TW497192B - Device for monitoring thickness of deposited film inside reactor and dry processing method - Google Patents

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497192 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 A7 B7 _五、發明説明（1 ) 背景技術 本發明係提供一種關於在組合半導體元件製造、液晶 顯示元件製造等微細薄膜圖案的元件之製造中，用以監控 形成薄膜的成膜處理以及在薄膜上形成微細圖案的蝕刻處 理等之成膜、加工處理時之反應器內壁面的狀況之裝置； 以及藉由成膜、加工裝置組裝監控裝置的成膜、加工處理 方法。 在用於半導體元件的製造或液晶顯示元件之製造等的 成膜處理以及微細圖案形成處理中，在處理中於反應器的 內壁面形成沉積膜，當該沉積膜之膜厚變厚時，因爲沉積 膜的剝離而產生塵埃之故，使得高精度之成膜處理變爲困 難。 沉積於該反應器內壁面之膜的監控方法，有揭示於例 如特開平9-3 6 1 02號公報、特開平11_ 140655號公報之方法 ，從設於反應器內之窗將測定光照射至反應器內部，在從 反應器所設之另一窗測定所出射之測定光，並從其測定光 的變化監控沉積膜的狀態之方法。 因此，即使沉積膜未變厚，而沉積膜的表面之凹凸狀 態變顯著時，沉積膜亦有產生剝離的可能性。然而，若檢 測出沉積膜的厚度則亦可檢測出表面狀態，可正確判斷是 否須進行反應器內壁面之淸洗處理。 然而，上述習知技術所示之沉積膜測定方法中，通過 設於反應器內各窗之測定光，受到沉積於各窗之沉積膜厚 的影響以及因沉積膜表面所形成的凹凸產生的散射之影響 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） "~ -4 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 497192 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 A7 ____ B7_五、發明説明（2 ) ，以致無法區別檢測兩者。因此，在習知之技術中，有所 謂無法以高精密度監控反應器內之沉積膜狀態的缺點。 發明揭示 本發明之第1目的在於實現一種可用以分離監視反應 器內壁面所形成之沉積膜厚膜厚以及膜表面的狀況之監視 裝置。 又，本發明之第2目的係提供一種用以分離監視反應 器內壁面所形成之沉積膜厚膜厚以及膜表面的狀況，且在 反應器內產生塵埃前的適當時期進行反應器內壁面之淸洗 處理之乾製程處理方法以及乾製程處理裝置。繼而，本發 明係至少以解決上述目的中任一個爲目的。 爲達成上述目的，本發明之特徵係用以檢測在乾製程 處理裝置之處理反應器內壁面所沉積的沉積膜厚之反應器 內沉積膜厚監控裝置，其係具備有可透過形成於上述處理 反應器之內壁面的光之測定窗；在該測定窗內面上在上述 反應器之內壁面側以全反射之入射條件將測定用之光照射 於上述測定窗之機構；使來自上述測定窗之內面以及沉積 於該內面之沉積膜的表面之上述測定光的反射光成像之檢 測機構；以及依據上述檢測機構所檢測出之結果，以評價 沉積於上述測定窗內面之沉積膜之機構。 在該特徵中，於上述測定窗內壁面側之內面形成有用 以反射上述測定光之部份與透過部分，而上述沉積膜評價 機構係依據從上述內面所形成之反射部分所反射的測定光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~ I---------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 5- 497192 經濟部智慧財產¾員工消費合作社印製 A7 __ B7___五、發明説明（3 ) 以及透過上述透過部分且從沉積於上述內面之沉積膜表面 反射的上述測定光，以評價上述內面之沉積膜，或是在上 述測定窗內壁面側之內面形成有用以反射上述測定光之一 部份並且透過測定光之其他部分，而上述沉積膜評價機構 係依據從上述內面所形成之反射透過膜所反射的測定光以 及透過上述反射透過膜，從沉積於上述內面之沉積膜表面 反射的上述測定光，以評價上述內面之沉積膜較爲理想。 