JP3543947B2 - リアクタ内堆積膜厚モニタ装置およびドライプロセス処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造、液晶表示素子製造等の微細薄膜パターンを組み合わせた素子の製造において、薄膜を形成する成膜処理、薄膜に微細パターンを形成するエッチング処理、などの成膜、加工処理時のリアクタ内壁面の状況をモニタする装置並びにモニタ装置を組み込んだ成膜、加工装置による成膜、加工処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造や液晶表示素子の製造等に用いられる成膜処理、微細パターン形成処理では、処理中にリアクタの内壁面に堆積膜が形成され、この堆積膜の膜厚が厚くなると、堆積膜の剥がれ等による塵埃の発生原因となり、高精度の成膜処理等が困難となる。
【０００３】
このリアクタの内壁面に堆積する膜のモニタ方法としては、リアクタに設けた１つの窓から測定光をリアクタ内部に照射して、リアクタに設けた他の窓から出射した測定光を測定し、その測定光の変化から堆積膜の状態をモニタする方法が、例えば、特開平９−３６１０２号公報、特開平１１−１４０６５５号公報に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、堆積膜が厚くなっていなくとも、堆積膜の表面の凹凸状態が顕著となると、堆積膜の剥がれが発生する可能性がある。
【０００５】
したがって、堆積膜の厚みのみならず、表面の状態も検出することができれば、リアクタの内壁面のクリーニング処理が必要か否かを正確に判断することができる。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術に示された堆積膜の測定方法では、リアクタ内に設けた各窓を通過する測定光は、各窓に堆積した堆積膜の膜厚の影響と、堆積膜表面に形成される凹凸による散乱の影響との両方の影響を受けており、両者を区別して検出することができなかった。
【０００７】
このため、従来の技術にあっては、リアクタ内の堆積膜の状態を高精度にモニタすることができないという問題があった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタ可能なモニタ装置を実現することである。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタし、リアクタ内に塵埃が発生する前の適切な時期にリアクタ内壁面のクリーニング処理を行うドライプロセス処理方法及びドライプロセス処理装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）ドライプロセス処理装置の処理リアクタ内壁面に堆積する堆積膜厚を検出するリアクタ内堆積膜厚モニタ装置において、上記処理リアクタの外部から、この処理リアクタに向けて測定光を照射する測定光照射手段と、上記処理リアクタの内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理リアクタの内部側に透過する測定窓と、上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理リアクタの内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理リアクタ内部側表面から反射された測定光の結像パターンを結像させて検出する検出手段と、上記検出された各々のパターンを比較して、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜を評価する手段とを備える。
【００１１】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記測定窓の上記リアクタの内壁面側の内面には、上記測定光の一部を反射し、測定光の他の部分を透過する反射透過膜が形成されている。
【００１２】
（３）また、好ましくは、上記（１）において、上記測定窓は、測定光を反射する複数の長方形状の測定光反射部分と、上記複数の測定光反射部分の間に形成される複数の長方形状の測定光透過部分とを有し、上記測定光照射手段から上記測定窓に照射される測定光は、長方形状であり、この長方形状の測定光は、上記長方形状の測定光反射部分及び測定光透過部分に対して、ほぼ直交するように照射され、上記検出手段は、上記複数の長方形状の測定光反射部分から反射された測定光と、複数の長方形状の測定光透過部分を透過し、測定窓の内面に堆積した堆積膜の処理リアクタ内部側表面から反射された測定光とを検出する。
（４）ドライプロセス処理装置の処理リアクタ内壁面に堆積する堆積膜厚を検出するリアクタ内堆積膜厚モニタ装置において、上記処理リアクタの外部から、この処理リアクタに向けて測定光を照射する測定光照射手段と、上記処理リアクタの内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理リアクタの内部側に透過する測定窓と、上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理リアクタの内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理リアクタの内部側表面から反射された測定光の結像パターンとを検出する手段と、上記検出された各々のパターンを比較する比較手段と、を備え、上記測定窓は、測定光を反射する複数の測定光反射部分と、上記測定光反射部分の間に形成される測定光透過部分とを有し、上記測定光照射手段から上記測定窓に照射される測定光は、上記複数の測定光反射部分及び測定光透過部分に及ぶように照射される。
【００１３】
（５）所定のガス雰囲気の処理室内にて放電を発生させ、処理対象物を処理することにより、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングするドライプロセス処理方法において、上記処理室の外部から、処理室に向けて測定光を照射し、上記処理室の内壁面に形成された測定窓により、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理室の内部側に透過し、上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理室の内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理室内部側表面から反射された測定光の結像パターンとを検出し、上記検出した各々の上記パターンを比較して、上記測定光に基づいて、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜を評価し、堆積膜の評価に従って、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングする時期を判断する。
