JP5269316B2

JP5269316B2 - システムコンポーネントの状態をモニタリングするための処理システム

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Publication number: JP5269316B2
Application number: JP2006534101A
Authority: JP
Inventors: デイヴィッド・エル・オメアラ; ダニエル・クレイグ・バーデット; スティーブン・エイチ・カブラル; ガート・ルーシンク; ジョン・ウィリアム・コステンコ; コリー・ワジュダ
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2007510288A; WO2005034210A1; US20050070104A1; US7479454B2

Description

本発明はチャンバー処理に関し、さらに詳しくは、処理システム内で実施される処理中にシステムコンポーネントの状態をモニタリングすることに関する。

さまざまな半導体製造処理が、処理チャンバー内において、たとえばプラズマエッチングチャンバー、プラズマ蒸着チャンバー、熱処理チャンバー、化学蒸着チャンバー、原子層堆積チャンバーその他の内部において実施されている。基板処理によって、処理チャンバー内のシステムコンポーネント上に原料堆積物が生じ得る。チャンバー堆積物を除去するために処理チャンバーの定期的なドライクリーニングを実施できる。このクリーニング処理は、システムコンポーネントから異なる原料堆積物の除去を必要とする。

処理システムのさまざまな部品を、消耗可能なあるいは交換可能なシステムコンポーネントから構成でき、このシステムコンポーネントはたとえば、石英、ケイ素、アルミナ、カーボンあるいは炭化ケイ素から製造できる。交換可能なコンポーネントの消耗可能な特質は、処理システムの頻繁なメンテナンスを必要とし得る。消耗可能なシステム部品は、通常、薄膜堆積が粒子問題を生じ得るようになった後に、順に実施される両立しない処理の間に、有害な処理条件の後に、あるいは低劣な処理結果が観察された後に、交換あるいは浄化される。また、消耗可能なシステム部品は、所定のメンテナンススケジュールに従って浄化あるいは交換でき、このスケジュールは、たとえば運転時間数に基づくものとすることができる。こうした方法は、消耗可能なシステムコンポーネントの遅れたあるいは早期の交換につながり得る。その上、クリーニング処理の長さは、システムコンポーネントの適切なクリーニング状態が得られることが分かっている固定された時間に基づくことができる。だが、クリーニング処理は実際にはモニターされないか、あるいは浄化が必要になる前に非標準的な量の堆積物が蓄積し得るので、この固定された時間は不必要に長いものであり、システムコンポーネントの望ましくないエッチング(エロージョン)を生じることがある。

チャンバーコンディショニング処理(パッシベーション処理とも呼ばれる)が、最適効率の処理チャンバーを用意するために、半導体製造においては一般的に実施される。たとえば、チャンバーコンディショニング処理はチャンバークリーニングに続いて、長いチャンバー遊休期間の後に、あるいは最初のチャンバー生産処理の前に実施可能である。プラズマチャンバーと使用される場合、チャンバーコンディショニング処理は、通常、生産ウエハを用いたプラズマ処理の実施のためのチャンバーを準備する(すなわち「コンディショニングする」)ために、所定長さの時間にわたってプラズマチャンバー内での「コンディショニングプラズマ」の使用を伴う。コンディショニング処理のパラメーター(たとえばＲＦ出力、チャンバーおよび基板温度、供給ガス組成、圧力)は、そのためにチャンバーがコンディショニングされる対応する生産処理のパラメーターに、あるいはその近傍に、たいていは維持される。このようにして、コンディショニング処理は、処理チャンバー内で実施される全ての処理が所望の範囲内の結果をもたらすことを確実なものとするのを助け得る。

コンディショニング処理は数枚のウエハあるいはウエハ群に関して実施できる。コンディショニングの程度は、処理追従を判定するためにコンディショニング処理中にウエハを周期的に分析することによってモニターできる。だが、長時間にわたって実施されるコンディショニング処理は多数の試験ウエハの使用を伴うことがあり、これは多額の始動費用を要する。あるいはコンディショニングは、生産処理追従をもたらすことが判明している固定された時間にわたって実施できる。だが、コンディショニング処理の有効性は実際にはモニターされないので、異なる運転のコンディショニング処理のための処理追従を実現するために必要な変化するコンディショニング時間を考慮するために、この固定された時間は不必要に長くなることがある。これはチャンバーに関する処理量の許容できない低下につながり得る。

処理中、システムコンポーネントを反応ガス(このガスはエロージョン生成物を発生させるためにシステムコンポーネント材をエッチングできるものである)に曝露すると共に、システムコンポーネントの状態を判定するために、処理中、エロージョン生成物の放出に関して処理システムをモニタリングすることによって、処理システムにおけるシステムコンポーネントの状態をモニタリングする方法が提供される。この処理は、チャンバークリーニング処理、チャンバーコンディショニング処理、基板エッチング処理、および基板蒸着処理を含み得る。

処理中に、システムコンポーネントの状態をモニタリングすることを可能にする処理システムが提供される。この処理システムは、処理チャンバーと、システムコンポーネントと、処理チャンバー内に反応ガスを導入するよう構成されたガス噴射システム(ここで反応ガスは処理中にエロージョン生成物を発生させるためシステムコンポーネント材をエッチングできる)と、システムコンポーネントの状態を判定するためにエロージョン生成物の放出に関して処理システムをモニタリングするためのチャンバー保護システムと、処理システムを制御するよう構成されたコントローラとを具備してなる。

