JP4878188B2

JP4878188B2 - 基板処理装置、堆積物モニタ装置、及び堆積物モニタ方法

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Publication number: JP4878188B2
Application number: JP2006077265A
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Inventors: 陽平山澤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2012-02-15
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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。

また、プラズマプロセスを行うために容器内に供給された高周波電力の電流値や電圧値などのデータを、複数回のプラズマプロセスに亘って取得して解析する統計的な手法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。統計的な手法を用いることにより、解析結果に基づいて、容器内における堆積物による汚染状況を含む容器内の環境を予測することが可能となる。また、この予測に基づいて、上記クリーニングの周期、具体的には開始時期を決定することも可能である。
特開２００４−３３５８４１号公報特開２００３−１６３２００号公報

しかしながら、上述したような統計的な手法において、容器内環境の予測精度を向上させるためには、多数のデータを取得する必要があり時間がかかるため、リアルタイムで解析結果を取得することができない。特に、プラズマプロセスの再現性の劣化を抑制するためには、堆積物による容器内壁の汚染の開始、即ち堆積物の容器内壁への付着開始をリアルタイムで検出することが求められている。

本発明の目的は、堆積物による汚染をリアルタイムでモニタす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。

請求項１記載の基板処理装置は、被処理基板にプラズマ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であって、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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された導線からなる第２の導電体及び前記第２の導電体を囲む第２の誘電性部材とからなる一対の電極と、前記第１の導電体及び前記第２の導電体に接続され、前記一対の電極間の静電容量に関する情報を取得するセンサ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、前記第１の導電体及び前記第２の導電体間の静電容量の値に比べて前記第１の導電体及び前記第２の導電体と前記処理室の内壁との間の静電容量の値が小さくなるように、前記第１の導電体及び前記第２の導電体と前記処理室の内壁との間に配設された第３の誘電性部材を備えることを特徴とする。

請求項３記載の基板処理装置は、被処理基板にプラズマ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であって、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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された第２の導電体及び前記第２の導電体を被覆する第２の誘電性部材とからなる一対の電極と、前記第１の導電体及び前記第２の導電体に接続され、前記一対の電極間の静電容量に関する情報を取得するセンサとを備え、前記第２の導電体は前記処理室を構成するチャンバの側壁であり、前記第２の誘電性部材は前記側壁の内側を被覆するように設けられた側壁部品であ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、前記センサは、前記一対の電極間の静電容量の値を測定するキャパシタンスメータから成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乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置において、所定の周波数で発振する発振素子と、前記発振素子の周波数に対して共振する共振回路とから構成された振動子から成ることを特徴とする。

請求項６記載の基板処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記センサ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７記載の基板処理装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記取得された静電容量に関する情報に基づいて前記堆積物の付着を検出する検出装置を備えることを特徴とする。

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、前記検出装置による検出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９記載の堆積物モニタ装置は、被処理基板にプラズマ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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された導線からなる第２の導電体及び前記第２の導電体を囲む第２の誘電性部材とからなる一対の電極と、前記第１の導電体の一端及び前記第２の導電体の一端に接続され、前記一対の電極間の静電容量に関する情報を取得するセンサとを備えることを特徴とする。

請求項１０記載の堆積物モニタ装置は、被処理基板にプラズマ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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された第２の導電体及び前記第２の導電体を被覆する第２の誘電性部材とからなる一対の電極と、前記第１の導電体及び前記第２の導電体に接続され、前記一対の電極間の静電容量に関する情報を取得するセンサとを備え、前記第２の導電体は前記処理室を構成するチャンバの側壁であり、前記第２の誘電性部材は前記側壁の内側を被覆するように設けられた側壁部品であることを特徴とする。

請求項１１記載の堆積物モニタ方法は、被処理基板にプラズマ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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された導線からなる第２の導電体及び前記第２の導電体を囲む第２の誘電性部材とからなる一対の電極の間の静電容量に関する情報を取得することを特徴とする。