【００１４】
（６）好ましくは、上記（５）において、上記測定窓により反射された測定光の光軸と、上記測定窓を透過し、上記堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の光軸とのずれに基づいて、上記内面の堆積膜の厚さを算出し、算出した厚さ及び上記反射する部分から反射された測定光の光量に基づいて上記堆積膜表面の凹凸状態を判定する。
（７）所定のガス雰囲気の処理室内にて放電を発生させ、処理対象物を処理することにより、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングするドライプロセス処理装置において、上記処理室の外部から、この処理室に向けて測定光を照射する測定光照射手段と、上記処理室の内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理室の内部側に透過する測定窓と、上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理室の内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の結像パターンを結像させて検出する検出手段と、上記検出された各々のパターンを比較して、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜を評価し、この堆積膜の評価に従って、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングする時期を判断する手段と、を備える。
【００１５】
（８）好ましくは、上記（７）において、上記堆積膜評価手段は、上記測定窓により反射された測定光の光軸と、上記測定窓を透過し、上記堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の光軸とのずれに基づいて、上記内面の堆積膜の厚さを算出し、算出した厚さ及び上記反射する部分から反射された測定光の光量に基づいて上記堆積膜表面の凹凸状態を判定する。
【００１６】
本発明では堆積膜が形成される測定窓の外から、測定窓のリアクタ内面側で全反射する入射角で測定光を照射し、測定窓の内面側からの反射光、測定窓の内壁面に堆積した堆積膜の表面で全反射された測定光の位置関係を測定することで、堆積膜の膜厚を求める。
【００１７】
堆積膜の表面の凹凸が大きくなると堆積膜表面での全反射による反射光が低下する。
【００１８】
膜厚の増加による反射光の低下は、先に測定した膜厚から算出することで、堆積膜表面の凹凸による反射光量の低下を測定する。
【００１９】
以上により、堆積膜厚と堆積膜表面の状況を分離して測定することができる。
【００２０】
堆積膜の剥離による塵埃発生は、膜厚と、堆積膜の表面状態とによるため、この二つを分離して測定することで精度良く塵埃発生時期を予測でき、その予測結果に基づき適切な時期にクリーニング処理を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るモニタ装置の概略構成図であり、図５は図１に示したモニタ装置が設置されたドライプロセス処理装置の概略構成図であり、プラズマ処理装置に適用した場合の例である。
【００２３】
図５において、ドライプロセス処理装置３０のプラズマ処理室２１内には、ステージ２５上に処理基板２６が配置されている。
【００２４】
そして、高周波電源２３から電極２４に電力が供給され、処理基板２６がプラズマ処理される。電極２４とプラズマ処理室２１の内壁部とは絶縁材２２により絶縁されている。
【００２５】
そして、プラズマ処理室２１内の堆積膜の状態をモニタするモニタ装置２０がプラズマ処理室２１に取り付けられている。
【００２６】
次に、図１を参照して、モニタ装置２０について説明する。
リアクタ１（プラズマ処理装置３０に対応）の内壁面には測定窓２が組み付けられている。この測定窓２は、測定窓２から真空中に出る光の全反射条件が４４度以上になる屈折率を有する材料を用いている。
【００２７】
また、測定窓２の側面には、互いに対称に設けられた反射面７ａ、７ｂが設けられており、測定窓２の面２ｂに垂直に入射した測定光が反射面７ａにて反射され、リアクタ１内に面する面２ａに４５度で入射する角度となるように、上記反射面７ａが配置されている。
【００２８】
反射面７ａにおける測定光の入射角は、６７．５度になり、全反射され、面２ａに入射される。そして、面２ａで全反射された測定光が、反射面７ｂに入射角６７．５度で入射するように設定されている。
【００２９】
光源３から発生された測定光は、レンズ４を介してスリット５に照射され、スリット５に形成されたパターンとなった測定光は、レンズ６を通り、光軸が測定窓２の面２ｂに垂直となるように入射する。そして、面２ｂに入射した測定光は、反射面７ａで反射され、測定窓２の面２ａに結像するように設定されている。
【００３０】
面２ａの結像領域には、図３に示すパターンが形成されている。このパターンは、複数の長方形状の反射部分１５と、これら反射部分１５の間に形成された透過部分１６からなる。
【００３１】
そして、スリット５にも、複数の長方形状のスリットパターンが形成されており、このスリット５のスリットパターンは、面２ａに形成された長方形状のパターンと、互いに直交するように設定されている。
【００３２】
面２ａで反射した測定光は、反射面７ｂで反射され、光軸が面２ｂに垂直な方向で、面２ｂを通過し、レンズ８によりＴＶカメラ９の撮像面に結像される。そして、ＴＶカメラ９の撮像面に結像された画像からリアクタ１内の堆積膜が、堆積膜評価部１０により評価される。
【００３３】
リアクタ１内でエッチング処理、ＣＶＤ処理等を行うと、リアクタ１の内壁面には反応生成物の堆積膜が形成される。したがって、測定窓２の面２ａにも同じ反応生成物の堆積膜が形成される。
【００３４】
