TW202046402A - 氣體成分之監控方法及其裝置和使用其之處理裝置 - Google Patents

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Abstract

在具備有位於比被加工物之設置位置更下游側進行再激發而形成電漿並監控其發光之氣體成分監控部的氣體成分監控裝置中，將氣體成分監控部構成為具備有：導入氣體供給部，供給導入氣體；噴嘴部，形成有孔與開口部，該孔，係使從導入氣體供給部所供給之導入氣體通過，該開口部，係在孔的中途，將流動於排氣配管部之分析對象之氣體的一部分引入至孔的內部；放電電極部，使從開口部引入至噴嘴部之內部之分析對象的氣體與被供給至孔之內部的導入氣體放電，在噴嘴部之內部產生電漿；及發光檢測部，對藉由放電電極部而產生於噴嘴部之內部之電漿的發光進行檢測。

Description

氣體成分之監控方法及其裝置和使用其之處理裝置
本發明，係關於一種用以監控處理裝置之氣體成分及監控處理結束(終點檢測)的方法與其裝置和使用其之處理裝置，該處理裝置，係使用製程氣體，對被處理物進行蝕刻或CVD或灰化、表面改質等加工。
例如在半導體元件製造或液晶、太陽能電池這樣的電元件之製作中，使用被稱為製程氣體之高純度之各種性質的氣體，對晶圓等的被加工材料施予處理之製造裝置，係至今不可欠缺的重要產業機構。該些製程氣體，係依照處理之配方之步驟的資訊，使通過質量流量控制器等的流量控制器或氣閥而被導入至處理室或反應器(腔室)的製程氣體電漿化，或在高溫下使其反應，對被加工材料施予蝕刻或CVD、灰化、表面改質、擴散這樣的加工。
例如在實施使電漿直接接觸於被加工材料或壁面之蝕刻或洗淨的情況下，係將來自腔室之電漿發光(以波長)進行分光，且監控來自特定氣體成分之發光之強度的經時變化，藉此，可監控蝕刻處理結束(終點)或壁面洗淨結束(終點)的時間。將該監控手法稱為發射光譜分析(OES：Optical Emission Spectroscopy)法。
作為監控腔室內之氣體成分或終點的其他方法，存在有作為以離子質量分析、氣相層析法、原子(分子)氣體吸光這樣的不同原理為基礎之手法或從被處理物的薄膜干涉光進行膜厚計測之干涉膜厚測定(FTM：Film Thickness Monitor)法、晶體式膜厚監控用檢測器等監控製程處理的進行狀況之手法，該晶體式膜厚監控用檢測器，係使實際的膜附著於晶體振盪器，以介電電容之變化進行膜厚計測。實際的處理裝置，係在該些檢測手段中，因良好的其響應性或正確性及裝置(系統)的簡便性，前述OES最多被使用於終點檢測用。
然而，在「藉由通過具有多數個貫通之開孔的緩衝板(石英製或鋁製)，將來自所生成之電漿的氣體導入至被處理材料或壁面之方式，使用去除了帶電粒子(離子及電子)之作為自由基的激發氣體進行處理，或不以觸媒式化學氣相沉積(CAT‐CVD：Catalytic Chemical Vapor Deposition, Hot Wire CVD)法或Hot Wire Etching使氣體成分離子化，而藉由觸媒或熱來激發氣體且進行處理」之所謂以自由基反應為主體的處理中，係由於氣體成分在發光監控波長(通常250~800nm左右)中不會發光為充分的明線光譜，因此，在OES中，難以獲得明確的信號光譜。
由於在自由基反應中，係與電漿反應相比，能量被抑制得較低，因此，分子之裂解或離子化等所伴隨的再結合不會積極地進行。其係因為當以再結合返回到中性分子或電子返回到更低之穩定的準位時，會發出與各個能量差對應的分子(原子)固有之波長的光之緣故。
作為解決該問題之手段，以往提出如下述方法：如日本特開昭58-84431號公報(專利文獻1)所揭示般，藉由另一電漿源，使被排出的氣體再次電漿化且進行發光分析。又，在該手法中，係已知如日本特開昭60-247924號公報所示般，發光光譜在更低壓力側突出，S/N比變得良好。
而且，最近亦存在有如下述手法：如日本特開2013-191875號公報(專利文獻3)所示般，雖使下游側之氣體相同地進行電漿化，但監控其電漿的電氣特性且檢測終點。
另一方面，在美國特許2018-167151號說明書(專利文獻4)中，係記載有如下述方法：使用利用了介質阻障放電的電漿源，使處理氣體再電漿化且進行檢測。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開昭58-84431號公報 [專利文獻2] 日本特開昭60-247924號公報 [專利文獻3] 日本特開2013-191875號公報 [專利文獻4] 美國特許2018-167151號說明書 [非專利文獻]
[非專利文獻1] 田村等；闡明電漿･觸媒混成之脈衝CH4 /CO2 改質與反應機構；靜電學會誌 第40卷 第1號(2016)
[本發明所欲解決之課題]
