための磁石と、電磁波を生じさせるための
    電磁波源と、被処理ウエハを保持するウエハ保持部と、
    該チャンバ内に光を照射する光導入部と、前記照射光に
    よる前記チャンバ内面からの反射光が受光される受光部
    と、前記受光部で受光した光を測定する光量測定器と、
    を有し、前記ウエハ保持部は前記光導入部と前記受光部
    との間を遮る位置に配置されることを特徴とするドライ
    エッチング装置。
  5. 【請求項５】ドライエッチングを行うチャンバと、磁場
    を生じさせるための磁石と、電磁波を生じさせるための
    電磁波源と、該チャンバ内に光を照射する光導入部と、
    前記照射光による前記チャンバ内面の各所からの反射光
    が集光される受光部と、前記チャンバ内面の複数箇所で
    反射した光の総光量を測定する光量測定器と、前記測定
    結果に基いてチャンバ内の付着物の清掃の判別を行う機
    構を有することを特徴とするドライエッチング装置。
  6. 【請求項６】ドライエッチングを行うチャンバと、磁場
    を生じさせるための磁石と、電磁波を生じさせるための
    電磁波源と、該チャンバ内に光を照射する光導入部と、
    前記チャンバ内の反射光する受光部とを備え、前記受光
    部は、前記光導入部からの直接入射光を防ぐよう形成さ
    れ、前記光前記照射光による前記チャンバ内面の各所か
    らの反射光を受光され、前記チャンバ内面で反射した光
    を測定する光量測定器と、前記受光量が所定基準より下
    がったら、チャンバ内の付着物などを清掃するように表
    示する機構を備えることを特徴とするドライエッチング
    装置。
  7. 【請求項７】半導体製造装置のチャンバ内に一端が面す
    るよう配置した光導入部から前記チャンバ内に光を照射
    し、前記照射光による前記チャンバ内面の各所からの反
    射光を受光部で受光し、受光した光量が所定の基準より
    下がったら、チャンバ内の被処理ウエハをチャンバから
    搬出した後、前記付着物を除去する処理を開始、停止及
    び／または制御することを特徴とする半導体製造方法。
  8. 【請求項８】半導体製造装置のチャンバ内に一端が面す
    るよう配置した光導入部から前記チャンバ内に光を照射
    し、前記チャンバ内に堆積した堆積物に基いて変化した
    前記チャンバ内面の各所からの前記照射光の反射光を受
    光部で受光し、受光した光量に基いて、前記チャンバを
    大気開放せずに前記付着物を除去するクリーニング処理
    を行う工程と、前記チャンバを大気開放して前記付着物
    を除去する清掃を行う工程とを備えたことを特徴とする
    半導体製造方法。
  9. 【請求項９】半導体製造装置のチャンバ内に一端が面す
    るよう配置した光導入部から前記チャンバ内に光を照射
    し、前記光導入部からの直接入射光を防ぐよう形成さ
    れ、前記照射光による前記チャンバ内面の各所からの反
    射光を受光部で受光し、受光した光量が所定の基準より
    下がったら、チャンバ内の付着物などを清掃するよう表
    示することを特徴とする半導体製造方法。
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