システムコンポーネントには、消耗システム部品、たとえば処理チューブ、シールド、リング、バッフル、インジェクター、基板ホルダー、ライナー、ペデスタル、キャップカバー、電極、およびヒーターが含まれてもよく、しかもさらに保護コーティングを含んでいてもよい。チャンバー保護システムは、エロージョン生成物による光吸収を検出するための光学式モニタリングシステム、あるいはそれからの質量信号を検出するための質量センサーを具備してなることができる。

添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって、本発明ならびに付随するその多くの利点がより良く理解されるので、それらをさらに完全に容易に理解できるであろう。

図１Ａには本発明の一実施形態による処理システムの概略図を示す。このバッチ型処理システム１００は、たとえば、熱処理システム、プラズマを維持できるプラズマ処理システム、化学蒸着システム、あるいは原子層堆積システムとすることができる。図１に示すように、バッチ型処理システム１００は、処理チャンバー１０２、ガス噴射システム１０４、ヒーター１２２、真空ポンプシステム１０６、チャンバー保護システム１０８、そしてコントローラ１２４を具備してなる。複数の基板１１０を処理チャンバー１０２内に装填でき、そして基板ホルダー１１２を用いて処理できる。さらに、処理チャンバー１０２は外側セクション１１４および内側セクション１１６を具備してなる。本発明の一実施形態では、内側セクション１１６は処理チューブ(図示せず)を備えることもある。

ガス噴射システム１０４は、処理チャンバー１０２の浄化のため、処理チャンバー１０２を準備するため、処理チャンバー１０２をクリーニングするため、そして基板１１０を処理するために、処理チャンバー１０２内にガスを導入できる。複数のガス噴射ライン(図示せず)を配列し、処理チャンバー１０２内にガスを流入させるようにすることができる。ガスは、内側セクション１１６によって画定される空間１１８内に、基板１１０をそれに曝すために導入できる。その後、ガスを、内側セクション１１６および外側セクション１１４によって画定される空間１２０内に流入させ、真空ポンプシステム１０６によって処理チャンバー１０２から排出することができる。

基板１１０は処理チャンバー１０２内に装填でき、そして基板ホルダー１１２を用いて処理できる。バッチ式処理システム１００は、多数の密に積層された基板１１０を処理可能とし、この結果、基板処理量の増大がもたらされる。基板バッチサイズは、たとえば約１００枚基板(ウエハ)あるいはそれ以下とすることができる。あるいは、バッチサイズは約２５枚基板あるいはそれ以下とすることができる。処理システム１００は、さまざまなサイズの基板、たとえば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、あるいはさらに大きな基板を処理するよう構成できる。基板１１０は、たとえば、半導体基板(例としてＳｉまたは化合物半導体)、ＬＣＤ基板およびガラス基板とすることができる。汚れのない基板に加えて、その上に薄い界面被膜が形成された基板を使用でき、これは、酸化物被膜(自然酸化物または熱酸化物)、窒化物被膜、オキシ窒化物被膜、およびその組み合わせを含む(ただし、これには限定されない)。薄い界面被膜は、たとえば数オングストローム(Å)の厚みであってもよく、しかも低い処理圧力で、自己制限過程で形成され得る。

バッチ式処理システム１００はコントローラ１２４によって制御でき、これは、バッチ式処理システム１００からのモニター出力と同様、バッチ式処理システム１００を制御するのに十分な制御電圧を発生させることができる。その上、コントローラ１２４は、処理チャンバー１０２、ガス噴射システム１０４、ヒーター１２２、チャンバー保護システム１０８および真空ポンプシステム１０６に接続でき、そしてそれらと情報を交換できる。たとえば、コントローラ１２４のメモリーに記憶させられたプログラムは、所望の処理に従って、バッチ式処理システム１００の上記コンポーネントを制御するのに、あるいは処理のモニタリングに関連する何らかの機能を発揮させるのに使用できる。コントローラ１２４の一例は、テキサス州、ダラス、Dell Corporationから入手可能な、DELL PRECISION WORKSTATION 610(商標)である。

リアルタイム処理モニタリングは、チャンバー保護システム１０８を用いて実施できる。このチャンバー保護システム１０８は、処理チャンバー１０２内のガス状環境をモニターするために設置できる。これに代えて、チャンバー保護システム１０８は処理チャンバー放出物をモニターするために設置できる。一般に、チャンバー保護システム１０８は多用途モニタリングシステムであり、しかもたとえば、質量センサー(質量分析計)あるいは処理ガスおよび反応生成物による光吸収をモニタリングのための光学式モニタリングシステム(例としてフーリエ変換赤外線(ＦＴＩＲ)質量分析計)からなっていてもよい。チャンバー保護システム１０８(これは処理モニタリングシステムである)は、処理チャンバー１０２内のガス状環境の定性および定量分析をもたらすことができる。チャンバー保護システム１０８を用いてモニターできる処理パラメーターは、処理ガス流量、ガス圧力、ガス状種の比率、ガス純度、およびエッチング生成物を含む反応副産物を含む。

