(57)【要約】【課題】  稼働時間の低下および製造コストの増大を可及的に防止し、半導体デバイスを安定した処理条件で製造することを可能にする。【解決手段】  プラズマ処理を行う反応室２と、反応室に処理用ガスを導入する導入管１８と、反応室の上方に設けられた上部電極１０と、上部電極に対向するように反応室内に設けられ被処理基板１００が載置される下部電極１２と、上部電極および下部電極の少なくとも一方と電気的に接続され上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加して処理用ガスのプラズマを発生させる高周波電源１６と、反応室内が所定の圧力となるように排気する真空ポンプ２２と、反応室内に設けられた視認マーク４ａを反応室に設けられた窓５ａを介して撮像する撮像装置８と、を備えている。【選択図】  図１
2006196833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理を行う反応室と、前記反応室に処理用ガスを導入する導入管と、前記反応室の上方に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向するように前記反応室内に設けられ被処理基板が載置される下部電極と、前記上部電極および下部電極の少なくとも一方と電気的に接続され前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加して前記処理用ガスのプラズマを発生させる高周波電源と、前記反応室内が所定の圧力となるように排気する真空ポンプと、前記反応室内に設けられた視認マークを前記反応室に設けられた窓を介して撮像する撮像装置と、を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記視認マークは交換可能なパーツに設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記視認マークは、サイズが異なる同一形状の複数個のパターンを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記視認マークは、スリットパターン、格子形状のパターン、ドットからなるパターン、四角形状のパターンのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項５】
反応室内に処理用ガスを導入し、前記反応室内に設けられた上部電極と下部電極間に高周波電力を印加し前記処理用ガスをプラズマ化して、前記下部電極上に載置された被処理基板にプラズマ処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記反応室内に設けられる交換可能なパーツに視認マークを設けておき、前記被処理基板に前記プラズマ処理を行う前に、前記反応室内を大気開放することなく前記視認マークを前記反応室に設けた窓を介してモニタし、このモニタ結果に基づいて前記パーツの交換または洗浄を行うか否かを決定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマを使用して処理を行う半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高性能化、高集積化および微細化に伴い、製造途中で半導体基板に付着するパーティクルが半導体デバイスの特性および生産歩留まりに与える影響がますます大きくなっている。さらに、半導体デバイスの生産性を向上させ効率化を進める上で、半導体製造装置の処理条件の安定性を向上させることが要求されている。
【０００３】
パーティクルの発生源としては、半導体製造装置の搬送系からの発塵や、人からの発塵等のほかにプラズマを用いた処理工程における反応生成物が上げられる。パーティクルは蒸気圧が低くなった反応生成物が反応室（チャンバー）内壁に付着し、それが剥がれることによって発生することが多く、同一反応室において処理条件が異なる処理を行う場合には、特に発生頻度が多くなる。
【０００４】
そこで、ドライエッチング装置あるいはＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置においては、このパーティクルの発生を抑制する対策が要求されている。さらに、プラズマ処理条件は反応室内壁の状態に大きく依存し、反応室内壁の状態を制御することがプラズマ処理条件の安定性を向上する上で重要となっている。
【０００５】
パーティクルの発生を抑制する対策として、従来は、
１）反応室を大気開放した後、薬品を用いたウェット洗浄を行うかまたはプラズマを用いたドライクリーニングを行うことにより、反応室内壁に付着した反応生成物を除去する、
２）反応室の内壁に交換可能なジャケットを設け、反応生成物が堆積したとき、ジャケットを交換する（例えば、特許文献１参照）
ことが知られている。
【０００６】
