JP3717467B2 - 半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法にかかり、特に半導体処理装置の処理室内状態を診断することのできる半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板などの試料の処理に際しては、半導体処理装置として、例えば反応性プラズマを利用したプラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、あるいは処理に適した温度に保持した半導体基板を反応性ガス中に曝すことによって成膜処理を行なう熱ＣＶＤ装置等が使用される。
【０００３】
これらの半導体処理装置には、半導体基板の処理中に生じた反応生成物が処理室の内壁に堆積する。この堆積物は処理室内壁から剥離すると、剥離に伴いパーティクルを生成し、生成したパーティクルが半導体基板表面に落下して基板表面に付着する。パーティクルの付着は、半導体基板表面に設けた集積回路の配線の短絡（ショート）、断線あるいはエッチング残りなどを引き起こす。これにより製品である半導体装置の装置不良の原因となり、製造歩留まりの低下を招く。
【０００４】
このような問題点を回避するために、通常、半導体処理装置の処理室内圧力を真空に維持したままで、反応性ガスを充填して行うガスクリーニングあるいは反応性プラズマを用いて行うプラズマクリーニング等のドライクリーニングを定期的に行い前記反応生成物を除去する。
【０００５】
また、前記ドライクリーニングにより除去できない堆積物については、処理室内を大気に開放し、作業員が水やアルコールなどを用いた手作業で処理室内壁を拭き取るクリーニング作業（ウェットクリーニングあるいはマニュアルクリーニングと呼ばれる）により除去する。また、前記ウェットクリーニングの際には、処理室内壁表面を拭き取る作業の外、処理室内にある金属、石英ガラスあるいはセラミクスなどで構成される部品を分解して取り出し、取り出した部品を洗浄しあるいは表面汚れを拭き取りを行った後、再組み立てを行う。
【０００６】
また、半導体処理処理は前述したように反応性ガスあるいは反応性プラズマを用いるため、処理室内の構成部品は化学的及び熱的に損傷を受け、損耗あるいは破損する。このため前記処理室内の構成部品は定期的に交換する必要がある。所定の寿命に達した構成部品は、例えば前記ウェットクリーニングの際に交換する。
【０００７】
なお、前記ウェットクリーニングに際しては、前述のように処理室内を大気圧に開放した後、手作業で行ない、その後、再組み立てを行い、さらに処理室の真空引きを行なう。このため前記クリーニング作業には長時間を要し、生産性は低下する。従って、前記ウェットクリーニングは、ドライクリーニングによっては半導体基板へのパーティクル付着個数を所定値まで低下させることができない場合等の止むを得ない場合にのみ行なわれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術においては、ウェットクリーニングを行なう際に処理室内を大気圧に戻し、更に処理室蓋を開けて大気に開放する。このため、ウェットクリーニング終了後の処理室再組み立て時に、例えば、処理室蓋の閉め方等の相違等により処理室と処理室蓋との間の接触状態が変化する場合がある。また、処理室内の構成部品を分解清浄した後、再度取り付ける場合、他の部品との間の接触状態が変化することがある。このような場合には、ウェットクリーニング前後において処理装置の成膜レート、エッチングレートあるいはそれらの面内均一性など処理性能が変化する。特に反応性プラズマを用いた半導体製造装置においては、再組み立て時の接触状態の変化等により処理室のインピーダンスなどが変化する。こためウェットクリーニングの前後において、生成される反応性プラズマの電気的特性に変化が生じ、プラズマ処理性能が変化する。
【０００９】
半導体装置の量産現場においては、成膜レートあるいはエッチングレートの経時的変動等の半導体基板の面内における均一性は数パーセント以内に抑えることが要求される。このため前記処理性能の変化は半導体製造における歩留まりの低下の原因となる。
【００１０】
前記ウェットクリーニング前後でプラズマ処理性能が変化する問題に関しては、通常、ウェットクリーニング後に処理室の真空引きを行ない、ＱＣ（Quality Check）基板と呼ばれるテスト用の半導体基板に半導体製造処理を施し、該基板における成膜レートやエッチングレートもしくはそれらの面内均一性などを測定して処理性能を評価する。評価の結果、処理室の再組み立てに不具合がある判断した場合には、再び処理室内を大気に開放して前記処理室再組み立てのチェックを行なう。この場合は、再度の再組み立てまでに長時間を要し生産性の低下を招くことになる。なお、処理室内の構成部品と他の部品との間の接触状態の変化はウェットクリーニング時以外でも発生する。例えば、構成部品あるいは構成部品の近傍の温度変化あるいは処理室内の圧力変化等の繰り返し変化によって前記構成部品を固定するボルトあるいはナット等が弛み、その結果前記接触状態が変化する場合がある。
【００１１】
一方、ウェットクリーニングの頻度あるいはタイミングを決定する主要な要因として、処理室内に堆積した反応生成物の増加に伴う半導体基板へのパーティクル付着個数の増大がある。パーティクル付着個数は、ＱＣ基板に処理を施し、該ＱＣ基板に付着したパーティクルの個数を測定することによって行われ、測定した個数により処理室内の清浄度を評価する。付着したパーティクルの個数の測定は有効な手段であるが処理室内の清浄度を完全に評価することは困難である。すなわち、パーティクル個数は突発的に増大して半導体基板に付着することがあり、ＱＣ基板によって検出されたパーティクル個数が処理に際して問題が無い個数であっても、その後の製品用半導体基板の表面に多くのパーティクルが付着し歩留まりの低下を引き起こすことがしばしば起こる。
【００１２】
特開平４−２０４０３９号公報には、ＡＥ（Acoustic Emission）センサを配置し、該センサにより処理室内壁に堆積した反応生成物の膜に亀裂が入るときに発生する高周波弾性波を検知することが示されている。この方法は、堆積膜の剥離によるパーティクルの発生を検知する有効な手段である。しかし、膜に亀裂が発生した場合には、半導体基板表面にパーティクルが落下して付着することが多い。このため、前記方法のみではパーティクルの発生を未然に検知することはできず、半導体製造における歩留まりの低下を有効に防止することはできない。
【００１３】
更に、半導体処理装置においては、その構成部品が度重なる処理によって損耗し、交換しなければならなくなることがある。特開２００２−１８２７４号公報には、半導体処理装置用の高周波電源等の電気的データをもとに前記消耗品の消耗度予測を行なう技術が示されている。この技術は、金属など導電性部品あるいは厚みが薄い絶縁性部品などに対しては有効である。しかし、プラズマを用いた半導体処理装置は、石英あるいはセラミクスなどの厚みのある絶縁性部材で構成される場合が多く前記電気的データを用いた予測技術では損耗度の診断は困難である
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、ウエットクリーニング後の処理室再組み立ての不都合、あるいは反応生成物の堆積、部品の削れ等の処理室の状況を診断することのできる半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１５】
真空処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成装置及び前記真空処理室内に処理ガスを導入する処理ガス供給手段を備え、前記真空処理室内に配置した試料にプラズマ処理を施す半導体処理装置であって、前記半導体処理装置は、該半導体処理装置に機械的振動を印加する発振手段、及び該発振手段により前記半導体処理装置に生起した機械的振動を検出する受信手段をそれぞれ別体に且つ前記真空処理室に密着させて備え、受信手段による機械的振動の検出値をもとに真空処理室の組み立て状況を診断する診断手段を備えた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る平行平板型プラズマエッチング装置を示す図である。図に示すように、処理室側壁１の上に処理室蓋２を設置し、これにより構成される処理室３内に静電吸着装置４を設ける。処理室側壁１の上端面に円形状に溝を形成し、該溝にＯリング５を埋設する。このＯリング５によって処理室３内の気密を保持する。
【００１７】
静電吸着装置４の上部には絶縁物からなる載置面が構成され、前記絶縁物内部には吸着用電極６を埋設する。吸着用電極６には直流電源７を接続し、吸着用電極６と半導体基板８との間発生した静電気力により半導体基板８を静電吸着する。なお、吸着用電極６と直流電源７との間にはスイッチ９を設け、該スイッチにより直流電源電圧印加のオン・オフを行なう。静電吸着装置４には図示しない駆動装置を接続し、吸着装置上に載置した半導体基板８とシャワープレート間の距離を調整して最適なエッチング処理ができるようにしている。また、静電吸着装置４と処理室側壁１との間には気密を保持するためのベローズ１１が設けられる。
【００１８】
処理ガス１２はパイプ１３を通り、多数の導入孔が設けられたシャワープレート１０を介して処理室３内に導入される。シャワープレート１０には高周波電源１４を接続し、高周波電圧を印加することにより処理ガス１２をプラズマ１５化する。シャワープレート１０と高周波電源１４の間にはスイッチ１６を設け、高周波電圧印加のオン・オフを行なう。なお、シャワープレート１０は治具１７、プレート１８及びボルト１９によって処理室蓋２に固定する。
【００１９】
半導体基板８をプラズマ１５にさらすことにより半導体製造処理（エッチング処理）を行う。このとき、高周波電源２１を介して、静電吸着装置４の内部に埋設した高周波印加電極２０に高周波電圧を印加することにより、静電吸着装置４にバイアス電位印加する。このバイアス電位によりプラズマ１５中に生成したイオンを半導体基板８に引き込むことにより、異方性エッチングを行なうことができる。高周波印加電極２０と高周波電源２１との間にはスイッチ２２が設けられ、高周波電圧印加のオン・オフを行なう。
【００２０】
処理ガス１２及び半導体製造処理における反応で生成した揮発性物質は排気口２３から排出する。排気口２３の先には図示しない真空ポンプが接続されており、これによって処理室３内の圧力を減圧する。
【００２１】
静電吸着装置４の内部には冷媒流路２４を形成し、外部に接続した図示しない冷却装置を介して冷媒供給口２５から冷媒を供給する。冷媒は冷媒流路２４を通り、冷媒排出口２６から排出することにより静電吸着装置４を冷却する。プラズマ処理中に半導体基板８が受ける熱は、この静電吸着装置４を介して冷媒流路２４の内部を流れる冷媒に伝達する。なお、カバー２７は静電吸着装置４をプラズマ１５から保護するためのものである。
【００２２】
また、処理室蓋２上には発振手段として超音波発振機２８を設置し、処理室側壁１の上部には受信手段としてＡＥセンサ２９を設置する。この超音波発振機２８によってパルス状の振動を発生し、処理室蓋２及び処理室側壁１を伝わってきた前記振動をＡＥセンサ２９によって検出する。処理室蓋２と超音波発振機２８との間、及び処理室側壁１とＡＥセンサ２９との間は接着剤を介して接着している。すなわち、接着剤によって超音波発振機２８と処理室蓋２間及びＡＥセンサ２９処理室側壁１間を固定する。前記接着剤により、表面に微小な凹凸を持つ処理室蓋２と超音波発振機２８との間、及び処理室側壁２とＡＥセンサ２９との間の接触が促進され、ＡＥセンサ２９による超音波の検出精度を向上することができる。また、超音波発振機２８にはそれぞれ図示しないコントローラ及び電源を接続する。また、ＡＥセンサ２９には受信信号を処理するための後述する処理手段が接続される。
【００２３】
図２は、前記ＡＥセンサ２９の検出信号を解析して、処理室３の組み立てが正常に行われたか否かを診断する方法を説明する図であり、図２（ａ）は、組み立てが正常に行われた場合、図２（ｂ）は組み立てに不具合がある場合を示す。なお、各図において、横軸は時間（任意単位）を示し、超音波発振機２８によって振動を印加したとき原点とした。また縦軸はＡＥセンサ２９の出力電圧（任意単位）を示す。
【００２４】
図２（ａ）に示すように組み立てが正常に行われた場合では、時間ｔ０においてピーク３０を有する。すなわち、超音波発振機２８によってパルス状の超音波振動が印加されてから、時間がｔ０が経過した後にＡＥセンサ２９の設置場所に到達し、前記超音波振動が検出されたことを示している。また、ピーク時におけるＡＥセンサ２９の検出信号の絶対値はＶ０である。
【００２５】