爲達成上述目的，本發明之其他特徵係提供一種在一 定的氣體之處理室內使放電產生，並藉由對處理對象物進 行處理，以淸洗產生於上述處理室內的沉積物之乾製程處 理方法，其特徵在於在可透過形成於上述處理室之內壁面 的光之測定窗的內面全反射的入射角條件將測定用之光照 射於上述測定窗，使來自沉積於上述測定窗之內面以及該 內面之沉積膜的表面之上述測定光之反射光成像並加以檢 測，並依據所檢測出之上述反射光，以評價沉積於上述測 定窗內面之沉積膜，依據沉積膜的評價以判斷淸洗產生於 上述處理室內的沉積物之時期。 爲達成上述目的，本發明之又一特徵係提供一種在一 定的氣體之處理室內使放電產生，並藉由對處理對象物進 行處理，以淸洗產生於上述處理室內的沉積物之乾製程處 理裝置，其特徵在於具備有可透過形成於上述處理反應器 之內壁面的光之測定窗；在該測定窗內面上在上述反應器 之內壁面側以全反射之入射條件將測定用之光照射於上述 測定窗之機構；使來自上述測定窗之內面以及沉積於該內 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497192 A7 B7 五、發明説明（4 ) 面之沉積膜的表面之上述測定光的反射光成像之檢測機構 ;以及依據上述檢測機構所檢測出之結果評價沉積於上述 測定窗內面之沉積膜並且依據該沉積膜之評價判斷淸洗之 產生於上述處理室內的沉積物之時期的機構。 在該特徵中，於上述測定窗內壁面側之內面形成有用 以反射上述測定光之部份與透過部分，而上述沉積膜評價 機構係依據從該反射部分所反射的測定光之光軸以及透過 上述透過部分沉積於上述內面之沉積膜表面所反射的測定 光之光軸的偏差，算出上述內面之沉積膜厚度，再依據所 算出的厚度以及從上述反射部分反射的測定光之光量，以 判斷上述沉積膜表面之凹凸狀態較爲理想。 圖式之簡要說明 第1圖係關於具備有本發明之乾製程處理裝置的監視 器裝置之實施例的槪略構成圖。 第2圖係在圖中所示之監控裝置中，在沉積膜附著部 分用來說明測定光之光路的圖示。 第3圖係顯示形成於測定窗之圖案例的圖示。 第4圖係顯示檢測像例之圖示。 第5圖係設置有第1圖所示之監控裝置之乾製程處理 裝置的槪略構成圖。 圖號說明 30 乾製程處理裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕 497192 A7 B7 五、發明説明（5 ) 21 電漿處理室 25 載物台 26 處理基板 23 尚頻電源 24 電極 22 絕緣材 20 監控裝置 2 測定窗 1 反應器 7a，7b 反射面 2a,2b 面 4,6,8 透鏡 5 縫線 15 反射部分 9 T V相機 10 沈積膜評價部 12,13,14 光軸 11a 沈積膜表面 11 沈積膜 17,18 .圖案 16 透過部分 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明最佳實施型態 依據第1圖至第5圖說明本發明之一實施例。第1圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -8- 497192 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 係關於具備有本發明之乾製程處理裝置的監視器裝置之實 施例的槪略構成圖。第5圖係設置有第1圖所示之監控裝 置之乾製程處理裝置的槪略構成圖。應用於電漿處理裝置 時之例。 於第5圖中，乾製程處理裝置30之電漿處理室21內 在載置台25上配置有處理基板26。從高頻電源23提供電 力給電極24，可電漿處理處理基板26。電及24與電漿處 理室2 1之內壁部係藉由絕緣材22加以絕緣。用以監控電 漿處理室21內之沉積膜狀態的監控裝置20安裝於電漿處 理室21。 參照第1圖，就監控裝置20加以說明。對應於乾製程 處理裝置30之反應器1的內壁面組裝有測定窗2。該測定 窗2係使用從測定窗2射至真空中之光的全反射條件具有 44度以上的折射率之材料。測定窗2之側面設置有相互對 稱而設之反射面7a以及7b，垂直射入測定窗2之面2b的 測定光以反射面7a加以反射，俾使以45度射入面向反應 器1內之面2a的角度配置有上述反射面7a。 反射面7a之測定光的入射角成爲67.5度而全反射並射 入面2a。繼之，以面2a全反射之測定光以入射角67.5度射 入反射面7b之方式而設定。 從光源3產生的測定光藉由透鏡4照射至縫隙5 ’且成 爲形成於縫隙5之圖案的測定光以通過透鏡6並且光軸垂 直於測定窗2之面2b的方式入射。繼而，入射於面2b之 測定光以反射面7 a加以反射且成像於測定窗2之面2 a的方 本紙張尺度適用中國國家標準（cns ) A4規格（X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ 9 _ 497192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（7 ) 式設定。