KR20140011970A - 막 균열 검출 장치 및 성막 장치 - Google Patents

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유도 스가와라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 처리 용기 내에 설치한 프로브 수단에 부착된 불필요한 막의 막 균열을 검출하여 파티클의 발생 가능성을 실시간으로 인식하는 것이 가능한 막 균열 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 피처리체(W)를 수용하는 처리 용기(4)를 가짐과 함께 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치(2)에 설치되어 막 균열 검출 조작을 행하는 막 균열 검출 장치(40)에 있어서, 처리 용기 내에 설치된 프로브 수단(41)과, 프로브 수단의 단부에 부착되어 탄성파를 검출하는 탄성파 검출 수단(42)과, 탄성파 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 처리 용기의 메인터넌스의 필요 여부를 판단하는 판단 수단(44)을 구비한다. 이에 따라, 처리 용기 내에 설치한 프로브 수단에 부착된 불필요한 막의 막 균열을 검출하여 파티클의 발생 가능성을 실시간으로 인식한다.

Description

막 균열 검출 장치 및 성막 장치{FILM CRACK DETECTING APPARATUS AND FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등에 박막을 형성하는 성막 장치 및 이것에 부착되는 막 균열 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로 등의 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는, 실리콘 기판 등의 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 처리, 확산 처리 등의 각종 처리가 반복하여 행해진다. 예컨대 뱃치식의 성막 처리를 예로 들어 설명하면, 세로로 긴 석영제의 처리 용기 내로 웨이퍼 보트에 지지된 복수매의 반도체 웨이퍼를 수용하고, 이것을 진공 분위기 하에서 소정의 온도로 가열하면서 처리 용기 내에 성막 가스를 도입하여, 박막을 형성하도록 되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 등).
전술한 바와 같은 성막 처리를 반복하여 행하면, 불필요한 막이 처리 용기의 내면 등에도 점차 부착되어 퇴적되고, 이 불필요한 막이 박리되어 떨어지면 제품 수율 저하의 원인이 되는 파티클이 발생하게 된다. 이 때문에, 종래에는, 웨이퍼에 대하여 성막한 막 두께의 누적치를 관리하거나 하여, 불필요한 막의 막 박리 등이 발생하기 전에, 정기적으로 또는 부정기적으로 메인터넌스 처리로서, 예컨대 클리닝 처리를 실시하거나 하여 막 박리가 생기기 전에 불필요한 막을 제거하도록 하고 있었다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평06-275608호 공보
그런데, 전술한 종래의 메인터넌스 처리 양태에서는, 메인터넌스 처리 개시를 위한 막 두께의 누적치의 어림값이 지나치게 두꺼우면, 클리닝 처리 등의 메인터넌스 처리가 지나치게 지연되어 발생하는 다량의 파티클에 기인하여 대폭적인 수율 저하가 생기거나, 또는 반대로 막 두께의 누적치의 어림값이 지나치게 얇으면, 파티클의 발생이 허용량보다 대폭 적음에도 불구하고 클리닝 처리가 행해지는 결과, 클리닝 빈도가 증가하여 작업 처리량이 저하되거나, 처리 용기의 손상 마모가 촉진된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명은, 처리 용기 내에 마련된 프로브 수단에 부착된 불필요한 막의 막 균열을 검출하여 파티클의 발생 가능성을 실시간으로 인식하는 것이 가능한 막 균열 검출 장치 및 성막 장치이다.
본 발명자는, 파티클 발생의 원인이 되는 불필요한 막의 막 균열에 대해서 예의 연구한 결과, 막 균열이 생길 때에는 작은 탄성파가 생기는 것을 발견하고, 이것을 검출함으로써 막 균열의 발생을 인식할 수 있다는 지견을 얻음으로써, 본 발명에 이른 것이다.
청구항 1에 따른 발명은, 피처리체를 수용하는 처리 용기를 가짐과 함께 상기 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 마련되어 막 균열 검출 조작을 행하는 막 균열 검출 장치에 있어서, 상기 처리 용기 내에 마련된 프로브 수단과, 상기 프로브 수단의 단부에 부착되어 탄성파를 검출하는 탄성파 검출 수단과, 상기 탄성파 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 처리 용기의 메인터넌스의 필요 여부를 판단하는 판단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치이다.
이와 같이, 피처리체를 수용하는 처리 용기를 가짐과 함께 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 마련되어 막 균열 검출 조작을 행하는 막 균열 검출 장치에 있어서, 처리 용기 내에 마련된 프로브 수단과, 프로브 수단의 단부에 부착되어 탄성파를 검출하는 탄성파 검출 수단과, 탄성파 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 처리 용기의 메인터넌스의 필요 여부를 판단하는 판단 수단을 구비하도록 했기 때문에, 프로브 수단의 표면에 부착된 박막에 생기는 막 균열을 검출함으로써 처리 용기의 내벽 등에 부착된 불필요한 막의 막 균열을 예측하여 파티클의 발생 가능성을 실시간으로 인식하는 것이 가능해진다.
청구항 25에 따른 발명에 의하면, 피처리체에 대하여 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 피처리체를 유지하는 유지 수단과, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리 용기 내로 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 배기계와, 청구항 1 내지 24 중 어느 한 항에 기재된 막 균열 검출 장치와, 성막 장치 전체의 동작을 제어하는 장치 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
본 발명에 따른 막 균열 검출 장치 및 성막 장치에 의하면, 다음과 같은 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
피처리체를 수용하는 처리 용기를 가짐과 함께 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 마련되어 막 균열 검출 조작을 행하는 막 균열 검출 장치에 있어서, 처리 용기 내에 마련된 프로브 수단과, 프로브 수단의 단부에 부착되어 탄성파를 검출하는 탄성파 검출 수단과, 탄성파 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 처리 용기의 메인터넌스의 필요 여부를 판단하는 판단 수단을 구비하도록 했기 때문에, 프로브 수단의 표면에 부착된 박막에 생기는 막 균열을 검출함으로써 처리 용기의 내벽 등에 부착된 불필요한 막의 막 균열을 예측하여 파티클의 발생 가능성을 실시간으로 인식할 수 있다. 따라서, 적절한 시기에 클리닝 처리 등의 메인터넌스 처리를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 막 균열 검출 장치를 부착한 성막 장치의 일례를 도시하는 종단면 구성도이다.
도 2는 막 균열 검출 장치의 부착 상태를 도시하는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 막 균열 검출 장치의 판단 수단을 도시하는 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제1 변형 실시예의 일부를 도시하는 도면이다.
도 5는 하중과 발생하는 막 균열의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 6은 탄성파의 강도가 가장 컸던 포인트의 파형을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제2 변형 실시예의 일부를 도시하는 블록도이다.
도 8은 도 5에 있어서 얻어진 데이터에 기초하여 구한 마이크로 크랙의 발생을 해석하기 위한 그래프이다.
도 9는 AE 원형파와 주파수 분포의 그룹마다의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제3 변형 실시예의 일부를 도시하는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제4 변형 실시예의 주요부를 도시하는 개략 구성도이다.
도 12는 제4 변형 실시예의 블록 구성도이다.
도 13은 막 균열 발생 위치를 특정하기 위한 원리도이다.
도 14는 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제5 변형 실시예의 주요부를 도시하는 구성도이다.
이하에, 본 발명에 따른 막 균열 검출 장치 및 성막 장치의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 막 균열 검출 장치를 부착한 성막 장치의 일례를 도시하는 종단면 구성도, 도 2는 막 균열 검출 장치의 부착 상태를 도시하는 부분 확대 단면도, 도 3은 막 균열 검출 장치의 판단 수단을 도시하는 블록 구성도이다.