請求項１２記載の堆積物モニタ方法は、被処理基板にプラズマ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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された第２の導電体及び前記第２の導電体を被覆する第２の誘電性部材とからなる一対の電極の間の静電容量に関する情報を取得し、前記第２の導電体として前記処理室を構成するチャンバの側壁を用い、前記第２の誘電性部材として前記側壁の内側を被覆するように設けられた側壁部品を用い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９記載の堆積物モニタ装置、及び請求項１１記載の堆積物モニタ方法によれば、離間して配置された第１の導電体と第２の導電体で構成される一対の電極の間の静電容量に関する情報、例えば静電容量の値を取得する。このようにして取得された静電容量に関する情報には、電極間に付着した堆積物による汚染状況が反映されているので、堆積物による汚染をリアルタイムでモニタすることができる。このとき、第１の導電体及び第２の導電体はそれぞれ第１の誘電性部材及び第２の誘電性部材で囲まれているので、第１の導電体及び第２の導電体の表面が処理室内に露出せず、よって、プラズマを発生させるときの異常放電を防止することができる。更に、第１の導電体と第２の導電体が導線からなるので、その直径を大きくすることで、容易に検出感度を向上させることができる。

また、センサに接続された導電体の少なくとも一部を処理室内に配設するだけで堆積物をモニタできるので、堆積物モニタ装置を安価に構成できると共に該構成を単純化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、第１の導電体及び第２の導電体と処理室の内壁との間に誘電性部材が配設されているので、第１の導電体及び処理室の内壁間の間隔を確保することができ、これにより、第１の導電体及び第２の導電体間の静電容量の値に比べて第１の導電体及び第２の導電体と処理室の内壁との間の静電容量の値が小さくすることができる。特に処理室の内壁が導電体から成る場合には、第１の導電体と処理室の内壁と付着した堆積物とが他のコンデンサを構成するのを防止して、センサの測定誤差を小さくして信頼性を向上させることができる。

請求項３記載の基板処理装置、請求項１０記載の堆積物モニタ装置、及び請求項１２記載の堆積物モニタ方法によれば、離間して配置された第１の導電体と第２の導電体で構成される一対の電極の間の静電容量に関する情報、例えば静電容量の値を取得する。このようにして取得された静電容量に関する情報には、電極間に付着した堆積物による汚染状況が反映されているので、堆積物による汚染をリアルタイムでモニタすることができる。このとき、第１の導電体は第１の誘電性部材で囲まれ、第２の導電体は第２の誘電性部材で被覆されているので、第１の導電体及び第２の導電体の表面が処理室内に露出せず、よって、プラズマを発生させるときの異常放電を防止することができる。更に、第１の導電体が導線からなるので、その直径を大きくすることで、容易に検出感度を向上させることができる。更に、第２の導電体が処理室を構成するチャンバであるので、チャンバを前記一対の電極により構成されるコンデンサの基準電位を規定するグラウンドとして利用することができるので、堆積物モニタ装置の構成を単純化させることができる。

請求項４記載の基板処理装置によれば、センサが第１の導電体及び第２の導電体間の静電容量の値を測定するキャパシタンスメータから成るので、堆積物による汚染状況を容易に数値化することができる。

請求項５記載の基板処理装置によれば、センサが発振素子の周波数に対して共振する共振回路を含む振動子から成る。このとき、堆積物の付着により上記コンデンサの静電容量が変化すると共振回路の共振状態に影響を与える。したがって、堆積物による汚染開始をリアルタイムで検出することが可能となる。

請求項６記載の基板処理装置によれば、センサが処理室の外部に配設されるので、堆積物モニタ装置の処理室からの脱着を容易に行うことができる。

請求項７記載の基板処理装置によれば、取得された静電容量に関する情報に基づいて堆積物の付着を検出するので、確実に堆積物による汚染をリアルタイムでモニタすることができる。

請求項８記載の基板処理装置によれば、検出装置による検出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。

請求項１０記載の基板処理装置によれば、検出装置による検出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（Ｙ₂Ｏ₃）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り、図３は、図２における線III−IIIに沿う断面図である。

図２に示す堆積物モニタ装置５０は、チャンバ１１の内側壁１１ａ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、例えば直径０．９ｍｍの銅線などの導電性材料から成る一対の導線６０ａ，６０ｂ（第１及び第２の導電体）（図３参照）と、導線６０ａ，６０ｂの各一端に接続されたセンサとしてのキャパシタンスメータ７０とを備える。したがって、導線６０ａ，６０ｂは、キャパシタンスメータ７０のセンサヘッドとして機能する。このため、導線６０ａ，６０ｂの直径を大きくすることで、キャパシタンスメータ７０の検出感度を向上させることができる。

図３に示すように、導線６０ａ，６０ｂ、及び導線６０ａ，６０ｂを取り囲む石英管６１ａ，６１ｂは、チャンバ１１の内側壁１１ａに形成された細孔１１ａ’及びデポシールド４３に形成された細孔４３ａ’を通過するように配設されている。

