JPH116070A

JPH116070A - 乾式処理装置用の乾式処理終点検出装置及び方法

Info

Publication number: JPH116070A
Application number: JP14949297A
Authority: JP
Inventors: Naomi Yoshida; 尚美吉田; Yumi Suzuki; 優美鈴木; Katsumi Mitani; 勝美三谷; Yuji Maeda; 祐二前田
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】チャンバ内の被処理物を、気相との反応によ
り除去処理する乾式処理装置用の乾式処理終点検出装置
及び方法を提供すること。【解決手段】本発明の乾式処理終点検出装置は、チャ
ンバ１２内から排気される排気ガスの熱伝導率の変化を
検出する熱伝導率検出器５０と、熱伝導率の変化に基づ
いて処理の終点を検出するシステムコントローラ５６と
を備えることを特徴としている。上記処理の終点前では
排気ガスには被処理物が含まれている。また、その終点
後では排気ガスには被処理物が含まれていない。このた
め、プラズマを利用した被処理物を除去する処理の終点
の前後では、排気ガスの成分が異なり、その熱伝導率も
また異なるようになる。したがって、このときの熱伝導
率の変化を検出すれば、かかる処理の終点の検出が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造の際に行われるドライエッチング処理やドライクリ
ーニング処理等の乾式処理に適用される処理装置及び方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩのような半導体デバイスの製造
では、例えば化学気相堆積(ChemicalVapor Deposition:
CVD)法が比較的多用される。ＣＶＤ法は、気体材料から
化学反応を経て薄膜や粒子等の所望の固体材料を、気密
にされたプロセスチャンバ内の基板等上で合成する方法
である。

【０００３】このＣＶＤ法は、薄膜等の固体材料を基板
上にのみ成膜するのではなく、処理チャンバ内で気体材
料の拡散する至るところで固体材料を成膜する。したが
って、ＣＶＤを行う回数に応じて固体材料が処理チャン
バ内に蓄積されてゆく。また、このような固体材料は剥
離しやすく、処理チャンバ内でのパーティクルの発生源
ひいてはプロセスの性能劣化の原因にもなる。そこで、
処理チャンバ内の固体材料を例えばプラズマ放電等によ
り取り除くいわゆるプラズマクリーニングが定期的に行
われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなプ
ラズマクリーニングは処理時間によってパーティクルの
増加の原因となる場合がある。このため、プラズマクリ
ーニング処理の終点を敏感に検出する方法が必要不可欠
である。

【０００５】そこで、特開平６−３１８５７２号公報に
は、そのような終点検出方法の一手段として、プラズマ
中の光放出強度の変化を検出する方法が開示されてい
る。しかしながら、この方法では、ノイズが大きくまた
光放出強度の変化の軌跡が変化し易いため、終点検出位
置の把握が困難となるといった問題がある。

【０００６】また、上記方法は、プラズマ中の光放出強
度を測定しているため、適用対象がプラズマを利用して
被処理物を除去するプラズマ処理に限定されてしまう。

【０００７】そこで、本発明は、終点検出位置が容易で
あって、プラズマ処理以外の乾式処理にも適用可能な乾
式処理装置用の乾式処理終点検出装置及び方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の乾式処理装置用
の乾式処理終点検出装置及び方法は、上記課題を解決す
るためになされたものであり、チャンバ内の被処理物
を、気相との反応により除去する処理を行う乾式処理装
置において、チャンバ内から排気される排気ガスの熱伝
導率の変化を検出し、熱伝導率の変化に基づいて処理の
終点を検出することを特徴としている。

【０００９】上記処理の終点前では排気ガスには被処理
物が含まれている。また、その終点後では排気ガスには
被処理物が含まれていない。このため、気相との反応に
より被処理物を除去する処理の終点の前後では、排気ガ
スの成分が異なり、その熱伝導率もまた異なるようにな
る。したがって、このときの熱伝導率の変化を検出すれ
ば、排気ガスの種類によらずに、プラズマ処理以外の乾
式処理の終点の検出をもすることができる。