도시하는 바와 같이, 이 성막 장치(2)는, 하단이 개구된 천정이 있는 원통체형의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)의 전체는, 예컨대 석영에 의해 형성되어 있다. 이 처리 용기(4)는, 원통체형으로 성형된 내통(4A)과, 이 외측에 소정의 간극을 두고 동심원형으로 배치된 천정이 있는 외통(4B)에 의해 형성되어 있다. 상기 내통(4A)은, 외통(4B)의 하부의 내벽에 링형으로 형성된 지지링(6) 상에 지지되어 있다. 또한, 이 처리 용기(4)의 하단부, 즉 외통(4B)의 하단부는 개구되어 있다. 이 하단부에는, 두께가 두꺼운 플랜지부(8)가 링형으로 형성되어 있다. 이 하단의 개구부에, 예컨대 스테인리스 스틸제의 원통체형의 매니폴드를 연결하도록 한 구성을 이용해도 좋다.
상기 처리 용기(4)의 하단 개구부에 있어서는, 그 하방으로부터 다수 매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 다단으로 배치한 유지 수단으로서의 석영제의 웨이퍼 보트(10)가 승강 가능하고 삽탈 가능하게 이루어져 있다. 본 실시예의 경우에 있어서, 이 웨이퍼 보트(10)의 지지 기둥(도시 생략)에는, 예컨대 50장∼150장 정도의 직경이 300 mm인 웨이퍼(W)를 대략 등피치로 다단으로 지지할 수 있게 되어 있다.
이 웨이퍼 보트(10)는, 석영제의 보온통(12)을 통해 테이블(14) 상에 배치되어 있고, 이 테이블(14)은, 처리 용기(4)의 하단 개구부를 개폐하는, 예컨대 스테인리스 스틸제의 덮개부(16)를 관통하는 회전축(18) 상에 지지된다. 그리고, 이 회전축(18)의 관통부에는, 예컨대 자성 유체 시일(20)이 개재하여 마련되고, 이 회전축(18)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(16)의 주변부와 처리 용기(4)의 하단부에는, 예컨대 O링 등으로 이루어진 시일 부재(22)가 개재하여 마련되어 있어, 처리 용기(4) 내의 시일성을 유지하고 있다.
상기 회전축(18)은, 예컨대 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시 생략)에 지지된 아암(24)의 선단에 부착되어 있고, 웨이퍼 보트(10) 및 덮개부(16) 등을 일체적으로 승강시켜 처리 용기(4) 내에 삽탈할 수 있게 되어 있다. 한편, 상기 테이블(14)을 상기 덮개부(16)측에 고정하여 마련하고, 웨이퍼 보트(10)를 회전시키지 않고 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 좋다.
이 처리 용기(4)의 하부의 측벽(26)에는, 처리 용기(4) 내에 성막 가스 등의 필요한 가스를 공급하는 가스 공급 수단(28)이 마련되어 있다. 구체적으로는, 상기 가스 공급 수단(28)은, 상기 처리 용기(4)의 하부의 측벽(26)을 내측으로 관통하는 석영관으로 이루어진 가스 노즐(30)을 갖고 있다. 그리고, 이 가스 노즐(30)의 선단의 가스 분사 구멍(30A)으로부터 가스를 분사할 수 있게 되어 있다. 상기 가스 노즐(30)에는 가스 통로(32)가 접속되어 있다. 그리고, 가스 통로(32)에는, 개폐 밸브(32A) 및 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(32B)가 개재하여 마련되어 있어, 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있게 되어 있다.
도 1에서는 가스 공급 수단(28)은 1개만 기재되어 있지만, 실제로는 동일한 구조로 된 것이, 예컨대 사용하는 가스 종류의 수만큼 마련되어 있다. 예컨대 실리콘질화막을 형성하는 경우에는, 실란계 가스인 디크롤실란과 질화가스인 암모니아와 퍼지 가스인 질소 가스 등이 이용된다.
또한, 이 처리 용기(4)의 하부의 측벽(26)이며, 내통(4A)과 외통(4B)의 간극(27)에 대응하는 부분에는 배기구(34)가 형성되어 있다. 그리고, 이 배기구(34)에는, 도시하지 않은 압력 조정 밸브나 진공 펌프 등이 개재하여 마련된 배기계(36)가 접속되어 있어, 처리 용기(4) 내의 분위기를 진공 상태로 하여 소정의 압력으로 유지할 수 있게 되어 있다. 따라서, 가스 노즐(30)로부터 도입된 가스는, 내통(4A) 내를 상승하여 천정부에서 되돌아가서, 내통(4A)과 외통(4B) 사이의 간극(27) 내를 강하하여 배기구(34)로부터 배출되도록 흘러간다.
그리고, 상기 처리 용기(4)의 외측 둘레를 둘러싸도록 하여, 이 처리 용기(4) 및 이 내부의 웨이퍼(W)를 가열하는 통체형의 가열 수단(38)이 마련되어 있다. 그리고, 이 처리 용기(4)에 본 발명에 따른 막 균열 검출 장치(40)가 마련되어 있다. 이 막 균열 검출 장치(40)는, 상기 처리 용기(4) 내에 마련된 프로브 수단(41)과, 이 프로브 수단(41)의 단부에 부착되어 탄성파를 검출하는 탄성파 검출 수단(42)과, 이 탄성파 검출 수단(42)의 검출 결과에 기초하여 상기 처리 용기(4)의 메인터넌스 처리의 필요 여부를 판단하는 판단 수단(44)을 갖고 있다. 그리고, 상기 판단 수단(44)에는, 여기서의 판단 결과를 표시하기 위한 표시부(45)가 접속되어 있다.
구체적으로는, 상기 프로브 수단(41)은, 처리 용기(4) 내에서 그 높이 방향을 따라서 마련되어 있다. 이 프로브 수단(41)은, 하단부가 처리 용기(4)의 하단부에 고정되어 처리 용기(4)의 높이 방향을 따라서 연장되는 수직 프로브부(46)를 갖는 프로브 본체(48)를 구비하고 있다. 이 프로브 본체(48)의 하단은 거의 직각으로 굴곡되어 있고, 그 단부는 직경이 확장되어 원기둥형으로 이루어진 부착 기단부(50)로서 형성되어 있다.
이 원기둥형의 부착 기단부(50)는, 소정의 길이를 갖고 있고, 상기 플랜지부(8)에 형성되어 있는 부착 구멍(52)에 삽입 관통되어, 그 선단은 처리 용기(4)의 외측으로 약간의 길이만 돌출된 상태로 고정되어 있다. 이 부착 기단부(50)의 부착부에는, 시일 부재(53)가 마련되어 있어, 이 부분의 시일성을 확보하도록 되어 있다. 여기서는 프로브 본체(48)는, 내통(4A)의 내측, 즉 내통(4A)과 웨이퍼 보트(10) 사이의 간극 부분에 배치되어 있고, 그 상단은 웨이퍼 수용 영역의 전체를 커버할 수 있도록 웨이퍼 보트(10)의 최상단까지 도달하는 길이로 설정되어 있다.