質量センサーは、本発明に係る処理システムおよび方法におけるガス状環境の検出、同定、およびモニタリング用の容易に入手可能な機器である。質量センサーは微量のガス状物質を検出するために非常に高い感度を提供し得る。典型的な処理の処理モニタリングポイントにおける比較的高い圧力に起因して、ガスサンプリングは圧力低減システムを備えることができる。圧力の低減は長尺な毛細管あるいは絞り弁を用いて実施され、しかも質量センサーそれ自体に連続的に送り込むことが可能である。赤外線分光学は、ガスの光吸収を測定するための確立された分析手法であり、しかもそれは半導体処理モニタリングにとって理想的である。なぜなら、それは真空ならびに非真空の両方の環境で使用でき、しかも、処理中、多くの有用な情報を提供できるからである。

図１Ｂは本発明の実施形態による処理システム１の概略図である。バッチ式処理システム１は、たとえば熱処理システムとすることができ、あるいはこれに代えて、バッチ式処理システムはプラズマを維持できるプラズマ処理システムとすることができる。バッチ式処理システム１は、その内部に処理チューブ２５を備えた処理チャンバー１０を含み、この処理チューブ２５は、排気パイプ８０に接続された上端部２３および円筒形マニホールド２の蓋２７に密閉状態で接合された下端部２４を有し、円筒形マニホールド２は、蓋２７およびその操作コンポーネントと共に、処理チューブ２５内に存在しかつそこから取外し可能なシステム１の上記コンポーネントを含む。排気パイプ８０は処理チューブ２５から真空ポンプシステム(以下でさらに詳細に説明する)へとガスを排出し、処理システム内を所定の大気圧あるいは大気圧以下に維持するようになっている。複数の基板(ウエハ)４０を(垂直方向に間隔をおいて個々の平面内に)層状様式で保持するための基板ホルダー３５が処理チューブ２５内に配置される。基板ホルダー３５はターンテーブル２６の上に存在するが、このターンテーブル２６は蓋２７を貫通する回転可能なシャフト２１の上に設置され、かつモーター２８によって駆動される。ターンテーブル２６は全体的なフィルム均質性を改善するために処理中、回転でき、あるいはその代わりに、ターンテーブル２６は処理中、静止したままでもよい。蓋２７は、基板ホルダー３５を反応チューブ２５内におよびそこから移送するためのエレベータ２２に搭載される。図１Ｂに示すように、蓋２７がその最上方位置にあるとき、この蓋２７はマニホールド２の開放端部を閉塞するよう構成される。

処理システム１はさらにペデスタル(図示せず)を備えてもよく、これは基板ホルダー３５とマニホールド２との間の断熱をもたらす。加えて、処理システム１はさらに、キャップカバー(図示せず)を備えてもよく、これは処理環境から蓋２７を保護する。ペデスタルおよびキャップカバーは、たとえば石英あるいはＳｉＣから形成できる。

ガス噴射ライン４５を経て処理チューブ２５内に複数のガスを供給するために、複数のガス噴射ライン４５をマニホールド２の周りに配置できる。図１Ｂでは、複数の存在可能なガス噴射ラインのうちのただ一つのガスライン４５を示している。ガス噴射ライン４５はガス噴射システム９４に接続されている。処理チャンバー１０は鏡面仕上げ内面３０を有し、これは、メインヒーター２０、底部ヒーター６５、天面ヒーター１５、および排気パイプヒーター７０から発せられる輻射熱の散逸を抑える。螺旋状冷却水流路(図示せず)が、冷却媒体流路として処理チャンバー１０の壁内に形成される。

真空ポンプシステム８８は、真空ポンプ８６、トラップ８４、そして自動式圧力コントローラ(ＡＰＣ)８２を具備してなる。真空ポンプ８６は、たとえば、毎秒20,000リットル(およびそれ以上)までのポンプ速度を実現できる乾燥真空ポンプを含むことができる。処理中、ガスは、ガス噴射システム９４によって処理チャンバー１０内に導入でき、そして処理圧力はＡＰＣ８２によって調整可能である。トラップ８４は処理チャンバー１０からの未反応前駆物質および副産物を回収できる。

本発明によれば、処理チャンバー１０内のガス状環境をモニターするために、チャンバー保護システム９２を配置できる。これに代えて、チャンバー保護システム９２を処理チャンバー放出物をモニターするために配置できる。チャンバー保護システム９２はリアルタイム処理モニタリングが可能なセンサー７５を含み、かつたとえばＭＳあるいはＦＴＩＲスペクトロメータを備えることができる。コントローラ９０は、マイクロプロセッサー、メモリー、および処理システム１からのモニター出力と同様、処理システム１と通信すると共にそれに対する入力を発生させるのに十分な制御電圧を発生させることができるデジタルＩ／Ｏポートを備える。その上、コントローラ９０は、ガス噴射システム９４、モーター２８、チャンバー保護システム９２、ヒーター２０,１５,６５および７０、ならびに真空ポンプシステム８８に接続されると共に、それらと情報交換できる。

図１Ａおよび図１Ｂの処理システム１は、例証のためのものに過ぎないことを理解されたい。なぜなら、さまざまな特定のハードウエアおよびソフトウエアの変形例を、本発明が実施される装備システムに対して役立てることができるからである。これら変形例は当業者には明白であろう。図１Ａおよび図１Ｂにおける処理システム１,１００は、処理中、侵食され得るかあるいは原料堆積物で覆われた状態となり得るシステムコンポーネントを有する。消耗システムコンポーネントの例としては、処理チューブ、シールド、リング、バッフル、ガスインジェクター、ウエハボート(基板ホルダー)、ペデスタル、キャップカバー、およびライナーが挙げられる。システムコンポーネントは、さまざまな素材、たとえば、酸化物(例として石英(ＳｉＯ_２)およびアルミナ(Ａｌ_２Ｏ_３))、窒化物(例として窒化ケイ素(ＳｉＮ))、炭化物(例として炭化ケイ素(ＳｉＣ))のようなセラミック素材、金属(例としてＡｌ)、および金属含有素材(例としてスチール)から製造できる。システムコンポーネントは単一種の素材から構成でき、あるいはこれに代えて二つ以上の種類の素材から構成できる。