在將進行製程處理的負壓下之來自腔室的排氣氣體另外以另一電漿源激發且監控發光的手法中，由於在製程處理中，未反應之仍為活性的氣體存在於排氣氣體中，因此，存在有使採光用之觀察孔(通常材質，係石英或透光性氧化鋁)的表面腐蝕或因反應起霧，抑或附著沉積物成分，造成發光強度隨著時間經過而下降的問題。
又，相同地亦存在有構成放電部之電極的金屬構件因活性的氣體變質或腐蝕而被削減的問題。該些電極部之材質，係如難以削減且又可簡單地進行更換般的材料或構成為最理想。
又，從監控氣體成分之目的來看，係以下四點變得重要。第一點，係可將多少排氣氣體中之作為目的之氣體成分引入至再激發的電漿，該點在進行S/N之提升或穩定的檢測上變得重要。第二點，係構成「具有足以發光之電子溫度、電漿密度或真光紫外光發光成分，且排氣氣體的成分具有足以發光之充分能量」的電漿為重要。
第三點，係如何對電漿發光部進行採光，且必需效率良好地引入電漿光。第四點，係響應、時間常數的問題。當欲對終點進行檢測之再放電部混合有來自放電部周邊之反應生成物之自沉積物的氣體成分時，由於S/N下降，因此，使放電部不產生沉積物等的方法則變得重要。
本發明，係在位於比該些被加工物之設置位置更下游側進行再激發而形成電漿並監控其發光的手法中，提供一種放電部之維護性良好並具有可避免沉積物且可效率良好地進行採光之充分的活性能量之電漿源的構造，並另外提供一種效率良好之監控手段及裝置和使用其之處理裝置者。 [用以解決課題之手段]
為了解決上述之課題，在本發明中，係設成為在使用氣體成分監控裝置的方法中，從外部另外供給氣體至氣體成分監控裝置，該氣體成分監控裝置，係以發射光譜分析裝置，監控從處理裝置所排出而流動於排氣配管部之分析對象之氣體的成分。將該氣體從氣體供給部導入至貫通氣體成分監控裝置之噴嘴部之孔的內部，並將流動於排氣配管部之分析對象之氣體的一部分從被設置於噴嘴部之中途的開口部引入至孔的內部。在噴嘴部之孔的內部中之包含從導入氣體的供給部引入了分析對象之氣體之部分的區域中，藉由設置於氣體成分監控裝置的放電電極，使其放電且產生電漿，並使所產生之電漿的發光通過噴嘴部的孔，以氣體成分監控裝置之發光檢測部來進行檢測，基於由該發光檢測部檢測到的電漿之發光的資訊，監控分析對象之氣體的成分。
又，對於上述的採光用之觀察孔起霧的課題，係可藉由下述方法來解決：將氬(Ar)等的惰性氣體使用作為供給氣體，以該惰性氣體來覆蓋採光用之觀察孔的氣體接觸部。又，上述的放電部之電極之金屬構件變質或腐蝕的課題，係可藉由下述方法來達成：使用由介電質覆蓋了電極之金屬構件之表面的介質阻障放電，藉此，金屬構件，係維持潔淨，僅更換消耗的介電質。又，由於在本發明中，係將從處理裝置所排出之分析對象的氣體以所謂的真空抽射(VACUUM EJECTOR)方法引入，因此，可將更多流動於排氣配管部之分析對象之氣體的成分引入再激發的電漿。考慮安裝了氣體成分監控裝置之排氣配管中的壓力，以使其成為適於介質阻障放電之壓力的方式，將供給氣體之流量或形成抽射器部之噴嘴或開口部之形狀最佳化，係無須贅言。 又，對於上述的電漿之能量的課題，係可藉由下述方式來解決：將供給至介質阻障放電之導入氣體設成為不僅混入氬(Ar)另混入氦(He)的氣體，藉此，可獲得較大的解離能量。 又，從設置於端部的採光用之觀察孔觀察產生電漿的噴嘴內部表面，藉此，可最效率良好地引入發光。 而且，對上述的響應、時間常數帶來影響之沉積物的課題，係可藉由下述方式來解決：從在反應器(腔室)開始被加工物的處理之前起，在氣體成分監控裝置產生電漿，該期間，係分配給噴嘴內之沉積物的清洗。 [發明之效果]
根據本發明，從放電部導入氣體之上游側，對「在比被處理物更下游側，由介質阻障放電等另外形成的電漿之排氣氣體成分」所致之發光進行採集、監控，及藉由抽射器功能，將排氣氣體積極地引入至電漿，藉此，可監控以自由基反應為主體之被處理物的製程處理中之反應的進行狀況，並效率良好且無延遲時間地使S/N比提升而檢測終點時間。
又，根據本發明，使該些功能聚集而構成於1凸緣，並在該監控系統管理品質、性能，藉此，提供一種維護性良好而不發生機差的監控方法、監控系統(裝置)及使用了其裝置之處理裝置。
在以自由基反應為主體之所謂不會發光的製程處理中，係難以檢測處理之結束(終點)。雖已揭示了再次激發排氣且進行終點檢測之手法，但組裝至處理裝置時，係存在有分別個別地設置放電部、受光部或裝置因昂貴而巨大的課題。
在本發明中，係在排氣配管之中途，使用一體型的發光監控裝置，使處理被加工物後之下游的排氣再次電漿化且使其發光，並特定(分光)氣體而檢測處理的終點，該一體型的發光監控裝置，係將受光部、導入氣體部、電磁場施加部設置於大氣側，將接地電極部設置於真空側。藉由抽射器功能引入排氣，使介質阻障放電產生於絕緣內筒內，並從大氣壓側對其進行採光。提供一種小型化且受光效率良好之氣體成分的監控方法及其裝置。