상기 프로브 수단(41)의 전체, 즉 수직 프로브부(46)를 갖는 프로브 본체(48)나 부착 기단부(50)는, 상기 처리 용기(4)의 재료, 특히 내통(4A)과 동일한 재료로 형성되어 있고, 이 프로브 본체(48)의 표면에 내통(4A)의 내면과 동일한 거동으로 불필요한 막이 부착될 수 있게 되어 있다. 여기서는 내통(4A) 및 프로브 수단(41)은, 예컨대 내열성의 석영으로 형성되어 있다. 상기 프로브 본체(48)는, 예컨대 직경이 10 mm 정도인 중공의 파이프와 같은 막대형 또는 중실의 막대형으로 형성되어 있다. 그 밖에 프로브 본체(48)의 단면 형상을, 내통(4A)의 곡률과 동일한 곡률의 단면이 원호인 막대형으로 형성해도 좋다. 또, 프로브 본체(48)가 중공의 파이프와 같은 막대형인 경우에는, 그 외측 둘레면에 부착되는 박막에 대한 스트레스에 대하여 프로브 본체(48) 자체의 강도를 높게 할 수 있다.
이 프로브 본체(48)는, 부분적으로 내통(4A)측에 지지시키도록 해도 좋고, 또는 내통(4A)에 분산 노즐의 수용 오목부가 형성되어 있는 경우에는, 이 프로브 본체(48)를 그 수용 오목부 내에 수용시키도록 하여 부착해도 좋다.
상기 프로브 수단(41)의 부착 기단부(50)의 단부면에, 상기 탄성파 검출 수단(42)이 부착된다. 여기서 탄성파란, 재료가 변형되거나, 균열이 발생했을 때 재료가 내부에 축적했던 변형 에너지를 방출할 때 발생하는 파(波)를 가리킨다. 이 탄성파 검출 수단(42)으로는, AE(Acoustic Emission) 센서(54)를 이용할 수 있다. 그리고, 상기 부착 기단부(50)의 단부면과 AE 센서(54)의 접합면에는, 탄성파를 전달하기 쉽게 하는 접촉 매질(56)이 개재되어 있다. 이 접촉 매질(56)로는, 물유리, 실리콘 그리스, 동판이나 금판과 같은 소프트한 금속으로 이루어진 금속판 등을 이용할 수 있다.
상기 AE 센서(54)는, 예컨대 PZT(지르콘산티탄산납) 등의 압전 소자를 내장하고, 진동 주파수 대역으로서 수 kHz∼수십 kHz의 주파수 대역을 갖고 있고, 이 AE 센서(54)로는, 예컨대 VS150-M(Vallen사 제조) 등을 이용할 수 있다.
그리고, 이 탄성파 검출 수단(42)에는, 이것을 냉각시키기 위한 냉각 기구(58)가 마련되어 있다. 이 냉각 기구(58)는, 탄성파 검출 수단(42)의 주위를 둘러싸도록 하여 마련한 냉각 케이싱(60)을 갖고 있다. 그리고, 이 냉각 케이싱(60)에 냉매 입구(60A)와 냉매 출구(60B)를 마련하여, 냉각 케이싱(60) 내에 냉각 매체를 흘려 냉각시키도록 되어 있다. 이와 같이 탄성파 검출 수단(42)을 냉각시킴으로써, 탄성파 검출 수단(42)이 열에 의해 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 여기서 냉각 매체로는, 질소 가스 등의 냉각 기체나 냉각수 등의 냉각 액체를 이용할 수 있다. 한편, 상기 탄성파 검출 수단(42)의 내열성이 충분한 경우에는, 이 냉각 기구(58)를 마련할 필요는 없다.
또한, 여기서는 상기 탄성파 검출 수단(42)의 배면측에는, 이것을 상기 부착 기단부(50)측으로 압박하여 편향시키기 위한 스프링과 같은 탄발 부재(62)가 설치되어 있다. 이 탄발 부재(62)는, 상기 냉각 케이싱(60)과 일체화된 탄발 부재 케이싱(64) 내에 수용되어 있다. 이에 따라, 상기 탄발 부재(62)의 압박력으로 부착 기단부(50)의 단부면과 AE 센서(54)의 밀착성을 향상시켜 탄성파를 효율적으로 전파시키도록 되어 있다.
상기 탄성파 검출 수단(42)의 검출 결과는, 신호 라인(66)을 통해 상기 판단 수단(44)에 접속되어 있으며, 검출 결과를 전달할 수 있도록 되어 있다. 상기 신호 라인(66)의 도중에는, 일정한 강도 이상의 신호를 탄성파 검출 신호로서 출력하는 강도 필터 수단(68)이 개재되어 있어, 노이즈 성분을 커트하도록 되어 있다. 여기서는, 일정한 이득 이하의 신호, 예컨대 40 dB 이하의 신호를 노이즈로서 커트하도록 되어 있다. 이 강도 필터 수단(68)으로는, 예컨대 고속 AE 측정 시스템 AMSY-6(Vallen-systeme사 제조)을 이용할 수 있다.
또 상기 판단 수단(44)은, 예컨대 컴퓨터 등으로 이루어지며, 상기 탄성파 검출 신호의 검출 횟수를 구하는 카운트부(70)와, 이 카운트부(70)의 출력과 미리 정해진 기준치를 비교하는 비교부(72)를 갖고 있다. 상기 카운트부(70)에서는, 전단의 강도 필터 수단(68)으로부터는 막 균열이 일어났을 때에 발생하는 침단(針端)형의 펄스파가 탄성파 검출 신호(S1)로서 출력되어 오기 때문에, 이 침단형의 펄스파의 펄스를 카운트함으로써 막 균열 발생의 횟수를 계측하도록 되어 있다.
이 경우, 상기 카운트부(70)에서는, 제1 카운트 양태로서, 예컨대 상기 처리 용기(4)에 대한 최근의 클리닝 처리 등의 메인터넌스 처리를 행한 후의 누적치를 구하도록 되어 있다. 즉, 클리닝 처리를 행하면, 처리 용기(4)의 내벽면에 부착되어 있던 불필요한 막이 제거되기 때문에, 이 클리닝 처리 후에 발생한 막 균열을 검출하고, 이 검출 횟수를 가산하여 누적한 누적치를 구하도록 되어 있다. 그리고, 이 카운트부(70)에서는, 이 누적치를 상기 비교부(72)를 향해서 출력하도록 되어 있다. 이 카운트 동작, 즉 막 균열 검출 조작은, 박막의 성막 동작 중뿐만 아니라, 성막 처리의 직전에 행하는 처리 용기(4)의 승온 중 및 성막 처리의 후에 행하는 처리 용기(4)의 강온 중에도 행해진다.
상기 비교부(72)에서는, 경험적으로 구해진 임계치가 기준치로서 미리 정해져 있어, 전단으로부터 보내오는 이 누적치가 기준치에 도달했을 때에, 이 비교부(72)는, "메인터넌스 처리를 행할 필요성 있음" 이라고 판단하도록 되어 있다. 이 경우, 상기 누적치용의 기준치는, 예컨대 100 정도로 설정되어 있고, 바꾸어 말하면 막 균열 현상을 100회 검출했다면, 메인터넌스 처리의 필요성 있음으로서 인식하도록 되어 있다.