一方、図２（ｂ）に示すように組み立てに不具合がある場合では、正常に行われた場合と同様に時間ｔ０においてピーク３０’を持つが、ピーク３０’の値は前記Ｖ０よりも小さい値（Ｖ１）である。すなわち、処理室蓋２と処理室側壁１との間には相互の接触の不具合により微少な隙間が生じ、ここを通過する超音波が減衰するためである。また、時間ｔ０におけるピーク３０’の直後に、ピーク３０’よりも低い絶対値を持つピークが連続する領域３１が存在するが、これは前記接触の不具合により生じた微少な隙間の中を伝播することによって遅延した超音波成分を受信したためである。
【００２６】
以上説明したたように、処理室蓋２上に設置した超音波発振機２８から発振された超音波を、処理室側壁１上部に設置したＡＥセンサ２９によって検出し、ＡＥセンサ２９の検出信号におけるピーク３０の絶対値、及びピーク３０’と該ピーク３０’の直後に現れるピーク３０’よりも低い絶対値の電圧を持つ領域３１の有無を評価することにより、処理室３の組み立ての不具合の有無を診断することができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、発振手段として超音波発振機２８を使用したがそれに限定するものではない。また振動として音波に限定するものではないし、音波であっても可聴域のものを使用して構わない。超音波など高い振動数の音波は伝播減衰が大きいという欠点を持つが、周囲の機械的な雑音（例えばポンプなどによる騒音）の影響を受けにくく、また位置標定を行う場合の分解能を上げられるという利点を持つ。一方、低い振動数の音波は伝播減衰が小さいという利点を持つが、周囲の機械的な雑音の影響を受けやすく、また位置標定を行う場合の分解能を上げるのが難しいという欠点を持つ。そのため使用者は本発明の適用において、環境や半導体製造装置の特性などに応じて任意の周波数を使用して構わないが、前記した理由から超音波など高い振動数の音波の使用が好ましい。
【００２８】
また本実施形態では受信手段としてＡＥセンサ２９を使用したが、それに限定するものではない。例えば低い周波数を用いる発振手段を使用した場合には、受信手段として加速度センサを使用することができる。
【００２９】
また本実施形態では処理室蓋２上に発振手段を設置し、処理室側壁１上部に受信手段を設置したが、設置する場所はそれに限定するものではない。例えば処理室蓋２上に受信手段を、処理室側壁１上部に発振手段を設置しても構わない。
【００３０】
また、発振手段及び受信手段はそれぞれ複数を使用しても構わない。その場合には発振に用いる周波数領域がそれぞれ異なるものを用いてもよいし、受信に用いる周波数領域に関しても同様である。音波は周波数に関して前述したような特性を持つため、使用者は本発明の適用において発振及び受信が良好に行われるように、設置場所に応じて異なる周波数領域を使用しても構わない。
【００３１】
また、本実施形態によって診断できるのはウェットクリーニング直後における組み付けの不具合だけではなく、構成部品の固定の不具合を診断できる。例えばシャワープレートを固定している治具１７近傍に受信手段を設置すれば治具１７を固定しているボルト１９の緩みを検知することができる。すなわち発振手段によって発振された振動を、治具１７近傍に設置した受信手段によって受信し、本実施形態と同様な方法により受信信号を分析すれば、前述したピーク３０’直後に現れるピーク３０’よりも低い絶対値の電圧を持つ領域３１の有無を評価することにより、ボルト１９の緩みの有無を診断することができる。
【００３２】
また、組み付けの不具合や構成部品の固定の不具合の診断はウェットクリーニングの直後だけでなく、半導体基板の処理中あるいは処理の合間に行なうこともできる。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。前述したように、静電吸着装置４には、該装置４をプラズマ１５から保護するためのカバー２７が設置されている。静電吸着装置４内部には高周波印加電極２０を埋設し、該電極２０に高周波電源２１を介してバイアス電位を印加することによりプラズマ１５中に生成したイオンを半導体基板８に引き込み、スパッタを行っている。
【００３４】
このため、半導体基板８の近傍にあるカバー２７にもプラズマ１５中のイオンが衝突し、半導体製造処理を行ううちにカバー２７は徐々に削られ、損耗する。
【００３５】
本実施形態では、カバー２７に発振手段として設置した可聴域音波発振機３２にを介して可聴域音波を印加し、カバー２７を伝播する前記音波（振動）を受信手段として用いた加速度センサ３３によって検出することにより、カバー２７の振動を分析してカバー２７の損耗度を診断する。
【００３６】
可聴域音波発振機３２を介して印加する音波の周波数を低い周波数から高い周波数まで連続的あるいは離散的に変化させ、カバー２７を伝播する前記音波（振動）を受信手段として用いた加速度センサ３３によって検出する。印加する音波の周波数がカバー２７の共振周波数に達したとき、カバー２７の振動の大きさが急増する。このため振動を受信している加速度センサ３３からの出力信号電圧の大きさを評価することによって、カバー２７の共振周波数を求めることができる。
【００３７】
前述したようにカバー２７は半導体製造処理を行ううちに徐々に削られるため、共振周波数は徐々に高くなる。この共振周波数を求めることによりカバー２７の損耗度が評価でき、カバー２７が寿命に到達し交換すべきか否かを診断することができる。
【００３８】
図４は、前記カバー２７の共振周波数の推移を示す図である。横軸はプラズマを発生させた累積時間（任意単位）であり、原点はカバー２７を新品に交換した時を表す。縦軸は共振周波数（任意単位）である。前述したようにカバー２７の共振周波数は徐々に高くなるため、予め定めていた閾値を共振周波数が超えたか否かでカバー２７の損耗度の診断を良好に行なうことができる。図４に示した例においては、プラズマを発生させた累積時間がｔ０において共振周波数がｆ０となり、寿命に達したと診断できる。
【００３９】
なお、寿命の診断には閾値を用いるだけでなく、過去の複数の数値データから変化の推移を求め、それを基に判断してもよい。
【００４０】
また本実施形態によって診断できるのは、イオンスパッタによる損耗度だけではない。例えば、カバー２７に亀裂等の異常が発生した場合等には、加速度センサ３３によって検出した振動の共振周波数が過去の数値データの推移から大きく外れ、これにより前記異常を検出することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、プラズマエッチングを例にしてカバー２７の損耗度を評価したが、ＣＶＤ装置のように処理室内の反応生成物の堆積が多い装置の場合にはカバー２７など構成部品に堆積した膜の厚さを評価することができる。エッチング装置の場合にはカバー２７が徐々に削られるために共振周波数が徐々に高くなる。一方、前記ＣＶＤ装置の場合には反応生成物の膜が堆積すると共振周波数は徐々に低くなる。このため前記エッチング装置の場合と同様な手法により構成部品に堆積した膜の厚さを評価することができる。
【００４２】
図５は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。前記第２の実施形態においては、減圧された処理室内部にある構成部品（カバー２７）に直接発振手段及び受信手段を取り付け、減圧環境下においてカバー２７の損耗度や破損などの異常の診断を行なう。しかし、真空中あるいは減圧にある処理室内部の構成部品であっても、大気側にある部品（例えば処理室側壁１）と機械的に強固に接続されていれば、その大気側にある部品を通して同様の診断を行なうことができる。
【００４３】
図５において、カバー４３は処理室側壁１をプラズマ１５から保護するように設置されたものであり、リング４４と圧着によって強固に接続されている。リング４４と処理室側壁１との間にはＯリング５’および５’’が設置されており、減圧に保たれる処理室３を気密に保持している。
【００４４】
本実施形態ではリング４４の大気側に発振手段として可聴域音波発振機３２を設置し、リング４４と強固に接続されたカバー４３を振動させる。またこの振動を、カバー４３と強固に接続されたリング４４の大気側に設置した加速度センサ３３によって検出し、その検出信号（振動）を分析する。前記第３実施例と同様にカバー４３の共振周波数を求めることによりカバー４３の損耗度を評価することができ、カバー４３が寿命に到達し交換すべきか否かを診断することができる。
【００４５】
なお、発振手段及び受信手段のうち、一方を大気側、他方を減圧環境下に設置しても同様に診断を行なうことができる。
【００４６】
図６は、本発明の第４の実施形態を説明する図である。図に示すように、処理室側壁１の大気側に発振手段としての超音波発振機２８及び受信手段としてのＡＥセンサ２９を並置し、処理室側壁１の真空側に堆積した反応生成物の膜３４の厚さを評価するものである。膜３４の厚さの評価は、超音波が異なる２つの経路を通り伝播することによって生じる伝播時間の差を利用することによって実現できる。すなわち、第１の経路は、図６中で実線矢印で示すように、超音波発振機２８から放射された超音波は処理室側壁１内部を伝播し、処理室側壁１の真空側端において反射し、再び処理室側壁１内部を伝播し、ＡＥセンサ２９により検出される。一方、第２の経路は図６中で破線矢印で示すように、超音波発振機２８から放射された超音波は処理室側壁１内部及び処理室側壁１の真空側に堆積した反応生成物の膜３４内部を伝播して、膜３４の真空側端において反射し、再び膜３４、処理室側壁１を伝播し、ＡＥセンサ２９により検出される。
【００４７】
実際には上述した２つの経路以外にも超音波が伝播する経路は存在する。例えば超音波発振機２８から放射された超音波は処理室側壁１内部を伝播し、さらに処理室側壁１の真空側に堆積した反応生成物の膜３４に入射し、膜３４の内部を伝播し、膜３４の真空側端において反射し、再び膜３４の内部を伝播し、処理室側壁１の真空側で反射し、膜３４の内部を伝播し、膜３４の真空側端において反射し、膜３４の内部を伝播し、処理室側壁１に入射し、処理室側壁１の内部を伝播し、ＡＥセンサ２９により検出されるものなどである。しかし、このように多重に反射された超音波は減衰が大きく、最終的にＡＥセンサ２９によって受信される時点では非常に小さな信号となっている。このため、フィルタリングなどの演算処理によって容易に除去することができ、膜３４の厚さの評価において障害とはなることはない。
【００４８】
また、超音波発振機２８から放射された超音波が処理室側壁１の表面近傍を通り、直接ＡＥセンサ２９に到達して受信される経路も存在する。この信号は大きな値を有するが、前述した第１及び第２の経路を通る信号よりも早く到達するため、これら２つの信号との分離は容易である。
【００４９】
図７は、前記ＡＥセンサ２９の検出信号の用いて膜３４の厚さを評価する方法を説明する図である。横軸は時間（任意単位）であり、原点は超音波発振機２８が音波を放射した時点を表す。また縦軸は超音波を検出したＡＥセンサの出力電圧（任意単位）を示す。
【００５０】
まず、時点ｔ０において、前記第1の経路を通ってＡＥセンサ２９に到達した超音波のピーク３５が検出される。次に、前記第２の経路を通ってＡＥセンサ２９に到達した超音波のピーク３５’が受信される。第2の経路は前述したように、膜３４内を伝播することによって第1の経路と比較して伝播距離が長くなるため、ピーク３５’はピーク３５よりもΔｔだけ遅く現れる。これら２つのピークが現れる時間差Δｔを求めることにより、処理室を開放することなく、処理室側壁１の処理室内側に堆積した反応生成物の膜３４の厚さを評価することができる。なお、第２の経路を通過した超音波信号は、前記第１の経路と比較して処理室側壁１及び膜３４との間の界面等において入射及び反射を多く行うために減衰し、最終的にＡＥセンサ２９によって検出される信号は前記第１の経路の信号と比較して小さなものとなっている。
【００５１】
図８は、前記ピークの時間差Δｔの推移を示す図である。横軸はプラズマを発生させた累積時間（任意単位）であり、原点は、例えばウェットクリーニングにより処理室側壁に堆積していた反応生成物を完全に除去された時点を表す。縦軸は２つのピークの時間差Δｔ（任意単位）である。
【００５２】
処理室側壁に堆積した反応生成物の膜は次第に厚くなるため、前記時間差Δｔは次第に大きくなる。従って、膜の剥離が予測される膜厚に対応する前記時間差Δｔ０を閾値として予め設定しておけば、時間差Δｔが前記閾値を超えたか否かでウェットクリーニングを行なうべきか否かを診断を行なうことができる。
【００５３】
図８に示す例においては、プラズマを発生させた累積時間がｔｐにおいて前記時間差ΔｔがΔｔ１となる。従ってこのときを膜３４の剥離が発生する直前の状態、すなわちウェットクリーニングを行なうべき時期であるを診断することができる。