又，本發明，係在位於比被加工物之設置位置更下游側進行再激發而形成電漿並監控其發光的手法中，提供一種放電部之維護性良好並具有可避免沉積物且可效率良好地進行採光之充分的活性能量之電漿源的構造，並另外提供一種效率良好之監控手段及裝置和使用了其裝置之處理裝置者。
首先，關於用以進行再激發而形成電漿之電漿源，係設成為利用記載於專利文獻4的介質阻障放電。在格室中形成電漿，使其電漿束接觸於其他氣體或材料而獲得該被激發的發光光譜，且藉由氣體成分之分析來判定終點。但是，在此時，為了更積極地將排氣氣體引入至電漿，而設成為噴嘴構造與具有氣體引入口、氣體擴散部之所謂的抽射器構造，且使其主要在其部分放電。
排氣氣體，係用以該放電部之抽射器構造，被抽吸至電漿中而效率良好地發光。作為氣體之監控，係亦可追蹤特定光譜(波長)之發光強度的經時變化。
又，例如在將氦(He)混入導入氣體的情況下，係即便監控He離子之明線光譜706.5nm、587.6nm及388.9nm的任一波長光之發光強度與目的之排氣氣體成分的發光強度(例如鎢W的400.9nm、407.4nm、429.5nm等)之波長光的發光強度之比或強度的差分作為指標，亦可效率良好地監控氣體濃度的變化(蝕刻進行狀況)、蝕刻終點。
導入氣體，係亦如專利文獻4所記載般，「使用惰性氣體且包含有氬、氦、氮、氙、氪、氖或該些混合物為較佳」該內容並沒有任何不同。由於藉由製程(例如光阻之灰化)可更效率良好地迴避沉積物，因此，除了該些惰性氣體以外，將氧設成為導入氣體且將放電部置於氧化環境亦有效。
但是，關於採光部，係設置於具有抽射器構造之放電部的上游側，亦即該惰性氣體導入側的端面。藉由持續使惰性氣體流動的方式，可減少包含未反應氣體的排氣氣體接觸於採光之觀察孔的機會，且表面粗糙或起霧(變質層之形成)又沉積物產生於表面得到抑制。同時，可效率良好地接收筒狀之格室內所形成之圓筒狀的電漿光。此時，來自形成放電部之介電質表面的反射光亦有助於增大採光的光量。
作為電漿流(電漿炬)而擴散到格室外之電漿所激發的反應氣體之發光雖亦被形成於該格室的前端，但該光亦可通過格室內之圓筒部，藉由最上游的採光部來效率良好地進行接收。
一般而言，在介質阻障放電中，係由於作為電極之金屬不會暴露於電漿，因此，不會有所消耗。覆蓋了電極之介電質(石英、氧化鋁、氧化釔等)，係有消耗的可能性，若僅將該放電部表面之介電質作為消耗品運用，則運轉效率良好。
如以上所示般，將「藉由抽射器功能引入排氣氣體」的功能設置於使用惰性氣體等的導入氣體之介質阻障放電，並從設置於導入氣體上游側的埠採集其放電光，藉此，可實現效率良好之OES的氣體監控、終點判定方法與裝置。
當然，在本發明中，雖係以介質阻障放電為例而進行說明，但「以供給氣體為主，在其圓筒內使其沿長邊方向放電，從設置於其供給氣體之上游側的埠進行採光」之手法，係不限於介質阻障放電，亦可應用其他放電方式(CCP(Capacitive Coupled Plasma：電容耦合電漿)、ICP(Inductively Coupled Plasma：感應耦合電漿)，微波放電、磁控管放電等)，係無須贅言。
在以下中，使用圖面說明本發明之各實施形態。 [實施例1]
作為本發明之第1實施例，說明關於使用了氣體成分之監控方法及其裝置的處理裝置。
圖1，係表示本實施例之處理裝置之概略之構成的方塊圖。本實施例之處理裝置100，係一種使用在電漿中激發之製程氣體，對被處理物進行蝕刻或CVD或灰化、表面改質等加工的裝置，該裝置，其特徵係，具備有：處理裝置本體110，在內部具備有載置之處理對象101之試料(被加工物)的載置台111；排氣泵113，對處理裝置本體之內部進行排氣，使其維持所期望的壓力狀態；及主排氣管112，用以對處理裝置本體110的氣體或反應生成物進行排氣。又，在主排氣管112之途中，係具備有：壓力調整手段145；主配管閘門閥146；及本發明的氣體成分監控裝置150。主排氣管112，係經由排出管152被連接至排氣泵113。當從氣體供給部120供給處理氣體(製程氣體)，且將電力供給至被維持成所期望的壓力之電漿產生源而使電漿產生時，所產生之電漿，係擴散到處理裝置本體110的內部，並開始進行被載置於載置台111之試料101的處理。在載置台111，係具備有：溫度控制部140，控制溫度。
本實施例之處理裝置本體110，係更經由具備有導入管閘門閥184的導入管151被連接至排氣手段115。在排氣手段115，係使用渦輪分子泵等的具有更大排氣量之泵，以形成低壓。導入管閘門閥184，係具有不僅進行密封亦可進行壓力調整之開合度可變的閥體。在排氣手段115之下游側，係具備有第2氣體成分監控裝置150’。從吐出配管153出來的氣體，係經由排出管152被連接至排氣泵113。由氣體成分監控裝置150及150’所採集的光，係分別經由石英纖維4及4’被導引至各個分光器4-1及4-1’，且在此處進行分光而被檢測並變換成電信號。