本発明の他の実施形態では、処理システムは単一ウエハ処理システムを含むことができ、この処理は従来公知である。単一ウエハ処理システムにおいて使用される消耗システムコンポーネントの例としては、電極、ヒーター、シールド、リング、バッフル、インジェクター、およびライナーが挙げられる。

処理システムにおける基板の処理は、システムコンポーネント上に原料堆積物を生じ得る。原料堆積物は一つ以上の種類の原料、たとえばケイ素(Ｓｉ)、ケイ素ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)、窒化ケイ素(ＳｉＮ)、二酸化ケイ素(ＳｉＯ_２)、ドープされたケイ素、ならびにＨｆＯ_２、ＨｆＳｉＯ_ｘ、ＺｒＯ_２、ＺｒＳｉＯ_ｘのような高ｋ金属酸化物を含む誘電金属酸化物(ここでｋは誘電率である)を含み得る。多くの異なる原料堆積物のエッチングに由来するエッチング生成物のモニタリングは、モニタリングを必要とするであろうよりも多数のエッチング生成物のために実用的でなくなることがある。

本発明のある実施形態では、処理システムは保護コーティングを有するシステムコンポーネントを含み得る。保護コーティングは、たとえば、処理中に、処理環境から消耗システムコンポーネントを保護し、そして消耗システムコンポーネントの寿命を延ばすことができる。保護コーティングは、たとえばチャンバーコンディショニング処理中に、システムコンポーネントに本来の場所に堆積させることができ、あるいはこれに代えて、システムコンポーネントの製造時、このシステムコンポーネントに予め堆積させることができる。保護コーティングは、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｆ_３、ＹＦ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｅｕ_２Ｏ_３、ＤｙＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、およびＩｎ_２Ｏ_３を含み得る。本発明の方法およびシステムは、保護コーティング形成時、チャンバーコンディショニング処理時、あるいはチャンバークリーニング処理中に保護コーティング上に生じた堆積物の除去時に、システムコンポーネントの状態をモニターするのに使用できる。

本発明のある実施形態によれば、処理中、システムコンポーネントを反応ガスに曝露することによって処理システムのシステムコンポーネントの状態をモニタリングすると共に、システムコンポーネントの状態を特定するために、処理中、システムコンポーネント材のエッチングに由来するエロージョン生成物の放出に関して処理システムをモニタリングする方法が提供される。この処理は、基板エッチング処理、基板薄膜形成処理、チャンバークリーニング処理、および／またはチャンバーコンディショニング処理を含み得る。

システムコンポーネントの状態は、たとえば、チャンバークリーニング処理中(ここで原料堆積物はシステムコンポーネントから除去されている)、システムコンポーネント上に留まっている原料堆積物の相対量を、あるいは基板エッチング処理、基板薄膜形成処理またはチャンバーコンディショニング処理中にシステムコンポーネント上に生じた原料堆積物の相対量を示し得る。

本発明の一実施形態では、チャンバー温度は、処理中、約１００℃と約１０００℃の間とすることができる。本発明の他の実施形態では、チャンバー圧力は約１０ｍTorrと約７６０Torrの間とすることができる。本発明のさらに他の実施形態では、システムコンポーネントは石英から作られ、そしてチャンバークリーニングは、約２００℃と約８００℃の間の、たとえば３００℃のチャンバー温度で、かつ約２００ｍTorrと約７６０Torrの間の、たとえば約２００ｍTorrのチャンバー圧力で実施される。

本発明のある実施形態では、クリーニング処理中、システムコンポーネントの状態をモニタリングするための方法が提供される。クリーニング処理は、システムコンポーネント材に接触させられかつそれをエッチングするとき、システムコンポーネントから原料堆積物を除去でき、かつエロージョン生成物を発生させることができる反応ガスを伴い得る。本発明のある実施形態では、システムコンポーネントは石英を含むことができ、しかも反応ガスは、たとえば、ハロゲン含有ガス(例として、ＣｌＦ_３、Ｆ_２、ＮＦ_３およびＨＦ)を含むクリーニングガスを含有し得る。エロージョン生成物は、ケイ素含有エロージョン生成物、たとえばケイ素ハロゲン化物(例として、ＳｉＦ_４、ＳｉＣｌ_４、およびＳｉＢｒ_４)あるいはケイ素オキシハロゲン化物(例として、Ｓｉ_ｘＯ_ｙＸ_ｚ。ここでＸは、Ｆ、ＣｌあるいはＢｒである)を含み得る。反応ガスはさらに、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、ＸｅおよびＮ_２のうちの少なくとも一つから選ばれる不活性ガスを含み得る。ゆえに、モニタリングシステムによってシステムコンポーネントからのエロージョン生成物が検出された場合、モニタリング状態は、原料堆積物の除去が完了するか、あるいは略完了したことを示し、そしてコントローラは、システムコンポーネントにそれ以上のエロージョンが生じる前に、クリーニング／エッチング処理を停止させるための入力を受ける。