【００１０】また、被処理物がチャンバ内に付着した付
着物であることを特徴としてもよい。これにより、チャ
ンバ内の付着物以外の物が除去されることなく、乾式処
理がなされるようになる。

【００１１】また、被処理物が、チャンバ内に配置され
た基板上に形成された表層物であることを特徴としても
よい。これにより、基板上の表層物以外の物が除去され
ることなく、乾式処理がなされるようになる。

【００１２】また、気相にはフッ素含有ガス又は塩素含
有ガスが含まれるのが好適である。これにより、排気ガ
スの揮発性が高まり、チャンバ内からの排気が容易とな
る。この結果、熱伝導率の変化が急峻になって処理の終
点の検出が容易になる。

【００１３】また、本発明は、上記処理終点検出装置及
び方法を含む乾式処理装置及び方法にも及ぶものであ
る。

【００１４】したがって、このような処理を含む工程に
より製造された半導体デバイスは、処理の終点が容易に
検出されるようになった結果、高い歩留まり及び信頼性
を有するようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同
一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

【００１６】図１は、本発明の処理装置が適用される抵
抗加熱式の減圧ＣＶＤ装置１０の構成図である。ＣＶＤ
装置１０の処理チャンバ１２は金属製であり、その内部
には円板状のサセプタ１４が設けられて、半導体ウェハ
等の基板１６を支持することができるようになってい
る。サセプタ１４には抵抗加熱ヒータ１８が備えられ
て、ヒータ制御ユニット２０により基板１６を所望の温
度にすることができる。サセプタ１４は、処理チャンバ
１２底部を通って垂直に延びたシャフト２２の頂部に取
り付けられている。シャフト２２は上下に移動可能で、
その底部に電動機駆動のリフト機構２４が取り付けられ
ている。サセプタ１４の下側にはリフトオフプレート２
６があり、上方に垂直に突出した１組のピン２８ａ，２
８ｂを有している。このピン２８ａ，２８ｂは、サセプ
タ１４が下方に移動したとき、サセプタ１４内に設けら
れた穴３０ａ，３０ｂを通って、基板１６下面と接触し
て基板１６を持ち上げることができるようになってい
る。

【００１７】処理チャンバ１２には、遠隔的に流量調節
が可能なガス供給源３２ａ〜３２ｄからなるガスパネル
３４が２本の供給配管３６ａ，３６ｂを介して接続され
ている。

【００１８】供給配管３６ａに接続されたガス供給源３
２ａ〜３２ｃは、ＣＶＤ用の反応ガスとキャリアガスと
を供給するためのものである。本実施形態では、ＣＶＤ
用の反応ガスとして、例えばＷを成膜する際にはＷＦ₆
が用いられる。また、このときのキャリアガスとしては
Ａｒが用いられる。また、供給配管３６ｂに接続された
ガス供給源３２ｄは、クリーニング用の反応ガスを供給
するためのものである。本実施形態では、クリーニング
用の反応ガスとして、例えばＣｌＦ₃が用いられる。

【００１９】サセプタ１４の上方には、プレート状のデ
ィストリビュータ３８がサセプタ１４と平行に配置され
ており、ガス供給源３２ａ〜３２ｄからの反応ガス等を
サセプタ１４全面に導いている。

【００２０】また、処理チャンバ１２には、真空ポンプ
（真空排気手段）４４が真空排気管４６を介して接続さ
れて、処理チャンバ１２内のガスを排気ガスとして排気
している。また、この真空排気管４６には、電磁制御式
のスロットルバルブ４８が備えられて、排気流量を調節
することができるようになっている。

【００２１】また、本実施形態では、真空ポンプ４４と
スロットルバルブ４８との間の真空排気管４６に、真空
排気管４６内を通る排気ガスの熱伝導率の変化を検出す
ることができる熱伝導率検出器（熱伝導率検出手段）５
０が接続されている。