本實施例之處理裝置100，係藉由控制部160來控制。亦即，氣體供給部120、電漿產生源130、控制試料101之搬送的載置台111、溫度控制部140、壓力調整手段145、主配管閘門閥146、導入管閘門閥184、排氣手段115、氣體成分監控裝置150及150’、分光器4-1及4-1’及排氣泵113，係分別與控制部160直接或間接地連接，且藉由控制部160來控制。在圖1中，控制部160與各控制目的地之機器的連接狀態，係省略圖示。控制部160，係更亦可經由通信線路等與上位的控制系統(未圖示)連接。
圖1所示之構成為一例，由本專利規定的係不限於該圖1之構成。 在圖1所示之構成的處理裝置100中，首先，在減壓下，使用系統整體之搬送機構(未圖示)，將處理對象的試料101載置於載置台111，藉由溫度控制部140，開始將試料101控制為預定溫度。關閉在搬送時呈開口之閘門閥(未圖示)等，將處理裝置本體110的內部與搬送機構隔離。其次，依照所設定之配方，切換以主排氣管112的路徑進行排氣或以導入管151之低真空側的路徑進行排氣，且關閉未使用之路徑側的閘門閥。將處理氣體(製程氣體)從氣體供給部120供給至處理裝置本體110之內部，並同時使本發明的氣體成分監控裝置150或150’運轉，且在內部產生電漿。若處理裝置本體110之內部被維持為所期望的壓力且試料101可控制為規定的溫度內，則將電力(施加裝置，係未圖示)供給至電漿產生源130而使其作動，以形成電漿。產生之電漿成分，係擴散到處理裝置本體110的內部。
載置於載置台111之試料101的表面，係藉由「以電漿所形成的自由基或離子及氣相中之未反應的中性粒子或吸附於表面的氣體」之競爭反應，對表面進行蝕刻處理。從該試料101的表面脫離之處理完畢的氣體，係包含有試料101的構成粒子(元素、分子)，且反映表面之狀態(從蝕刻對象膜之表面消失等)的狀況。又，處理氣體之成分(例如氯或氟這樣的蝕刻劑)亦因應試料101的表面狀態而增減。從處理裝置本體110內部所排出之處理完畢的氣體被導引至氣體成分監控裝置150或150’，最後由排氣泵113排出。
此時，氣體成分監控裝置150或150’，係將電漿形成用電源22-2設成為導通而施加電力，導引至氣體成分監控裝置150或150’之處理完畢的氣體之一部分則發光，藉由各個分光器4-1或4-1’分析成分，並將其分析的結果發送至控制部160。
在控制部160中，依照預先記憶的演算法，對氣體之成分分析的經時變化進行處理，藉此，檢測蝕刻處理的終點。若依照配方的處理結束，則停止向電漿產生源130供給電力，在消滅電漿後，使處理氣體(製程氣體)之供給停止，結束試料101之表面的處理。本發明之氣體成分監控裝置150或150’的電漿形成用電源22-2，係亦可在此時停止而熄滅電漿，或亦可直至下一個試料的處理為止，維持啟動而形成電漿。若試料101達到可搬送的規定溫度，則從處理裝置本體110搬出，並搬入下一個的試料。重複該些，可對複數片處理進行連續地處理。
根據本實施例，由於可使用氣體成分監控裝置150或150’，效率良好地對處理完畢的氣體進行成分監控，因此，可精度良好地檢測試料101之表面之電漿處理的終點。另外，雖在各個排氣系統路徑個別地設置了本發明的氣體成分監控裝置150或150’，但在2個路徑匯流後，亦即，即便在排氣泵113之上游設置1個氣體成分監控裝置150，亦對於本發明中所說明之功能或獲得的效果沒有任何不同。 [實施例2]
在本實施例中，係說明關於實施例1中所說明之氣體成分監控裝置150或150’的具體構成與使用其之氣體成分的監控方法。
圖2，係表示在處理裝置100(參閱圖1)之處理裝置本體110的內部，被設置於比載置台111所載置的被加工物即試料101(參閱圖1)更下游側之排氣路徑的構成。氣體成分監控裝置150或150’，係被構成為具備有大氣部155與真空部156。
在處理裝置本體110之內部，包含未反應氣體的製程氣體或反應生成物之處理完畢的氣體，係經由圖2之右手側的KF凸緣44(Inlet)，從被連接於主排氣管112的導入管151導入，並從下側的KF凸緣45(Outlet)被抽吸。該些KF凸緣44及45，係分別以快速接頭46、47形成主排氣管112或吐出配管153(參閱圖1)的一部分。
在圖2中，41，係排氣管且由KF凸緣44與45形成所謂呈L型之彎管形狀的1個排氣配管部，並形成用以朝向下游側插入氣體成分監控裝置150或150’(參閱圖1)而安裝的套管。在圖2中，雖係像這樣地進行安裝，但安裝的埠並不限於L型彎管形狀。 在圖2中，KF凸緣(Outlet)45之相反側、圖2的上部為本發明之氣體成分監控裝置150或150’(參閱圖1)的安裝埠。氣體成分監控裝置150或150’(參閱圖1)，係將設置於填料頭噴嘴36之O形環33設成為軸密封，與真空(減壓側)阻隔而安裝有大氣部155，該大氣部155，係被安裝於填料頭噴嘴36。