그리고, 이 성막 장치(2)의 동작 전체의 제어, 예컨대 가스의 공급의 개시 및 공급의 정지, 프로세스 온도나 프로세스 압력의 설정, 상기 막 균열 검출 장치(40)의 동작 제어 등은, 예컨대 컴퓨터 등으로 이루어진 장치 제어부(74)에 의해 행해진다. 그리고, 이 장치 제어부(74)는, 상기 각종 가스의 공급이나 공급 정지의 제어, 고주파의 온ㆍ오프 제어 및 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터에 판독 가능한 프로그램을 기억하는, 예컨대 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), 하드디스크, 플래시메모리 또는 DVD 등의 기억 매체(76)를 갖고 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 성막 장치(2)를 이용하여 행해지는 성막 방법을 실리콘질화막(SiN)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 상온의 다수 매, 예컨대 50장∼150장의 300 mm 사이즈의 웨이퍼(W)가 배치된 상태의 웨이퍼 보트(10)를 미리 소정의 온도로 된 처리 용기(4) 내에 그 하측으로부터 상승시켜 로드하고, 덮개부(16)로 처리 용기(4)의 하단 개구부를 폐쇄함으로써 용기 내를 밀폐한다.
그리고 처리 용기(4) 내를 진공 상태로 하여 소정의 프로세스 압력으로 유지함과 함께, 가열 수단(38)으로의 공급 전력을 증대시킴으로써, 처리 용기(4)의 온도 및 웨이퍼 온도를 상승시켜 프로세스 온도를 유지하고, 가스 공급 수단(28)(복수 설치)으로부터, 예컨대 실란계 가스와 NH3 가스를 각각 교대로 간헐적으로 공급한다. 이에 따라, 회전하고 있는 웨이퍼 보트(10)에 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘질화막(SiN)을 형성한다.
그리고, 성막 처리가 종료하면, 이번에는 반대로 각 가스의 공급을 정지한 후에, 처리 용기(4)의 온도 및 웨이퍼(W)의 온도를 안전 온도, 예컨대 300℃∼400℃ 정도까지 저하시킨다. 그리고, 안전 온도가 되었다면, 처리가 끝난 웨이퍼(W)를 처리 용기(4)의 하방으로 강하시킴으로써 언로드하고, 처리가 끝난 웨이퍼(W)를 처리 용기(4)로부터 배출하게 된다. 여기서, 상기한 일련의 동작 중에 있어서, 본 발명에 따른 막 균열 검출 장치(40)는 동작하여 막 균열 검출 조작이 행해지고 있다. 즉, 성막 전의 처리 용기(4)의 승온 중, 박막의 성막 중 및 성막 후의 처리 용기(4)의 강온 중에 있어서 막 균열 검출 조작이 행해지고 있다.
전술한 바와 같이, 박막의 성막 처리에 있어서는, 웨이퍼(W)의 표면뿐만 아니라, 처리 용기(4) 내의 내벽면이나 가스 노즐(30)의 표면이나 프로브 수단(41)의 프로브 본체(48)의 표면 등의 용기 내 구조물의 모든 표면에 파티클의 원인이 되는 불필요한 막이 퇴적되고, 이것이 웨이퍼의 처리 매수의 증가에 따라서 축적되게 된다. 그리고, 이 불필요한 막은, 어느 정도의 막 두께가 되면 막 균열이 생겨 파티클의 발생 원인이 된다. 특히, 처리 용기(4)의 온도를, 승온 또는 강온시킬 때에는 히트 쇼크에 의해 막 균열이 발생하기 쉬워진다.
여기서, 상기 프로브 본체(48)의 표면과 내통(4A)의 내면은 동일 공간에 서로 접근시켜 위치되어 있기 때문에, 모두 동일한 조건 또는 거동으로 불필요한 막이 그 표면에 부착 퇴적되게 되고, 따라서 프로브 본체(48)의 표면의 막에 막 균열이 생기는 상황에서는, 내통(4A)의 내면에 부착된 막에도 막 균열이 생기는 상황이 되어 있는 것으로 추측된다.
그리고, 상기 막대형의 프로브 본체(48)의 표면에 퇴적되어 있던 상기 불필요한 막에 막 균열이 발생하면 탄성파가 발생하고, 이 탄성파는 이 프로브 본체(48) 자체 및 부착 기단부(50)에 전해져 막 균열 검출 장치(40)의 탄성파 검출 수단(42)에 의해 검출되게 된다. 이 탄성파 검출 수단(42)은, 예컨대 압전 소자를 포함하는 AE 센서(54)로 이루어지고, 여기서의 검출 신호는 신호 라인(56)을 통해 강도 필터 수단(68)을 통과한 후에, 판단 수단(44)에 입력된다. 상기 강도 필터 수단(68)은, 노이즈를 커트하기 위해 일정한 강도 이상의 신호만을 통과시켜 탄성파 검출 신호(S1)로서 출력하게 된다. 여기서는, 예컨대 40 dB 이상의 신호만을 통과시키고, 그것보다 작은 강도의 신호는 커트하도록 되어 있다.
상기 판단 수단(44)에서는, 카운트부(70)에 있어서, 예리한 침단형의 탄성파 검출 신호(S1)가 1발 입력되었을 때 "1" 을 카운트하고, 메인터넌스 처리 후, 예컨대 클리닝 처리 후의 누적치를 적산하고 있고, 이 누적치가 후단의 비교부(72)에 보내진다. 한편, 상기 카운트부(70)의 누적치는, 처리 용기(4)의 메인터넌스 처리마다, 예컨대 클리닝마다 리셋된다.
그리고, 상기 비교부(72)에서는, 미리 설정되어 있는 누적치용의 기준치, 예컨대 "100" 과 비교하여, 전단의 카운트부(70)로부터 입력되는 누적치가 기준치 이상인 경우에는, "메인터넌스 처리의 필요성 있음" 이라고 판단한다. 그리고, 그 결과를 표시부(45)에 표시시켜, 오퍼레이터에게 주의를 환기시킨다. 한편, 상기 기준치 "100" 은 단순히 일례를 나타낸 것에 불과하며, 이것에 한정되지 않는다. 이 경우, "메인터넌스 처리의 필요성 있음" 이라고 판단하더라도, 승온 조작이나 성막 처리를 즉시 정지하는 것은 아니고, 현재 처리 중인 웨이퍼에 대해서는 성막 처리를 완료시킨다. 그리고, 다음에 성막 처리를 행하기 전에, 처리 용기(4)의 메인터넌스 처리, 예컨대 클리닝 처리가 행해지게 된다.
이상과 같이, 프로브 수단의 표면에 퇴적된 불필요한 막의 막 균열을 반도체 웨이퍼(W)의 승온 중, 성막 처리 중 및 강온 중에 있어서 검출하고 있어, 파티클 발생의 가능성을 실시간으로 인식하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 프로브 수단의 표면의 막에 막 균열이 생겼다면, 동일한 환경 하에 설치되어 있는 내통(4A)의 내면에 부착된 막에도 마찬가지로 막 균열이 생기는 상황이 되어 있을 것으로 추측할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 피처리체, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(4)를 가짐과 함께 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 마련되어 막 균열 검출 조작을 행하는 막 균열 검출 장치(40)에 있어서, 처리 용기(4) 내에 마련된 프로브 수단(41)과, 프로브 수단(41)의 단부에 부착되어 탄성파를 검출하는 탄성파 검출 수단(42)과, 탄성파 검출 수단(42)의 검출 결과에 기초하여 처리 용기(4)의 메인터넌스의 필요 여부를 판단하는 판단 수단(44)을 구비하도록 했기 때문에, 프로브 수단(41)의 표면에 부착된 박막에 생기는 막 균열을 검출함으로써 처리 용기(4)의 내벽 등에 부착된 불필요한 막의 막 균열을 예측하여 파티클의 발생 가능성을 실시간으로 인식할 수 있다. 따라서, 적절한 시기에 클리닝 처리 등의 메인터넌스 처리를 행할 수 있다.