石英管６１ａ，６１ｂは、それぞれ、例えば外径１．２ｍｍ，内径１．０ｍｍ，厚さ０．１ｍｍの管状部材から成る。一対の石英管６１ａ，６１ｂは、例えば間隔０．３ｍｍで離間して平行に配置されている。したがって、導線６０ａ，６０ｂも間隔０．５〜０．７ｍｍで離間されて略平行に配置されており、一対の電極間に空隙（空気層）を有するコンデンサを構成する。上記石英管６１ａ，６１ｂ間の間隔は、少なくとも石英管６１ａ，６１ｂの間に、チャンバ１１内で発生した反応生成物やパーティクルなどが侵入可能な値に設定されていればよく、狭いほどキャパシタンスメータ７０の検出感度を向上させることができる。

また、石英管６１ａ，６１ｂとデポシールド４３との間には、例えば厚さ２ｍｍの石英板６５が配設されている。石英板６５は、厚さ２ｍｍに限られることはなく、導線６０ａ，６０ｂとデポシールド４３の間の静電容量が導線６０ａ，６０ｂ間の静電容量よりも小さくなるような厚さであればよい。これにより、キャパシタンスメータ７０の測定誤差を小さくして信頼性を向上させることができる。

石英管６１ａ，６１ｂ及び石英板６５は、チャンバ１１内で発生するパーティクルなどの堆積物よりも誘電率が低い誘電体材料（第１乃至第３の誘電性部材）から成る。これにより、石英管６１ａ，６１ｂは、導線６０ａ，６０ｂの表面がチャンバ１１内に露出するのを防止するので、プラズマを発生させるときの異常放電を防止することができる。石英板６５は、導線６０ａ，６０ｂとデポシールド４３との間に堆積物が侵入するのを防止するので、これらが他のコンデンサを構成するのを防止して、キャパシタンスメータ７０の測定誤差を小さくして信頼性を向上させることができる。

なお、導線６０ａ，６０ｂを配設する際には、まず、デポシールド４３の表面上に石英板６５を配置し、次いで、石英板６５上に石英管６１ａ，６１ｂを配置し、最後に、石英管６１ａ，６１ｂの内孔に導線６０ａ，６０ｂを挿入する。これにより、容易に導線６０ａ，６０ｂを配設することができる。

キャパシタンスメータ７０は、導線６０ａ，６０ｂが構成するコンデンサの静電容量に関する情報を取得するためのものであり、具体的には、導線６０ａ，６０ｂが構成するコンデンサの静電容量の値を測定する。なお、キャパシタンスメータ７０は、容易に入手可能な市販のものでよい。

キャパシタンスメータ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と接続されており、測定した静電容量の値をＰＣ９０に入力する。ＰＣ９０は、キャパシタンスメータ７０から入力され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。

キャパシタンスメータ７０は、導線６０ａ，６０ｂが構成するコンデンサの静電容量の値を常時測定しており、その測定結果をデータとしてＰＣ９０に入力している。

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、石英管６１ａ，６１ｂの表面の表面に、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、石英管６１ａ，６１ｂの表面、特には導線６０ａ，６０ｂ間の石英管６１ａ，６１ｂの表面に付着した堆積物は、誘電率が一般的に空気よりも高いので、導線６０ａ，６０ｂが構成するコンデンサの空気層に代わる誘電体層として機能する。この誘電体層は、空気層よりも誘電率が高いので、キャパシタンスメータ７０によって測定される静電容量の値も大きくなる。すなわち、コンデンサの静電容量の変化量は、誘電体層を構成する堆積物の堆積量と密接な関係を有する。したがって、キャパシタンスメータ７０が測定した静電容量の値は、堆積物による汚染状況を示している。

ＰＣ９０は、キャパシタンスメータ７０から入力される静電容量の値が大きく変化したとき、例えば２００ｐＦ（ピコファラド）から２１０ｐＦへと変化したときに、堆積物による付着が開始したことを示す汚染開始と判定し、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、静電容量の変化量が閾値、例えば２５０ｐＦを超えたと判定したときは、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内のクリーニングしている時には、キャパシタンスメータ７０から入力される静電容量の値が例えば２１０ｐＦから２００ｐＦへと減少する。そのとき、ＰＣ９０は、静電容量の値が堆積物のチャンバ１１への付着が開始する前の静電容量の値に戻ったと判定して、これ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。

また、ＰＣ９０は、コンデンサの静電容量の変化量と堆積物の堆積量との間の密接な関係を利用することにより、静電容量の変化量に基づいて石英管６１ａ，６１ｂの表面に付着した堆積物の膜厚を算出する。