【００２２】この熱伝導率検出器５０は、熱式流量計で
ある市販のマスフローメータにより熱伝導率の変化を検
出できるようにしたものである。熱式流量計は、排気ガ
ス中の加熱体から単位時間に失われる熱量、すなわち冷
却量が排気ガスの流速に依存することを利用したもので
ある。このとき、冷却量は流速だけではなく流体の質量
にも依存しているので、質量流量が測定されるようにな
る。図２は熱式流量計５１の測定原理図の一例である。
図２に示されるように、ホイートストンブリッジの節点
Ａ，Ｂ間及び節点Ｂ，Ｃ間には可変抵抗器５２ａ，５２
ｂが接続されている。また、節点Ａ，Ｄ間及び節点Ｄ，
Ｃ間には、抵抗の温度係数が高い白金からなる自己発熱
抵抗体の抵抗器Ｒ，Ｒ₀が接続されている。

【００２３】このような構成において、抵抗器Ｒは一定
温度になるように維持されている。また、抵抗器Ｒ
₀は、真空排気管４６内に配置されて流体にさらされて
いる。このため、抵抗器Ｒ₀の温度は真空排気管４６の
排気ガスの流れに応じて変化するようになる。このよう
な温度の変化に伴い、節点Ｂ，Ｄ間の電圧も変化する。
したがって、この電圧の変化を測定して流量を測定する
ことができるのである。

【００２４】ところで、熱式流量計５１が実質的に測定
している単位時間当たりの冷却量は、真空排気管４６内
の排気ガスの熱伝導率にも依存する。このため、熱式流
量計５１は、質量流量が一定であれば、成分により異な
る排気ガスの熱伝導率の変化を検出することができ、熱
伝導率検出器５０として機能するようになる。

【００２５】熱伝導検出器５０は、アナログ信号をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄボード５４を介して、シス
テムコントローラ（終点検出手段）５６に電気的に接続
されている。これにより、熱伝導率検出器５０が発生し
たアナログの電気信号は、Ａ／Ｄボード５４によりディ
ジタル信号に変換され、システムコントローラ５６に送
出される。システムコントローラ５６は、熱伝導検出器
５０により検出された電子信号に基づいた制御信号を、
ヒータ制御ユニット２０、ガスパネル３４及びスロット
ルバルブ４８に送出している。これにより、圧力や流量
等を制御して処理チャンバ１２内の物理的な状態を良好
に維持することができるだけでなく、クリーニング終点
検出ための適切な処理をも図ることができるようにな
る。

【００２６】つぎに、本発明の処理チャンバにおける処
理方法を、以下に述べるＣＶＤ装置１０のクリーニング
処理の説明に従って説明する。

【００２７】まず、基板１６をサセプタ１４に載置して
Ｗ（タングステン）の成膜処理を行う。すなわち、図示
されない基板移送機構により基板１６をサセプタ１４上
に載置する。つぎに、処理チャンバ１２を真空ポンプ４
４により所定圧力にまで減圧する。その後、ガス供給源
３２ａ〜３２ｃからＷＦ₆を処理チャンバ１２に導入し
て所定圧力に維持する。この状態で、ヒータ制御ユニッ
ト２０を用いて、サセプタ１４の加熱を行って基板１６
を加熱することにより、基板１６表面上でＷＦ₆の熱分
解を行い、約１０μｍのＷの膜を成膜する。

【００２８】一定枚数の処理の後、処理チャンバの内面
には、Ｗ又はその化合物が残留・堆積する。そこで、処
理チャンバ１２内に残留したＷ又はその化合物のクリー
ニング処理を行う。すなわち、サセプタ１４の加熱及び
ＷＦ₆の供給を止めて、処理チャンバ１２内のＷＦ₆を真
空排気した後、基板１６を基板移送機構により処理チャ
ンバ１２から取り出す。つぎに、Ａｒで希釈されたＣｌ
Ｆ₃のガス供給源３２ｄを処理チャンバ１２内に１００s
ccmの一定の流量でもって導入して、圧力を約０．３Tor
rに維持する。このため、処理チャンバ１２内から排気
される排気ガスの質量流量は一定とみなすことができ
る。この状態で、ＣｌＦ₃をＷ又はその化合物と反応さ
せて揮発性化合物にして、真空排気を容易にする。この
とき、熱伝導検出器５０により電圧の変化をシステムコ
ントローラで検出する。