しかし、プロセス条件の安定化のためには、チャンバー内のパーツにも洗浄／交換が行われる必要があり、その頻度は、例えば高周波電力の積算時間（使用時間）を基に定期交換としている。このため、定期交換時期にパーツそのものに劣化が無い場合であっても交換したり、定期交換時期前であってもパーツの消耗が予想以上に多い場合にはプロセス条件の安定性に影響を与えるという問題がある。
【０００７】
従来は、パーツの状態の確認を反応室を大気開放して目視によっておこなっている。
【０００８】
また、パーツの耐用寿命の終わりを容易に確認することを可能にするために、洗浄または交換に際して反応室から容易に取り外すことのできるプロセスキットパーツに視認マークを設けることが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この特許文献２に記載の技術においても、パーツの状態の確認は、反応室を大気開放し、パーツを取り外し、洗浄した後、視認マークを目視することにより行っている。
【０００９】
いずれにしても、パーツの状態の確認は、反応室を大気開放する必要があり、半導体製造装置の稼働時間が低下し、製造コストが増大するという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１５０４８７号公報
【特許文献２】特表２００３−５２９２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、稼働時間の低下および製造コストの増大を可及的に防止し、半導体デバイスを安定した処理条件で製造することのできる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様による半導体製造装置は、プラズマ処理を行う反応室と、前記反応室に処理用ガスを導入する導入管と、前記反応室の上方に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向するように前記反応室内に設けられ被処理基板が載置される下部電極と、前記上部電極および下部電極の少なくとも一方と電気的に接続され前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加して前記処理用ガスのプラズマを発生させる高周波電源と、前記反応室内が所定の圧力となるように排気する真空ポンプと、前記反応室内に設けられた視認マークを前記反応室に設けられた窓を介して撮像する撮像装置と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の態様による半導体装置の製造方法は、反応室内に処理用ガスを導入し、前記反応室内に設けられた上部電極と下部電極間に高周波電力を印加し前記処理用ガスをプラズマ化して、前記下部電極上に載置された被処理基板にプラズマ処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記反応室内に設けられる交換可能なパーツに視認マークを設けておき、前記被処理基板に前記プラズマ処理を行う前に、前記反応室内を大気開放することなく前記視認マークを前記反応室に設けた窓を介してモニタし、このモニタ結果に基づいて前記パーツの交換または洗浄を行うか否かを決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、稼働時間の低下および製造コストの増大を可及的に防止し、半導体デバイスを安定した処理条件で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による半導体製造装置の構成を図１に示す。本実施形態による半導体製造装置１は、プラズマ処理装置であって、被処理基板１００上に形成されたＳｉＯ２膜を、このＳｉＯ２膜上に形成されたレジストからなるマスクを用いてエッチングする処理を行うものである。
【００１６】
本実施形態の半導体製造装置１は反応室２を備えており、この反応室２の側面には、パーツの状態を確認するためのマーク４ａが形成された内壁４と、マーク４ａを確認するための窓５ａが形成された内壁５が設けられている。本実施形態においては、窓５ａはマーク４ａに対向する位置に設けられている。なお、内壁４、５は必要に応じて洗浄および交換が可能な構造となっている。
【００１７】
反応室２の側面の内壁５の窓５ａに対応する位置に窓３が形成され、この窓３を介してマーク４ａを撮像する撮像装置８が反応室２の外部に位置するように取り付けられている。本実施形態においては、撮像装置８は例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラからなっている。
【００１８】
また、反応室２には上壁を兼ねた上部電極１０と、被処理基板１００を固定する静電チャックを有する下部電極１２とが設けられている。下部電極１２はコンデンサ１４を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源１６に接続されている。なお、上記静電チャックは被処理基板１００を−３０℃〜１２０℃の範囲の任意の温度に保持することのできる機能を備えている。また、下部電極１２は、側部を被覆するカバー１７が設けられており、このカバー１７にプラズマを遮蔽するバッフル板１９が取り付けられている。