また、汚染開始の判定や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が行ってもよいし、ユーザが行ってもよい。

図４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（第１の変形例）の構成を概略的に示す一部断面図である。

図４の堆積物モニタ装置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において導線６０ａ，６０ｂに接続されているセンサとしてのキャパシタンスメータ７０をチャンバ１１から取り外し、導線６０ａ，６０ｂに後述する振動子８０を接続することにより、堆積物モニタ装置５０’が構成される。

振動子８０は、所定の周波数で発振する水晶発振素子８１と、水晶発振素子８１の周波数に対して共振する共振回路８２とから主として構成されている。共振回路８２は、導線６０ａ，６０ｂに接続されるコイル８３と、コイル８３に直列に接続された可変コンデンサ８４とから成る。可変コンデンサ８４と水晶発振素子８１との間には、電流計８５が直列に接続されている。

図５は、図３の振動子８０の電流計８５によって測定される電流値の波形を示す図である。

電流計８５によって測定される電流値の波形は、共振回路８２が水晶発振素子８１の周波数に対して共振状態にあるとき、図５では導線６０ａ，６０ｂが構成するコンデンサの静電容量の値が２００ｐＦにあるときにピークを示している。

ここで、石英管６１ａ，６１ｂの表面への堆積物の付着によりコンデンサの静電容量の値が例えば２００ｐＦから２０１ｐＦへと変化すると、共振回路８２の共振状態に影響を与える。具体的には、静電容量の値が２００ｐＦにあるときにピークを示していた電流値が急激に低下することにより、図５に示す波形が崩れ、共振回路８２の共振状態にずれが生じる。

したがって、ＰＣ９０は、共振回路８２の共振状態に生じるずれ、具体的には電流計８５によって測定される電流値の波形における崩れを検出することにより、堆積物による汚染開始をリアルタイムで検出することができる。この場合には、ＰＣ９０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。

上述したように、本実施の形態によれば、導線６０ａ，６０ｂをチャンバ１１内に配設してコンデンサを構成し、その静電容量の値や共振状態のずれを静電容量に関する情報として検出する。静電容量に関する情報は、堆積物による汚染開始や堆積物の膜厚が反映されているので、堆積物による汚染をリアルタイムでモニタすることができる。

また、堆積物モニタ装置５０，５０’は、堆積物による汚染をモニタするためにチャンバ１１内に配置させる必要がある部材が導線６０ａ，６０ｂ及びその関連部品（石英管６１ａ，６１ｂ及び石英板６５）のみである。その結果、導線６０ａ，６０ｂ及び石英管６１ａ，６１ｂは、細くて小型であるので、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だけでなく、堆積物モニタ装置５０，５０’を安価に構成できると共に該構成を単純化させることができる。

なお、本実施の形態において、センサ（キャパシタンスメータ７０や振動子８０）の検出感度を向上させるためには、導線６０ａ，６０ｂの長さや太さを増大させて表面積を増大させることが好ましい。

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、導線６０ａ，６０ｂを取り囲む石英管６１ａ，６１ｂを埋設するための溝をデポシールド４３や石英板６５に形成する。これにより、デポシールド４３の表面から導線６０ａ，６０ｂが突出するのを防止することができる。

第２に、石英管６１ａ，６１ｂの側面に平面部を設け、この平面部を石英板６５の表面に当接させる。これにより、石英板６５の表面及び石英管６１ａ，６１ｂ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。

さらには、チャンバ１１内の真空度を維持するために、石英管６１ａ，６１ｂと細孔４３ａ’や細孔１１ａ’との間のスペースを封止することが好ましい。例えば、石英管６１ａ，６１ｂと細孔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、石英管６１ａ，６１ｂをデポシールド４３上の石英板６５表面に配設したが、石英管６１ａ，６１ｂは堆積物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、石英管６１ａ，６１ｂ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つの部品の上の石英板６５表面に配設してもよい。また、天井部１１ｂや天井電極板３８に石英管６１ａ，６１ｂや石英板６５を配設した場合には、導線６０ａ，６０ｂ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、導線６０ａ，６０ｂ及び石英板６５の配設先は、チャンバ１１内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リアルタイムにモニタすることができる。なお、石英板６５の配設先が導電材料ではない部品であるときは、石英板６５の配設を省略して当該部品上に石英管６１ａ，６１ｂを直接的に配設してもよい。