【００２９】図３は、このクリーンニング処理時の熱伝
導検出器５０の電圧の変化を示したグラフ図である。ク
リーニング時間が０〜７００秒の間は電圧はあまり変化
していない。７００〜８００秒の間では電圧が急激に変
化し、その後の電圧はまたほぼ一定になっている。

【００３０】かかる場合、Ａｒで希釈されたＣｌＦ₃の
流量は一定に保たれているので、電圧の変化は熱伝導率
の変化にだけ依存していると考えてよい。したがって、
このような電圧の急激な変化の前後で、熱伝導検出器５
０を通る排気ガスの種類が変化していることとなる。す
なわち、電圧の急激な変化の前ではクリーニングが行わ
れて、揮発性化合物が主として流れている。また、電圧
の急激な変化の後ではクリーニング処理が終了して、ク
リーニング用の反応ガスが主として流れていることとな
る。したがって、この電圧の急激な変化はクリーニング
処理の終点を意味していることになる。そして、この電
圧の急激な変化をシステムコントローラ５６によって検
出し、この変化に基づいた制御信号をヒータ制御ユニッ
ト２０、ガスパネル３４、高周波電源４２及びスロット
ルバルブ４８に送信することにより、クリーニング処理
を自動的に終了させる。

【００３１】このようにして、本実施形態では、熱伝導
率の変化を検出することにより、チャンバ内の付着物以
外の物を除去することなく、プラズマ処理以外の乾式の
クリーニング処理を容易に行うことができるようにな
る。このため、チャンバ内のパーティクルの発生が抑制
され、プロセスの性能が向上する。その結果、かかる処
理後に製造された半導体デバイスの歩留まり及び信頼性
は向上するようになる。

【００３２】なお、クリーニングに用いるガスはＣｌＦ
₃に限定されず、Ｆ₂，ＮＦ₃，ＣＦ₃Ｉ，ＨＢｒ，Ｃ
ｌ₂，ＨＣｌのようなフッ素含有物又は塩素含有物であ
れば、クリーニングが実現される。その際、熱式流量計
の電圧の値及び変化の仕方が、図３に示されるようにな
らないかもしれない。しかし、クリーニング処理の終点
では、電圧が急激に変化することは上述から明らかであ
る。したがって、この急激な変化をモニタリングするこ
とにより、クリーニング処理の終点を検出することが可
能となる。

【００３３】本発明の乾式処理装置は上記に限定されな
い。図４は、本発明の乾式処理装置が適用される誘導結
合型のプラズマＣＶＤ装置６０の構成図である。この装
置６０は、内部でプラズマを発生させる点で、上記第１
実施形態の装置１０と異なる。すなわち、サセプタ１４
及びディストリビュータ３８は電極としての機能を有し
ており、また、サセプタ１４は処理チャンバ１２と共に
接地され、ディストリビュータ３８は整合回路４０を介
して高周波電源４２に接続されている点でも、装置６０
は装置１０と異なっている。これにより、サセプタ１４
とディストリビュータ３８との間でプラズマを効率的に
形成することができる。なお、電源は高周波電源４２に
限定されず、直流電源（図示せず）であってもプラズマ
を効率的に発生させることができる。