【００５４】
なお、処理室側壁１の材質中の音速及び反応生成物の膜３４の中における音速が既知であれば膜３４の厚さを正確に求めることができる。しかし反応生成物の膜３４の中における音速が不明であり、そのため膜３４の厚さを正確に求めることができない場合がある。その場合は、前述したように膜の剥離が発生する膜厚に対して、前述した2つのピークの時間差Δｔ１を閾値に設定すれば、Δｔを測定することにより膜３４の厚さが膜の剥離が発生する膜厚か否かが判断できるため、ウェットクリーニング時期の診断の診断を行なうことができる。
【００５５】
なお、本実施形態においては、発振手段及び受信手段を処理室側壁１に設置することによって、処理室側壁１の処理室内側に堆積した反応生成物の膜厚を評価したが、評価場所を処理室側壁に限定するものではない。例えば、シャワープレートに発振手段及び受信手段を設置すればシャワープレートに堆積した膜厚を評価することができる。また、発振手段及び受信手段をそれぞれ複数設置してもよい。例えば、処理室側壁１の上部及び下部、そしてシャワープレートに発振手段及び受信手段をそれぞれ設置すれば、それぞれの場所の処理室内側に堆積した膜厚を評価し、ウェットクリーニングを実施すべき時期か否かの診断を行なうことができる。この場合は、いずれかの場所においてウェットクリーニングを実施すべき時期と診断された場合には、ウェットクリーニングを実施すべきである。
【００５６】
また、複数の場所における膜厚の評価によるウェットクリーニング時期の診断を、時間差Δｔの閾値Δｔ１との比較によって行なう場合は、それぞれの場所において全て同じ閾値を使用してもよいし、それぞれ異なる閾値を使用しても構わない。例えば、処理室側壁の堆積膜がシャワープレートの堆積膜に比して剥離を起こしにくい性質を持つ場合は、処理室側壁の堆積膜に対する閾値はシャワープレートの堆積膜に対する閾値よりも大きくするとよい。
【００５７】
また、処理室側壁１の処理室側に堆積した膜厚を評価するための発振手段及び受信手段は大気側に設置したが、前記発振手段及び受信手段を真空あるいは減圧環境下に設置することにより、前記と同様に膜厚の評価を行なうことにより、ウェットクリーニング時期を診断することができる。なお、膜厚の評価に際しては、前記閾値を用いる外に、過去の数値データからの変化の推移を基に判断してもよい。
【００５８】
図９は、以上説明したような半導体処理装置を用いて行う半導体処理の手順を説明するフローチャートである。
【００５９】
まず、超音波発振機等の発振手段から放射された超音波をＡＥセンサ等の受信手段により受信する（ステップＳ１）。受信手段により受信した受信信号は受信信号は信号処理手段に伝送し、ここでデジタルデータに変換する（ステップＳ２）。次に、このデジタルデータを演算処理手段に伝送し、ここで演算処理を施す。演算処理としては、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などを行うことによる周波数分析、フィルタリング処理を施すことによるノイズ除去、デジタルデータの圧縮処理をあげることができる（ステップＳ３）。次に、演算処理を施したデジタルデータはデータベースに格納する。このデータベースには前記デジタルデータの外に、診断に使用する閾値あるいはその範囲を表すデータを保存することができる（ステップＳ４）。
【００６０】
次に、前記デジタルデータを予測・診断手段４１に伝送する。予測・診断手段４１は前記デジタルデータと前記データベース保存している閾値、あるいは過去の履歴データとを比較参照することにより、半導体処理装置が現在正常状態にあるか否かを診断する。この判断は、例えば、前記デジタルデータが予め指定された閾値あるいは範囲を超えるか否かで判断することができる。また、正常状態における履歴データと比較することによって判断してもよい。また、過去の複数の履歴データから変化の推移を求め、この推移を基に判断してもよい。なお、前記予測・診断手段４１は現在の半導体処理装置が正常状態であるか否かを診断するだけではなく、予測を行なうこともできる。すなわち、前記データベースに保存している過去の履歴データの推移を分析することにより、例えば何時間後に次回のウェットクリーニングを行なうべきか、あるいは何時間後に処理室内の構成部品がその寿命に達するか等の予測を行なうことができる（ステップＳ５）。
【００６１】
次に、前記診断結果を半導体処理装置制御コンピュータ４２に伝送する。半導体処理装置制御コンピュータ４２は、前記診断結果が正常状態であれば処理を続行し（ステップＳ６）、前記診断結果が異常であれば処理を中止し、警報を発する（ステップＳ７，Ｓ８）。
【００６２】
また、前記予測・診断手段の予測結果がウェットクリーニング時期あるいは構成部品の寿命の到来であれば、処理を続行すると共にその旨を警報手段により警報する（ステップＳ６，Ｓ８）。
【００６３】
警報はブザーなど音によるものや、装置に設置されたモニタ画面に警告を発することにより作業員に知らせるものであってもよいし、半導体処理装置がコンピュータネットワークに接続されているならば、離れた場所にいる作業員やエンジニアにＥ-メールなどで知らせるものでもよいし、そのいずれかを組み合わせたものであってもよい。また、前記警報手段はブザーのように単に警報を出すものであってもよいし、どのような異常が発生したのかを作業員に知らせる警報であってもよい。例えば、チャンバ組み付けに異常があるのか、構成部品の設置に異常があるのか、処理室内の膜の剥離を防止するためにウェットクリーニングをすべき時期にあるのか、あるいはウェットクリーニング時期あるいは構成部品の寿命の到来を知らせる警報手段であってよい。
【００６４】
また、以上の実施形態においては、発振手段として超音波発振機または可聴域音波発振機を用いたが、発振手段として、半導体処理装置の処理圧力を急激に変化させることによって生じる振動を用いることができる。また、プラズマが発生するときに生じる瞬間的な圧力変動により発生する振動を用いることもできる。
【００６５】
また、以上の説明では、半導体処理装置としてプラズマエッチング装置を例に説明したが、本発明は、例えばプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、スパッタリング装置など他の半導体処理装置に適用することができることは言うまでもない。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態によれば、半導体処理装置に発振手段及び受信手段を設置するので、ウェットクリーニング後の組み立て不良の有無、処理室内の構成部品の損耗度、あるいは処理室内壁に堆積した反応生成物膜の評価によるウェットクリーニング時期の診断を行なうことができる。またこれにより半導体製造における製造歩留まりを向上することができる。
【００６７】
次に本発明の第５の実施形態にかかるプラズマエッチング装置について説明する。
【００６８】
図１０は前記プラズマエッチング装置の略円筒形の処理室３を外側から見た鳥瞰図であり、発振手段として処理室蓋２に角度９０度おきに4つの超音波発振機２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよび２８ｄを設置している。また受信手段として処理室側壁１上部に4つのＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃおよび２９ｄを設置している。これら超音波発振機２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄによる発振およびＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄによる受信をそれぞれ独立に行なうことによってウェットクリーニング直後の装置組み付けの不具合箇所の座標の特定を行なうことができる。
【００６９】
図１１は略円筒形の処理室３の上に設置した処理室蓋２を真上から見た図であり、超音波発振機２８ａからの音波振動をＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄによって受信している様子を実線矢印で表している。処理室蓋２の組み付けに不具合が無い場合は、前述したようにＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの出力電圧の解析結果には超音波発振機２８ａからのパルス状の超音波に起因するピーク３０（図２参照）は表れるが、不具合箇所に起因する前記ピークよりも低い絶対値の電圧を持つ領域３１は表れないため不具合が無いことが検出できる。このとき図１２に示すように半導体処理装置に設置されたモニタ画面４０に異常が無いことを表示してもよい。この図においてドーナツ状の領域４１は処理室壁１と処理室蓋２との接触部分を表している。
【００７０】
一方、図１３に示すように不具合箇所４２が存在する場合、第１の実施形態に述べたようにＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの出力電圧の解析結果には、超音波発振機２８ａからのパルス状の超音波に起因するピーク３０以外に、不具合箇所４２に起因する前記ピークよりも低い絶対値の電圧を持つ領域３１（図２参照）が観測される。破線矢印で示すように不具合箇所４２からＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄまでの距離はぞれぞれ異なるため、これらの出力電圧を解析することによって不具合箇所の座標を特定することができる。このとき図１４に示すように半導体処理装置に設置されたモニタ画面４０においてドーナツ状の領域４１中に不具合箇所を示す場所を図示し、また不具合箇所の座標４３を表示して作業者に知らせてもよい。
【００７１】
本実施例では超音波発振機２８ａからのパルス状超音波を用いて不具合箇所座標の特定を行なったが、超音波発振機２８ｂ、２９ｃ、２９ｄを用いて同様な操作を行うことによって、不具合箇所座標の特定をより高精度にすることができる。
【００７２】
複数の超音波発振機２８を用いる場合には発振に用いる周波数領域がそれぞれ同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。また、受信に用いるＡＥセンサ２９の周波数領域に関しても同様である。しかし音波振動は周波数に関して前述したような特性を持つため、不具合の原因となっている位置の座標特定を行う場合の分解能を上げるためには超音波など周波数が高い振動を使用するのが望ましい。
【００７３】
また、本実施例によって診断できるのはウェットクリーニング直後における組み付けの不具合だけではなく、構成部品の固定の不具合を診断できる。例えばシャワープレート１０及び治具１７を固定しているボルト１９の近傍に受信手段を設置すれば、治具１７を固定している複数のボルト１９のうち、どのボルトが緩みを生じているかを検知することができる。すなわち発振手段によって発振された振動を、ボルト１９近傍に設置した受信手段によって受信し、本実施形態と同様な方法により不具合箇所の座標を特定することにより、どのボルト１９が緩みを生じているかの診断を行なうことができる。
【００７４】
また前述したように、チャンバを開けることなく処理室側壁の堆積膜を除去するためにプラズマクリーニングやガスクリーニングなどドライクリーニングが行なわれているが、第４の実施形態と同様な方法で処理室側壁の堆積膜の厚さをモニタリングすることにより、ドライクリーニングの終点検出を行なうことができる。
【００７５】
すなわち超音波発振機２８を用いて超音波を発振し、その音波振動をＡＥセンサ２９によって受信し、前述した方法によって処理室側壁１に付着した膜３４の厚さを検出し、膜３４が完全に除去され厚さが０になったときにクリーニングを終了すればよい。
【００７６】
ドライクリーニング中に膜３４の厚さを検出する場合には、ドライクリーニングのために発生させたプラズマによって膜３４および処理室側壁１が加熱され、それぞれを音が伝わる速度が変化し、膜３４の厚さの検出結果が実際の厚さと異なる場合がある。しかし重要なのは膜３４の正確な厚さを求めることではなく、膜３４が除去されたことを検出することである。膜３４の厚さの検出に対しては、膜３４の厚さが０になった場合には音速の変化による悪影響は無い。そのため、ドライクリーニングのためのプラズマによる膜３４および処理室側壁１の加熱による音速の変化は、ドライクリーニングの終点検出の障害とはならない。
【００７７】
また、複数の超音波発振機２８およびＡＥセンサ２９を用いることによって、処理室側壁の複数箇所における膜３４の厚さを検出し、高精度なクリーニングの終点検出やクリーニングの条件の最適化を行なうこともできる。
