(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体プラズマ処理装置の複雑化，高コスト化を必要としないクリーニング終点検出方法を提供する。【解決手段】プラズマ放電を用いたドライエッチングにより、半導体プラズマ処理装置の成膜チャンバ内をクリーニングする際、プラズマ放電中のチャンバ内圧力を調整する圧力制御バルブの開閉度を常時モニタリングしながら、チャンバ内プラズマクリーニング中に徐々に圧力制御バルブの開閉度が変化して行く事をモニタリングし、圧力制御バルブの開閉度の変化からプラズマクリーニング終点を決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体プラズマ処理装置の成膜チャンバの内部をプラズマ放電によりドライエッチングしクリーニングする際のクリーニング終点検出方法であって、
クリーニング用のガスを前記成膜チャンバ内に導入し、
高周波電源から放電電極に高周波電力を供給し、
プラズマクリーニングを開始し、維持するチャンバクリーニングにおいて、
前記成膜チャンバの内部の圧力を制御する圧力制御バルブの開閉度をモニタし、
上記圧力制御バルブの開閉度に基づいてクリーニング終点の検出を行うことを特徴とする半導体プラズマ処理装置のクリーニング終点検出方法。
【請求項２】
前記圧力制御バルブの開閉度に基づくクリーニング終点の検出は、前記開閉度の変化がなくなり、安定した状態となったことによりなされる請求項１に記載の半導体プラズマ処理装置のクリーニング終点検出方法。
【請求項３】
前記半導体プラズマ処理装置は平行平板電極型プラズマＣＶＤ装置であることを特徴とする請求項１に記載の半導体プラズマ処理装置のクリーニング終点検出方法。
【請求項４】
前記クリーニング終点を検出した後、所定のオーバーエッチングを行ってからクリーニングを終了することを特徴とする請求項１に記載の半導体プラズマ処理装置のクリーニング終点検出方法。
【請求項５】
請求項１に記載のクリーニング終点検出方法により前記クリーニング終点を検出して、高周波電力の供給を停止することを特徴とする半導体プラズマ処理装置のチャンバクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プラズマ処理装置に関する。より詳しくは、半導体プラズマ処理装置のクリーニング終点検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程であるトランジスタ製造工程では、半導体プラズマ処理装置であるプラズマＣＶＤ装置の成膜チャンバ内のサセプタ上に基板を配設し、このサセプタに高周波電極を対向させ、圧力制御バルブを調整して成膜ガスを導入し、成膜チャンバ内において高周波電極および基板間でプラズマ放電を行ない、基板上に、シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等を成膜している。しかし、基板に成膜を行なう際、基板以外の成膜チャンバの内部にも生成された膜が付着することは避けられず、堆積してしまう。そして、この不要な膜が剥離し飛散することにより、パーティクルの発生源になるため、定期的に成膜チャンバの内部を成膜とは反対の作業となるプラズマエッチングすることで必要のない膜を除去し、成膜チャンバの内部のパーティクル発生を防止している。
【０００３】
ところが、不要な膜を取り除く際のプラズマエッチングの終点検出が適切でないと、成膜チャンバの内部に堆積した膜が残り、積算成膜枚数の増加とともに、パーティクルの増加やサセプタの駆動機構のトラブルなどを誘発する。
【０００４】
プラズマクリーニングの終点検出方法の例として、発光種の発光強度変化から検出する方法がある。発光強度変化からプラズマクリーニングの終点を検出する場合、プラズマＣＶＤ装置には、成膜チャンバの側壁面にプラズマ発光を観測するための観測窓を取り付け、この窓に隣接した成膜チャンバ外に受光系を設置するのが一般的である。例えば、特許文献１にはプラズマ中のラジカルの発光強度の変化からクリーニングの終点を検出する方法が示されている。
【０００５】
また、他の例として、半導体基板上の堆積膜厚から成膜チャンバ内部に堆積された総膜厚を推定し、この総膜厚に応じて割り出した時間に基づいてドライエッチングクリーニング時間を制御する時間制御法が知られている。
【０００６】
時間制御法は、チャンバ内の堆積膜厚を正確に測定できず、推計した総膜厚のばらつきを考慮して長いオーバーエッチングを行う必要があるので、プラズマＣＶＤ装置の稼働率の低下、一定時間内の半導体基板の処理数であるスループットが低下する。
【０００７】
発光強度変化からクリーニングの終点を検出する方法では、成膜時に観察窓の内壁面にも反応生成物が堆積するため、プラズマの発光強度の変化を長期間にわたり安定して検出することが困難である。また、発光種の発光強度を測定するための受光系の設置は、装置の複雑化および高コスト化を招くこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−８６３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、半導体プラズマ処理装置の複雑化、高コスト化を必要としないクリーニング終点検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体プラズマ処理装置のクリーニング終点検出方法は、プラズマ放電を用いたドライエッチングにより半導体プラズマ処理装置の成膜チャンバの内部をクリーニングする際、プラズマ放電中のチャンバ内圧力を調整する圧力制御バルブの開閉度をモニタし、チャンバ内のプラズマクリーニング中に徐々に圧力制御バルブの開閉度が変化する特性に基づいてプラズマクリーニング終点を検出する方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体プラズマ処理装置によれば、クリーニング中の圧力制御バルブの開閉度の安定時がクリーニング終点であるので、上記圧力制御バルブの開閉度をプラズマクリーニング中に精度良くモニタリングする事で、クリーニングの終点検出を行うことが可能となり、半導体製造装置の稼働率を向上させることができる。また、クリーニング中の圧力制御バルブの開閉度をモニタする事は、モニタをするための装置を新たに追加する必要性がなく、現状のハードウェハのままでクリーニングの終点検出が可能となる事から、結果として調整やメンテナンスをすることなく、常に正確にクリーニング終点を検出することが可能な検出方法を提供する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係るクリーニング終点検出方法およびチャンバクリーニング方法が実施される半導体製造装置の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るクリーニング終点検出方法における圧力制御バルブの開閉度とクリーニング時間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初に、本発明の実施例に係る半導体プラズマ処理装置の要部について図面に基づき説明する。