<카운트 양태의 변형예>
다음으로, 카운트부(70)에서의 막 균열 발생 횟수에 대한 카운트 양태의 변형예에 대해서 설명한다. 앞에서 설명한 제1 카운트 양태에서는, 최근의 메인터넌스 처리, 예컨대 클리닝 처리 후에 발생한 막 균열 발생의 횟수를 가산한 누적치를 구했지만 이것에 한정되지 않고, 이하와 같이 해도 좋다.
우선, 제2 카운트 양태로서, 카운트부(70)에서는, 간헐적으로 측정한 단위 시간마다의 누적치를 구하도록 해도 좋다. 구체적으로는, 연속적으로 막 균열 검출 조작을 행하는 것이 아니라, 예컨대 1분간 휴지할 때마다 소정의 단위 시간, 예컨대 1초간만 막 균열 검출 조작을 행하도록 하고, 이 조작을 반복하여 행하도록 한다. 그리고, 1초간의 막 균열 검출 조작으로 검출된 횟수를 가산하여 누적한다. 즉, 1분마다 1초간만 막 균열 검출 조작을 행하도록 해도 좋다.
이 경우에는, 비교부(72)에서의 임계치인 기준치는 간헐 기간용의 누적치가 되고, 이전의 누적치용의 기준치, 예컨대 100회보다 작은 값, 예컨대 10회로 설정되게 된다. 이 경우에도, 이전의 제1 카운트 양태와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
다음으로, 제3 카운트 양태로서, 카운트부(70)에서는, 단위 시간마다 탄성파 검출 신호의 검출 횟수를 구하도록 해도 좋다. 예컨대 여기서는, 연속적으로 막 균열 검출 조작을 행하여, 항상 단위 시간마다, 예컨대 1초마다의 막 균열 검출 횟수를 카운트하여 1초마다의 카운트치를 출력한다. 이 경우에는, 비교부(72)에서의 임계치인 기준치는, 단위 시간용의 카운트치가 되고, 상기 제2 카운트 양태의 기준치, 예컨대 5회보다 더 작은 값, 예컨대 2회로 설정된다. 이 경우에도, 이전의 제1 카운트 양태와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
다음으로, 제4 카운트 양태로서, 카운트부(70)에서는, 단위 시간마다 탄성파 검출 신호의 검출 횟수를 구하고, 또한 이 단위 시간마다의 검출 횟수의 증가 경향을 구하도록 한다. 예컨대 메인터넌스 처리가 필요한 시기에 접근하면, 막 균열 현상의 발생수는 2차 곡선적으로 급격히 증가하기 때문에, 이 급격한 증가를 포착하도록 구성한다. 구체적으로는, 예컨대 연속적으로 막 균열 검출 조작을 행하여, 항상 단위 시간마다, 예컨대 60초마다의 막 균열 검출 횟수를 카운트하여 그 60초마다의 카운트치를 구한다. 또한, 이 카운트치를 직전의 60초간의 카운트치와 비교하여 그 증가율을 구해서 출력한다. 예컨대 직전의 60초간의 카운트치가 5회이고, 이번의 60초간의 카운트치가 10회라면, 증가율은 100%가 되고, 이 값을 출력한다.
비교부(72)에서의 임계치인 기준치는 증가율용의 기준치가 되어, 예컨대 "100%" 로 설정된다. 즉, 막 균열 발생의 증가율이 100% 이상이 되었다면, "메인터넌스 처리의 필요성 있음" 으로서 판단하게 된다. 여기서 상기 단위 시간 60초나 기준치 100%는 단순히 일례를 나타낸 것에 불과하며, 이들에 한정되지 않는다. 이 경우에도, 이전의 제1 카운트 양태와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
<제1 변형 실시예>
다음으로, 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제1 변형 실시예에 대해서 설명한다. 이전의 실시예에서는, 탄성파 검출 수단(42)과 판단 수단(44) 사이에 노이즈를 커트하기 위해 강도 필터 수단(68)을 마련했지만, 보다 확실하게 노이즈를 커트하기 위해, 주파수 대역을 좁히는 제1 주파수 필터 수단을 더 마련하도록 해도 좋다. 도 4는 이러한 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제1 변형 실시예의 일부를 도시하는 도면이다. 도 1 내지 도 3에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 여기서는 강도 필터 수단(68)과 판단 수단(44) 사이의 신호 라인(66)에, 상기 강도 필터 수단(68)으로부터 출력되는 신호 중의 소정의 주파수 대역의 신호를 커트하는 제1 주파수 필터 수단(78)을 마련하고 있다. 이 제1 주파수 필터 수단(78)으로는, 밴드 패스 필터를 이용할 수 있다. 이 밴드 패스 필터로서, 예컨대 주파수가 200 kHz보다 작은 주파수와 400 kHz보다 큰 주파수를 커트하고, 200 kHz∼400 kHz의 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 것을 이용한다. 후술하는 바와 같이, 막 균열 발생에 따라 발생하는 탄성파에는, 특히 300 kHz 정도의 주파수대에서 예리한 침단형의 신호가 포함되기 때문에, 이것을 검출함으로써, 더욱 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
<막 균열 발생의 검증 시험>
다음으로, 도 1 내지 도 3에 도시하는 막 균열 검출 장치(40)를 이용하여 실제로 막 균열 발생의 검증 시험을 행했기 때문에, 그 평가 결과에 대해서 설명한다. 여기서는, 시험 재료로서 외경이 15 mm, 내경이 12 mm, 길이가 1400 mm인 석영관 2개를 준비하고, 1개의 석영관의 내면 및 외면의 전체에 실리콘질화막(SiN막)을 충분한 두께(3 ㎛)로 코팅했다. 다른 석영관에는 아무런 막을 코팅하지 않고 그대로 이용했다.
이들 석영관의 양단부를 수평으로 지지 고정한 상태로 중앙부에 수직 방향으로 점차 부하를 가하여, 그 때 발생하는 탄성파를 AE 센서에 의해 검출했다. 도 5는 하중과 발생하는 막 균열의 관계를 도시하는 그래프이고, 도 5의 (A)는 석영관에 가한 하중과 막 균열의 발생수(Hits : 히트수)의 관계를 나타내고, 횡축에 시간을 취하고, 우측 종축에 하중을 취하고, 좌측 종축에 막 균열의 발생수(Hits)를 취하고 있다. 도 5의 (B)는 횡축에 시간을 취하고, 종축에 신호의 강도(Amp)를 취하고 있다. 여기서는, 필터[도 1의 강도 필터 수단(68)에 대응]에 의해 40 dB 이하의 신호를 커트하여, 노이즈의 침입을 방지하고 있다.
우선, 양 석영관에 260초간 정도, 0 kN∼0.05 kN까지 직선적으로 증가하도록 부하를 가했다. 실리콘질화막을 코팅하지 않은 막이 없는 석영관의 경우는, 석영관이 파단될 때까지 막 균열 발생에 관해 아무런 히트수가 없어서 "제로" 였다.
이에 비해, 실리콘질화막이 코팅되어 있는 막이 부착된 석영관의 경우는, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 하중이 0.01 kN 정도 근방부터 막 균열이 발생하고 있고, 하중이 증가함에 따라서 산발적으로 발생하고 있다. 막 균열의 발생수는, 횡축에서 40 sec, 85 sec, 100 sec, 140 sec 근방의 부분에서 각각 최대 4의 막 균열 발생수를 카운트하고 있다.