在以下中，說明大氣部155之各構成的要素。1為受光部殼體，2為反射鏡，3為準直器，4為石英纖維。反射鏡2與準直器3，係被收納於受光部殼體1的內部。石英纖維4，係被連接於分光器4-1的受光元件(未圖示)，另外具有將各波長之光強度取出作為電信號的功能。
由分光器4-1所取出之因應各波長的光強度之電信號，係被發送至控制部160，檢測處理裝置本體110的內部中之試料101之電漿處理的終點。
9，係採光孔，可使用石英或透光性氧化鋁。採光孔9之周圍，係以O形環11軸密封。8，係孔壓制構件，在該孔壓制構件亦設置有用以採光的貫通孔8-1。
7，係基台氣體導入部，通過形成於凸緣13之氣體導入孔7-1，將導入氣體供給至採光孔9的下部。從該基台氣體導入部7，係一般經由質量流量控制器(MFC：未圖示)等，導入混入了被限制為固定流量之氦(He)氣體的氬(Ar)氣體。在本實施例中，雖係將導入氣體設成為混入有(He)氣體的氬(Ar)氣體，但即便為單獨之氬氣抑或氮、氙、氪、氖或該些混合氣體抑或氧氣體亦沒有任何問題。將可獲得所需之能階的氣體選擇為導入氣體。
凸緣13，係在與第1絕緣17之間以O形環12來密封，該第1絕緣17，係使第1噴嘴29的上部與電極殼體15之間電氣絕緣。又，凸緣13與基台氣體導入部7之間，係以O形環10密封。
設置有：反射鏡2之光軸中心；孔壓制構件8之貫通孔8-1；第1噴嘴29，在與該些同一軸上具有貫通孔291；及第2噴嘴32。第1噴嘴29與第2噴嘴32，係由氧化鋁、透光性氧化鋁、氮化鋁或石英等的介電質所形成。第1噴嘴29，係具有導入氣體孔口部29-3，使從基台氣體導入部7所供給之導入氣體的流速增大，並且使得構成處理完畢之氣體或電漿的粒子難得返回到採光孔9側。
上部的O形環18與下部的O形環33之間的第1噴嘴29之外側，係成為大氣壓，於該部分使用上部的中間環材料27與下部的中間環材料28，在第1噴嘴29之外周設置電極26。電極26的最內側表面與第1噴嘴29之內部之貫通孔291的表面保持固定距離，形成電磁場施加電極構成部29-1。
在該些上部的中間環材料27、下部的中間環材料28，雖係使用了氟樹脂系之O形環，但其目的是以使形成電漿之貫通孔291的表面與第1噴嘴29之電極26的金屬表面之距離在圓周方向上沒有偏差的方式，配置成大致同心圓狀，只要可達成其目的，則不限於該氟樹脂之材料。又，為了在第1噴嘴29之上部增加相對於接地的阻抗，第1絕緣17、電極26之周圍，係以第2絕緣19與第3絕緣20，將空間距離或沿面距離設置為偏大。
在電極26，係經由導電軸25、銅板23、連接器22被連接於導入纜線22-1與電漿形成用電源22-2。當然，為了調整頻率相位，亦可在比該些連接器22更外部設置匹配･網路電路(未圖示)。電漿形成用電源22-2，係與控制部160連接，藉由控制部160來控制。
導電軸25，係以絕緣構件21與電極殼體15電氣絕緣。又，在電極殼體15，係安裝有可拆卸的蓋部24，在從電極殼體15拆卸了蓋部24的狀態下，可進行導電軸25、銅板23對電極殼體15的安裝、拆卸。
其次，在以下中，說明真空部156之各構成的要素。
第2噴嘴32，雖係整體被設置於真空部156之氛圍中而非與大氣的密封部分，但以在接地電極形成部29-2之前端附近，藉由中間環材料40成為與第1噴嘴29同軸配置的方式，進行定位。注意同軸配置之定位，係其目的為避免在第2噴嘴32之內壁，於圓周方向上產生阻抗的差並集中於特定位置而繼續放電的情形。中間環材料40，雖係使用了氟樹脂系之O形環，但不限於該氟樹脂的材料。作為從電磁場施加電極構成部29-1看到之最小電漿阻抗的接地電極，在第2噴嘴32之前端設置接地電極形成部29-2，係無須贅言。由第1噴嘴29的最下部與被插入此之第2噴嘴32的上部與絕緣套管37，構成氣體抽吸抽射形成部29-4。絕緣套管37，係藉由防鬆螺帽38被固定於填料頭噴嘴36。自KF凸緣44所導入之處理完畢的氣體之一部分會因氣體的黏性而從絕緣套管37之開口部37-1被抽吸，且吸入至抽吸空間32-1。
又，為了不使圖2所示之來自大氣部155或真空部156的電磁洩漏產生，針對必須在比較大面積進行密閉的部分，係設置有第1電磁波屏蔽線16、第2電磁波屏蔽線35、第3電磁波屏蔽線39。該些，雖係具有電氣密閉性，但一般並沒有作為真空密封材料的功能。
其次，使用圖2，說明本實施例之氣體成分的監控方法及其裝置的動作。關於本實施例中所使用之氣體成分監控裝置150用的電漿形成用電源22-2，係為了對試料101進行加工，而與使用於形成電漿之電漿產生源130的電力(施加裝置，係未圖示)相同地，從安全及保護機器的觀點來看，在控制部160設置了當並非在真空下則無法導通的互鎖。