図２に示すように、測定窓２ａに堆積膜１１が形成されると、光軸１２で面２ａの透過部分１６に照射された測定光は、測定窓２と堆積膜１１との界面では全反射せず、堆積膜表面１１ａで全反射し、光軸１４の経路で反射される。
【００３５】
つまり、測定窓２の面２ａに形成されたパターンの透過部分１６を通過する測定光は光軸１４の経路を通るように堆積膜表面１１ａで反射され、面２ａの反射部分１５に照射された測定光は、光軸１３の経路を通るように反射される。
【００３６】
これらの反射光は、反射面７ｂで反射され、レンズ８を介してＴＶカメラ９の撮像面に結像する。
【００３７】
そして、ＴＶカメラ９の画面上では、図４に示す画面が得られる。つまり、反射部分１５で反射された光軸１３の経路を通った測定光は、パターン１７としてＴＶカメラ９の画面上に現れ、光軸１４の経路を通った測定光は、パターン１８としてＴＶカメラ９の画面上に現れる。
【００３８】
本発明の一実施形態においては、測定光が、堆積膜表面１１ａで全反射するために、パターン１７とパターン１８との光量差は大きくはない。しかしながら、全反射でない条件とし、堆積膜表面１１ａからリアクタ１の内部に測定光の一部が透過する条件では、堆積膜１１からの反射光は、反射部分１５からの光量の１／１００近くとなり、精度の良い検出ができない。
【００３９】
したがって、上述したように、測定光が、堆積膜表面１１ａで全反射する条件に設定すれば、パターン１７とパターン１８との光量差は大きくはないが、光量は、大であるので、高精度の検出が可能となる。
【００４０】
堆積膜評価部１０では、堆積膜厚の算出のために、まず、パターン１７とパターン１８とのずれ量ｘ（図４に示す）を測定し、レンズ８による倍率、撮像面とＴＶカメラ９の画面との間での倍率から、光軸１３と光軸１４との光軸間の寸法を求める。
【００４１】
光軸間の寸法は、堆積膜の膜厚を「ｄ」とすると、「２ｄｔａｎθ２＊ｃｏｓθ１」で表すことができる。
【００４２】
「θ１」は、図２に示すように、光軸１２と面２ａの垂線とのなす角度であり、本発明の一実施形態では４５度に設定されている。
【００４３】
また、「θ２」は、図２に示すように、面２ａから入射した測定光と堆積膜表面１１ａの垂線とのなす角度であり、堆積膜１１の屈折率により決定される値である。
【００４４】
そして、予め、一条件のサンプルで堆積膜１１の膜厚を段差測定器等で測定し、この膜厚と光軸間の寸法との関係から「θ２」を求めることができる。
【００４５】
この求めた角度「θ２」の値に基づいて、光軸間の寸法ｘから堆積膜１１の膜厚を測定することができる。なお、堆積膜１１の膜厚の測定精度は、パターン１７とパターン１８との間の寸法精度を画像処理により高精度に算出することで０．１ミクロンの精度で測定することができる。
【００４６】
ところで、堆積膜表面１１ａは、堆積膜１１の厚さが大となるにつれて凹凸が成長する、つまり、凹凸の差が顕著となる。堆積膜１１の、このような凹凸の成長は塵埃発生の原因となるため、塵埃発生を予測するためには堆積膜厚とこの表面の凹凸とを評価しなければならない。
【００４７】
堆積膜表面１１ａの凹凸が成長すると、測定光がこの凹凸により、散乱されて堆積膜表面１１ａで全反射される測定光の割合が低下する。
【００４８】
そのため、パターン１７とパターン１８との光量に差が生じるが、差が生じる要因としては（１）堆積膜表面の状態と、（２）堆積膜中を測定光が通過する間の測定光の吸収との２つの要因がある。
【００４９】
したがって、本発明の一実施形態では、堆積膜１１の膜厚の測定結果により、堆積膜１１の表面に凹凸が無い場合の反射光量と膜厚との関係から、測定光の膜中の吸収を補正し、堆積膜１１の表面状態を判定することができるようにした。
【００５０】
これにより、堆積膜１１の膜厚および表面状態を、互いに独立してモニタすることができるようになった。
【００５１】
堆積膜１１の表面の凹凸が大きい場合には、堆積膜厚が薄くても塵埃の発生が増加する可能性が高くなる。本発明の一実施形態では、この表面の凹凸の状況を独立にモニタ装置２０により、モニタすることにより、堆積膜評価部１０において、クリーニング処理時期をより精度良く判定することができるようになった。
【００５２】
そして、モニタ装置２０により、クリーニング処理時期と判定されると、図５のドライプロセス処理装置３０によりクリーニング処理が実行される。
【００５３】
つまり、ドライプロセス処理装置３０のプラズマ処理室２１に４フッ化メタンガス（好ましくは、４フッ化メタンガス＋酸素ガス）を導入し、処理室２１内で放電を発生して、堆積膜を除去する。
【００５４】
なお、堆積膜膜評価部１０がクリーニング時期と判断した場合は、そのことを表示する（文字表示、サイン、アラーム音等）表示部を備えることもできる。
【００５５】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、リアクタ１に形成された測定窓２に、この測定窓２のリアクタ１の内部側の面２ａに、全反射する反射部分１５と透過部分１６とのパターンを形成し、堆積膜１１が堆積していない場合には、内部側の面２ａで全反射される条件で、測定光を照射する。面２ａに堆積膜１１が形成された場合には、測定光は、面２ａを透過し、堆積膜１１の表面１１ａで反射された測定光と、面２ａの反射部分１５で反射された測定光とのズレｘを計測し、堆積膜１１の膜厚を測定する。また、堆積膜１１の膜表面１１ａからの反射光の光量を、表面１１ａに凹凸が形成されていない場合の光量と比較することによって、表面１１ａの凹凸状態を評価する。
【００５６】
したがって、本発明の一実施形態によれば、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタ可能なモニタ装置を実現することができる。
【００５７】
また、上記モニタ装置により、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタし、リアクタ内に塵埃が発生する前の適切な時期にリアクタ内壁面のクリーニング処理を行うドライプロセス処理方法及びドライプロセス処理装置を実現することができる。
【００５８】
なお、上述した一実施形態においては、測定窓２の面２ａには図３に示すパターンを形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、測定窓２の面２ａからの反射光と堆積膜１１の表面からの全反射光が得られる方式であればよく、面２ａに入射光（測定光）の一部を反射し、入射光の他の部分を透過させる膜を形成する方式でも実現可能である。
【００５９】