本発明の他の実施形態では、システムコンポーネントは保護コーティングを持つことができ、しかも反応ガスは、システムコンポーネントから原料堆積物(たとえば高ｋ金属酸化物)を除去すると共に、保護コーティングに接触させられかつそれをエッチングするときにエロージョン生成物を発生させることができる。本発明のある実施形態では、保護コーティングはＳｉＮとすることができ、しかもエロージョン生成物はケイ素含有エロージョン生成物あるいは窒素含有エロージョン生成物とすることができる。システムコンポーネントは、たとえば石英から製造でき、しかもＳｉＮ保護コーティングおよび高ｋ原料堆積物を含み得る。ゆえに、ＳｉＮ保護コーティングからのエロージョン生成物がモニタリングシステムによって検出された場合、モニタリング状態は、高ｋ原料堆積物除去が完了したこと、あるいは概ね完了であることを示し、そしてコントローラは、システムコンポーネントにそれ以上のエロージョンが生じる前にクリーニング／エッチング処理を停止させるための入力を受ける。

クリーニング処理のモニタリングはさらに、システムコンポーネント材(あるいはシステムコンポーネント上の保護コーティング)のエッチングによるエロージョン生成物の強度レベルが閾値に達したかどうかを判定することをさらに伴うことができ、これによってシステムコンポーネントが十分に浄化されたかどうかが判定され、そしてこの判定に基づいて処理は継続されるか停止させられる。

本発明のさらに他の実施形態では、コンディショニング処理、基板薄膜形成処理、あるいは基板エッチング処理の間、システムコンポーネントへの原料堆積の程度をモニタリングすることによって、システムコンポーネントの状態をモニタリングする方法を提供する。反応ガスは、保護膜を被せ汚染物質ガス放出を抑止するためシステムコンポーネント上に窒化ケイ素コーティングを形成するようチャンバーをコンディショニングするためのチャンバーコンディショニングガス、たとえばジクロロシラン(ＤＣＳ)のようなケイ素含有ガスおよびＮＨ_３のような窒素含有ガスを、あるいは基板上に薄膜を形成するための薄膜形成ガス、たとえば、基板上に酸化物膜またはオキシ窒化物膜を形成するためのＮＯまたはＮ_２Ｏのような窒素含有ガスを、あるいは基板上にＳｉＯ_２を堆積させるためのテトラエチルオルトシリケート(ＴＥＯＳ)のようなケイ素含有ガスを、あるいは基板から原料を除去するための基板エッチングガス、たとえばＳｉＯ_２薄膜除去用のＨＦのようなハロゲン含有ガスを含んでいてもよい。反応ガスはさらに、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、ＸｅおよびＮ_２の少なくとも一つから選択される不活性ガスを含むことができる。

チャンバーコンディショニング処理、基板薄膜形成処理、あるいは基板エッチング処理のモニタリングは、システムコンポーネント材(あるいはシステムコンポーネント上の保護コーティング)のエッチングによるエロージョン生成物の強度レベルが閾値に達したかどうかを判定することをさらに伴うことができ、これによってシステムコンポーネント上への原料堆積の程度が判定され、そしてこの判定に基づいて処理は継続されるか停止させられる。

図２Ａには、本発明の一実施形態による原料堆積物２１０を含むシステムコンポーネント２００の断面が概略的に示されている。図２Ａのシステムコンポーネント２００は、たとえば、処理チューブ、シールド、リング、バッフル、インジェクター、壁、基板ホルダー、ライナー、ペデスタル、キャップカバー、電極、および／またはヒーターからなることができる。システムコンポーネント２００は、さまざまな素材、たとえば石英、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、あるいは金属から製造できる。図２Ａのシステムコンポーネント２００は、システムコンポーネント材２０５の上に形成された連続した平滑な原料堆積物２１０を有する。原料堆積物２１０は、一つ以上の種類の物質、たとえば、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ドープされたＳｉ、および金属酸化物、たとえばＨｆＯ_２、ＨｆＳｉＯ_ｘ、ＺｒＯ_２およびＺｒＳｉＯ_ｘを含むことができる。図２Ｂには、本発明の一実施形態による汚れのないシステムコンポーネントの断面図を概略的に示す。図２Ａの原料堆積物２１０は、システムコンポーネント材２０５を反応ガスに曝すことにより、クリーニング処理において除去されており、これによって図２Ｂの汚れのないシステムコンポーネントがもたらされている。上記クリーニング処理は、原料堆積物２１０がシステムコンポーネント材２０５から実質的に除去されたとき、そしてシステムコンポーネント材２０５が侵食状態となる前に停止される。

図２Ｃには本発明の一実施形態による侵食されたシステムコンポーネントの断面が概略的に示されている。図２Ｃのシステムコンポーネント２００は、図２Ｂのシステムコンポーネントよりも長い間、クリーニング処理を受けており、これによってシステムコンポーネント材２０５の適度なエロージョンがもたらされている。

図２Ｄには本発明の一実施形態による他な侵食されたシステムコンポーネントの断面が概略的に示されている。図２Ｄのシステムコンポーネント２００は、図２Ｃのシステムコンポーネントよりも長い間、クリーニング処理を受けており、これによってシステムコンポーネント材２０５のより進んだエロージョンがもたらされている。