【００１９】
また、反応室２にはＳｉＯ２膜をエッチングする際に用いられるエッチングガス等の処理用ガスが導入される導入管１８と、上記エッチングガス等を排出するための排出管２０が接続されている。なお、上記エッチングガス等は排出管２０を介して真空ポンプ２２によって強制的に排出される。
【００２０】
ＳｉＯ２膜のエッチング処理の条件は、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ混合ガスをそれぞれ、１６ｓｃｃｍ／３００ｓｃｃｍ／３８０ｓｃｃｍ反応室２に導入し、被処理基板１００を６０℃、反応室２内の圧力を４０ｍＴｏｒｒに制御した後、高周波電力を１７００Ｗ印加して、ＳｉＯ２膜のエッチングを行った。このエッチング条件では、チャンバー内壁に反応生成物が堆積し、その堆積膜が処理中に剥離することでパーティクル（ダスト）が発生する。堆積膜の剥離は、１ロット（２４枚）処理中の１枚目で発生したり、２４枚目で発生することもあり、前に処理された条件やサンプルに依存する。
【００２１】
本実施形態においては、内壁４に設けられたマーク４ａは、図２に示すように、ラインＬとスペースＳからなるスリットパターンである。スリットパターンは、ラインＬ（凹形状）の幅とスペースＳ（凸形状）の幅の比を１：１とし、５ｍｍ×５ｍｍの領域に形成した。
【００２２】
上記エッチング条件で、内壁４に設けられたマーク４ａは最適なモニタを実現するために、ラインＬの幅サイズが２００μｍ、１００μｍ、５０μｍである３種類のスリットパターンを用意した。上記エッチング条件でエッチングを行い、３種類のスリットパターンにおいて反応生成物による堆積膜が剥がれる時間と、基板上におけるパーティクル数の測定を行った。
【００２３】
ラインＬの幅によって、堆積膜が剥がれる時間に差があり、ラインＬの幅が５０μｍのスリットパターンが最初に剥離し、ラインＬの幅が１００μｍ、２００μｍのスリットパターンの順に剥離した。正常時のパーティクルレベルは、５個以下（０．２μｍ以上、２００ｍｍウェハー内）であり、パーティクルの発生数は、ラインＬの幅が５０μｍのスリットパターンにおいて剥離が確認された時点でパーティクル数は３個、ラインＬの幅が１００μｍのスリットパターンにおいて剥離が確認された時点までは３個であったが、ラインＬの幅が２００μｍのスリットパターンでの剥離が確認されたときには、４５個に増加した。
【００２４】
各スリットパターンの剥離状況の判断には、撮像装置８より得られた画像のコントラストを洗浄直後（正常時）の画像と比較することで行い、この比較結果によりパーツの状態を確認した。
【００２５】
ラインＬの幅が１００μｍのスリットパターンでの剥離が確認されるまでは、パーティクルの発生数に増加が確認されないことから、本実施形態の上記エッチング条件においては、ラインＬの幅が５０μｍのスリットパターンでの剥離が確認された時点で、内壁４、５の洗浄を行うことにした。これにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となり、半導体装置を安定した処理条件で製造することができる。なお、スリットパターンでの剥離の確認は、プラズマ処理の前後、すなわちプラズマが生成されていない状態で行う。例えば、ウェハー処理毎にスリットパターンでの剥離の確認を行い、剥離が確認された時点でウェハーの反応室内への搬入を停止し、プラズマ処理を中断する。そして、パーツ上に付着した堆積物が剥離したことが確認された場合には、洗浄を行う。この洗浄は、例えばＯ２を含むガスのプラズマによるドライクリーニング処理を行うことで実行される。また、ドライクリーニング処理による洗浄が困難なパーツの場合、パーツの状態の確認までは反応室を大気開放することなく行い、パーツの洗浄が必要となったことが確認された時点で反応室を大気開放してパーツを取り出し、薬品を用いたウェット処理等を行った後に再度パーツを反応室に戻してもよい。
【００２６】
このようにすることによって、被処理基板１００を下部電極１２上に載置してプラズマ処理を行う前に、半導体製造装置の状態の確認、パーツの状態の管理を反応室を大気開放することなく行うことが可能となり、従来の場合と異なり、半導体製造装置の不必要な停止が不要となって稼働率の低下を可及的に防止することができるとともに製造コストが増大するのを防止することができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、スリットパターン等の視認マークは交換可能な内壁４に設けたが、例えば下部電極１２の側部を被覆するカバー１７、バッフル板１９といった他の交換可能なパーツ上に設けてもよい。視認マークを交換可能なパーツ上に設けることで、視認マークのモニタ結果に基づいて洗浄を行うか否か判断するとともに、パーツを交換すべきか否か決定することも可能となる。