この場合、検出される主なパターンは２本の線となり、この線の間隔を測定することで、図示した例と同様に堆積膜厚を測定できる。
【００６０】
なお、面２ａに形成するパターン１５の長さは、ＴＶカメラ９の視野範囲で良好な画像を得ることができる長さであればよい。
【００６１】
また、パターン１５等を面２ａに形成しない場合であっても、堆積膜１１が形成された後に、面２ａからは微弱な反射光はあるため、反射光の検出感度をあげる方法でも、堆積膜厚等の測定は可能である。
【００６２】
また、上述した例においては、測定光の面２ａへの入射角を４５度に設定したが、これはこの角度に限定されるものではなく、測定窓２の面２ａで堆積膜１１が付着しない条件では全反射し、堆積膜１１が付着した後は、この堆積膜１１と測定窓２との界面で全反射が起きず、測定光が堆積膜１１中を進行する条件であれば良い。
【００６３】
なお、堆積膜１１が測定窓２に堆積していない場合には、測定窓２の面２ａで測定光が全反射される条件で、測定光を測定窓２に入射させるように構成したので、堆積膜１１が面２ａに堆積されたときには、堆積膜１１の屈折率によらず、堆積膜表面１１ａでは、測定光の全反射が起きるため、測定光は堆積膜１１を透過することなく、堆積膜１１中を通過した測定光を検出することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタ可能なモニタ装置を実現することができる。
【００６５】
また、上記モニタ装置により、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタし、リアクタ内に塵埃が発生する前の適切な時期にリアクタ内壁面のクリーニング処理を行うドライプロセス処理方法及びドライプロセス処理装置を実現することができる。
【００６６】
したがって、半導体素子製造、液晶表示素子製造等の微細薄膜パターンを組み合わせた素子の製造において、塵埃の発生が増加することを防止し、歩留まりの良い生産ができるとともに、半導体素子、液晶表示素子等の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るモニタ装置の概略構成図である。
【図２】図１のモニタ装置において、堆積膜付着部分での測定光の光路を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態における測定窓に形成されるパターンの構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における検出像を示す図である。
【図５】図１に示したモニタ装置が設置されたドライプロセス処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ リアクタ
２ 測定窓
２ａ 測定窓の面
３ 光源
４、６、８ レンズ
５ スリット
７ａ、７ｂ 反射面
９ ＴＶカメラ
１０ 堆積膜評価部
１１ 堆積膜
１１ａ 堆積膜表面
１２、１３ 光軸
１５ 反射部分
１６ 透過部分
２０ モニタ装置
２１ プラズマ処理装置
２２ 絶縁材
２３ 高周波電源
２４ 電源
２５ ステージ
２６ 処理基板
３０ ドライプロセス処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造、液晶表示素子製造等の微細薄膜パターンを組み合わせた素子の製造において、薄膜を形成する成膜処理、薄膜に微細パターンを形成するエッチング処理、などの成膜、加工処理時のリアクタ内壁面の状況をモニタする装置並びにモニタ装置を組み込んだ成膜、加工装置による成膜、加工処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造や液晶表示素子の製造等に用いられる成膜処理、微細パターン形成処理では、処理中にリアクタの内壁面に堆積膜が形成され、この堆積膜の膜厚が厚くなると、堆積膜の剥がれ等による塵埃の発生原因となり、高精度の成膜処理等が困難となる。
【０００３】
このリアクタの内壁面に堆積する膜のモニタ方法としては、リアクタに設けた１つの窓から測定光をリアクタ内部に照射して、リアクタに設けた他の窓から出射した測定光を測定し、その測定光の変化から堆積膜の状態をモニタする方法が、例えば、特開平９−３６１０２号公報、特開平１１−１４０６５５号公報に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、堆積膜が厚くなっていなくとも、堆積膜の表面の凹凸状態が顕著となると、堆積膜の剥がれが発生する可能性がある。
【０００５】
したがって、堆積膜の厚みのみならず、表面の状態も検出することができれば、リアクタの内壁面のクリーニング処理が必要か否かを正確に判断することができる。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術に示された堆積膜の測定方法では、リアクタ内に設けた各窓を通過する測定光は、各窓に堆積した堆積膜の膜厚の影響と、堆積膜表面に形成される凹凸による散乱の影響との両方の影響を受けており、両者を区別して検出することができなかった。
【０００７】
このため、従来の技術にあっては、リアクタ内の堆積膜の状態を高精度にモニタすることができないという問題があった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタ可能なモニタ装置を実現することである。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタし、リアクタ内に塵埃が発生する前の適切な時期にリアクタ内壁面のクリーニング処理を行うドライプロセス処理方法及びドライプロセス処理装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）ドライプロセス処理装置の処理リアクタ内壁面に堆積する堆積膜厚を検出するリアクタ内堆積膜厚モニタ装置において、上記処理リアクタの外部から、この処理リアクタに向けて測定光を照射する測定光照射手段と、上記処理リアクタの内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理リアクタの内部側に透過する測定窓と、上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理リアクタの内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理リアクタ内部側表面から反射された測定光の結像パターンを結像させて検出する検出手段と、上記検出された各々のパターンを比較して、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜を評価する手段とを備える。