図２Ａ〜図２Ｄに関して、本発明は、処理中、エロージョン生成物の放出に関して処理システムをモニタリングすることにより、システムコンポーネント材２０５の望ましくないエロージョンを抑止できる。たとえば、図２Ｂに示すように、原料堆積物２１０がシステムコンポーネント材２０５から実質的に除去された時に、処理を停止することが望ましく、これによって図２Ｃおよび図２Ｄに示すようなシステムコンポーネント材２０５のエロージョンが抑止される。

図３Ａには本発明の一実施形態による原料堆積物３１０を含むシステムコンポーネント３００の断面を概略的に示す。システムコンポーネント３００は、システムコンポーネント材３０５の上に形成された不連続な原料堆積物３１０を有する。

図３Ｂには本発明の一実施形態による侵食されたシステムコンポーネントの断面が概略的に示されている。石英製システムコンポーネント３００はクリーニング処理において反応ガスに曝され、これによって図３Ｂの侵食されたシステムコンポーネント３００がもたらされており、ここで堆積物３１０はシステムコンポーネント材３０５から実質的に除去されている。クリーニング処理はシステムコンポーネント材３０５の適度なエロージョンにつながり、特にここでは、原料堆積物３１０は厚みが僅かなものであるか、消失している。

図３Ｃには本発明の一実施形態による他の侵食されたシステムコンポーネントの断面が概略的に示されている。図３Ｃのシステムコンポーネント３００は、原料堆積物３１０の完全な除去のために、図３Ｂのシステムコンポーネント３００よりも長い間、クリーニング処理を受けており、これによってシステムコンポーネント材３０５のエロージョンが拡大している。エロージョンが酷くなると、耐用期間が短くなり、しかもシステムコンポーネント３００をさらに頻繁に交換しなければならなくなる。

図３Ａ〜図３Ｃに関して、本発明はシステムコンポーネント材３０５の甚だしいエロージョンを抑止できる。たとえば、図３Ｂに示すように、原料堆積物３１０がシステムコンポーネント材３０５から実質的に除去されたとき、処理を停止するのが望ましいであろう。これによって、図３Ｃに示すようなシステムコンポーネント材３０５のさらなるエロージョンが抑止される。モニタリングシステムは、たとえば、原料堆積物に関するエロージョン生成物の量に対する、システムコンポーネント材に関するエロージョン生成物の相対量を検出可能であり、所定の相対量に達したとき、システムコントローラが作動して処理を停止させることができる。

図４は、本発明の一実施形態による処理システムにおけるシステムコンポーネントの状態をモニタリングする方法を示すフローチャートである。４００において処理が開始される。この処理は、チャンバー内で実施されると共にシステムコンポーネントの状態に影響を及ぼす準備または生産処理であってもよい。たとえば、上記処理は反応ガスを利用し、かつチャンバー内の基板上で行われる、いかなるタイプの析出あるいはエッチング処理であってもよく、あるいは上記処理は、半導体加工用のチャンバーを準備するのに使用されるチャンバーコンディショニング処理あるいはチャンバークリーニング処理であってもよい。４０２において、チャンバー内で実施される処理が、チャンバー保護システムによってモニターされる。このモニタリングは、たとえば、エロージョン生成物による光吸収信号または質量信号に基づくものとすることができる。チャンバー内での処理中、処理に用いられる原料を、システムコンポーネント(および処理チャンバー内の他の面)に堆積させることができ、あるいはそこから除去できる。これは、処理チャンバー内で処理が継続するとき、システムコンポーネント材のエッチングによるエロージョン生成物からの信号を改変し得る。この信号の変化は、チャンバー保護システムによって検出でき、かつシステムコンポーネントの状態に相関させることができる。４０４において、エロージョン生成物からの検出信号強度が閾値に達していない場合、処理は４０２において継続され、また４０４において信号が閾値に達した場合、４０２において処理を継続するかあるいは４０８において停止するかの、いずれかの決定が４０６においてなされる。

エロージョン生成物からの信号強度は、処理の終点を特定するためにモニターすることができる。処理の終点に対する信号強度の相関は、信号強度の検出ならびにシステムコンポーネントの状態のモニタリング中に実施される試験処理によって実現可能である。システムコンポーネントの状態は、たとえば、試験処理中にシステムコンポーネントを検査すると共に処理の所望の終点が観察された時に記録された検出閾強度に対して点検結果を相関させることによって評価できる。この閾強度は固定された強度値であってもよく、あるいは測定された信号強度と初期信号強度(処理の開始時に測定される)との比率であってもよい。

図５Ａは、本発明の一実施形態による処理中のシステムコンポーネントのモニタリングに関する、処理時間の関数としての信号強度を示すグラフである。このシステムコンポーネントは、たとえば石英を含んでいてもよい。上記処理は、たとえば、クリーニング処理であってもよく、ここで、原料堆積物を含む石英製システムコンポーネントは反応ガスに曝される。上記信号は、たとえば、Ｓｉ含有(例としてＳｉＦ_４)エロージョン生成物による光吸収信号あるいは質量信号であってもよい。曲線５４０からわかるように、システムコンポーネントからの原料堆積物の除去およびシステムコンポーネント材の反応ガスへの曝露の増進(これは処理チャンバー内のエロージョン生成物の量の増大につながる)により、検出信号強度はクリーニング処理が進むにつれて概して増大する。図５Ａの曲線５４０は、信号強度に関して、実質上、直線的増加を示しているが、この信号強度曲線はクリーニング処理の様式に依存し、しかも非直線的なものであってもよいことを理解されたい。やはり図５Ａからわかるように、閾強度５５０は時刻５６０において検出されるが、このとき、システムコンポーネントは、所要の処理のために許容し得るクリーンなレベルであることがわかる。この許容し得るクリーンレベルは、チャンバー内で実施されることになる生産処理に依存して変化し得ることを理解されたい。