さらに、これらパーツの劣化の進行に応じて視認マークの設けられた新たなパーツへの交換を行えば、プラズマ処理による劣化の影響を排除しつつ、洗浄を行うか否かの判断基準にこのような視認マークを繰り返し用いることができる。また、洗浄を行うか否かの判断を行うことのみ考慮する場合、視認マークは交換可能なパーツ上ではなくても、撮像装置を介してモニタが可能であるチャンバー内のどこに設けてもよい。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による半導体製造装置を説明する。この実施形態による半導体製造装置は、Ｏ２ガスによる灰化処理（ドライクリーニング処理）によって、エッチング処理の際にマスクとして使用したレジストを除去するのに用いられ、図１に示す第１実施形態の半導体製造装置と同じ構成となっている。
【００２９】
灰化処理条件は、Ｏ２ガス５００ｓｃｃｍを反応室２に導入し、Ｓｉ基板１００を６０℃、圧力を２００ｍＴｏｒｒに制御した後、高周波電力を１５００Ｗ印加した状態で、５分間の処理とした。この場合は、堆積膜が剥離することによるパーティクルの発生は抑制されるが、反応室２内のパーツ表面はＡｌ２Ｏ３からなるコーティングが露出しており、プラズマ処理の累積時間によって反応室２内のパーツのコーティングが劣化（剥離）し、下地の金属Ａｌがプラズマに曝されることによってパーティクル（ダスト）が発生する。
【００３０】
本実施形態において、パーツ本体からのパーティクルの発生を抑制するために、マーク４ａとしてラインＬの幅が２００μｍ、１００μｍ、５０μｍのスリットパターンを用意し、パーツのコーティングが剥がれる時間を測定した。ライン幅によって、コーティングが剥がれる（劣化）時間に差があり、ライン幅が２００μｍのスリットパターンが最初に劣化し、ライン幅が１００μｍのスリットパターン、ライン幅が５０μｍのスリットパターンの順に劣化した。パーティクルの発生は、ライン幅が２００μｍ、１００μｍ、５０μｍのスリットパターンでの剥離したそれぞれの時点で３個、９個、８１個であった。
【００３１】
パーツの劣化の判断には、例えばＣＣＤカメラからなる撮像装置８より得られた画像のコントラストをパーツ交換直後（正常）の画像と比較することによって行い、この比較結果に基づいてパーツの状態を確認した。交換直後のパーツはＡｌ２Ｏ３からなるコーティングの劣化前の状態であり、黒色をしている。しかし、コーティングが剥がれ劣化した部位では表面が荒れ、下地のＡｌが露出するために白色に見える。このため、使用前後の画像を比較することで、パーツの状態を判断できた。
【００３２】
本実施形態においては、大気側に設置した撮像装置８によって、ウェハーの処理前後（プラズマが生成されていない状態）でライン幅が２００μｍのスリットパターンを確認し、劣化が確認されるまでは、処理を行い、劣化が確認された時点で、パーツの交換を行った。
【００３３】
こうすることによって、半導体製造装置の状態の確認、パーツの状態の管理を反応室を大気開放することなく行うことが可能となり、従来の場合と異なり、半導体製造装置の不必要な停止が不要となって稼働率の低下を可及的に防止することができるとともに製造コストが増大するのを防止することができる。
【００３４】
また、反応室を大気開放することなく、半導体製造装置の状態の確認、パーツの状態の管理を行うことができるので、反応室の大気開放に伴う反応室内への吸湿等が無く、プロセスへの影響を可及的に防止することができ、プロセスの安定化をはかることができる。
【００３５】
なお、上記第１および第２実施形態からわかるように、内壁に設けたマークとしてスリットパターンを用いても、処理条件に応じて、パーツの洗浄または交換のための基準として用いられるパターンは異なっている。例えば、第１実施形態においては、ライン幅が５０μｍのスリットパターンが用いられ、第２実施形態においては、ライン幅が２００μｍのスリットパターンが用いられた。このため、半導体製造装置が複数の異なる処理に用いられる場合には、それぞれの処理に応じたマークを処理に共通なパーツ、例えば内壁等に設けてもよい。
【００３６】
さらに、第１および第２実施形態はＣＶＤ処理等、エッチング処理や灰化処理以外の他のプラズマ処理を行う半導体製造装置にも適用することが可能である。また、マークとしては、スリットパターンの他に、格子状のパターン、ドットからなるパターン、四角形状のパターン等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体製造装置の構成を示す断面図。
【図２】第１実施形態による半導体製造装置に用いられるマークの一具体例を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体製造装置
２  反応室
４  内壁
４ａ  マーク
５  内壁
５ａ  窓
８  撮像装置
【図１】
2006196833.tif 000003
【図２】
2006196833.tif 000004