當從氣體供給部120所供給之可燃性氣體或自燃性氣體的供給量或控制壓力不適當時，則本實施例之介質阻障放電用的之電漿形成用電源22-2設成為無法導通，以確保進一步的安全。在圖2中雖未表示，但亦可設置如「覆蓋該氣體成分監控裝置150或設置此之配管的整體而以氮等的惰性氣體沖洗內部」般的防爆功能。
在電漿形成用電源22-2，雖係可設置10KHz至1000MHz的高頻電源，但在本實施例中，係設置了400KHz之輸出300W的高頻電源。在大氣壓下換算，以5~ 1000ml/min之流量來供給從基台氣體導入部7導入的氣體。該流量，係以可依處理製程的每個配方處理條件獲得穩定之放電的方式，進行最佳化。由於從基台氣體導入部7通過氣體導入孔7-1所導入之導入氣體，係以第1噴嘴29的導入氣體孔口部29-3進行節流，因此，在通過該導入氣體孔口部29-3後，流速便增大。在處理裝置本體110內部之被加工物即試料101之處理配方開始的同時或比開始更早以前，使該本實施例之氣體成分監控裝置150的電漿形成用電源22-2起動。藉此，在電磁場施加電極構成部29-1與接地電極形成部29-2之間會產生所謂的介質阻障放電。
從氣體供給部120被供給至處理裝置本體110內部的處理氣體(製程氣體)，係藉由被供給至電漿產生源130的電子來激發而擴散到處理裝置本體110內部，並對被載置於載置台111之試料101進行處理，處理完畢的氣體，係藉由排氣泵113從主排氣管112排出。抑或，依照配方，由驅動部A驅動而關閉主配管閘門閥146，且由驅動部M驅動而開啟導入管閘門閥184，切換成經由排氣手段115的路徑。所排出之處理完畢的氣體中之一部分，係從氣體成分監控裝置150或150’的開口部37-1被抽吸而添加至介質阻障放電之電漿。
由該放電所形成之電漿，係具有高電漿密度與電漿電位，且激發導入氣體的Ar或He或使其離子化，又使「從氣體抽吸抽射形成部29-4所引入之在處理裝置本體110內處理完畢的氣體分子」裂解或激發。例如，在He從He+ 離子接收電子而返回成中性粒子時或在電子從被激發為He自由基之軌道落到更低軌道的情況下，雖係將其差分之能量作為光而釋放，但該光能量亦被使用於處理完畢氣體的裂解或對自由基的激發，而在檢測終點之目的下，係即便為來自He的激發亦沒有問題。
He或其他氣體分子再鍵結或返回到基底狀態時所發出的光，係經由第2噴嘴32之貫通孔32-1、第1噴嘴29之貫通孔291、導入氣體孔口部29-3進而經由採光孔9被取出至大氣中，並經由孔壓制構件8的貫通孔8-1、反射鏡2、準直器3、石英纖維4被接收。由於採光孔9之非大氣側的下側(第1噴嘴29的側)，係被He填滿，亦不會與反應生成物或其他氣體分子接觸，因此，在採光孔9，係亦不會降低透射光量且可長期穩定地使用。
亦即，在本實施例中，係構成為：將惰性氣體從基台氣體導入部7導入至採光孔9與導入氣體電漿形成區域50之間，且設置有導入氣體孔口部29-3，藉此，導入氣體電漿形成區域50中產生之電漿不會到達採光孔9。藉此，可防止由採光孔9之電漿所引起的劣化，並可經由採光孔9，穩定地接收大致忠於導入氣體電漿形成區域50之電漿發光的光。
在圖2，係亦表示導入氣體電漿形成區域50與排氣氣體抽吸區域51的示意圖。如圖示所示般，依據電漿形成之條件不同，雖係導入氣體電漿形成區域50亦被擴散到填料頭噴嘴36之前端之第2噴嘴32的下方空間部分，並於再鍵結或返回到基底狀態時，在該導入氣體電漿形成區域50發光，但此時，亦可從經由該些貫通孔32-1，291或採光孔9的方向，效率良好地經由貫通孔8-1、反射鏡2、準直器3、石英纖維4進行採光，並以分光器4-1來進行檢測。
又，由於電漿被形成於電磁場施加電極構成部29-1與接地電極形成部29-2之間，且在該位置，係存在有多數個帶電粒子的離子或電子，並可藉由帶電粒子入射或輻射，將第1噴嘴29之貫通孔291與第2噴嘴32之貫通孔的內壁適當地加溫，因此，可抑制貫通孔291與32-1的壁面產生沉積物。而且，由於電磁場施加電極構成部29-1之電極26，係被配設於大氣側，因此，可使熱適當地逸散而抑制電極26之極度熱的上升。
然而，填料頭噴嘴36，係收縮前端，成為不阻礙處理完畢氣體之排氣流的構造，且與一般的L型排氣配管(使用90度彎曲管之類型)相比，亦不會招致極限的排氣速度下降。
在分光器4-1中，係檢測經由石英纖維4所送來之導入氣體電漿形成區域50中的發光，取出因應各波長之光強度的電信號並發送至控制部160，且依照處理之演算法，檢測處理裝置本體110的內部之試料101之電漿處理的終點。此時，經由石英纖維4所送來之導入氣體電漿形成區域50中的發光，係將氣體成分監控裝置150設成為如上述所說明的構成，藉此，從導入氣體電漿形成區域50，幾乎不會出現石英纖維4中因經時變化所引起之信號強度的劣化。其結果，在分光器4-1，係可從石英纖維4接收大致忠於導入氣體電漿形成區域50之發光的光。