【００７８】
図１５は本発明の第６の実施形態にかかる平行平板型プラズマエッチング装置を示す図である。処理室側壁１の上方に超音波発振機２８ａおよびＡＥセンサ２９ａを、処理室側壁１の下方に超音波発振機２８ｂおよびＡＥセンサ２９ｂを設置している。
【００７９】
図１６はドライクリーニング実施中の処理室側壁１近傍を拡大して示した図である。膜３４を除去するためにドライクリーニング用のプラズマ１５を発生させている。このとき超音波発振機２８ａおよびＡＥセンサ２９ａの近傍における膜３４の厚さ、および超音波発振機２８ｂおよびＡＥセンサ２９ｂの近傍における膜３４の厚さを、前述したような方法によりそれぞれ検出する。また、いずれかの近傍における膜３４が除去されたとしても、他方の近傍における膜３４が残留していた場合にはドライクリーニングを続行させ、両方の近傍における膜３４が除去が検出されたときにドライクリーニングの終点と見なせばよい。
【００８０】
以上示したように、複数の複数の超音波発振機２８およびＡＥセンサ２９を用いることによって、ドライクリーニングの終点の検出を高精度に行なうことができる。
【００８１】
本実施形態では２箇所に超音波発振機２８およびＡＥセンサ２９を設置したが、設置する場所は２箇所に限るものではない。３箇所以上に超音波発振機２８およびＡＥセンサ２９を設置した場合、全ての箇所における膜３４の除去が検出されたときにドライクリーニングの終点と見なせばよい。
【００８２】
また、図１６に示すように処理室側壁１の上方における膜３４の厚さが、下方における膜３４の厚さよりも厚い場合には、下方における膜３４が上方における膜３４よりも先に除去され、上方における残留した膜３４を除去するためにドライクリーニング時間が長くなることが多く、半導体装置製造におけるスループットを低下させる原因となる。またこの場合には、処理室側壁１の下方においては、膜３４が除去された後もドライクリーニングされるため側壁１の損耗の原因となる。そのため処理室側壁１の上方におけるドライクリーニング速度つまり膜３４の除去速度を処理室側壁１の下方よりも大きくするのが望ましい。そのためにはドライクリーニングの実施中に処理室側壁１に残留している膜３４の厚さを複数の場所において検知し、ドライクリーニングのプロセス条件を変える事によって、膜３４が厚い場所においては薄い場所と比較してドライクリーニング速度を上げればよい。
【００８３】
複数の発振手段および受信手段を用いてドライクリーニングの終点検出およびドライクリーニングのプロセス条件を変える具体的な方法について図１７を用いて以下説明する。
【００８４】
まず超音波発振機などの発振手段から放射された音波振動をＡＥセンサなど複数の受信手段により受信する（ステップＳ１）。なお、ここでは２つの受信手段を示したが、２つに限るものではなく３つ以上の受信手段を用いてもよい。
【００８５】
受信手段により受信した受信信号を信号処理手段に伝送し、ここでデジタルデータに変換する（ステップＳ２）。
【００８６】
次にこのデジタルデータを演算処理手段に伝送し、ここで演算処理を施す。演算処理としては、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などを行うことによる周波数分析、フィルタリング処理を行うことによるノイズ除去、デジタルデータの圧縮処理を挙げることができる（ステップＳ３）。
【００８７】
次に演算処理を施したデジタルデータをデータベースに格納するこのデータベースには前記デジタルデータの他に、後に説明する予測・診断に用いる閾値あるいはその範囲を表すデータを保存することができる。また、データベースにはドライクリーニング中に得たデータだけでなく、エッチング処理などドライクリーニング以外の半導体製造処理中に得たデータを格納することができる（ステップＳ４）。
【００８８】
次に前記デジタルデータを予測・診断手段４０に伝送する。予測・診断手段４０は前記デジタルデータにより膜３４が除去されたか否かを判断し、ドライクリーニングを続行すべきか否かの判断を行なう（ステップＳ５）。また続行すべきと判断した場合にはドライクリーニング条件を調節すべきか否かの判断を行なう（ステップＳ６）。
【００８９】
次に前記予測・診断手段４０による予測・診断結果の信号を半導体処理装置制御コンピュータ４１に伝送する。半導体処理装置制御コンピュータ４１は前記予測・診断手段４０からの信号に基づき、半導体処理装置の制御を行なう。
【００９０】
例えば前記予測・診断手段４０がドライクリーニングを終了すべきと判断した場合には、スイッチ１６および２２（図１参照）をＯＦＦにすることで高周波印加を止める、プロセスガス１２の導入を止めるなどドライクリーニング処理終了の動作を行なう（ステップＳ７）。
【００９１】
また、前記予測・診断手段４０がドライクリーニングを続行すべきと判断し、且つドライクリーニングのプロセス条件を調節すべきではないと判断した場合は、プロセス条件を調節することなくドライクリーニングを続行する（ステップＳ８）。
【００９２】
また、前記予測・診断手段４０がドライクリーニングを続行すべきと判断し、且つドライクリーニングのプロセス条件を調節すべきと判断した場合は、プロセス条件の調節動作を行ない、ドライクリーニングを続行する（ステップＳ９）。図１６に示すように処理室壁１の上方における膜３４の厚さが下方における膜３４の厚さよりも厚い場合には、ドライクリーニングのプロセス条件の調節の手段として、シャワープレート１０に印加している高周波の電力を上げ処理室３の上部におけるプラズマ１５の密度を上げることによって、処理室壁１の上方におけるドライクリーニング速度つまり膜３４の除去速度を上げることができる。また、逆に処理室壁１の下方における膜３４の厚さが上方における膜３４の厚さよりも厚い場合には、ドライクリーニングのプロセス条件の調節の手段として、高周波印加電極２０に印加している高周波の電力を上げ処理室３の下部におけるプラズマ１５の密度を上げることによって、処理室壁１の下方におけるドライクリーニング速度つまり膜３４の除去速度を上げることができる。これらのドライクリーニングのプロセス条件の調節により処理室壁１に残留している膜３４の除去速度を上げ、ドライクリーニング時間を短縮することができる。
【００９３】
次に前記予測・診断手段４０がドライクリーニングを終了すべきと判断した場合には、処理を終了するとともに警報手段によって作業者にドライクリーニングが終了したことを知らせることができる（ステップＳ１０）。警報手段は半導体処理装置に設置されたモニタ画面に表示することでドライクリーニングの終了を作業者に知らせるものであってもよいし、半導体処理装置がコンピュータネットワークに接続されているならば、離れた場所にいる作業者やエンジニアにＥ-メールなどで知らせるものでもよいし、そのいずれかを組み合わせたものであってもよい。
【００９４】
なお、本実施例では発振手段として超音波発振機２８を使用したがそれに限定するものではない。また振動として音波に限定するものではないし、音波であっても可聴域のものを使用して構わない。また本実施例では受信手段としてＡＥセンサ２９を使用したが、それに限定するものではない。例えば低い周波数を用いる発振手段を使用した場合には、受信手段として加速度センサを使用することができる。音波振動の伝播は周波数によって前述したような性質を持つため、本発明の使用者は実施に適した任意の周波数を用いることができる。
【００９５】
また、本実施例ではドライクリーニング中における予測・診断結果に基づいてプロセス条件の調節を行なったが、それに限るものではない。エッチングなどドライクリーニング以外の半導体製造処理の実施中に同様の予測・診断を行うことによってドライクリーニングのプロセス条件の調節を行ってもよい。また、ドライクリーニング中に行なった予測・診断の結果に基づいて、次回以降のドライクリーニングのプロセス条件の調節を行なってもよい。
【００９６】
また、本実施例ではドライクリーニングのプロセス条件の調節の手段としてシャワープレート１０もしくは高周波印加電極２０に印加している高周波の電力を調節したが、それらに限るものではない。例えば処理ガス１２の流量、処理室３内の圧力など他のプロセス条件の調節を行なってもよいし、処理室壁１の温度調節手段を有しているならば、それを用いてプロセス条件の調節を行なってよいし、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ装置ならば、処理室３における磁束密度分布を調節してもよい。
【００９７】
また、本実施形態ではプラズマエッチング装置を例に説明を行なったが、他の半導体処理装置においても実施が可能である。使用者は本発明を実施する場合、任意の半導体処理装置において受信手段からの受信信号を用いた予測・診断結果に基づいて、任意のドライクリーニングのプロセス条件の調節を行なうことができる。
【００９８】
以上説明したように受信手段からの信号に基づいてドライクリーニングの終点検出およびドライクリーニングのプロセス条件の調節を行なうことによって、優れたドライクリーニング処理を実現することができる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ウエットクリーニング後の処理室再組み立ての不都合、あるいは反応生成物の堆積、部品の削れ等の処理室の状況を診断することのできる半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる平行平板型プラズマエッチング装置を示す図である。
【図２】処理室の組み立てが正常に行われたか否かを診断する方法を説明する図である。
【図３】第２の実施形態を説明する図である。
【図４】カバーの共振周波数の推移を説明する図である。
【図５】第３の実施形態を説明する図である。
【図６】第４の実施形態を説明する図である。
【図７】反応生成物の膜の厚さを評価する方法を説明する図である。
【図８】超音波のピークの時間差の推移を説明する図である。
【図９】本発明の半導体処理装置を用いて行う半導体処理の手順を説明する図である。
【図１０】第５の実施形態を説明する図である。
【図１１】処理室の組み立てが正常である場合の超音波の伝播を説明する図である。
【図１２】処理室の組み立てが正常である場合の処理装置に設置されたモニタ画面の表示状態を表す図である。
【図１３】処理室の組み立てに不具合がある場合の超音波の伝播を説明する図である。
【図１４】処理室の組み立てに不具合がある場合の処理装置に設置されたモニタ画面の表示状態を表す図である。
【図１５】第６の実施形態にかかる平行平板型プラズマエッチング装置を説明する図である。
【図１６】図１５に示すエッチング装置の処理室壁近傍の拡大図である。
【図１７】本発明の半導体処理装置を用いて行なうドライクリーニングの手順を説明する図である。
【符号の説明】
１ 処理室側壁
２ 処理室蓋
３ 処理室
４ 静電吸着装置
５ Ｏリング
６ 吸着用電極
７ 直流電源
８ 半導体基板
９，１６，２２ スイッチ
１０ シャワープレート
１１ ベローズ
１２ 処理ガス
１３ パイプ
１４，２１ 高周波電源
１５ プラズマ
１７ 治具
１８ プレート
１９ ボルト
２０ 高周波印加電極
２３ 排気口
２４ 冷媒通路
２５ 冷媒供給口
２６ 冷媒排出口
２７ カバー
２８ 超音波発振機
２９ ＡＥセンサ
３２ 可聴域音波発振機
３３ 加速度センサ
４１ 予測・診断手段
４２ 半導体製造装置制御コンピュータ
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法にかかり、特に半導体処理装置の処理室内状態を診断することのできる半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板などの試料の処理に際しては、半導体処理装置として、例えば反応性プラズマを利用したプラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、あるいは処理に適した温度に保持した半導体基板を反応性ガス中に曝すことによって成膜処理を行なう熱ＣＶＤ装置等が使用される。
【０００３】
これらの半導体処理装置には、半導体基板の処理中に生じた反応生成物が処理室の内壁に堆積する。この堆積物は処理室内壁から剥離すると、剥離に伴いパーティクルを生成し、生成したパーティクルが半導体基板表面に落下して基板表面に付着する。パーティクルの付着は、半導体基板表面に設けた集積回路の配線の短絡（ショート）、断線あるいはエッチング残りなどを引き起こす。これにより製品である半導体装置の装置不良の原因となり、製造歩留まりの低下を招く。
【０００４】