【００１１】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記測定窓の上記リアクタの内壁面側の内面には、上記測定光の一部を反射し、測定光の他の部分を透過する反射透過膜が形成されている。
【００１２】
（３）また、好ましくは、上記（１）において、上記測定窓は、測定光を反射する複数の長方形状の測定光反射部分と、上記複数の測定光反射部分の間に形成される複数の長方形状の測定光透過部分とを有し、上記測定光照射手段から上記測定窓に照射される測定光は、長方形状であり、この長方形状の測定光は、上記長方形状の測定光反射部分及び測定光透過部分に対して、ほぼ直交するように照射され、上記検出手段は、上記複数の長方形状の測定光反射部分から反射された測定光と、複数の長方形状の測定光透過部分を透過し、測定窓の内面に堆積した堆積膜の処理リアクタ内部側表面から反射された測定光とを検出する。
（４）ドライプロセス処理装置の処理リアクタ内壁面に堆積する堆積膜厚を検出するリアクタ内堆積膜厚モニタ装置において、上記処理リアクタの外部から、この処理リアクタに向けて測定光を照射する測定光照射手段と、上記処理リアクタの内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理リアクタの内部側に透過する測定窓と、上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理リアクタの内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理リアクタの内部側表面から反射された測定光の結像パターンとを検出する手段と、上記検出された各々のパターンを比較する比較手段と、を備え、上記測定窓は、測定光を反射する複数の測定光反射部分と、上記測定光反射部分の間に形成される測定光透過部分とを有し、上記測定光照射手段から上記測定窓に照射される測定光は、上記複数の測定光反射部分及び測定光透過部分に及ぶように照射される。
【００１３】
（５）所定のガス雰囲気の処理室内にて放電を発生させ、処理対象物を処理することにより、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングするドライプロセス処理方法において、上記処理室の外部から、処理室に向けて測定光を照射し、上記処理室の内壁面に形成された測定窓により、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理室の内部側に透過し、上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理室の内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理室内部側表面から反射された測定光の結像パターンとを検出し、上記検出した各々の上記パターンを比較して、上記測定光に基づいて、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜を評価し、堆積膜の評価に従って、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングする時期を判断する。
【００１４】
（６）好ましくは、上記（５）において、上記測定窓により反射された測定光の光軸と、上記測定窓を透過し、上記堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の光軸とのずれに基づいて、上記内面の堆積膜の厚さを算出し、算出した厚さ及び上記反射する部分から反射された測定光の光量に基づいて上記堆積膜表面の凹凸状態を判定する。
（７）所定のガス雰囲気の処理室内にて放電を発生させ、処理対象物を処理することにより、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングするドライプロセス処理装置において、上記処理室の外部から、この処理室に向けて測定光を照射する測定光照射手段と、上記処理室の内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理室の内部側に透過する測定窓と、上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理室の内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の結像パターンを結像させて検出する検出手段と、上記検出された各々のパターンを比較して、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜を評価し、この堆積膜の評価に従って、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングする時期を判断する手段と、を備える。
【００１５】
（８）好ましくは、上記（７）において、上記堆積膜評価手段は、上記測定窓により反射された測定光の光軸と、上記測定窓を透過し、上記堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の光軸とのずれに基づいて、上記内面の堆積膜の厚さを算出し、算出した厚さ及び上記反射する部分から反射された測定光の光量に基づいて上記堆積膜表面の凹凸状態を判定する。
【００１６】
本発明では堆積膜が形成される測定窓の外から、測定窓のリアクタ内面側で全反射する入射角で測定光を照射し、測定窓の内面側からの反射光、測定窓の内壁面に堆積した堆積膜の表面で全反射された測定光の位置関係を測定することで、堆積膜の膜厚を求める。
【００１７】
堆積膜の表面の凹凸が大きくなると堆積膜表面での全反射による反射光が低下する。
【００１８】
膜厚の増加による反射光の低下は、先に測定した膜厚から算出することで、堆積膜表面の凹凸による反射光量の低下を測定する。
【００１９】
以上により、堆積膜厚と堆積膜表面の状況を分離して測定することができる。
【００２０】