接收檢測到像這樣的導入氣體電漿形成區域50中之發光之分光器4-1的輸出信號，在控制部160中，追蹤特定光譜(波長)之發光強度的經時變化，藉此，可監控氣體成分。又，作為監控該氣體成分之結果，可檢測處理裝置中之處理的終點，例如蝕刻處理的終點。
又，例如在將氦(He)使用於導入氣體的情況下，係即便監控He離子之明線光譜與目的之排氣氣體成分之波長光的發光強度之比或強度的差分作為指標，亦可效率良好地監控氣體成分，例如監控氣體濃度的變化(蝕刻進行狀況)。又，作為監控該氣體成分之結果，可檢測處理裝置電漿處理裝置中之電漿處理的終點，例如蝕刻處理的終點。
藉此，使用比較簡單之構成的氣體成分監控裝置，可針對每次處理來精度良好地檢測處理裝置本體110的內部中之試料101之電漿處理的終點，並可使電漿處理之品質維持為一致。
根據本實施例，從放電部導入氣體之上游側，對「在比被處理物更下游側，由介質阻障放電等另外形成的電漿之排氣氣體成分」所致之發光進行採集、監控，及藉由抽射器功能，將排氣氣體積極地引入至電漿，藉此，可監控以自由基反應為主體之被處理物的製程處理中之反應的進行狀況，並效率良好且無延遲時間地使S/N比提升而檢測終點時間。 [實施例3]
使用圖3，說明關於實施例2中所說明之氣體成分監控裝置150之大氣部155的另一實施例。由於圖3所示之氣體成分監控裝置1551，係與實施例2中圖2所說明之氣體成分監控裝置150的構成及動作大致相同，因此，對於與圖2中所說明之大氣部155共同的部分，係賦予相同的零件編號且省略說明。
與圖2之構成的不同，係在於將圖2的第1噴嘴29分割成噴嘴(1)30與噴嘴(2)31。在圖3中，係噴嘴(1)30由石英形成，噴嘴(2)31由透光性氧化鋁形成。對於用以形成導入氣體孔口部31-1，與氧化鋁相比，石英其加工性較良好，且可縮小製作了複數台時之裝置間之發光監控方面的性能差。在圖3中，雖係將噴嘴(1)30設成為石英製，但在整體的功能上，與圖2之裝置並沒有任何不同，且可相同地採集再激發的電漿光。
根據本實施例，除了可獲得與實施例2同等的效果以外，另可提供一種裝置間之發光監控之性能差較小的氣體成分監控裝置150。 [產業上之可利用性]
本發明，係被使用於如下述：於半導體元件之製造工程，在使用處理氣體且以處理裝置對晶圓進行處理的工程中，檢測處理裝置之處理的終點。
1:受光部殼體 2:反射鏡 3:準直器 4:石英纖維 4-1:分光器 7:基台氣體導入部 8:孔壓制構件 9:採光孔 13:凸緣 15:電極殼體 22-2:電漿形成用電源 25:導電軸 26:電極 29:第1噴嘴 29-1:電磁場施加電極構成部 29-2:接地電極形成部 29-3:導入氣體孔口部 29-4:氣體抽吸抽射形成部 30:噴嘴(1) 31:噴嘴(2) 32:第2噴嘴 36:填料頭噴嘴 41:排氣管 100:處理裝置 110:處理裝置本體 112:主排氣管 113:排氣泵 115:排氣手段 120:氣體供給部 130:電漿產生源 150,150’,1551:氣體成分監控裝置 155:大氣部 156:真空部
[圖1] 表示本發明之處理裝置之概略之構成的方塊圖。 [圖2] 設置於本發明之排氣路徑之氣體成分之監控裝置的構成概略圖。 [圖3] 表示本發明中之其他實施例的構成概略圖。
1:受光部殼體
2:反射鏡
3:準直器
4:石英纖維
4-1:分光器
7:基台氣體導入部
7-1:氣體導入孔
8:孔壓制構件
8-1:貫通孔
9:採光孔
10:O形環
11:O形環
12:O形環
13:凸緣
15:電極殼體
16:第1電磁波屏蔽線
17:第1絕緣
18:O形環
19:第2絕緣
20:第3絕緣
21:絕緣構件
22:連接器
22-1:導入纜線
22-2:電漿形成用電源
23:銅板
24:蓋部
25:導電軸
26:電極
27:中間環材料
28:中間環材料
29:第1噴嘴
29-1:電磁場施加電極構成部
29-2:接地電極形成部
29-3:導入氣體孔口部
29-4:氣體抽吸抽射形成部
32:第2噴嘴
32-1:抽吸空間
33:O形環
35:第2電磁波屏蔽線
36:填料頭噴嘴
37:絕緣套管
37-1:開口部
38:防鬆螺帽
39:第3電磁波屏蔽線
40:中間環材料
41:排氣管
44:KF凸緣
45:KF凸緣
46:快速接頭
47:快速接頭
50:導入氣體電漿形成區域
51:排氣氣體抽吸區域
150:氣體成分監控裝置
155:大氣部
156:真空部
160:控制部

Claims (15)

  1. 一種氣體成分監控方法，係使用氣體成分監控裝置，監控從處理裝置所排出而流動於排氣配管部之分析對象之氣體的成分，該氣體成分監控方法，其特徵係， 從前述氣體成分監控裝置之導入氣體供給部，將導入氣體導入至貫通前述氣體成分監控裝置的噴嘴部之孔的內部， 將流動於前述排氣配管部之前述分析對象之氣體的一部分從開口部引入至前述孔的內部，該開口部，係被設置於貫通前述噴嘴部之前述孔的中途， 從前述噴嘴部之前述孔的內部中之前述導入氣體供給部導入前述導入氣體，在包含從前述開口部引入了前述分析對象之氣體之部分的區域中，藉由前述氣體成分監控裝置的放電電極進行放電，使電漿產生， 使所產生之前述電漿的發光通過前述噴嘴部的前述孔，以前述氣體成分監控裝置之發光檢測部來進行檢測， 基於由前述發光檢測部檢測到的前述電漿之發光的資訊，監控前述分析對象之氣體的成分。