図５Ｂは、本発明の一実施形態による処理中のシステムコンポーネントのモニタリングに関する、処理時間の関数としての信号強度を示すグラフである。この処理は、たとえば、クリーニング処理とすることができ、ここで、原料堆積物を含むシステムコンポーネントは反応ガスにさらされる。上記信号は、たとえば、エロージョン生成物による光吸収信号あるいは質量信号であってもよい。曲線５００の信号は、たとえば、連続した比較的均一な原料堆積物(例として図２Ａ)を有するシステムコンポーネント上で実施されるクリーニング処理に対応し得る。たとえば、時刻５２４で検出される増大した信号強度５２２は、システムコンポーネント材の反応ガスへの曝露が開始されたことを指し示すものとなり得る。閾強度５０２はクリーニング処理中に時刻５０４において検出され、しかもより長い処理時間が経過した時点で、曲線５００の信号は飽和状態となる。時刻５０４における閾強度５０２は、システムコンポーネントの所望の状態(例としてクリーンレベル)、たとえばシステムコンポーネントからの原料堆積物の略完全な除去(たとえば図２Ｂ)が実現された時刻に検出された信号強度に対応するものとすることができる。ここでクリーンレベルは達成されている。もし、クリーニング処理が時刻５０４を過ぎて実施された場合、システムコンポーネントのエロージョンが生じ得る(たとえば図２Ｃおよび図２Ｄ)。

曲線５１０に関する信号は、たとえば、(単一または複数の)不連続な原料堆積物(たとえば図３Ａ)を有するシステムコンポーネント上で実施されるクリーニング処理に対応し得る。不連続な原料堆積物の除去は、クリーニング処理の開始時から増大する信号強度によって指示し得る。閾強度５１２は、クリーニング処理中、時刻５１４において検出され、そしてより長い処理時間が経過した時点で曲線５１０に関する信号は飽和状態となる。時刻５１４における閾強度５１２は、システムコンポーネントからの原料堆積物の実質的な除去(図３Ｂ)に対応し得るものであり、ここで所望のクリーンレベルが達成されている。曲線５００によってモニターされるクリーニング処理とは異なり、システムコンポーネントの部品は曲線５１０でモニターされるクリーニング処理においてエッチングされ、これによってシステムコンポーネントのエロージョンがもたらされる。

図４に戻って、処理中に４０２で信号強度が検出されるとき、コントローラは、４０４において、検出された信号強度を先に記憶された信号強度と比較し、そして検出された信号強度が所定の閾強度に達したかどうかを判定する。信号閾強度が未だ検出されない場合、モニタリングは４０２に戻り、そして処理が継続される。閾値信号強度が検出されたとき、４０６において、４０２の処理を継続するか、あるいは４０８において処理を停止するか、いずれかの決定がなされる。あるいは、４０６における処理を継続する決定は、処理の第２の段階に入るための処理パラメーターの調整を含んでいてもよく、これは、その後、第２の閾値に達するまでモニターされる。たとえば、温度および／または反応ガス濃度は、より穏やかなクリーニング環境をもたらすために低下させることができる。

図５Ｃは、本発明の一実施形態による処理中のシステムコンポーネントのモニタリングに関する、処理時間の関数としての信号強度を示すグラフである。この処理は、たとえば、チャンバーコンディショニング処理、基板薄膜形成処理、または基板エッチング処理とすることができ、ここで、汚れのないシステムコンポーネントは反応ガスにさらされる。信号は、たとえば、エロージョン生成物による光吸収信号あるいは質量信号とすることができる。曲線５７０からわかるように、システムコンポーネント上への原料堆積物の生成によって、したがってシステムコンポーネント材が反応ガスに曝されなくなること(これは処理チャンバー内での石英エロージョン生成物の量の低減につながる)によって、検出された信号強度は、概ね、処理が進むにつれて低下する。単に実例として言うと、タングステン六弗化物前駆物質から基板上にタングステンを蒸着させるためのバッチ式処理チャンバーにおいて、石英製システムコンポーネントは、前駆物質の解離によって生じるフッ素ガスに曝露されたとき、ＳｉＦ_４反応生成物を生じ得る。タングステンがさらに石英製システムコンポーネント上に堆積することになる。だが、システムコンポーネント上の広範囲にわたるタングステンの積層は、結局のところ剥がれ落ち、基板上に非絶縁堆積物を生じるであろう。ゆえに、システムコンポーネントエロージョン生成物の状態をモニタリングすることで、システムコンポーネントの完全な、あるいは略完全なコーティングがなされたという判定に関する必要な入力情報が提供され得る。この時刻に、コントローラは処理チャンバークリーニング処理を実施するために蒸着処理を中止することになる。