도 5의 (B)에서는, 도 5의 (A) 중의 막 균열 발생수를 검출했을 때의 탄성파의 강도(dB)를 도시하고 있고, 그래프 중의 각 포인트가 막 균열의 발생을 도시하고 있다. 이 그래프에 의하면, 횡축에서 90 sec(0.015 kN 근방)일 때의 탄성파의 강도가 가장 크다는 것을 알 수 있다. 이들 그래프에 의해, 막 균열의 발생은, 탄성파를 검출함으로써 포착할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
다음으로, 도 5의 (B) 중에서 탄성파의 신호의 강도가 가장 컸던 포인트 A의 탄성파의 파형을 추출하여 분석했다. 이 결과를 도 6에 도시한다. 도 6은 탄성파의 강도가 가장 컸던 포인트의 파형을 도시하는 도면이고, 도 6의 (A)는 진폭을 도시하고, 도 6의 (B)는 도 6의 (A)의 신호를 푸리에 변환하여 구해진 주파수 분포를 도시한다. 도 6의 (A)에 도시하는 바와 같이, 검출되는 탄성파는, 매우 예리한 진폭이 큰 침단형의 신호가 수 μsec 폭으로 나타나고, 그 후에는 진폭이 약한 파형이 700 μsec 정도 계속되는 것을 알 수 있다.
그리고, 이때의 파형의 주파수를 분석하면, 100 kHz 근방과 300 kHz 근방에 예리한 피크 파형이 나타나 있다. 이 2개의 피크 파형은, 도시되어 있지 않지만, 다른 탄성파의 검출 신호도 마찬가지로 나타나 있다. 따라서, 노이즈의 혼입 방지를 보다 확실하게 하기 위해서, 주파수가 낮은 100 kHz 정도의 피크 파형을 커트하고, 주파수가 높은 300 kHz 정도의 피크 파형을 검출하는 것이 바람직하다는 것을 이해할 수 있다. 이 때문에, 앞서 도 4에 나타내는 제1 변형 실시예에서는, 200 kHz∼400 kHz의 범위내의 신호만을 통과시키는 제1 주파수 필터 수단(78)을 이용하여, 300 kHz를 중심으로 한 피크 파형을 검출하도록 하고 있다.
<제2 변형 실시예>
다음으로, 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제2 변형 실시예에 대해서 설명한다. 이전의 실시예에서는, 판단 수단(44)으로서 카운트부(70)와 비교부(72)를 갖도록 구성했지만, 이에 대신하여, 강도 필터 수단(68)의 출력이, 특정한 주파수 대역의 신호를 갖는지의 여부를 판단하는 제2 주파수 필터 수단을 이용하도록 해도 좋다. 도 7은 이러한 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제2 변형 실시예의 일부를 도시하는 블록도이다. 도 7에 있어서, 도 1 내지 도 6에 도시하는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
여기서는, 판단 수단(44)으로서 특정한 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 제2 주파수 필터 수단(80)을 갖고 있다. 이 제2 주파수 필터 수단(80)으로는, 예컨대 70 kHz∼80 kHz의 주파수 대역의 신호는 통과시키고, 그 이외의 주파수를 커트하는 밴드 패스 필터를 이용할 수 있다. 이 70 kHz∼80 kHz의 주파수 대역의 신호는, 후술하는 바와 같이 프로브 수단(41)의 표면이나 석영제의 처리 용기(4)나 석영관의 표면에 마이크로 크랙이 들어갈 때에 발생하는 탄성파이며, 이 마이크로 크랙이 발생하면, 그 표면에 퇴적되어 있는 불필요한 막에도 필연적으로 막 균열이 발생하는 것이 알려져 있고, 따라서 이 석영 표면에 마이크로 크랙이 발생했을 때에는, 박막의 막 균열이 다량으로 발생하고 있는 것으로 추정하여 "메인터넌스 처리의 필요성 있음" 이라고 판단한다.
이 제2 변형 실시예는, 도 1 내지 도 6에 있어서 설명한 실시예와 치환하여 이용해도 좋고, 또는 신호 라인(66)을 도중에 분기시켜 병렬적으로 이용하도록 해도 좋다.
여기서 상기 마이크로 크랙이 발생했을 때의 탄성파 신호의 해석을 행했기 때문에, 그 해석 결과에 대해서 설명한다. 도 8은 도 5에 있어서 얻어진 데이터에 기초하여 구한 마이크로 크랙의 발생을 해석하기 위한 그래프이고, 도 8의 (A)는 최대 진폭(Amp)과 파형 지속 시간(Dur)의 관계를 도시하는 그래프, 도 8의 (B)는 최대 진폭(Amp)과 중심 주파수(F)의 관계를 도시하는 그래프, 도 8의 (C)는 최대 진폭(Amp)과 피크 주파수(F)의 관계를 도시하는 그래프이다.
여기서 파형 지속 시간이란, AE 파형(탄성파)의 포물선이 일정값 이상을 유지하고 있는 시간을 가리킨다. 또한 중심 주파수란, 주파수 분석에서 얻어진 함수의 적분치의 중심 위치를 가리키며, 이하의 식으로 구해진다.
중심 주파수(kHz)=ΣEiㆍFi/ΣEi
여기서 Ei : 주파수 성분의 크기, Fi : 주파수
도 8의 (A) 및 도 8의 (B)에 도시하는 상호 관계를 확인한 바, 도 8의 (C)에 도시하는 바와 같이 A∼D의 4개의 그룹으로 나뉘는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로는, 각 검출된 AE 원형파인 탄성파를 도 6에 도시하는 바와 같이 진폭의 크기, 파형 지속 시간, 주파수 분석을 행하여 그룹을 나누었다. 도 9는 AE 원형파와 주파수 분포의 그룹마다의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9의 (A)는 A 그룹을 도시하고, 도 9의 (B)는 B 그룹을 도시하며, 도 9의 (C)는 C 그룹을 도시하고, 도 9의 (D)는 D 그룹을 도시한다. 좌측열의 도면의 횡축은 시간을 취하고, 종축은 진폭을 취하고 있다. 우측열의 도면의 횡축은 푸리에 변환했을 때의 주파수를 취하고, 종축은 크기를 취하고 있다.
이들 그룹에 소속되는 AE 원형파(탄성파)의 파형을 관찰하면, 도 9에 도시하는 바와 같이 파형의 특징이 상이한 것을 확인했다. 이들 파형의 차이는 AE 원형파의 발생 메커니즘의 차이에 의한 것으로 생각되며, 발생 빈도 및 타이밍으로부터 판단하여 이하의 A∼D의 4그룹으로 나누어진다.
A 그룹 : SiN막의 마이크로 크랙의 발생과 진전.
B 그룹 : 석영유리의 마이크로 크랙의 발생과 진전.
C 그룹 : 미지의 현상.
D 그룹 : 미지의 현상.
여기서, 도 8의 (C) 중의 B 그룹에 소속되는 탄성파는, 석영 표면에 대하여 마이크로 크랙이 발생하는 것이 확인되어 있고, 이 크랙에 유발되어 막 균열이 발생한 것이 확인되어 있다. 따라서, B 그룹이 소속되는 주파수대, 즉 도 7에서 설명한 바와 같이, 70 kHz∼80 kHz의 주파수대의 탄성파를 검출함으로써, 석영 표면에 발생하는 마이크로 크랙 및 이에 따라 유발되는 막 균열 발생을 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다.