【００１４】
図１は本発明に係るクリーニング終点検出方法およびチャンバクリーニング方法が実施される半導体プラズマ処理装置の要部を示す断面図であり、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を示している。プラズマＣＶＤ装置は、真空状態を維持する成膜チャンバ内に、成膜対象となる基板６を配設するサセプタ７が配置される。サセプタ７には基板６を一定温度に保持するための加熱手段であるヒータ８が設けられる。サセプタ７の上部には、対向した高周波電極５が配置される。高周波電極５には、高周波電力を供給する高周波発振器１が、固定高周波整合回路を有する整合器２を介して接続される。また、高周波電極５には、成膜時およびプラズマクリーニング時に必要なガスを供給するためのガス供給系３が設けられている。成膜チャンバには、成膜チャンバ内のガスを排気するための真空ポンプなどの排気系１１が、成膜チャンバ内の圧力を一定に保持するように制御する圧力制御バルブ１０を介して接続される。また、成膜チャンバ内には、成膜チャンバ圧力をモニタする圧力計９が設けられる。
【００１５】
半導体製造工程であるトランジスタ製造工程では、プラズマＣＶＤ装置の成膜チャンバ内のサセプタ７上に基板６を配設し、このサセプタ７に高周波電極５を対向させ、圧力制御バルブ１０を調整して成膜ガス３を導入し、成膜チャンバ内に高周波電極５および基板６間でプラズマ放電を行ない、基板６上に、シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等を成膜する。圧力制御バルブ１０は成膜チャンバ内の圧力がプラズマ放電に適した圧力となるようにその開閉度がフィードバック制御される。通常、圧力制御バルブ１０の開閉度はプラズマＣＶＤ装置の制御機構に付属している画面等のモニタに表示される。そのため接続されたネットを介して、パソコン等に開閉度に関するデータを取り込むことは容易である。
【００１６】
ここで、基板６に成膜を行なう際、基板６以外の成膜チャンバの内部に不要な膜が付着して堆積する。そして、この不要な膜がパーティクルの発生源になるため、定期的に成膜チャンバの内部を、成膜とは反対の作業となるプラズマエッチングすることで必要のない膜を除去し、成膜チャンバの内部のパーティクル発生を防止している。ところが、不要な膜を取り除く際のプラズマエッチングの終点検出が適切でないと、成膜チャンバの内部に堆積した膜が除去されずに残り、積算成膜枚数の増加とともに、パーティクルの増加やサセプタの駆動機構のトラブルなどを誘発することとなる。また、膜が除去されたあとのオーバーエッチングを必要以上に行うことは、無駄な作業となり、半導体プラズマ処理装置の稼動率を下げてしまうので、適切な終点検出が必須である。
【００１７】
そこで次に、図１の平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いた場合の、本発明の実施例に係るチャンバクリーニングの終点検出方法について説明する。
【００１８】
図２は、図１の成膜チャンバでシリコン酸化膜を成膜した後、クリーニング用のガスをチャンバに導入し、さらにその後に、定電流または定電圧の高周波電力を供給してプラズマクリーニングを行った場合の成膜チャンバの圧力制御バルブ１０の開閉度とクリーニング時間の関係を示すグラフである。縦軸は圧力制御バルブの開閉度をパーセント表示している。１００％が完全に開いた状態である。横軸はクリーニング時間を秒単位で示している。
【００１９】
図１に示す圧力制御バルブ１０の開閉度をプラズマクリーニング時にモニタすると、クリーニング時間が進むに従いその圧力制御バルブの開閉度がクリーニング時間の経過に従いほぼ単調に小さくなることがわかる。これは、クリーニングによりチャンバ内に堆積した膜であるシリコン酸化膜がエッチングされるに従い、プラズマを維持するためのガスの消費が少なくなるからである。図２の圧力制御バルブ１０の変化がなくなり、安定した状態となった時点をクリーニングの終点と判断できる。この時点では、チャンバ内に堆積したシリコン酸化膜は完全にエッチングにより除去されており、反応がおこらないのでガスの流れが平衡するからである。
【００２０】
以上のようにプラズマクリーニング時に圧力制御バルブ１０の開閉度をモニタし、圧力制御バルブ１０の変化がなくなり、安定した状態となった時点をクリーニングの終点とすることで、チャンバクリーニングの終点検出ができることが分かる。安定した状態となったあとはオーバーエッチングをしている状態であり、オーバーエッチングの時間はエッチングされる膜の種類等に応じて適宜設定することが可能である。通常、所定の時間のオーバーエッチングを行い、プラズマクリーニングの終了とする。
【００２１】
本願実施例にかかるチャンバクリーニングの終点検出方法を、発光種の発光強度変化から検出する方法と比較したところ、終点検出までの時間はほぼ同じ時間となり、同等の精度を有することが分かった。
【００２２】
発光種の発光強度変化から終点検出する方法では成膜時に観察窓の内壁面にも反応生成物が堆積するため、プラズマの発光強度の変化を長期間にわたり安定して検出することが難しいのに対し、本願実施例にかかるチャンバクリーニングの終点検出方法は、専用の観察窓を使用することがないので、反応生成物の堆積を心配する必要がない上に、発光種の発光強度を測定するための受光系の設置も必要がないので、半導体プラズマ処理装置を複雑にすることがなく、余分なコストを必要としない。
【図１】
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【図２】
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