面2a之成像區域上形成有如第3圖所示之圖案。 該圖案由複數的長方形狀反射部分1 5以及形成於上述反射 邰分1 5之間的透過部分1 6所構成。縫隙5亦至少形成有 一個長方形狀的縫隙圖案，該縫隙5之縫隙圖案以與面2a 所形成之長方形狀的圖案相互垂直的方式而設定。 以面2a反射的測定光以反射面7a加以反射，且光軸垂 直於面2b之方向通過面2b，在藉由透鏡8成像於TV相機 9之攝影面。繼之，從TV相機9之攝影面所成像的圖像藉 由沉積膜評價部10可評價反應器1內之沉積膜。再反應器 1內進行蝕刻處理以及CVD處理等，可於反應器1之內壁 面形成反應生成物之沉積膜。從而，測定窗2之面2a亦可 形成相同的反應生成物之沉積膜。 如第2圖所示，當沉積膜1 1形成於測定窗2時，以光 軸1 2於面2 a之透過部分1 6所照射之測定光在測定窗2與 沉積膜1 1的介面上無法全反射，在沉積膜表面1 1 a全反射 ，並在光軸1 4之路徑加以反射。 亦即，通過形成於測定窗2之面2a的圖案之透過部分 1 6之測定光以通過光軸1 4之路徑的方式在沉積膜表面1 1 a 反射，面2a之反射部分1 5所照射之測定光以通過光軸1 3 之路徑的方式反射。上述反射光在反射面7b反射，並經由 透鏡8成像於TV相機9之攝影面。 在TV相機9的畫面上，可獲得如第4圖所示之畫面。 亦即，通過以反射部分1 5加以反射之光軸1 3之路徑測定 光成爲圖案17並顯現於TV相機9的畫面上，通過光軸14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） ' ^ ~ -10- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 497192 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 ) 之路徑的測定光成爲圖案1 8並顯現於TV相機9的畫面上 〇 在上述實施例中，由於測定光在沉積膜表面1 1 a全反 射，故圖案17與圖案18的光量差不大。然而，在未全反 射的條件而從沉積膜1 1 a在反應器1內部透過測定光之一 部分的條件下，來自沉積膜表面1 1 a的反射光變成近於來 自反射部分15的光量之1/100，而無精密度優良之檢測。 在此，測定光若設定成在沉積膜表面11a全反射之條件， 而圖案17與圖案18之光量差小，且由於光量大，因此可 進行高精密度的檢測。 在沉積膜評價部10上，爲算出沉積膜厚，首先，測定 出圖案17與圖案18之的偏差量x(顯示於第4圖），從透 鏡8的倍率以及攝影面與TV相機9的畫面之間的倍率，求 得光軸1 3與光軸1 4之光軸間的尺寸。 光軸間的尺寸在沉積膜之膜厚設爲「d」時，可以「 2dtan 0 2 * cos 0 1」表示。「0 1」如第2圖所示係光軸12 與面2a之垂線構成的角度，在本發明之實施形態中設定爲 45度。「0 2」如第1圖所示係從面2a入射之測定光與沉 積膜表面11 a之垂線構成的角度，在本發明之實施形態中 設定爲45度，並藉由沉積膜1 1的折射率加以決定。 事先在一條件之樣品以段差測定器測定沉積膜1 1之膜 厚，從該膜厚與光軸間的尺寸之關係可求出「Θ 2」。依據 該求出的角度「0 2」之値，從光軸間之尺寸X可測定沉積 膜11之膜厚。此外，藉著沉積膜1 1之膜厚的測定精度藉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'〆297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 497192 A7 B7 五、發明説明（9 ) 由圖像處理高精密度算出圖案1 7與圖案1 8間之尺寸精密 度，可在0.1微米的精密度下測定。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然而，沉積膜表面11a隨著沉積膜11的厚度變大而凹 凸成長，亦即，凹凸之差變爲顯著。由於如沉積膜11之凹 凸成長變成塵埃發生之原因，因此爲了預測塵埃發生必須 評價沉積膜厚與該表面之凹凸。 當沉積膜表面11a之凹凸成長時，測定光藉由該凹凸 而散射並使在沉積膜表面11 a全反射之測定光的比例降低 。因此，在圖案17與圖案18的光量產生差値。差値產生 的主要原因有二（1 )沉積膜表面的狀態（2 )測定光通過 沉積膜中之間的測定光之吸收。在本實施例中，根據沉積 膜1 1之膜厚的測定結果，從沉積膜1 1表面無凹凸時反射 光量與膜厚的關係，補正測定光之膜中的吸收，俾使可判 斷沉積膜11之膜厚以及表面狀態。