堆積膜の剥離による塵埃発生は、膜厚と、堆積膜の表面状態とによるため、この二つを分離して測定することで精度良く塵埃発生時期を予測でき、その予測結果に基づき適切な時期にクリーニング処理を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るモニタ装置の概略構成図であり、図５は図１に示したモニタ装置が設置されたドライプロセス処理装置の概略構成図であり、プラズマ処理装置に適用した場合の例である。
【００２３】
図５において、ドライプロセス処理装置３０のプラズマ処理室２１内には、ステージ２５上に処理基板２６が配置されている。
【００２４】
そして、高周波電源２３から電極２４に電力が供給され、処理基板２６がプラズマ処理される。電極２４とプラズマ処理室２１の内壁部とは絶縁材２２により絶縁されている。
【００２５】
そして、プラズマ処理室２１内の堆積膜の状態をモニタするモニタ装置２０がプラズマ処理室２１に取り付けられている。
【００２６】
次に、図１を参照して、モニタ装置２０について説明する。
リアクタ１（プラズマ処理装置３０に対応）の内壁面には測定窓２が組み付けられている。この測定窓２は、測定窓２から真空中に出る光の全反射条件が４４度以上になる屈折率を有する材料を用いている。
【００２７】
また、測定窓２の側面には、互いに対称に設けられた反射面７ａ、７ｂが設けられており、測定窓２の面２ｂに垂直に入射した測定光が反射面７ａにて反射され、リアクタ１内に面する面２ａに４５度で入射する角度となるように、上記反射面７ａが配置されている。
【００２８】
反射面７ａにおける測定光の入射角は、６７．５度になり、全反射され、面２ａに入射される。そして、面２ａで全反射された測定光が、反射面７ｂに入射角６７．５度で入射するように設定されている。
【００２９】
光源３から発生された測定光は、レンズ４を介してスリット５に照射され、スリット５に形成されたパターンとなった測定光は、レンズ６を通り、光軸が測定窓２の面２ｂに垂直となるように入射する。そして、面２ｂに入射した測定光は、反射面７ａで反射され、測定窓２の面２ａに結像するように設定されている。
【００３０】
面２ａの結像領域には、図３に示すパターンが形成されている。このパターンは、複数の長方形状の反射部分１５と、これら反射部分１５の間に形成された透過部分１６からなる。
【００３１】
そして、スリット５にも、複数の長方形状のスリットパターンが形成されており、このスリット５のスリットパターンは、面２ａに形成された長方形状のパターンと、互いに直交するように設定されている。
【００３２】
面２ａで反射した測定光は、反射面７ｂで反射され、光軸が面２ｂに垂直な方向で、面２ｂを通過し、レンズ８によりＴＶカメラ９の撮像面に結像される。そして、ＴＶカメラ９の撮像面に結像された画像からリアクタ１内の堆積膜が、堆積膜評価部１０により評価される。
【００３３】
リアクタ１内でエッチング処理、ＣＶＤ処理等を行うと、リアクタ１の内壁面には反応生成物の堆積膜が形成される。したがって、測定窓２の面２ａにも同じ反応生成物の堆積膜が形成される。
【００３４】
図２に示すように、測定窓２ａに堆積膜１１が形成されると、光軸１２で面２ａの透過部分１６に照射された測定光は、測定窓２と堆積膜１１との界面では全反射せず、堆積膜表面１１ａで全反射し、光軸１４の経路で反射される。
【００３５】
つまり、測定窓２の面２ａに形成されたパターンの透過部分１６を通過する測定光は光軸１４の経路を通るように堆積膜表面１１ａで反射され、面２ａの反射部分１５に照射された測定光は、光軸１３の経路を通るように反射される。
【００３６】
これらの反射光は、反射面７ｂで反射され、レンズ８を介してＴＶカメラ９の撮像面に結像する。
【００３７】
そして、ＴＶカメラ９の画面上では、図４に示す画面が得られる。つまり、反射部分１５で反射された光軸１３の経路を通った測定光は、パターン１７としてＴＶカメラ９の画面上に現れ、光軸１４の経路を通った測定光は、パターン１８としてＴＶカメラ９の画面上に現れる。
【００３８】
本発明の一実施形態においては、測定光が、堆積膜表面１１ａで全反射するために、パターン１７とパターン１８との光量差は大きくはない。しかしながら、全反射でない条件とし、堆積膜表面１１ａからリアクタ１の内部に測定光の一部が透過する条件では、堆積膜１１からの反射光は、反射部分１５からの光量の１／１００近くとなり、精度の良い検出ができない。
【００３９】
したがって、上述したように、測定光が、堆積膜表面１１ａで全反射する条件に設定すれば、パターン１７とパターン１８との光量差は大きくはないが、光量は、大であるので、高精度の検出が可能となる。
【００４０】
堆積膜評価部１０では、堆積膜厚の算出のために、まず、パターン１７とパターン１８とのずれ量ｘ（図４に示す）を測定し、レンズ８による倍率、撮像面とＴＶカメラ９の画面との間での倍率から、光軸１３と光軸１４との光軸間の寸法を求める。
【００４１】
光軸間の寸法は、堆積膜の膜厚を「ｄ」とすると、「２ｄｔａｎθ２＊ｃｏｓθ１」で表すことができる。
【００４２】
「θ１」は、図２に示すように、光軸１２と面２ａの垂線とのなす角度であり、本発明の一実施形態では４５度に設定されている。
【００４３】
また、「θ２」は、図２に示すように、面２ａから入射した測定光と堆積膜表面１１ａの垂線とのなす角度であり、堆積膜１１の屈折率により決定される値である。
【００４４】
そして、予め、一条件のサンプルで堆積膜１１の膜厚を段差測定器等で測定し、この膜厚と光軸間の寸法との関係から「θ２」を求めることができる。
【００４５】
この求めた角度「θ２」の値に基づいて、光軸間の寸法ｘから堆積膜１１の膜厚を測定することができる。なお、堆積膜１１の膜厚の測定精度は、パターン１７とパターン１８との間の寸法精度を画像処理により高精度に算出することで０．１ミクロンの精度で測定することができる。
【００４６】
ところで、堆積膜表面１１ａは、堆積膜１１の厚さが大となるにつれて凹凸が成長する、つまり、凹凸の差が顕著となる。堆積膜１１の、このような凹凸の成長は塵埃発生の原因となるため、塵埃発生を予測するためには堆積膜厚とこの表面の凹凸とを評価しなければならない。
【００４７】
堆積膜表面１１ａの凹凸が成長すると、測定光がこの凹凸により、散乱されて堆積膜表面１１ａで全反射される測定光の割合が低下する。
【００４８】
そのため、パターン１７とパターン１８との光量に差が生じるが、差が生じる要因としては（１）堆積膜表面の状態と、（２）堆積膜中を測定光が通過する間の測定光の吸収との２つの要因がある。
【００４９】