<제3 변형 실시예>
다음으로, 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제3 변형예에 대해서 설명한다. 이전의 실시예에서는, 냉각 기구(58)로서 냉매를 이용한 것을 이용했지만, 이에 대신하여, 또는 이와 함께 방열 핀을 이용한 냉각 기구를 이용해도 좋다. 도 10은 이러한 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제3 변형 실시예의 일부를 도시하는 블록도이다. 도 10에 있어서, 도 1 내지 도 9에 도시하는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
여기서는 상기 냉각 기구(58)로서 방열 핀이 장착된 도파봉 부재를 이용하고 있다. 이 냉각 기구(58)의 도파봉 부재(82)는, 전체가 알루미늄이나 스테인리스 스틸 등의 금속에 의해 형성되어 있다. 이 도파봉 부재(82)로서 금속에 한정되지 않고, 석영 블록으로 이루어진 부재나 세라믹계의 재료로 이루어진 부재를 이용해도 좋다. 구체적으로는, 이 도파봉 부재(82)는, 탄성파를 전하기 쉬운 길이가 수 cm 정도인 막대체(84)를 갖고 있고, 그 양단에 원판형의 부착판(86)이 마련되어 있다. 그리고, 이 막대체(84)에는, 소정의 간격으로 배열된 복수의 방열 핀(88)이 부착되어 있고, 탄성파 검출 수단(42)의 AE 센서(54)의 내열 온도 이하의 온도까지 냉각시킬 수 있게 되어 있다.
그리고, 이 도파봉 부재(82)를 상기 프로브 수단(41)의 부착 기단부(50)와 탄성파 검출 수단(42) 사이에 개재시키고 있다. 이 부착 기단부(50)의 단부면과 전단의 부착판(86) 사이 및 탄성파 검출 수단(42)과 후단의 부착판(86) 사이에 각각 접촉 매질(56)을 개재시키고 있어, 탄성파를 효율적으로 전달시키도록 되어 있다. 도시예에서는 탄성파 검출 수단(42)을 편향시키는 스프링과 같은 탄발 부재(62)를 기재하지 않았지만, 여기서도 이 탄발 부재를 마련하도록 해도 좋다. 이 제3 변형 실시예도 이전의 제1 및 제2 변형 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
<제4 변형 실시예>
다음으로, 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제4 변형 실시예에 대해서 설명한다. 이전의 실시예에서는, 프로브 본체(48)에서의 막 균열 발생의 위치를 특정할 수 없었지만, 이 제4 변형 실시예에서는 프로브 본체(48)를 상하방향으로 왕복하도록 마련함과 함께 그 양단에 2개의 탄성파 검출 수단을 마련하여 막 균열 발생의 위치를 특정하도록 한 것이다.
도 11은 이러한 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제4 변형 실시예의 주요부를 도시하는 개략 구성도, 도 12는 제4 변형 실시예의 블록 구성도, 도 13은 막 균열 발생 위치를 특정하기 위한 원리도이다. 도 11 내지 도 13에 있어서, 도 1 내지 도 10에 도시하는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
도 11에도 도시하는 바와 같이, 이 제4 변형 실시예에 있어서는, 프로브 수단(41)의 프로브 본체(48)는, 처리 용기(4)의 내통(4A) 내에서 처리 용기(4)의 높이 방향을 따라서 상측으로 나란히 연장되는 2개의 수직 프로브부(46A, 46B)를 갖고 있고, 이 수직 프로브부(46A, 46B)의 상단부는, 예컨대 원호형으로 이루어진 연결부(90)에 의해 서로 연결되어 있다. 즉, 이들 2개의 수직 프로브부(46A, 46B) 및 연결부(90)는 전체로서 1개의 부재로 되어 있고, 예컨대 막대형의 석영 부재를 그 길이 방향의 한가운데에서 휘어 돌아가도록 굴곡 변형시킴으로써 성형된다.
2개의 수직 프로브부(46A, 46B)의 하단부는 모두 거의 직각으로 꺾어 구부러져서 부착 기단부(50A, 50B)가 마련되어 있고, 처리 용기(4)의 하단부에 지지 고정되어 있다. 그리고, 도 12에도 도시하는 바와 같이, 상기 각 수직 프로브부(46A, 46B)의 각 단부에 위치하는 부착 기단부(50A, 50B)의 단부면측에, 각각 탄성파 검출 수단(42A, 42B)이 마련된다. 그리고, 이 탄성파 검출 수단(42A, 42B)의 후단측에는, 각각 강도 필터 수단(68A, 68B), 판단 수단(44A, 44B) 및 표시부(45A, 45B)가 마련되어 있어, 막 균열 발생을 검출할 수 있도록 되어 있다.
여기서의 상기 각 구성은, 이전의 제1∼제3 변형 실시예를 적용할 수 있고, 또한 상기 강도 필터 수단(68A, 68B), 판단 수단(44A, 44B) 및 표시부(45A, 45B)를 각각 공통으로 하여 이용할 수도 있다. 그리고, 이 제4 변형 실시예에서는, 상기 2개의 탄성파 검출 수단(42A, 42B)의 검출 결과에 기초하여 막 균열 발생의 위치를 특정하는 막 균열 위치 특정 수단(94)이 마련되어 있다. 이 막 균열 위치 특정 수단(94)에서는, 2개의 수직 프로브부(46A, 46B) 및 연결부(90)를 갖는 상기 프로브 본체(48)를 1개의 부재로서 파악하여, 그 길이 방향의 어느 위치에서 막 균열이 발생했는가라는 점에 대해서 특정한다.
구체적으로는, 도 13에 도시하는 원리도와 같이 프로브 본체(48)(46A, 46B)의 양단부에 각각 탄성파 검출 수단(42A, 42B)이 마련되고, 길이 방향의 중앙부로부터 좌측으로 거리 L의 위치에서 막 균열이 발생한 것으로 가정한다. 그리고 막 균열이 발생한 후, T1초 후에 한쪽 탄성파 검출 수단(42A)에서 탄성파가 검출되고, T2초 후에 다른쪽 탄성파 검출 수단(42B)에서 탄성파가 검출된 것으로 한다. 그렇게 하면, 상기 거리 L은, 이하의 식으로 구할 수 있다.
L=[(T1-T2)×C]/2
C : 프로브 본체를 전달하는 탄성파의 전달 속도
T1-T2 : 시간차
이와 같이, 이 제4 변형 실시예에서는, 이전의 제1∼제3 변형 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 거리 L을 구함으로써, 처리 용기(4) 내의 높이 방향에서의 어느 위치에서 막 균열이 발생했는지 특정할 수 있다. 이와 같이, 막 균열의 발생을 특정함으로써, 프로세스 처리 등의 운용의 최적화에 기여할 수 있다.
<제5 변형 실시예>
다음으로, 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제5 변형 실시예에 대해서 설명한다. 이전의 제4 변형 실시예에서는, 프로브 본체(48)의 높이 방향의 막 균열 발생의 위치를 특정할 수 있지만, 처리 용기(4)의 둘레 방향에서의 막 균열 발생의 위치는 특정할 수 없다. 이 제4 변형 실시예에서는, 프로브 본체(48)의 높이 방향뿐만 아니라, 처리 용기(4)의 둘레 방향에서의 막 균열 발생의 위치를 특정하도록 한 것이다. 도 14는 이러한 본 발명의 막 균열 검출 장치의 제5 변형 실시예의 주요부를 도시하는 구성도이다. 도 14에 있어서, 도 1 내지 도 13에 도시하는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 이 제5 변형 실시예에 있어서는, 도 11에 있어서 설명한 바와 같은 2개의 수직 프로브부(46A, 46B) 등을 갖는 프로브 수단(41)에서의 연결부(90)로서, 처리 용기(4)의 둘레 방향으로 거의 일주하도록 하여 연장되는 링형 수평 프로브부(98)가 마련되어 있다. 즉, 2개의 수직 프로브부(46A, 46B)의 상단끼리가 상기 링형 수평 프로브부(98)에 의해 연결되어 있다. 이 링형 수평 프로브부(98)도 석영이나 SiC 등에 의해 전술한 것과 동일한 막대형으로 형성되어 있다.