藉此，可使沉積膜11 之膜厚以及表面狀態互相獨立並加以監控。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再堆積膜11之表面凹凸大時，不僅沉積膜厚變薄且塵 埃之發生增加的可能性變高。在本發明之實施形態中，藉 由監控裝置獨立監控該表面凹凸之狀況，藉由監控，俾使 在沉積膜評價部10中可更精密地判斷淸洗處理時期。 藉由監控裝置20可判斷淸洗時期時，藉由第5圖之乾 製程處理裝置3 0可實行淸洗處理。亦即，在乾製程處理裝 置30之電槳處理室21導入4氟化沼氣（以4氟化沼氣+氧 氣爲佳），在電漿處理室2 1內產生放電，並除去沉積膜。 此外，沉積膜評價部1 0判斷爲淸洗時期時，以具備有用以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公羡） -12- 497192 A7 B7 五、發明説明（10) 顯示該狀況之顯示部爲佳。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據以上說明之本實施例，於反應器1所形成之測定 窗2，亦即在該測定窗2之反應器1的內側部之面2a形成 全反射的反射部分1 5與透過部分1 6之圖案。繼之，在未 沉積沉積膜1 1時，在內側部之面2a以全反射條件照射測 定光。在面2a形成有沉積膜11時，測定光計測透過面2a 以沉積膜11之膜表面11 a所反射的測定光以及以面2 A之 反射部分1 5所反射的測定光之偏差X，以測定沉積膜1 1之 膜厚。又，比較來自沉積膜11之膜表面1 la的反射光光量 與在表面11a未形成凹凸時之光量，以評價表面11a之凹凸 狀態。根據分灕反應器內壁面所形成之沉積膜的膜厚與膜 表面之狀況，可實現一種用以監控之監控裝置。 又，藉由上述監控裝置分離監控形成於反應器內壁面 之沉積膜的膜厚與膜表面之狀況，可實現在反應器內產生 麈埃前之適切時期進行反應器內壁面之淸洗處理的乾製程 處理方法以及乾製程處理裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，在本實施例中，雖於測定窗2之面2a形成如第 3圖所示的圖案，惟本發明並不限定於此，亦可使用來自測 定窗2之面2a的反射光與來自沉積膜11之表面的全反射 光而獲得的方式，亦可實現於面2a反射入射光之一部分（ 測定光），而形成使入射光之其他部分透過之膜的方式。 此時，所檢測之主要圖案成爲兩條線，藉著測定該線之間 隔，與圖示之例一樣可測定沉積膜厚。 又，於面2a所形成之圖案15的長度若在TV相機9之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ -13- 497192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7__五、發明説明（11) 視野範圍內可獲得良好的圖像之長度’即使在面2a未形成 圖案15等情況下，在形成沉積膜11之後，由於從面2a有 微弱的反射光，因此即使舉出反射出之檢測感度的方法’ 亦可測定沉積膜厚等。 再者，本實施例中，雖將測定光之面2a的入射角設定 成45度，惟入射角並非限定於該角度，在以測定窗2之面 2a未附著沉積膜1 1之條件下全反射，且在附著沉積膜Η 之後，在該沉積膜1 1與測定窗2之介面無法引起全反射’ 而測定光以在沉積膜1 1中進行之條件爲佳。 另外，沉積膜11未堆積在測定窗2時，在測定光於測 定窗2之面2a可全反射的條件下，由於使測定光射入測定 窗2之方式構成，因此當沉積膜1 1可沉積於面2a上時’ 不根據沉積膜11的折射率，由於在沉積膜表面1 la上引起 測定光之全反射，故測定光不須透過沉積膜1 1，可檢測通 過沉積膜11中之測定光。 根據本發明，可實現一種監控裝置，其係可監控分離 監控形成於反應器內壁面之沉積膜的膜厚與膜表面之狀況 。又，藉由上述監控裝置分離監控形成於反應器內壁面之 沉積膜的膜厚與膜表面之狀況，在反應器內產生塵埃前可 實現一種在適當時期進行反應器內壁面之淸洗處理的乾製 程處理方法以及乾製程處理裝置。 從而，在組合半導體元件製造以及液晶顯示元件製造 等之微細薄膜圖案之元件的製造中，可防止塵埃的產生增 加，同時提高產率，並使半導體元件以及液晶顯示元件等 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- 497192 A7 B7 _五、發明説明（12) 信賴性提升。 此外，在本發明中，從沉積膜所形成的測定窗外，以 全反射之入射角在測定窗之反應器內面側照射測定光’藉 著測定來自測定窗內面側之反射光，亦即在沉積於測定窗 內壁面之沉積膜表面全反射之測定光的位置關係，可求出 沉積膜之膜厚。此時，當沉積膜之表面凹凸變大時，在沉 積膜表面之全反射產生的反射光降低。因膜厚的增加而產 生反射光之降低係藉著先前所測定的膜厚加以算出，可測 定因沉積膜表面之凹凸導致反射光量降低。藉此，可分離 測定沉積膜厚與沉積膜表面之狀況。 由沉積膜玻璃所產生之塵埃可藉由分離測定膜厚與沉 積膜之表面狀態預測精確度佳之塵埃產生時期，並依據該 預測結果可於適當時期進行淸洗處理。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15-