  2. 如請求項1之氣體成分監控方法，其中， 藉由前述發光檢測部，經由透射光之採光孔，檢測前述噴嘴部的內部中所產生之前述電漿的發光。
  3. 如請求項2之氣體成分監控方法，其中， 藉由前述導入氣體供給部，從前述噴嘴部與前述採光孔之間，將前述導入氣體供給至前述噴嘴部的內部。
  4. 如請求項2之氣體成分監控方法，其中， 在前述噴嘴部之前述孔，係形成有孔口部，該孔口部，係被形成於前述採光孔的側與前述開口部之間的一部分會變窄，通過前述孔口部，將從前述導入氣體供給部所供給之前述導入氣體供給至形成有前述開口部的側。
  5. 如請求項1之氣體成分監控方法，其中， 一面以排氣泵，將前述分析對象之氣體從前述排氣配管部排出，一面從形成於前述噴嘴部的前述開口部，將前述分析對象之氣體的一部分引入至前述孔的內部。
  6. 一種氣體成分監控裝置，係具備有排氣配管部與氣體成分監控部，該排氣配管部，係使從處理裝置所排出之分析對象之氣體的一部分流動，該氣體成分監控部，係監控流動於前述排氣配管部之前述分析對象之氣體的成分，該氣體成分監控裝置，其特徵係， 前述氣體成分監控部，係具備有： 導入氣體供給部，供給導入氣體； 噴嘴部，形成有孔與開口部，該孔，係使從前述導入氣體供給部所供給之前述導入氣體通過，該開口部，係在前述孔的中途，將流動於前述排氣配管部之前述分析對象之氣體的一部分引入至前述孔的內部； 放電電極部，使從前述開口部引入至前述噴嘴部之內部之前述分析對象的氣體與被供給至前述孔之內部的前述導入氣體放電，在前述噴嘴部之內部產生電漿；及 發光檢測部，對藉由前述放電電極部而產生於前述噴嘴部之內部之前述電漿的發光進行檢測。
  7. 如請求項6之氣體成分監控裝置，其中， 前述發光檢測部，係經由採光孔，檢測前述噴嘴部的內部中所產生之前述電漿的發光，該採光孔，係由透射光的材料所形成。
  8. 如請求項7之氣體成分監控裝置，其中， 前述導入氣體供給部，係從前述噴嘴部與前述採光孔之間，將前述導入氣體供給至前述噴嘴部的內部。
  9. 如請求項7之氣體成分監控裝置，其中， 前述噴嘴部之前述孔，係在前述採光孔的側與前述開口部之間，形成一部分變窄的孔口部。
  10. 如請求項6之氣體成分監控裝置，其中， 前述排氣配管部，係具備有：排氣泵，從前述排氣配管部排出前述分析對象的氣體。
  11. 一種處理裝置，係具備有處理裝置本體、排氣部、處理氣體供給部、電漿產生部及氣體成分監控裝置，該處理裝置本體，係在內部具備有將試料載置於處理對象的載置台，該排氣部，係將前述處理裝置本體的內部排氣成真空，該處理氣體供給部，係將處理氣體供給至前述處理裝置本體的內部，該電漿產生部，係在「被前述排氣部排氣成真空，並從前述處理氣體供給部供給前述處理氣體之前述處理裝置本體」的內部進行放電，在前述處理裝置本體的內部產生電漿，該氣體成分監控裝置，係對「藉由前述排氣部而自前述處理裝置本體的內部排出之從前述處理氣體供給部所供給之前述處理氣體的成分」進行監控，該處理裝置，其特徵係， 前述氣體成分監控裝置，係具備有： 排氣配管部，使分析對象的氣體流動；及 氣體成分監控部，監控流動於前述排氣配管部之前述分析對象之氣體的成分， 前述氣體成分監控部，係具備有： 導入氣體供給部，供給導入氣體； 噴嘴部，形成有孔與開口部，該孔，係使從前述導入氣體供給部所供給之前述導入氣體通過，該開口部，係在前述孔的中途，將流動於前述排氣配管部之前述分析對象之氣體的一部分引入至前述孔的內部； 放電電極部，使從前述開口部引入至前述噴嘴部之內部之前述分析對象的氣體與被供給至前述孔之內部的前述導入氣體放電，在前述噴嘴部之內部產生電漿；及 發光檢測部，對藉由前述放電電極部而產生於前述噴嘴部之內部之前述電漿的發光進行檢測。
  12. 如請求項11之處理裝置，其中， 前述發光檢測部，係經由透射光之採光孔，檢測前述噴嘴部的內部中所產生之前述電漿的發光。
  13. 如請求項12之處理裝置，其中， 前述導入氣體供給部，係從前述噴嘴部與前述採光孔之間，將前述導入氣體供給至前述噴嘴部的內部。
  14. 如請求項12之處理裝置，其中， 前述噴嘴部之前述孔，係在前述採光孔的側與前述開口部之間，形成一部分變窄的孔口部。
  15. 如請求項11之處理裝置，其中， 前述排氣配管部，係具備有：排氣泵，從前述排氣配管部排出前述分析對象的氣體。
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