図６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（第２の変形例）の構成を概略的に示す一部断面図である。

図６の堆積物モニタ装置５０”は、図２の堆積物モニタ装置５０において導線６０ｂ及び石英管６１ｂの配設を省略したものである。

図６に示すように、堆積物モニタ装置５０”では、アルミニウムなどの導電性材料から成るチャンバ１１の一部が、導線６０ｂに代えて使用される導線６０ｂ’を介して図２に示したようなキャパシタンスメータ７０に接続される。したがって、本変形例では、導線６０ａ（第１の導電体）とチャンバ１１の一部（第２の導電体）とがコンデンサを構成することになり、チャンバ１１は、コンデンサの基準電位を規定するグラウンドとして利用される。

また、堆積物モニタ装置５０”では、石英板６５の配設も省略されている。

なお、キャパシタンスメータ７０に代えて堆積物モニタ装置５０’の振動子８０を接続してもよい。

本変形例によれば、堆積物モニタ装置５０，５０’の構成を単純化させることができる。

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における線III−IIIに沿う断面図である。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（第１の変形例）の構成を概略的に示す一部断面図である。図３の振動子の電流計によって測定される電流値の波形を示す図である。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（第２の変形例）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’ 細孔
４３デポシールド（デポジットシールド）
４３ａ’ 細孔
５０，５０’，５０” 堆積物モニタ装置
６０ａ，６０ｂ，６０ｂ’ 導線
６１ａ，６１ｂ石英管
７０キャパシタンスメータ
８０振動子

Claims

被処理基板にプラズマ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であって、
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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された導線からなる第２の導電体及び前記第２の導電体を囲む第２の誘電性部材とからなる一対の電極と、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体に接続され、前記一対の電極間の静電容量に関する情報を取得するセンサとを備えることを特徴とする基板処理装置。
前記第１の導電体及び前記第２の導電体間の静電容量の値に比べて前記第１の導電体及び前記第２の導電体と前記処理室の内壁との間の静電容量の値が小さくなるように、前記第１の導電体及び前記第２の導電体と前記処理室の内壁との間に配設された第３の誘電性部材を備えることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
被処理基板にプラズマ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であって、
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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された第２の導電体及び前記第２の導電体を被覆する第２の誘電性部材とからなる一対の電極と、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体に接続され、前記一対の電極間の静電容量に関する情報を取得するセンサとを備え、
前記第２の導電体は前記処理室を構成するチャンバの側壁であり、前記第２の誘電性部材は前記側壁の内側を被覆するように設けられた側壁部品であることを特徴とする基板処理装置。
前記センサは、前記一対の電極間の静電容量の値を測定するキャパシタンスメータから成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。
前記センサは、所定の周波数で発振する発振素子と、前記発振素子の周波数に対して共振する共振回路とから構成された振動子から成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。
前記センサ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５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記取得された静電容量に関する情報に基づいて前記堆積物の付着を検出する検出装置を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記検出装置による検出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７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
被処理基板にプラズマ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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された導線からなる第２の導電体及び前記第２の導電体を囲む第２の誘電性部材とからなる一対の電極と、
前記第１の導電体の一端及び前記第２の導電体の一端に接続され、前記一対の電極間の静電容量に関する情報を取得するセンサとを備えることを特徴とする堆積物モニタ装置。
被処理基板にプラズマ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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された第２の導電体及び前記第２の導電体を被覆する第２の誘電性部材とからなる一対の電極と、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体に接続され、前記一対の電極間の静電容量に関する情報を取得するセンサとを備え、
前記第２の導電体は前記処理室を構成するチャンバの側壁であり、前記第２の誘電性部材は前記側壁の内側を被覆するように設けられた側壁部品であることを特徴とする堆積物モニタ装置。
被処理基板にプラズマ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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された導線からなる第２の導電体及び前記第２の導電体を囲む第２の誘電性部材とからなる一対の電極の間の静電容量に関する情報を取得することを特徴とする堆積物モニタ方法。
被処理基板にプラズマ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配設された導線からなる第１の導電体及び前記第１の導電体を囲む第１の誘電性部材と、前記第１の導電体から離間して配置された第２の導電体及び前記第２の導電体を被覆する第２の誘電性部材とからなる一対の電極の間の静電容量に関する情報を取得し、
前記第２の導電体として前記処理室を構成するチャンバの側壁を用い、前記第２の誘電性部材として前記側壁の内側を被覆するように設けられた側壁部品を用いることを特徴とする堆積物モニタ方法。