Claims (1)

1. 497192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 1. 一種反應器內沉積膜厚監控裝置，其係用以檢測沉積 於乾製程處理裝置之處理反應器之沉積膜厚之反應器內沉 積膜厚監控裝置，其特徵在於具備有可透過形成於上述處 理反應器之內壁面的光之測定窗；在該測定窗內面上在上 述反應器之內壁面側以全反射之入射條件將測定用之光照 射於上述測定窗之機構；使來自上述測定窗之內面以及沉 積於該內面之沉積膜的表面之上述測定光的反射光成像之 檢測機構；以及依據上述檢測機構所檢測出之結果，以評 價沉積於上述測定窗內面之沉積膜之機構。 2. 如申請專利範圍第1項之反應器內沉積膜厚監控裝置 ，其中，在上述測定窗內壁面側之內面形成有用以反射上 述測定光之部份與透過部分，而上述沉積膜評價機構係依 據從上述內面所形成之反射部分所反射的測定光以及透過 上述透過部分，從沉積於上述內面之沉積膜表面反射的上 述測定光，以評價上述內面之沉積膜。 3. 如申請專利範圍第1項之反應器內沉積膜厚監控裝置 ，其中，在上述測定窗內壁面側之內面形成有用以反射上. 述測定光之一部份並且透過測定光之其他部分，而上述沉 積膜評價機構係依據從上述內面所形成之反射透過膜所反 射的測定光以及透過上述反射透過膜，從沉積於上述內面 之沉積膜表面反射的上述測定光，以評價上述內面之沉積 膜。 4 · 一種乾製程處理方法，其係在一定的氣體之處理室內 使放電產生，並藉由對處理對象物進行處理，以淸洗產生 本紙張尺度朝中關家縣（CNS ) A4驗（210X297公釐)" ： 一 -16 - ----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 497192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 於上述處理室內的沉積物之乾製程處理方法，其特徵在於 在可透過形成於上述處理室之內壁面的光之測定窗的內面 全反射的入射角條件將測定用之光照射於上述測定窗’使 來自沉積於上述測定窗之內面以及該內面之沉積膜的表面 之上述測定光之反射光成像並加以檢測，並依據所檢測出 之上述反射光，以評價沉積於上述測定窗內面之沉積膜， 依據沉積膜的評價以判斷淸洗產生於上述處理室內的沉積 物之時期。 5. —種乾製程處理裝置，其係在一定的氣體之處理室內 使放電產生，並藉由對處理對象物進行處理，以淸洗產生 於上述處理室內的沉積物之乾製程處理裝置，其特徵在於 具備有可透過形成於上述處理反應器之內壁面的光之測定 窗；在該測定窗內面上在上述反應器之內壁面側以全反射 之入射條件將測定用之光照射於上述測定窗之機構；使來 自上述測定窗之內面以及沉積於該內面之沉積膜的表面之 上述測定光的反射光成像之檢測機構；以及依據上述檢測 機構所檢測出之結果評價沉積於上述測定窗內面之沉積膜· 並且依據該沉積膜之評價判斷淸洗之產生於上述處理室內 的沉積物之時期的機構。 6. 如申請專利範圍第f項之乾製程處理裝置，其中，在 上述測定窗內壁面側之內面形成有用以反射上述測定光之 部份與透過部分，而上述沉積膜評價機構係依據從該反射 部分所反射的測定光之光軸以及透過上述透過部分沉積於 上述內面之沉積膜表面所反射的測定光之光軸的偏差，算 本&張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 -17- ----------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 497192 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍出上述內面之沉積膜厚度，再依據所算出的厚度以及從上 述反射部分反射的測定光之光量，以判斷上述沉積膜表面 態 狀 凸 凹 之 ---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -18-