図５Ａの曲線５７０は信号強度に関して、実質上、直線的な低下を示しているが、信号強度曲線は、処理の様式に依存しかつ非直線的なものであってもよいことを理解されたい。図５Ｃからもわかるように、閾強度５８０は時刻５９０において検出されるが、このとき、システムコンポーネントは所望の処理に関して既知の状態にあることが分かる。この既知の状態は、チャンバー内で実施されることになる生産処理次第で変わり得ることを理解されたい。

明らかに、上記内容に鑑みて、本発明をさまざまに変形および変更することが可能である。それゆえ本発明は、特許請求の範囲内で、本明細書で詳しく説明したものとは異なる様式で実施できることを理解されたい。たとえば、本明細書で説明しかつ請求項に記載された処理ステップは、本明細書にて説明するか列挙された手順以外の手順で実施可能である。当業者には明白であるように、後の処理ステップの実施に必須の処理ステップのみを、後の処理ステップが実施される前に実施することが必要なだけである。

本発明の実施形態に従った処理システムを示す概略図である。本発明の実施形態に従った他の処理システムを示す概略図である。本発明の実施形態に従った原料堆積物を含むシステムコンポーネントの概略断面図である。本発明の実施形態に従った汚れのないシステムコンポーネントの概略断面図である。本発明の実施形態に従った侵食されたシステムコンポーネントの概略断面図である。本発明の実施形態に従った他の侵食されたシステムコンポーネントの概略断面図である。本発明の実施形態に従った原料堆積物を含むシステムコンポーネントの概略断面図である。本発明の実施形態に従った侵食されたシステムコンポーネントの概略断面図である。本発明の実施形態に従った他の侵食されたシステムコンポーネントの概略断面図である。本発明の実施形態に従った処理システムにおけるシステムコンポーネントの状態をモニタリングする方法を説明したフローチャートである。本発明の実施形態に従ったシステムコンポーネントの状態のモニタリングに関する処理時間の関数として信号強度を示すグラフである。本発明の実施形態に従ったシステムコンポーネントの状態のモニタリングに関する処理時間の関数として信号強度を示すグラフである。本発明の実施形態に従ったシステムコンポーネントの状態のモニタリングに関する処理時間の関数として信号強度を示すグラフである。

符号の説明

１バッチ式処理システム
２円筒形マニホールド
１０処理チャンバー
１５天面ヒーター
２０メインヒーター
２１シャフト
２２エレベータ
２３上端部
２４下端部
２５処理チューブ
２６ターンテーブル
２７蓋
２８モーター
３０内面
３５基板ホルダー
４０基板(ウエハ)
４５ガス噴射ライン
６５底部ヒーター
７０排気パイプヒーター
７５センサー
８０排気パイプ
８２自動式圧力コントローラ(ＡＰＣ)
８４トラップ
８６真空ポンプ
８８真空ポンプシステム
９０コントローラ
９２チャンバー保護システム
９４ガス噴射システム
１００バッチ型処理システム
１０２処理チャンバー
１０４ガス噴射システム
１０６真空ポンプシステム
１０８チャンバー保護システム
１１０基板
１１２基板ホルダー
１１４外側セクション
１１６内側セクション
１１８,１２０空間
１２２ヒーター
１２４コントローラ
２００システムコンポーネント
２０５システムコンポーネント材
２１０原料堆積物
３００システムコンポーネント
３１０原料堆積物
３０５システムコンポーネント材

Claims

処理チャンバーと、前記処理チャンバー内のシステムコンポーネントと、
前記システムコンポーネントのクリーニング処理を実施するために前記処理チャンバー内に反応ガスを導入するよう構成されたガス噴射システムと、を具備してなる熱処理システムであって、
前記システムコンポーネントは保護コーティングを有し、前記反応ガスは、前記保護コーティングを侵食でき、さらに、前記クリーニング処理中に保護コーティングからの原料堆積物をエッチングするときにエロージョン生成物を発生させるものであり、
前記システムコンポーネントの状態を判定すると共に前記状態を伝達するために、前記エロージョン生成物の放出に関して前記処理チャンバー内で前記熱処理システムを、光吸収を利用してモニタリングするためのチャンバー保護システムと、
前記チャンバー保護システムから得られる状態を受けると共に前記状態に応じて前記熱処理システムを制御するよう構成されたコントローラと、をさらに具備してなり、
前記チャンバー保護システムは、前記処理チャンバー内で前記エロージョン生成物の光吸収を検出するため光学式モニタリングシステムを具備してなり、
前記光学式モニタリングシステムは、前記処理チャンバーに隣接して配置され、かつ、さらに光吸収の強度レベルが閾値に達したかどうかを判定するよう構成され、
かつ前記コントローラは前記判定に基づいて、処理を継続するか停止するように前記熱処理システムを制御するよう構成されており、
前記システムコンポーネント材と保護コーティングの材質は同一であり、
前記閾値は、前記原料堆積物が除去され、前記保護コーティングの前記エロージョン生成物が検出されて、前記システムコンポーネントが十分に浄化されたかどうかが判定できる値とした、
ことを特徴とする熱処理システム。
前記システムコンポーネントが、処理チューブ、シールド、リング、バッフル、壁、保護コーティング、インジェクター、基板ホルダー、ライナー、ペデスタル、キャップカバー、電極、またはヒーターのうちの少なくとも一つからなり、かつ前記システムコンポーネントは、酸化物、窒化物、または炭化物のうちの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。