したがって、本発明の一実施形態では、堆積膜１１の膜厚の測定結果により、堆積膜１１の表面に凹凸が無い場合の反射光量と膜厚との関係から、測定光の膜中の吸収を補正し、堆積膜１１の表面状態を判定することができるようにした。
【００５０】
これにより、堆積膜１１の膜厚および表面状態を、互いに独立してモニタすることができるようになった。
【００５１】
堆積膜１１の表面の凹凸が大きい場合には、堆積膜厚が薄くても塵埃の発生が増加する可能性が高くなる。本発明の一実施形態では、この表面の凹凸の状況を独立にモニタ装置２０により、モニタすることにより、堆積膜評価部１０において、クリーニング処理時期をより精度良く判定することができるようになった。
【００５２】
そして、モニタ装置２０により、クリーニング処理時期と判定されると、図５のドライプロセス処理装置３０によりクリーニング処理が実行される。
【００５３】
つまり、ドライプロセス処理装置３０のプラズマ処理室２１に４フッ化メタンガス（好ましくは、４フッ化メタンガス＋酸素ガス）を導入し、処理室２１内で放電を発生して、堆積膜を除去する。
【００５４】
なお、堆積膜膜評価部１０がクリーニング時期と判断した場合は、そのことを表示する（文字表示、サイン、アラーム音等）表示部を備えることもできる。
【００５５】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、リアクタ１に形成された測定窓２に、この測定窓２のリアクタ１の内部側の面２ａに、全反射する反射部分１５と透過部分１６とのパターンを形成し、堆積膜１１が堆積していない場合には、内部側の面２ａで全反射される条件で、測定光を照射する。面２ａに堆積膜１１が形成された場合には、測定光は、面２ａを透過し、堆積膜１１の表面１１ａで反射された測定光と、面２ａの反射部分１５で反射された測定光とのズレｘを計測し、堆積膜１１の膜厚を測定する。また、堆積膜１１の膜表面１１ａからの反射光の光量を、表面１１ａに凹凸が形成されていない場合の光量と比較することによって、表面１１ａの凹凸状態を評価する。
【００５６】
したがって、本発明の一実施形態によれば、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタ可能なモニタ装置を実現することができる。
【００５７】
また、上記モニタ装置により、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタし、リアクタ内に塵埃が発生する前の適切な時期にリアクタ内壁面のクリーニング処理を行うドライプロセス処理方法及びドライプロセス処理装置を実現することができる。
【００５８】
なお、上述した一実施形態においては、測定窓２の面２ａには図３に示すパターンを形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、測定窓２の面２ａからの反射光と堆積膜１１の表面からの全反射光が得られる方式であればよく、面２ａに入射光（測定光）の一部を反射し、入射光の他の部分を透過させる膜を形成する方式でも実現可能である。
【００５９】
この場合、検出される主なパターンは２本の線となり、この線の間隔を測定することで、図示した例と同様に堆積膜厚を測定できる。
【００６０】
なお、面２ａに形成するパターン１５の長さは、ＴＶカメラ９の視野範囲で良好な画像を得ることができる長さであればよい。
【００６１】
また、パターン１５等を面２ａに形成しない場合であっても、堆積膜１１が形成された後に、面２ａからは微弱な反射光はあるため、反射光の検出感度をあげる方法でも、堆積膜厚等の測定は可能である。
【００６２】
また、上述した例においては、測定光の面２ａへの入射角を４５度に設定したが、これはこの角度に限定されるものではなく、測定窓２の面２ａで堆積膜１１が付着しない条件では全反射し、堆積膜１１が付着した後は、この堆積膜１１と測定窓２との界面で全反射が起きず、測定光が堆積膜１１中を進行する条件であれば良い。
【００６３】
なお、堆積膜１１が測定窓２に堆積していない場合には、測定窓２の面２ａで測定光が全反射される条件で、測定光を測定窓２に入射させるように構成したので、堆積膜１１が面２ａに堆積されたときには、堆積膜１１の屈折率によらず、堆積膜表面１１ａでは、測定光の全反射が起きるため、測定光は堆積膜１１を透過することなく、堆積膜１１中を通過した測定光を検出することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタ可能なモニタ装置を実現することができる。
【００６５】
また、上記モニタ装置により、リアクタ内壁面に形成される堆積膜の膜厚と、膜表面の状況とを分離してモニタし、リアクタ内に塵埃が発生する前の適切な時期にリアクタ内壁面のクリーニング処理を行うドライプロセス処理方法及びドライプロセス処理装置を実現することができる。
【００６６】
したがって、半導体素子製造、液晶表示素子製造等の微細薄膜パターンを組み合わせた素子の製造において、塵埃の発生が増加することを防止し、歩留まりの良い生産ができるとともに、半導体素子、液晶表示素子等の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るモニタ装置の概略構成図である。
【図２】図１のモニタ装置において、堆積膜付着部分での測定光の光路を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態における測定窓に形成されるパターンの構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における検出像を示す図である。
【図５】図１に示したモニタ装置が設置されたドライプロセス処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ リアクタ
２ 測定窓
２ａ 測定窓の面
３ 光源
４、６、８ レンズ
５ スリット
７ａ、７ｂ 反射面
９ ＴＶカメラ
１０ 堆積膜評価部
１１ 堆積膜
１１ａ 堆積膜表面
１２、１３ 光軸
１５ 反射部分
１６ 透過部分
２０ モニタ装置
２１ プラズマ処理装置
２２ 絶縁材
２３ 高周波電源
２４ 電源
２５ ステージ
２６ 処理基板
３０ ドライプロセス処理装置
Claims (8)
- ドライプロセス処理装置の処理リアクタ内壁面に堆積する堆積膜厚を検出するリアクタ内堆積膜厚モニタ装置において、
上記処理リアクタの外部から、この処理リアクタに向けて測定光を照射する測定光照射手段と、