이에 따라, 링형 수평 프로브부(98)는, 반도체 웨이퍼(W)의 외측 둘레측을 따라서 배치된 상태로 되어 있다. 그리고, 이러한 프로브 수단(41)은, 복수개, 예컨대 3개 마련되어 있고, 프로브 수단(41A, 41B, 41C)으로서 나타내고 있다. 그리고, 각 프로브 수단(41A∼41C)의 링형 수평 프로브부(98A, 98B, 98C)는 높이 위치를 서로 다르게 하여 배치되어 있다. 여기서는, 3개의 링형 수평 프로브부(98A∼98C)를, 처리 용기(4)의 높이 방향을 3개로 구분하여 이루어진 톱존, 미들존 및 보텀존에 대응시켜 마련하고 있다.
그리고, 상기 각 프로브 수단(41A∼41C)에 대하여, 각각 제4 변형 실시예로 설명한 바와 같이 2개의 탄성파 검출 수단(42) 등을 마련하여 막 균열 발생의 검출 및 막 균열 발생의 위치를 특정할 수 있게 되어 있다.
이 제5 변형 실시예의 경우에도, 이전의 제1∼제4 변형 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 처리 용기(4) 내의 둘레 방향에서의 막 균열 발생의 위치도 특정할 수 있다. 여기서는 3개의 프로브 수단(41A∼41C)을 마련했지만 이것에 한정되지 않고, 더 많은 수의 프로브 수단을 마련해도 좋고, 또는 상기 3개 중 어느 1개 또는 2개의 프로브 수단을 마련하도록 해도 좋다.
한편, 이상의 각 실시예에서는, 처리 용기(4) 및 프로브 수단(41)의 구성 재료로서 내열성 석영을 이용한 경우를 예를 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, SiC(실리콘카바이트), 폴리실리콘 등을 이용하도록 해도 좋다. 또한, 여기서는 처리 용기(4)로서 2중관 구조인 것을 이용했지만, 이것에 한정되지 않고, 소위 단관 구조의 처리 용기의 경우에도 당연히 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 박막으로서 실리콘질화막을 성막하는 경우를 예를 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 어떠한 박막을 형성하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 또, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예를 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되며, 나아가 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
2 : 성막 장치 4 : 처리 용기
10 : 웨이퍼 보트(유지 수단) 28 : 가스 공급 수단
36 : 배기계 38 : 가열 수단
40 : 막 균열 검출 장치 41 : 프로브 수단
42 : 탄성파 검출 수단 44 : 판단 수단
45 : 표시부 46 : 수직 프로브부
48 : 프로브 본체 50 : 부착 기단부
54 : AE 센서 68 : 강도 필터 수단
70 : 카운트부 72 : 비교부
78 : 제1 주파수 필터부 80 : 제2 주파수 필터부
94 : 막 균열 위치 특정 수단 98 : 링형 수평 프로브부

Claims (25)

  1. 피처리체를 수용하는 처리 용기를 가지며 상기 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 마련되어 막 균열 검출 조작을 행하는 막 균열 검출 장치에 있어서,
    상기 처리 용기 내에 마련된 프로브 수단과,
    상기 프로브 수단의 단부에 부착되어 탄성파를 검출하는 탄성파 검출 수단, 그리고
    상기 탄성파 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 처리 용기의 메인터넌스의 필요 여부를 판단하는 판단 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로브 수단은, 상기 처리 용기의 높이 방향을 따라서 마련되는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로브 수단은, 하단부가 상기 처리 용기의 하단부에 고정되고 상기 처리 용기의 높이 방향을 따라서 연장되는 수직 프로브부를 갖는 프로브 본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프로브 본체는, 하단부가 상기 처리 용기의 하단부에 고정되며 상기 처리 용기의 높이 방향을 따라서 상측으로 나란히 연장되고 상단부가 서로 연결되어 이루어지는 2개의 수직 프로브부를 갖는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탄성파 검출 수단은, 상기 수직 프로브부의 각 단부측에 각각 마련되고, 상기 탄성파 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 막 균열 발생의 위치를 특정하는 막 균열 위치 특정 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 프로브 본체는,
    하단부가 상기 처리 용기의 하단부에 고정되며 상기 처리 용기의 높이 방향을 따라서 상측으로 나란히 연장되는 2개의 수직 프로브부와,
    상기 처리 용기의 둘레 방향으로 일주하도록 연장되며 상기 2개의 수직 프로브부의 상단끼리 연결되어 이루어지는 링형 수평 프로브부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프로브 수단은, 복수개 마련되고, 각 프로브 본체의 상기 링형 수평 프로브부의 높이 위치는 서로 다르게 하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 탄성파 검출 수단은, 상기 수직 프로브부의 각 단부측에 각각 마련되고, 상기 탄성파 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 막 균열 발생의 위치를 특정하는 막 균열 위치 특정 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브 수단은, 중공의 막대형 또는 중실의 막대형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브 수단은, 상기 처리 용기와 동일한 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 용기는 내통과 외통의 2중관 구조로 이루어지고, 상기 프로브 수단은 상기 내통의 내측에 위치되는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성파 검출 수단으로부터 출력되는 신호 중 일정한 강도 이상의 신호를 탄성파 검출 신호로서 출력하는 강도 필터 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 강도 필터 수단으로부터 출력되는 신호 중 정해진 주파수 대역의 신호를 통과시키는 제1 주파수 필터 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 판단 수단은, 상기 탄성파 검출 신호의 검출 횟수를 구하는 카운트부와,
    상기 카운트부의 출력과 미리 설정된 기준치를 비교하는 비교부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 카운트부는, 상기 처리 용기에 대한 최근의 메인터넌스 처리를 행한 후의 누적치를 구하는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 카운트부는, 간헐적으로 측정한 단위 시간마다의 누적치를 구하는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 카운트부는, 단위 시간마다 상기 탄성파 검출 신호의 검출 횟수를 구하는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 카운트부는, 단위 시간마다 상기 탄성파 검출 신호의 검출 횟수를 구하며, 상기 단위 시간마다의 검출 횟수의 증가 경향을 구하는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  19. 제12항에 있어서, 상기 판단 수단은, 상기 강도 필터 수단의 출력이, 특정한 주파수 대역의 신호를 갖는지의 여부를 판단하는 제2 주파수 필터 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  20. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막 균열 검출 조작은, 상기 처리 용기의 승온 중, 강온 중 및 상기 박막의 성막 중에 행해지는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  21. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판단 수단의 판단 결과를 표시하는 표시부를 갖는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  22. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성파 검출 수단에는, 상기 탄성파 검출 수단을 냉각시키기 위한 냉각 기구가 마련되는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  23. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브 수단과 상기 탄성파 검출 수단 사이에는, 도파봉 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 도파봉 부재에는 방열 핀이 마련되는 것을 특징으로 하는 막 균열 검출 장치.
  25. 피처리체에 대하여 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 피처리체를 유지하는 유지 수단과,
    상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리 용기 내로 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 막 균열 검출 장치, 그리고
    성막 장치 전체의 동작을 제어하는 장치 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
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