このような問題点を回避するために、通常、半導体処理装置の処理室内圧力を真空に維持したままで、反応性ガスを充填して行うガスクリーニングあるいは反応性プラズマを用いて行うプラズマクリーニング等のドライクリーニングを定期的に行い前記反応生成物を除去する。
【０００５】
また、前記ドライクリーニングにより除去できない堆積物については、処理室内を大気に開放し、作業員が水やアルコールなどを用いた手作業で処理室内壁を拭き取るクリーニング作業（ウェットクリーニングあるいはマニュアルクリーニングと呼ばれる）により除去する。また、前記ウェットクリーニングの際には、処理室内壁表面を拭き取る作業の外、処理室内にある金属、石英ガラスあるいはセラミクスなどで構成される部品を分解して取り出し、取り出した部品を洗浄しあるいは表面汚れを拭き取りを行った後、再組み立てを行う。
【０００６】
また、半導体処理処理は前述したように反応性ガスあるいは反応性プラズマを用いるため、処理室内の構成部品は化学的及び熱的に損傷を受け、損耗あるいは破損する。このため前記処理室内の構成部品は定期的に交換する必要がある。所定の寿命に達した構成部品は、例えば前記ウェットクリーニングの際に交換する。
【０００７】
なお、前記ウェットクリーニングに際しては、前述のように処理室内を大気圧に開放した後、手作業で行ない、その後、再組み立てを行い、さらに処理室の真空引きを行なう。このため前記クリーニング作業には長時間を要し、生産性は低下する。従って、前記ウェットクリーニングは、ドライクリーニングによっては半導体基板へのパーティクル付着個数を所定値まで低下させることができない場合等の止むを得ない場合にのみ行なわれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術においては、ウェットクリーニングを行なう際に処理室内を大気圧に戻し、更に処理室蓋を開けて大気に開放する。このため、ウェットクリーニング終了後の処理室再組み立て時に、例えば、処理室蓋の閉め方等の相違等により処理室と処理室蓋との間の接触状態が変化する場合がある。また、処理室内の構成部品を分解清浄した後、再度取り付ける場合、他の部品との間の接触状態が変化することがある。このような場合には、ウェットクリーニング前後において処理装置の成膜レート、エッチングレートあるいはそれらの面内均一性など処理性能が変化する。特に反応性プラズマを用いた半導体製造装置においては、再組み立て時の接触状態の変化等により処理室のインピーダンスなどが変化する。こためウェットクリーニングの前後において、生成される反応性プラズマの電気的特性に変化が生じ、プラズマ処理性能が変化する。
【０００９】
半導体装置の量産現場においては、成膜レートあるいはエッチングレートの経時的変動等の半導体基板の面内における均一性は数パーセント以内に抑えることが要求される。このため前記処理性能の変化は半導体製造における歩留まりの低下の原因となる。
【００１０】
前記ウェットクリーニング前後でプラズマ処理性能が変化する問題に関しては、通常、ウェットクリーニング後に処理室の真空引きを行ない、ＱＣ（Quality Check）基板と呼ばれるテスト用の半導体基板に半導体製造処理を施し、該基板における成膜レートやエッチングレートもしくはそれらの面内均一性などを測定して処理性能を評価する。評価の結果、処理室の再組み立てに不具合がある判断した場合には、再び処理室内を大気に開放して前記処理室再組み立てのチェックを行なう。この場合は、再度の再組み立てまでに長時間を要し生産性の低下を招くことになる。なお、処理室内の構成部品と他の部品との間の接触状態の変化はウェットクリーニング時以外でも発生する。例えば、構成部品あるいは構成部品の近傍の温度変化あるいは処理室内の圧力変化等の繰り返し変化によって前記構成部品を固定するボルトあるいはナット等が弛み、その結果前記接触状態が変化する場合がある。
【００１１】
一方、ウェットクリーニングの頻度あるいはタイミングを決定する主要な要因として、処理室内に堆積した反応生成物の増加に伴う半導体基板へのパーティクル付着個数の増大がある。パーティクル付着個数は、ＱＣ基板に処理を施し、該ＱＣ基板に付着したパーティクルの個数を測定することによって行われ、測定した個数により処理室内の清浄度を評価する。付着したパーティクルの個数の測定は有効な手段であるが処理室内の清浄度を完全に評価することは困難である。すなわち、パーティクル個数は突発的に増大して半導体基板に付着することがあり、ＱＣ基板によって検出されたパーティクル個数が処理に際して問題が無い個数であっても、その後の製品用半導体基板の表面に多くのパーティクルが付着し歩留まりの低下を引き起こすことがしばしば起こる。
【００１２】
特開平４−２０４０３９号公報には、ＡＥ（Acoustic Emission）センサを配置し、該センサにより処理室内壁に堆積した反応生成物の膜に亀裂が入るときに発生する高周波弾性波を検知することが示されている。この方法は、堆積膜の剥離によるパーティクルの発生を検知する有効な手段である。しかし、膜に亀裂が発生した場合には、半導体基板表面にパーティクルが落下して付着することが多い。このため、前記方法のみではパーティクルの発生を未然に検知することはできず、半導体製造における歩留まりの低下を有効に防止することはできない。
【００１３】
更に、半導体処理装置においては、その構成部品が度重なる処理によって損耗し、交換しなければならなくなることがある。特開２００２−１８２７４号公報には、半導体処理装置用の高周波電源等の電気的データをもとに前記消耗品の消耗度予測を行なう技術が示されている。この技術は、金属など導電性部品あるいは厚みが薄い絶縁性部品などに対しては有効である。しかし、プラズマを用いた半導体処理装置は、石英あるいはセラミクスなどの厚みのある絶縁性部材で構成される場合が多く前記電気的データを用いた予測技術では損耗度の診断は困難である
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、ウエットクリーニング後の処理室再組み立ての不都合、あるいは反応生成物の堆積、部品の削れ等の処理室の状況を診断することのできる半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１５】
真空処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成装置及び前記真空処理室内に処理ガスを導入する処理ガス供給手段を備え、前記真空処理室内に配置した試料にプラズマ処理を施す半導体処理装置であって、前記半導体処理装置は、該半導体処理装置に機械的振動を印加する発振手段、及び該発振手段により前記半導体処理装置に生起した機械的振動を検出する受信手段をそれぞれ別体に且つ前記真空処理室に密着させて備え、受信手段による機械的振動の検出値をもとに真空処理室の組み立て状況を診断する診断手段を備えた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る平行平板型プラズマエッチング装置を示す図である。図に示すように、処理室側壁１の上に処理室蓋２を設置し、これにより構成される処理室３内に静電吸着装置４を設ける。処理室側壁１の上端面に円形状に溝を形成し、該溝にＯリング５を埋設する。このＯリング５によって処理室３内の気密を保持する。
【００１７】
静電吸着装置４の上部には絶縁物からなる載置面が構成され、前記絶縁物内部には吸着用電極６を埋設する。吸着用電極６には直流電源７を接続し、吸着用電極６と半導体基板８との間発生した静電気力により半導体基板８を静電吸着する。なお、吸着用電極６と直流電源７との間にはスイッチ９を設け、該スイッチにより直流電源電圧印加のオン・オフを行なう。静電吸着装置４には図示しない駆動装置を接続し、吸着装置上に載置した半導体基板８とシャワープレート間の距離を調整して最適なエッチング処理ができるようにしている。また、静電吸着装置４と処理室側壁１との間には気密を保持するためのベローズ１１が設けられる。
【００１８】
処理ガス１２はパイプ１３を通り、多数の導入孔が設けられたシャワープレート１０を介して処理室３内に導入される。シャワープレート１０には高周波電源１４を接続し、高周波電圧を印加することにより処理ガス１２をプラズマ１５化する。シャワープレート１０と高周波電源１４の間にはスイッチ１６を設け、高周波電圧印加のオン・オフを行なう。なお、シャワープレート１０は治具１７、プレート１８及びボルト１９によって処理室蓋２に固定する。
【００１９】
半導体基板８をプラズマ１５にさらすことにより半導体製造処理（エッチング処理）を行う。このとき、高周波電源２１を介して、静電吸着装置４の内部に埋設した高周波印加電極２０に高周波電圧を印加することにより、静電吸着装置４にバイアス電位印加する。このバイアス電位によりプラズマ１５中に生成したイオンを半導体基板８に引き込むことにより、異方性エッチングを行なうことができる。高周波印加電極２０と高周波電源２１との間にはスイッチ２２が設けられ、高周波電圧印加のオン・オフを行なう。
【００２０】
処理ガス１２及び半導体製造処理における反応で生成した揮発性物質は排気口２３から排出する。排気口２３の先には図示しない真空ポンプが接続されており、これによって処理室３内の圧力を減圧する。
【００２１】
静電吸着装置４の内部には冷媒流路２４を形成し、外部に接続した図示しない冷却装置を介して冷媒供給口２５から冷媒を供給する。冷媒は冷媒流路２４を通り、冷媒排出口２６から排出することにより静電吸着装置４を冷却する。プラズマ処理中に半導体基板８が受ける熱は、この静電吸着装置４を介して冷媒流路２４の内部を流れる冷媒に伝達する。なお、カバー２７は静電吸着装置４をプラズマ１５から保護するためのものである。
【００２２】
また、処理室蓋２上には発振手段として超音波発振機２８を設置し、処理室側壁１の上部には受信手段としてＡＥセンサ２９を設置する。この超音波発振機２８によってパルス状の振動を発生し、処理室蓋２及び処理室側壁１を伝わってきた前記振動をＡＥセンサ２９によって検出する。処理室蓋２と超音波発振機２８との間、及び処理室側壁１とＡＥセンサ２９との間は接着剤を介して接着している。すなわち、接着剤によって超音波発振機２８と処理室蓋２間及びＡＥセンサ２９処理室側壁１間を固定する。前記接着剤により、表面に微小な凹凸を持つ処理室蓋２と超音波発振機２８との間、及び処理室側壁２とＡＥセンサ２９との間の接触が促進され、ＡＥセンサ２９による超音波の検出精度を向上することができる。また、超音波発振機２８にはそれぞれ図示しないコントローラ及び電源を接続する。また、ＡＥセンサ２９には受信信号を処理するための後述する処理手段が接続される。
【００２３】
図２は、前記ＡＥセンサ２９の検出信号を解析して、処理室３の組み立てが正常に行われたか否かを診断する方法を説明する図であり、図２（ａ）は、組み立てが正常に行われた場合、図２（ｂ）は組み立てに不具合がある場合を示す。なお、各図において、横軸は時間（任意単位）を示し、超音波発振機２８によって振動を印加したとき原点とした。また縦軸はＡＥセンサ２９の出力電圧（任意単位）を示す。
【００２４】
図２（ａ）に示すように組み立てが正常に行われた場合では、時間ｔ０においてピーク３０を有する。すなわち、超音波発振機２８によってパルス状の超音波振動が印加されてから、時間がｔ０が経過した後にＡＥセンサ２９の設置場所に到達し、前記超音波振動が検出されたことを示している。また、ピーク時におけるＡＥセンサ２９の検出信号の絶対値はＶ０である。
【００２５】
一方、図２（ｂ）に示すように組み立てに不具合がある場合では、正常に行われた場合と同様に時間ｔ０においてピーク３０’を持つが、ピーク３０’の値は前記Ｖ０よりも小さい値（Ｖ１）である。すなわち、処理室蓋２と処理室側壁１との間には相互の接触の不具合により微少な隙間が生じ、ここを通過する超音波が減衰するためである。また、時間ｔ０におけるピーク３０’の直後に、ピーク３０’よりも低い絶対値を持つピークが連続する領域３１が存在するが、これは前記接触の不具合により生じた微少な隙間の中を伝播することによって遅延した超音波成分を受信したためである。
【００２６】
以上説明したたように、処理室蓋２上に設置した超音波発振機２８から発振された超音波を、処理室側壁１上部に設置したＡＥセンサ２９によって検出し、ＡＥセンサ２９の検出信号におけるピーク３０の絶対値、及びピーク３０’と該ピーク３０’の直後に現れるピーク３０’よりも低い絶対値の電圧を持つ領域３１の有無を評価することにより、処理室３の組み立ての不具合の有無を診断することができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、発振手段として超音波発振機２８を使用したがそれに限定するものではない。また振動として音波に限定するものではないし、音波であっても可聴域のものを使用して構わない。超音波など高い振動数の音波は伝播減衰が大きいという欠点を持つが、周囲の機械的な雑音（例えばポンプなどによる騒音）の影響を受けにくく、また位置標定を行う場合の分解能を上げられるという利点を持つ。一方、低い振動数の音波は伝播減衰が小さいという利点を持つが、周囲の機械的な雑音の影響を受けやすく、また位置標定を行う場合の分解能を上げるのが難しいという欠点を持つ。そのため使用者は本発明の適用において、環境や半導体製造装置の特性などに応じて任意の周波数を使用して構わないが、前記した理由から超音波など高い振動数の音波の使用が好ましい。