【００３４】このような構成において、一定枚数のＷの
プラズマＣＶＤによる成膜処理を行った後に、プラズマ
によるクリーンニング処理を行う場合、まず、高周波電
源４２の投入及びＷＦ₆の供給を止めて、処理チャンバ
１２内のＷＦ₆を真空排気した後、基板１６を基板移送
機構により処理チャンバ１２から取り出す。つぎに、第
１実施形態と同様に、Ａｒで希釈されたＣｌＦ₃のガス
供給源３２ｄを処理チャンバ１２内に所定の一定流量で
もって導入して、圧力を所定圧力に維持する。このた
め、処理チャンバ１２内から排気される排気ガスの質量
流量は一定とみなすことができる。この状態で、高周波
電源４２を投入してＣｌＦ₃等のプラズマを発生させる
ことにより、ＣｌＦ₃のプラズマをＷ又はその化合物と
反応させて揮発性化合物にして、真空排気を容易にす
る。このとき、第１実施形態と同様に、熱伝導検出器５
０により電圧の変化をシステムコントローラで検出し、
クリーニング処理の終点を自動的に行う。

【００３５】このように、プラズマを用いた本実施形態
でも、チャンバ内の付着物以外の物を除去することな
く、クリーニング処理を容易に行うことができるように
なる。このため、チャンバ内のパーティクルの発生が抑
制され、プロセスの性能が向上する。その結果、かかる
処理後に製造された半導体デバイスの歩留まり及び信頼
性は向上するようになる。

【００３６】本発明の適用範囲は、クリーンニング処理
に限定されない。図５は、本発明の乾式処理装置が適用
される誘導結合型のプラズマエッチング装置７０の構成
図であって、例えばウェハ上の所望領域だけをドライエ
ッチングすることができる。図５において、符号７２は
処理チャンバであり、その側壁はアルミナを主成分とす
るセラミックス又は石英等の絶縁体により形成された誘
電体窓となっている。この誘電体窓の外周には、ソレノ
イド状のコイルアンテナ７４が巻き付けられている。ま
た、処理チャンバ７２の上部は電極７６となっており、
その下方にはサセプタ７８が配置され、表面に被処理物
であるレジストの層（図示せず）等が形成された基板１
６を支持している。上部の電極７６には、サセプタ７８
の対向位置に、処理チャンバ７２の内部に反応性ガスを
供給するためのノズル８０が複数個配置されている。ノ
ズル８０は供給配管３６を介して反応ガスを供給するガ
ス供給源３２に接続されている。処理チャンバ７２は、
上記実施形態と同様に、熱伝導検出器５０が接続された
真空排気管４６を介して真空ポンプ４４に接続されてい
る。

【００３７】このような構成において、基板１６のレジ
ストの層をプラズマエッチングする場合、処理チャンバ
７２を所定圧力に減圧すると共に、反応ガスを所定流量
でノズル８０から処理チャンバ７２内に導入する。そし
て、コイルアンテナ７４に高周波電力を印加して、反応
ガスを励起し、処理チャンバ７２内にプラズマを発生さ
せる。また、サセプタ７８と上部電極７６との間に高周
波電力を印加して、プラズマを被処理基板の方向に誘導
することにより、基板のプラズマエッチングを行い、揮
発性化合物を上記実施形態と同様に生成する。

【００３８】その後、上記第１実施形態及び第２実施形
態と同様、熱伝導検出器５０の電圧をモニタリングし
て、プラズマエッチングの終了の前後で熱伝導検出器５
０を通る排気ガスの種類をモニタリングする。そして、
排気ガスの種類の変化による熱伝導検出器５０の電圧の
変化に基づいた制御信号を、ガス供給源３２、高周波電
源４２ａ，４２ｂ及びスロットルバルブ４８に送信する
ことにより、プラズマエッチング処理を自動的に終了さ
せ、基板１６上のレジスト以外の物を除去することな
く、プラズマエッチング処理をすることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明は、チャンバ内の
被処理物を、気相との反応により除去する処理の終点の
検出を、チャンバ内から排気される排気ガスに固有な熱
伝導率の変化を検出することにより可能にしている。こ
のため、本発明は、プラズマクリーンニング処理及びド
ライエッチング処理等のプラズマ処理だけでなく、プラ
ズマ処理以外の乾式処理の終点の検出も行うことができ
る。また、排気ガスの種類も特に限定されるということ
はない。したがって、本発明の適用範囲は極めて広い。
さらに、このような処理工程により製造された半導体デ
バイスは、処理の終点が容易に検出されるようになった
結果、高い歩留まり及び信頼性を有するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の乾式処理装置の好適な一実施形態であ
る抵抗加熱式の減圧ＣＶＤ装置の構成図である。