上記処理リアクタの内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理リアクタの内部側に透過する測定窓と、
上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理リアクタの内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理リアクタ内部側表面から反射された測定光の結像パターンとを検出する検出手段と、
上記検出された各々のパターンを比較して、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜の厚さを評価する手段と、
を備えることを特徴とするリアクタ内堆積膜厚モニタ装置。 - 請求項１記載のリアクタ内堆積膜厚モニタ装置において、上記測定窓の上記リアクタの内壁面側の内面には、上記測定光の一部を反射し、測定光の他の部分を透過する反射透過膜が形成されていることを特徴とするリアクタ内堆積膜厚モニタ装置。
- 請求項１記載のリアクタ内堆積膜厚モニタ装置において、上記測定窓は、測定光を反射する複数の長方形状の測定光反射部分と、上記複数の測定光反射部分の間に形成される複数の長方形状の測定光透過部分とを有し、上記測定光照射手段から上記測定窓に照射される測定光は、長方形状であり、この長方形状の測定光は、上記長方形状の測定光反射部分及び測定光透過部分に対して、ほぼ直交するように照射され、上記検出手段は、上記複数の長方形状の測定光反射部分から反射された測定光と、複数の長方形状の測定光透過部分を透過し、測定窓の内面に堆積した堆積膜の処理リアクタ内部側表面から反射された測定光とを検出することを特徴とするリアクタ内堆積膜厚モニタ装置。
- ドライプロセス処理装置の処理リアクタ内壁面に堆積する堆積膜厚を検出するリアクタ内堆積膜厚モニタ装置において、
上記処理リアクタの外部から、この処理リアクタに向けて測定光を照射する測定光照射手段と、
上記処理リアクタの内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理リアクタの内部側に透過する測定窓と、
上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理リアクタの内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理リアクタの内部側表面から反射された測定光の結像パターンとを検出する手段と、
上記検出された各々のパターンを比較して、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜の厚さを評価する手段と、
を備え、上記測定窓は、測定光を反射する複数の測定光反射部分と、上記測定光反射部分の間に形成される測定光透過部分とを有し、上記測定光照射手段から上記測定窓に照射される測定光は、上記複数の測定光反射部分及び測定光透過部分に及ぶように照射されることを特徴とするリアクタ内堆積膜厚モニタ装置。 - 所定のガス雰囲気の処理室内にて放電を発生させ、処理対象物を処理することにより、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングするドライプロセス処理方法において、
上記処理室の外部から、処理室に向けて測定光を照射し、
上記処理室の内壁面に形成された測定窓により、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理室の内部側に透過し、
上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理室の内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理室内部側表面から反射された測定光の結像パターンとを検出し、
上記検出した各々の上記パターンを比較して、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜の厚さを評価し、
堆積膜の厚さの評価に従って、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングする時期を判断することを特徴とするドライプロセス処理方法。 - 請求項５のドライプロセス処理方法において、上記測定窓により反射された測定光の光軸と、上記測定窓を透過し、上記堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の光軸とのずれに基づいて、上記内面の堆積膜の厚さを算出し、算出した厚さ及び上記反射する部分から反射された測定光の光量に基づいて上記堆積膜表面の凹凸状態を判定することを特徴とするドライプロセス処理方法。
- 所定のガス雰囲気の処理室内にて放電を発生させ、処理対象物を処理することにより、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングするドライプロセス処理装置において、
上記処理室の外部から、この処理室に向けて測定光を照射する測定光照射手段と、
上記処理室の内壁面に形成され、上記測定光照射手段からの照射された測定光の一部を反射し、他の部分を処理室の内部側に透過する測定窓と、
上記測定窓から反射された測定光の結像パターンと、上記処理室の内部側に透過され、測定窓の内面に堆積した堆積膜内を進み、この堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の結像パターンを結像させて検出する検出手段と、
上記検出された各々のパターンを比較して、上記測定窓の内面に堆積した堆積膜の厚さを評価し、この堆積膜の厚さ評価に従って、上記処理室内に発生する堆積物をクリーニングする時期を判断する手段と、
を備えることを特徴とするドライプロセス処理装置。 - 請求項７のドライプロセス処理装置において、上記クリーニング時期判断手段は、上記測定窓により反射された測定光の光軸と、上記測定窓を透過し、上記堆積膜の処理室の内部側表面から反射された測定光の光軸とのずれに基づいて、上記内面の堆積膜の厚さを算出し、算出した厚さ及び上記反射する部分から反射された測定光の光量に基づいて上記堆積膜表面の凹凸状態を判定することを特徴とするドライプロセス処理装置。
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