【００２８】
また本実施形態では受信手段としてＡＥセンサ２９を使用したが、それに限定するものではない。例えば低い周波数を用いる発振手段を使用した場合には、受信手段として加速度センサを使用することができる。
【００２９】
また本実施形態では処理室蓋２上に発振手段を設置し、処理室側壁１上部に受信手段を設置したが、設置する場所はそれに限定するものではない。例えば処理室蓋２上に受信手段を、処理室側壁１上部に発振手段を設置しても構わない。
【００３０】
また、発振手段及び受信手段はそれぞれ複数を使用しても構わない。その場合には発振に用いる周波数領域がそれぞれ異なるものを用いてもよいし、受信に用いる周波数領域に関しても同様である。音波は周波数に関して前述したような特性を持つため、使用者は本発明の適用において発振及び受信が良好に行われるように、設置場所に応じて異なる周波数領域を使用しても構わない。
【００３１】
また、本実施形態によって診断できるのはウェットクリーニング直後における組み付けの不具合だけではなく、構成部品の固定の不具合を診断できる。例えばシャワープレートを固定している治具１７近傍に受信手段を設置すれば治具１７を固定しているボルト１９の緩みを検知することができる。すなわち発振手段によって発振された振動を、治具１７近傍に設置した受信手段によって受信し、本実施形態と同様な方法により受信信号を分析すれば、前述したピーク３０’直後に現れるピーク３０’よりも低い絶対値の電圧を持つ領域３１の有無を評価することにより、ボルト１９の緩みの有無を診断することができる。
【００３２】
また、組み付けの不具合や構成部品の固定の不具合の診断はウェットクリーニングの直後だけでなく、半導体基板の処理中あるいは処理の合間に行なうこともできる。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。前述したように、静電吸着装置４には、該装置４をプラズマ１５から保護するためのカバー２７が設置されている。静電吸着装置４内部には高周波印加電極２０を埋設し、該電極２０に高周波電源２１を介してバイアス電位を印加することによりプラズマ１５中に生成したイオンを半導体基板８に引き込み、スパッタを行っている。
【００３４】
このため、半導体基板８の近傍にあるカバー２７にもプラズマ１５中のイオンが衝突し、半導体製造処理を行ううちにカバー２７は徐々に削られ、損耗する。
【００３５】
本実施形態では、カバー２７に発振手段として設置した可聴域音波発振機３２にを介して可聴域音波を印加し、カバー２７を伝播する前記音波（振動）を受信手段として用いた加速度センサ３３によって検出することにより、カバー２７の振動を分析してカバー２７の損耗度を診断する。
【００３６】
可聴域音波発振機３２を介して印加する音波の周波数を低い周波数から高い周波数まで連続的あるいは離散的に変化させ、カバー２７を伝播する前記音波（振動）を受信手段として用いた加速度センサ３３によって検出する。印加する音波の周波数がカバー２７の共振周波数に達したとき、カバー２７の振動の大きさが急増する。このため振動を受信している加速度センサ３３からの出力信号電圧の大きさを評価することによって、カバー２７の共振周波数を求めることができる。
【００３７】
前述したようにカバー２７は半導体製造処理を行ううちに徐々に削られるため、共振周波数は徐々に高くなる。この共振周波数を求めることによりカバー２７の損耗度が評価でき、カバー２７が寿命に到達し交換すべきか否かを診断することができる。
【００３８】
図４は、前記カバー２７の共振周波数の推移を示す図である。横軸はプラズマを発生させた累積時間（任意単位）であり、原点はカバー２７を新品に交換した時を表す。縦軸は共振周波数（任意単位）である。前述したようにカバー２７の共振周波数は徐々に高くなるため、予め定めていた閾値を共振周波数が超えたか否かでカバー２７の損耗度の診断を良好に行なうことができる。図４に示した例においては、プラズマを発生させた累積時間がｔ０において共振周波数がｆ０となり、寿命に達したと診断できる。
【００３９】
なお、寿命の診断には閾値を用いるだけでなく、過去の複数の数値データから変化の推移を求め、それを基に判断してもよい。
【００４０】
また本実施形態によって診断できるのは、イオンスパッタによる損耗度だけではない。例えば、カバー２７に亀裂等の異常が発生した場合等には、加速度センサ３３によって検出した振動の共振周波数が過去の数値データの推移から大きく外れ、これにより前記異常を検出することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、プラズマエッチングを例にしてカバー２７の損耗度を評価したが、ＣＶＤ装置のように処理室内の反応生成物の堆積が多い装置の場合にはカバー２７など構成部品に堆積した膜の厚さを評価することができる。エッチング装置の場合にはカバー２７が徐々に削られるために共振周波数が徐々に高くなる。一方、前記ＣＶＤ装置の場合には反応生成物の膜が堆積すると共振周波数は徐々に低くなる。このため前記エッチング装置の場合と同様な手法により構成部品に堆積した膜の厚さを評価することができる。
【００４２】
図５は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。前記第２の実施形態においては、減圧された処理室内部にある構成部品（カバー２７）に直接発振手段及び受信手段を取り付け、減圧環境下においてカバー２７の損耗度や破損などの異常の診断を行なう。しかし、真空中あるいは減圧にある処理室内部の構成部品であっても、大気側にある部品（例えば処理室側壁１）と機械的に強固に接続されていれば、その大気側にある部品を通して同様の診断を行なうことができる。
【００４３】
図５において、カバー４３は処理室側壁１をプラズマ１５から保護するように設置されたものであり、リング４４と圧着によって強固に接続されている。リング４４と処理室側壁１との間にはＯリング５’および５’’が設置されており、減圧に保たれる処理室３を気密に保持している。
【００４４】
本実施形態ではリング４４の大気側に発振手段として可聴域音波発振機３２を設置し、リング４４と強固に接続されたカバー４３を振動させる。またこの振動を、カバー４３と強固に接続されたリング４４の大気側に設置した加速度センサ３３によって検出し、その検出信号（振動）を分析する。前記第３実施例と同様にカバー４３の共振周波数を求めることによりカバー４３の損耗度を評価することができ、カバー４３が寿命に到達し交換すべきか否かを診断することができる。
【００４５】
なお、発振手段及び受信手段のうち、一方を大気側、他方を減圧環境下に設置しても同様に診断を行なうことができる。
【００４６】
図６は、本発明の第４の実施形態を説明する図である。図に示すように、処理室側壁１の大気側に発振手段としての超音波発振機２８及び受信手段としてのＡＥセンサ２９を並置し、処理室側壁１の真空側に堆積した反応生成物の膜３４の厚さを評価するものである。膜３４の厚さの評価は、超音波が異なる２つの経路を通り伝播することによって生じる伝播時間の差を利用することによって実現できる。すなわち、第１の経路は、図６中で実線矢印で示すように、超音波発振機２８から放射された超音波は処理室側壁１内部を伝播し、処理室側壁１の真空側端において反射し、再び処理室側壁１内部を伝播し、ＡＥセンサ２９により検出される。一方、第２の経路は図６中で破線矢印で示すように、超音波発振機２８から放射された超音波は処理室側壁１内部及び処理室側壁１の真空側に堆積した反応生成物の膜３４内部を伝播して、膜３４の真空側端において反射し、再び膜３４、処理室側壁１を伝播し、ＡＥセンサ２９により検出される。
【００４７】
実際には上述した２つの経路以外にも超音波が伝播する経路は存在する。例えば超音波発振機２８から放射された超音波は処理室側壁１内部を伝播し、さらに処理室側壁１の真空側に堆積した反応生成物の膜３４に入射し、膜３４の内部を伝播し、膜３４の真空側端において反射し、再び膜３４の内部を伝播し、処理室側壁１の真空側で反射し、膜３４の内部を伝播し、膜３４の真空側端において反射し、膜３４の内部を伝播し、処理室側壁１に入射し、処理室側壁１の内部を伝播し、ＡＥセンサ２９により検出されるものなどである。しかし、このように多重に反射された超音波は減衰が大きく、最終的にＡＥセンサ２９によって受信される時点では非常に小さな信号となっている。このため、フィルタリングなどの演算処理によって容易に除去することができ、膜３４の厚さの評価において障害とはなることはない。
【００４８】
また、超音波発振機２８から放射された超音波が処理室側壁１の表面近傍を通り、直接ＡＥセンサ２９に到達して受信される経路も存在する。この信号は大きな値を有するが、前述した第１及び第２の経路を通る信号よりも早く到達するため、これら２つの信号との分離は容易である。
【００４９】
図７は、前記ＡＥセンサ２９の検出信号の用いて膜３４の厚さを評価する方法を説明する図である。横軸は時間（任意単位）であり、原点は超音波発振機２８が音波を放射した時点を表す。また縦軸は超音波を検出したＡＥセンサの出力電圧（任意単位）を示す。
【００５０】
まず、時点ｔ０において、前記第1の経路を通ってＡＥセンサ２９に到達した超音波のピーク３５が検出される。次に、前記第２の経路を通ってＡＥセンサ２９に到達した超音波のピーク３５’が受信される。第2の経路は前述したように、膜３４内を伝播することによって第1の経路と比較して伝播距離が長くなるため、ピーク３５’はピーク３５よりもΔｔだけ遅く現れる。これら２つのピークが現れる時間差Δｔを求めることにより、処理室を開放することなく、処理室側壁１の処理室内側に堆積した反応生成物の膜３４の厚さを評価することができる。なお、第２の経路を通過した超音波信号は、前記第１の経路と比較して処理室側壁１及び膜３４との間の界面等において入射及び反射を多く行うために減衰し、最終的にＡＥセンサ２９によって検出される信号は前記第１の経路の信号と比較して小さなものとなっている。
【００５１】
図８は、前記ピークの時間差Δｔの推移を示す図である。横軸はプラズマを発生させた累積時間（任意単位）であり、原点は、例えばウェットクリーニングにより処理室側壁に堆積していた反応生成物を完全に除去された時点を表す。縦軸は２つのピークの時間差Δｔ（任意単位）である。
【００５２】
処理室側壁に堆積した反応生成物の膜は次第に厚くなるため、前記時間差Δｔは次第に大きくなる。従って、膜の剥離が予測される膜厚に対応する前記時間差Δｔ０を閾値として予め設定しておけば、時間差Δｔが前記閾値を超えたか否かでウェットクリーニングを行なうべきか否かを診断を行なうことができる。
【００５３】
図８に示す例においては、プラズマを発生させた累積時間がｔｐにおいて前記時間差ΔｔがΔｔ１となる。従ってこのときを膜３４の剥離が発生する直前の状態、すなわちウェットクリーニングを行なうべき時期であるを診断することができる。
【００５４】
なお、処理室側壁１の材質中の音速及び反応生成物の膜３４の中における音速が既知であれば膜３４の厚さを正確に求めることができる。しかし反応生成物の膜３４の中における音速が不明であり、そのため膜３４の厚さを正確に求めることができない場合がある。その場合は、前述したように膜の剥離が発生する膜厚に対して、前述した2つのピークの時間差Δｔ１を閾値に設定すれば、Δｔを測定することにより膜３４の厚さが膜の剥離が発生する膜厚か否かが判断できるため、ウェットクリーニング時期の診断の診断を行なうことができる。
【００５５】
なお、本実施形態においては、発振手段及び受信手段を処理室側壁１に設置することによって、処理室側壁１の処理室内側に堆積した反応生成物の膜厚を評価したが、評価場所を処理室側壁に限定するものではない。例えば、シャワープレートに発振手段及び受信手段を設置すればシャワープレートに堆積した膜厚を評価することができる。また、発振手段及び受信手段をそれぞれ複数設置してもよい。例えば、処理室側壁１の上部及び下部、そしてシャワープレートに発振手段及び受信手段をそれぞれ設置すれば、それぞれの場所の処理室内側に堆積した膜厚を評価し、ウェットクリーニングを実施すべき時期か否かの診断を行なうことができる。この場合は、いずれかの場所においてウェットクリーニングを実施すべき時期と診断された場合には、ウェットクリーニングを実施すべきである。