【図２】熱式流量計の原理回路図である。

【図３】本発明の乾式処理方法に従って終点を検出する
グラフ図である。

【図４】本発明の乾式処理装置の他の実施形態であるプ
ラズマＣＶＤ装置の構成図である。

【図５】本発明の乾式処理装置の他の実施形態であるプ
ラズマエッチング装置の構成図である。

【符号の説明】

１０…減圧ＣＶＤ装置、１２，６２…処理チャンバ、１
４，６８…サセプタ、１６…基板、３４…ガスパネル、
４２…高周波電源、４６…真空排気管、４８…スロット
ルバルブ、５０…熱伝導率検出器、６０…プラズマＣＶ
Ｄ装置、７０…プラズマエッチング装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木優美千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者三谷勝美千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者前田祐二千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ内の被処理物を、気相との反応
により除去する処理を行う乾式処理装置用の乾式処理終
点検出装置であって、前記チャンバ内から排気される排気ガスの熱伝導率の変
化を検出する熱伝導率検出手段と、前記熱伝導率の変化に基づいて前記処理の終点を検出す
る終点検出手段と、を備えることを特徴とする乾式処理
終点検出装置。
【請求項２】前記被処理物が前記チャンバ内に付着し
た付着物であることを特徴とする請求項１に記載の乾式
処理終点検出装置。
【請求項３】前記被処理物が、前記チャンバ内に配置
された基板上に形成された表層物であることを特徴とす
る請求項１に記載の乾式処理終点検出装置。
【請求項４】前記気相がフッ素含有ガス又は塩素含有
ガスを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に記載の処理終点検出装置。
【請求項５】チャンバ内の被処理物を、気相との反応
により除去する処理を行う乾式処理装置用の乾式処理終
点検出方法であって、前記チャンバ内から排気される排気ガスの熱伝導率の変
化を検出する工程と、前記熱伝導率の変化に基づいて前記処理の終点を検出す
る工程と、を備えることを特徴とする乾式処理終点検出
方法。
【請求項６】前記被処理物を前記チャンバ内に付着し
た付着物とすることを特徴とする請求項５に記載の乾式
処理終点検出方法。
【請求項７】前記被処理物を、前記チャンバ内に配置
した基板上に形成した表層物とすることを特徴とする請
求項５に記載の乾式処理終点検出方法。
【請求項８】前記気相は、フッ素含有ガス又は塩素含
有ガスを含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか
１項に記載の乾式処理終点検出方法。
【請求項９】チャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給源と、前記チャンバ内を真空にする真空排気手段と、前記真空排気手段により前記チャンバ内から排気される
排気ガスの熱伝導率の変化を検出する熱伝導率検出手段
と、前記熱伝導率の変化に基づいて、前記チャンバ内に付着
した付着物を前記ガスにより除去する処理の終点を検出
する終点検出手段と、を備えることを特徴としている乾
式処理装置。
【請求項１０】前記ガスがフッ素含有ガス又は塩素含
有ガスであることを特徴とする請求項９に記載の乾式処
理装置。
【請求項１１】前記チャンバ内にガスを供給する工程
と、前記チャンバ内を真空にする工程と、前記チャンバ内から排気される排気ガスの熱伝導率の変
化を検出する工程と、前記熱伝導率の変化に基づいて、前記チャンバ内に付着
した付着物を前記ガスにより除去する処理の終点を検出
する工程と、を備えることを特徴とする処理方法。
【請求項１２】前記ガスをフッ素含有ガス又は塩素含
有ガスとすることを特徴とする請求項１１に記載の処理
方法。
【請求項１３】請求項７に記載の処理方法を含む工程
により製造されることを特徴とする半導体デバイス。