【００５６】
また、複数の場所における膜厚の評価によるウェットクリーニング時期の診断を、時間差Δｔの閾値Δｔ１との比較によって行なう場合は、それぞれの場所において全て同じ閾値を使用してもよいし、それぞれ異なる閾値を使用しても構わない。例えば、処理室側壁の堆積膜がシャワープレートの堆積膜に比して剥離を起こしにくい性質を持つ場合は、処理室側壁の堆積膜に対する閾値はシャワープレートの堆積膜に対する閾値よりも大きくするとよい。
【００５７】
また、処理室側壁１の処理室側に堆積した膜厚を評価するための発振手段及び受信手段は大気側に設置したが、前記発振手段及び受信手段を真空あるいは減圧環境下に設置することにより、前記と同様に膜厚の評価を行なうことにより、ウェットクリーニング時期を診断することができる。なお、膜厚の評価に際しては、前記閾値を用いる外に、過去の数値データからの変化の推移を基に判断してもよい。
【００５８】
図９は、以上説明したような半導体処理装置を用いて行う半導体処理の手順を説明するフローチャートである。
【００５９】
まず、超音波発振機等の発振手段から放射された超音波をＡＥセンサ等の受信手段により受信する（ステップＳ１）。受信手段により受信した受信信号は受信信号は信号処理手段に伝送し、ここでデジタルデータに変換する（ステップＳ２）。次に、このデジタルデータを演算処理手段に伝送し、ここで演算処理を施す。演算処理としては、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などを行うことによる周波数分析、フィルタリング処理を施すことによるノイズ除去、デジタルデータの圧縮処理をあげることができる（ステップＳ３）。次に、演算処理を施したデジタルデータはデータベースに格納する。このデータベースには前記デジタルデータの外に、診断に使用する閾値あるいはその範囲を表すデータを保存することができる（ステップＳ４）。
【００６０】
次に、前記デジタルデータを予測・診断手段４１に伝送する。予測・診断手段４１は前記デジタルデータと前記データベース保存している閾値、あるいは過去の履歴データとを比較参照することにより、半導体処理装置が現在正常状態にあるか否かを診断する。この判断は、例えば、前記デジタルデータが予め指定された閾値あるいは範囲を超えるか否かで判断することができる。また、正常状態における履歴データと比較することによって判断してもよい。また、過去の複数の履歴データから変化の推移を求め、この推移を基に判断してもよい。なお、前記予測・診断手段４１は現在の半導体処理装置が正常状態であるか否かを診断するだけではなく、予測を行なうこともできる。すなわち、前記データベースに保存している過去の履歴データの推移を分析することにより、例えば何時間後に次回のウェットクリーニングを行なうべきか、あるいは何時間後に処理室内の構成部品がその寿命に達するか等の予測を行なうことができる（ステップＳ５）。
【００６１】
次に、前記診断結果を半導体処理装置制御コンピュータ４２に伝送する。半導体処理装置制御コンピュータ４２は、前記診断結果が正常状態であれば処理を続行し（ステップＳ６）、前記診断結果が異常であれば処理を中止し、警報を発する（ステップＳ７，Ｓ８）。
【００６２】
また、前記予測・診断手段の予測結果がウェットクリーニング時期あるいは構成部品の寿命の到来であれば、処理を続行すると共にその旨を警報手段により警報する（ステップＳ６，Ｓ８）。
【００６３】
警報はブザーなど音によるものや、装置に設置されたモニタ画面に警告を発することにより作業員に知らせるものであってもよいし、半導体処理装置がコンピュータネットワークに接続されているならば、離れた場所にいる作業員やエンジニアにＥ-メールなどで知らせるものでもよいし、そのいずれかを組み合わせたものであってもよい。また、前記警報手段はブザーのように単に警報を出すものであってもよいし、どのような異常が発生したのかを作業員に知らせる警報であってもよい。例えば、チャンバ組み付けに異常があるのか、構成部品の設置に異常があるのか、処理室内の膜の剥離を防止するためにウェットクリーニングをすべき時期にあるのか、あるいはウェットクリーニング時期あるいは構成部品の寿命の到来を知らせる警報手段であってよい。
【００６４】
また、以上の実施形態においては、発振手段として超音波発振機または可聴域音波発振機を用いたが、発振手段として、半導体処理装置の処理圧力を急激に変化させることによって生じる振動を用いることができる。また、プラズマが発生するときに生じる瞬間的な圧力変動により発生する振動を用いることもできる。
【００６５】
また、以上の説明では、半導体処理装置としてプラズマエッチング装置を例に説明したが、本発明は、例えばプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、スパッタリング装置など他の半導体処理装置に適用することができることは言うまでもない。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態によれば、半導体処理装置に発振手段及び受信手段を設置するので、ウェットクリーニング後の組み立て不良の有無、処理室内の構成部品の損耗度、あるいは処理室内壁に堆積した反応生成物膜の評価によるウェットクリーニング時期の診断を行なうことができる。またこれにより半導体製造における製造歩留まりを向上することができる。
【００６７】
次に本発明の第５の実施形態にかかるプラズマエッチング装置について説明する。
【００６８】
図１０は前記プラズマエッチング装置の略円筒形の処理室３を外側から見た鳥瞰図であり、発振手段として処理室蓋２に角度９０度おきに4つの超音波発振機２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよび２８ｄを設置している。また受信手段として処理室側壁１上部に4つのＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃおよび２９ｄを設置している。これら超音波発振機２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄによる発振およびＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄによる受信をそれぞれ独立に行なうことによってウェットクリーニング直後の装置組み付けの不具合箇所の座標の特定を行なうことができる。
【００６９】
図１１は略円筒形の処理室３の上に設置した処理室蓋２を真上から見た図であり、超音波発振機２８ａからの音波振動をＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄによって受信している様子を実線矢印で表している。処理室蓋２の組み付けに不具合が無い場合は、前述したようにＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの出力電圧の解析結果には超音波発振機２８ａからのパルス状の超音波に起因するピーク３０（図２参照）は表れるが、不具合箇所に起因する前記ピークよりも低い絶対値の電圧を持つ領域３１は表れないため不具合が無いことが検出できる。このとき図１２に示すように半導体処理装置に設置されたモニタ画面４０に異常が無いことを表示してもよい。この図においてドーナツ状の領域４１は処理室壁１と処理室蓋２との接触部分を表している。
【００７０】
一方、図１３に示すように不具合箇所４２が存在する場合、第１の実施形態に述べたようにＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの出力電圧の解析結果には、超音波発振機２８ａからのパルス状の超音波に起因するピーク３０以外に、不具合箇所４２に起因する前記ピークよりも低い絶対値の電圧を持つ領域３１（図２参照）が観測される。破線矢印で示すように不具合箇所４２からＡＥセンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄまでの距離はぞれぞれ異なるため、これらの出力電圧を解析することによって不具合箇所の座標を特定することができる。このとき図１４に示すように半導体処理装置に設置されたモニタ画面４０においてドーナツ状の領域４１中に不具合箇所を示す場所を図示し、また不具合箇所の座標４３を表示して作業者に知らせてもよい。
【００７１】
本実施例では超音波発振機２８ａからのパルス状超音波を用いて不具合箇所座標の特定を行なったが、超音波発振機２８ｂ、２９ｃ、２９ｄを用いて同様な操作を行うことによって、不具合箇所座標の特定をより高精度にすることができる。
【００７２】
複数の超音波発振機２８を用いる場合には発振に用いる周波数領域がそれぞれ同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。また、受信に用いるＡＥセンサ２９の周波数領域に関しても同様である。しかし音波振動は周波数に関して前述したような特性を持つため、不具合の原因となっている位置の座標特定を行う場合の分解能を上げるためには超音波など周波数が高い振動を使用するのが望ましい。
【００７３】
また、本実施例によって診断できるのはウェットクリーニング直後における組み付けの不具合だけではなく、構成部品の固定の不具合を診断できる。例えばシャワープレート１０及び治具１７を固定しているボルト１９の近傍に受信手段を設置すれば、治具１７を固定している複数のボルト１９のうち、どのボルトが緩みを生じているかを検知することができる。すなわち発振手段によって発振された振動を、ボルト１９近傍に設置した受信手段によって受信し、本実施形態と同様な方法により不具合箇所の座標を特定することにより、どのボルト１９が緩みを生じているかの診断を行なうことができる。
【００７４】
また前述したように、チャンバを開けることなく処理室側壁の堆積膜を除去するためにプラズマクリーニングやガスクリーニングなどドライクリーニングが行なわれているが、第４の実施形態と同様な方法で処理室側壁の堆積膜の厚さをモニタリングすることにより、ドライクリーニングの終点検出を行なうことができる。
【００７５】
すなわち超音波発振機２８を用いて超音波を発振し、その音波振動をＡＥセンサ２９によって受信し、前述した方法によって処理室側壁１に付着した膜３４の厚さを検出し、膜３４が完全に除去され厚さが０になったときにクリーニングを終了すればよい。
【００７６】
ドライクリーニング中に膜３４の厚さを検出する場合には、ドライクリーニングのために発生させたプラズマによって膜３４および処理室側壁１が加熱され、それぞれを音が伝わる速度が変化し、膜３４の厚さの検出結果が実際の厚さと異なる場合がある。しかし重要なのは膜３４の正確な厚さを求めることではなく、膜３４が除去されたことを検出することである。膜３４の厚さの検出に対しては、膜３４の厚さが０になった場合には音速の変化による悪影響は無い。そのため、ドライクリーニングのためのプラズマによる膜３４および処理室側壁１の加熱による音速の変化は、ドライクリーニングの終点検出の障害とはならない。
【００７７】
また、複数の超音波発振機２８およびＡＥセンサ２９を用いることによって、処理室側壁の複数箇所における膜３４の厚さを検出し、高精度なクリーニングの終点検出やクリーニングの条件の最適化を行なうこともできる。
【００７８】
図１５は本発明の第６の実施形態にかかる平行平板型プラズマエッチング装置を示す図である。処理室側壁１の上方に超音波発振機２８ａおよびＡＥセンサ２９ａを、処理室側壁１の下方に超音波発振機２８ｂおよびＡＥセンサ２９ｂを設置している。
【００７９】
図１６はドライクリーニング実施中の処理室側壁１近傍を拡大して示した図である。膜３４を除去するためにドライクリーニング用のプラズマ１５を発生させている。このとき超音波発振機２８ａおよびＡＥセンサ２９ａの近傍における膜３４の厚さ、および超音波発振機２８ｂおよびＡＥセンサ２９ｂの近傍における膜３４の厚さを、前述したような方法によりそれぞれ検出する。また、いずれかの近傍における膜３４が除去されたとしても、他方の近傍における膜３４が残留していた場合にはドライクリーニングを続行させ、両方の近傍における膜３４が除去が検出されたときにドライクリーニングの終点と見なせばよい。
【００８０】
以上示したように、複数の複数の超音波発振機２８およびＡＥセンサ２９を用いることによって、ドライクリーニングの終点の検出を高精度に行なうことができる。
【００８１】
本実施形態では２箇所に超音波発振機２８およびＡＥセンサ２９を設置したが、設置する場所は２箇所に限るものではない。３箇所以上に超音波発振機２８およびＡＥセンサ２９を設置した場合、全ての箇所における膜３４の除去が検出されたときにドライクリーニングの終点と見なせばよい。
【００８２】
また、図１６に示すように処理室側壁１の上方における膜３４の厚さが、下方における膜３４の厚さよりも厚い場合には、下方における膜３４が上方における膜３４よりも先に除去され、上方における残留した膜３４を除去するためにドライクリーニング時間が長くなることが多く、半導体装置製造におけるスループットを低下させる原因となる。またこの場合には、処理室側壁１の下方においては、膜３４が除去された後もドライクリーニングされるため側壁１の損耗の原因となる。そのため処理室側壁１の上方におけるドライクリーニング速度つまり膜３４の除去速度を処理室側壁１の下方よりも大きくするのが望ましい。そのためにはドライクリーニングの実施中に処理室側壁１に残留している膜３４の厚さを複数の場所において検知し、ドライクリーニングのプロセス条件を変える事によって、膜３４が厚い場所においては薄い場所と比較してドライクリーニング速度を上げればよい。
【００８３】
複数の発振手段および受信手段を用いてドライクリーニングの終点検出およびドライクリーニングのプロセス条件を変える具体的な方法について図１７を用いて以下説明する。
【００８４】
まず超音波発振機などの発振手段から放射された音波振動をＡＥセンサなど複数の受信手段により受信する（ステップＳ１）。なお、ここでは２つの受信手段を示したが、２つに限るものではなく３つ以上の受信手段を用いてもよい。
【００８５】
受信手段により受信した受信信号を信号処理手段に伝送し、ここでデジタルデータに変換する（ステップＳ２）。
【００８６】
次にこのデジタルデータを演算処理手段に伝送し、ここで演算処理を施す。演算処理としては、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などを行うことによる周波数分析、フィルタリング処理を行うことによるノイズ除去、デジタルデータの圧縮処理を挙げることができる（ステップＳ３）。
【００８７】
次に演算処理を施したデジタルデータをデータベースに格納するこのデータベースには前記デジタルデータの他に、後に説明する予測・診断に用いる閾値あるいはその範囲を表すデータを保存することができる。また、データベースにはドライクリーニング中に得たデータだけでなく、エッチング処理などドライクリーニング以外の半導体製造処理中に得たデータを格納することができる（ステップＳ４）。
【００８８】
次に前記デジタルデータを予測・診断手段４０に伝送する。予測・診断手段４０は前記デジタルデータにより膜３４が除去されたか否かを判断し、ドライクリーニングを続行すべきか否かの判断を行なう（ステップＳ５）。また続行すべきと判断した場合にはドライクリーニング条件を調節すべきか否かの判断を行なう（ステップＳ６）。
【００８９】
次に前記予測・診断手段４０による予測・診断結果の信号を半導体処理装置制御コンピュータ４１に伝送する。半導体処理装置制御コンピュータ４１は前記予測・診断手段４０からの信号に基づき、半導体処理装置の制御を行なう。
【００９０】
例えば前記予測・診断手段４０がドライクリーニングを終了すべきと判断した場合には、スイッチ１６および２２（図１参照）をＯＦＦにすることで高周波印加を止める、プロセスガス１２の導入を止めるなどドライクリーニング処理終了の動作を行なう（ステップＳ７）。
【００９１】
また、前記予測・診断手段４０がドライクリーニングを続行すべきと判断し、且つドライクリーニングのプロセス条件を調節すべきではないと判断した場合は、プロセス条件を調節することなくドライクリーニングを続行する（ステップＳ８）。
【００９２】
また、前記予測・診断手段４０がドライクリーニングを続行すべきと判断し、且つドライクリーニングのプロセス条件を調節すべきと判断した場合は、プロセス条件の調節動作を行ない、ドライクリーニングを続行する（ステップＳ９）。図１６に示すように処理室壁１の上方における膜３４の厚さが下方における膜３４の厚さよりも厚い場合には、ドライクリーニングのプロセス条件の調節の手段として、シャワープレート１０に印加している高周波の電力を上げ処理室３の上部におけるプラズマ１５の密度を上げることによって、処理室壁１の上方におけるドライクリーニング速度つまり膜３４の除去速度を上げることができる。また、逆に処理室壁１の下方における膜３４の厚さが上方における膜３４の厚さよりも厚い場合には、ドライクリーニングのプロセス条件の調節の手段として、高周波印加電極２０に印加している高周波の電力を上げ処理室３の下部におけるプラズマ１５の密度を上げることによって、処理室壁１の下方におけるドライクリーニング速度つまり膜３４の除去速度を上げることができる。これらのドライクリーニングのプロセス条件の調節により処理室壁１に残留している膜３４の除去速度を上げ、ドライクリーニング時間を短縮することができる。
【００９３】
次に前記予測・診断手段４０がドライクリーニングを終了すべきと判断した場合には、処理を終了するとともに警報手段によって作業者にドライクリーニングが終了したことを知らせることができる（ステップＳ１０）。警報手段は半導体処理装置に設置されたモニタ画面に表示することでドライクリーニングの終了を作業者に知らせるものであってもよいし、半導体処理装置がコンピュータネットワークに接続されているならば、離れた場所にいる作業者やエンジニアにＥ-メールなどで知らせるものでもよいし、そのいずれかを組み合わせたものであってもよい。
【００９４】
なお、本実施例では発振手段として超音波発振機２８を使用したがそれに限定するものではない。また振動として音波に限定するものではないし、音波であっても可聴域のものを使用して構わない。また本実施例では受信手段としてＡＥセンサ２９を使用したが、それに限定するものではない。例えば低い周波数を用いる発振手段を使用した場合には、受信手段として加速度センサを使用することができる。音波振動の伝播は周波数によって前述したような性質を持つため、本発明の使用者は実施に適した任意の周波数を用いることができる。
【００９５】
また、本実施例ではドライクリーニング中における予測・診断結果に基づいてプロセス条件の調節を行なったが、それに限るものではない。エッチングなどドライクリーニング以外の半導体製造処理の実施中に同様の予測・診断を行うことによってドライクリーニングのプロセス条件の調節を行ってもよい。また、ドライクリーニング中に行なった予測・診断の結果に基づいて、次回以降のドライクリーニングのプロセス条件の調節を行なってもよい。
【００９６】
また、本実施例ではドライクリーニングのプロセス条件の調節の手段としてシャワープレート１０もしくは高周波印加電極２０に印加している高周波の電力を調節したが、それらに限るものではない。例えば処理ガス１２の流量、処理室３内の圧力など他のプロセス条件の調節を行なってもよいし、処理室壁１の温度調節手段を有しているならば、それを用いてプロセス条件の調節を行なってよいし、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ装置ならば、処理室３における磁束密度分布を調節してもよい。
【００９７】
また、本実施形態ではプラズマエッチング装置を例に説明を行なったが、他の半導体処理装置においても実施が可能である。使用者は本発明を実施する場合、任意の半導体処理装置において受信手段からの受信信号を用いた予測・診断結果に基づいて、任意のドライクリーニングのプロセス条件の調節を行なうことができる。
【００９８】
以上説明したように受信手段からの信号に基づいてドライクリーニングの終点検出およびドライクリーニングのプロセス条件の調節を行なうことによって、優れたドライクリーニング処理を実現することができる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ウエットクリーニング後の処理室再組み立ての不都合、あるいは反応生成物の堆積、部品の削れ等の処理室の状況を診断することのできる半導体処理装置及び半導体処理装置の診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる平行平板型プラズマエッチング装置を示す図である。
【図２】処理室の組み立てが正常に行われたか否かを診断する方法を説明する図である。
【図３】第２の実施形態を説明する図である。
【図４】カバーの共振周波数の推移を説明する図である。
【図５】第３の実施形態を説明する図である。
【図６】第４の実施形態を説明する図である。
【図７】反応生成物の膜の厚さを評価する方法を説明する図である。
【図８】超音波のピークの時間差の推移を説明する図である。
【図９】本発明の半導体処理装置を用いて行う半導体処理の手順を説明する図である。
【図１０】第５の実施形態を説明する図である。
【図１１】処理室の組み立てが正常である場合の超音波の伝播を説明する図である。
【図１２】処理室の組み立てが正常である場合の処理装置に設置されたモニタ画面の表示状態を表す図である。
【図１３】処理室の組み立てに不具合がある場合の超音波の伝播を説明する図である。
【図１４】処理室の組み立てに不具合がある場合の処理装置に設置されたモニタ画面の表示状態を表す図である。
【図１５】第６の実施形態にかかる平行平板型プラズマエッチング装置を説明する図である。
【図１６】図１５に示すエッチング装置の処理室壁近傍の拡大図である。
【図１７】本発明の半導体処理装置を用いて行なうドライクリーニングの手順を説明する図である。
【符号の説明】
１ 処理室側壁
２ 処理室蓋
３ 処理室
４ 静電吸着装置
５ Ｏリング
６ 吸着用電極
７ 直流電源
８ 半導体基板
９，１６，２２ スイッチ
１０ シャワープレート
１１ ベローズ
１２ 処理ガス
１３ パイプ
１４，２１ 高周波電源
１５ プラズマ
１７ 治具
１８ プレート
１９ ボルト
２０ 高周波印加電極
２３ 排気口
２４ 冷媒通路
２５ 冷媒供給口
２６ 冷媒排出口
２７ カバー
２８ 超音波発振機
２９ ＡＥセンサ
３２ 可聴域音波発振機
３３ 加速度センサ
４１ 予測・診断手段
４２ 半導体製造装置制御コンピュータ
Claims (6)
- 真空処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成装置及び前記真空処理室内に処理ガスを導入する処理ガス供給手段を備え、前記真空処理室内に配置した試料にプラズマ処理を施す半導体処理装置であって、
前記半導体処理装置は、該半導体処理装置に機械的振動を印加する発振手段、及び該発振手段により前記半導体処理装置に生起した機械的振動を検出する受信手段をそれぞれ別体に且つ前記真空処理室に密着させて備え、受信手段による機械的振動の検出値をもとに真空処理室の組み立て状況を診断する診断手段を備えたことを特徴とする半導体処理装置。 - 請求項１記載の半導体処理装置において、
前記診断手段は、前記発振手段により印加する機械的振動の周波数を変化させた際における前記半導体処理装置を構成する部品に生起した振動の共振周波数の変化を求めることにより前記部品の状態を診断することを特徴とする半導体処理装置。 - 請求項１記載の半導体処理装置において、
前記診断手段は、前記発振手段及び受信手段を前記真空処理室の側壁に並設し、前記検出した信号を解析して真空処理室の内壁に堆積した反応生成物の膜厚を評価することを特徴とする半導体処理装置。 - 真空処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成装置及び前記真空処理室内に処理ガスを導入する処理ガス供給手段を備え、前記真空処理室内に配置した試料にプラズマ処理を施す半導体処理装置を用いた半導体処理方法であって、
前記半導体処理装置は、半導体処理装置に機械的振動を印加する手段、及び該発振手段により前記半導体処理装置に生起した機械的振動を検出する受信手段をそれぞれ別体に且つ前記真空処理室に密着させて備え、受信手段による機械的振動の検出値をもとに真空処理室の組み立て状況を診断することを特徴とする半導体処理方法。 - 請求項４記載の半導体処理方法において、
前記発振手段により印加する機械的振動の周波数を変化させ、前記半導体処理装置を構成する部品に生起した振動の共振周波数を求めることにより、前記部品の状態を診断することを特徴とする半導体処理方法。 - 請求項４記載の半導体処理装置において、
前記発振手段及び受信手段を前記真空処理室の側壁に並設し、前記検出した信号を解析して真空処理室の内壁に堆積した反応生成物の膜厚を評価することを特徴とする半導体処理方法。
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