(57)【要約】【課題】チャンバの圧力が１Ｔｏｒｒ未満の条件において微小パーティクルの計測を行うことを目的とする。【解決手段】所定の処理を行うチャンバと、前記チャンバの排気口に接続され、前記チャンバの内部を排気する第１の排気装置と、前記排気口の近傍にて前記チャンバに接続される配管と、前記配管に接続され、前記配管の内部を通るパーティクルを計測するパーティクルモニタ装置と、前記配管を介して前記パーティクルモニタ装置に接続され、前記配管の内部を排気する第２の排気装置と、前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置による前記チャンバの内部及び前記配管の内部の排気を制御し、前記パーティクルモニタ装置によるパーティクルの計測を制御する制御部と、を有する、真空処理装置が提供される。【選択図】図５
2018088452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の処理を行うチャンバと、
前記チャンバの排気口に接続され、前記チャンバの内部を排気する第１の排気装置と、
前記排気口の近傍にて前記チャンバに接続される配管と、
前記配管に接続され、前記配管の内部を通るパーティクルを計測するパーティクルモニタ装置と、
前記配管を介して前記パーティクルモニタ装置に接続され、前記配管の内部を排気する第２の排気装置と、
前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置による前記チャンバの内部及び前記配管の内部の排気を制御し、前記パーティクルモニタ装置によるパーティクルの計測を制御する制御部と、
を有する、真空処理装置。
【請求項２】
前記配管は、前記チャンバの処理空間から排気空間の前記排気口におけるガスの流れに応じて、前記ガスを受ける位置又は該位置の近傍に設けられている、
請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記配管は、前記チャンバの処理空間から排気空間の前記排気口に向かうガスの流れに応じて、前記ガスを受ける位置又は該位置の近傍に所定の角度内で設けられている、
請求項１又は２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記配管のうち前記パーティクルモニタ装置と前記第２の排気装置とを連結する部分に、前記第２の排気装置から前記パーティクルモニタ装置へパーティクルが逆流することを防止するパーティクル逆流防止機構が設けられている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記パーティクルモニタ装置よりも上流側の前記配管に、開閉可能な第１バルブが設けられている、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記第２の排気装置よりも下流側の前記配管に、開閉可能な第２バルブが設けられている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項７】
前記配管及び前記パーティクルモニタ装置には、ヒータが設けられている、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の真空処理装置。
【請求項８】
所定の処理を行うチャンバと、前記チャンバの排気口に接続され、前記チャンバの内部を排気する第１の排気装置と、前記排気口の近傍にて前記チャンバに接続される配管と、前記配管に接続され、前記配管の内部を通るパーティクルを計測するパーティクルモニタ装置と、前記配管を介して前記パーティクルモニタ装置に接続され、前記配管の内部を排気する第２の排気装置とを有する真空処理装置を用いて、
前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置により前記チャンバの内部及び前記配管の内部の排気を行い、
前記パーティクルモニタ装置によりパーティクルの計測を行う、
パーティクル計測方法。
【請求項９】
前記チャンバの内部の圧力を１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）〜１Ｔｏｒｒ（１３３．３２Ｐａ）の範囲に制御しながら、前記パーティクルモニタ装置によりパーティクルの計測を行う、
請求項８に記載のパーティクル計測方法。
【請求項１０】
前記チャンバの内部の圧力を２００ｍＴｏｒｒ（２６．６６Ｐａ）〜８００ｍＴｏｒｒ（１０６．６６Ｐａ）の範囲に制御しながら、前記パーティクルモニタ装置によりパーティクルの計測を行う、
請求項９に記載のパーティクル計測方法。
【請求項１１】
前記チャンバの内部の圧力を４００ｍＴｏｒｒ（５３．３３Ｐａ）〜６００ｍＴｏｒｒ（７９．９９Ｐａ）の範囲に制御しながら、前記パーティクルモニタ装置によりパーティクルの計測を行う、
請求項１０に記載のパーティクル計測方法。
【請求項１２】
前記パーティクルモニタ装置は、基板がステージ１１１に載置されている場合、（１）〜（７）の少なくともいずれかのタイミングにパーティクルの計測を行う、
請求項８〜１１のいずれか一項に記載のパーティクル計測方法。
（１）高周波電力がオンされたとき（プラズマ着火時）
（２）プラズマ放電中
（３）高周波電力がオフされたとき（プラズマ消火時）
（４）高周波電力がオフされた後
（５）プロセス実行前のウェハ吸着時
（６）プロセス実行後のウェハ除電時
（７）ガス導入時
【請求項１３】
前記パーティクルモニタ装置は、基板がステージ１１１に載置されていない場合、（１）〜（５）の少なくともいずれかのタイミングにパーティクルの計測を行う、
請求項８〜１１のいずれか一項に記載のパーティクル計測方法。
（１）高周波電力がオンされたとき（プラズマ着火時）
（２）プラズマ放電中
（３）高周波電力がオフされたとき（プラズマ消火時）
（４）高周波電力がオフされた後
（５）ガス導入時
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置及びパーティクル計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
減圧処理室内の部材に付着した微粒子を飛散させて部材を清浄化し、飛散させた微粒子を比較的高圧雰囲気でガスの流れに乗せて除去する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
上記技術には、例えば（１）部材に電圧を印加してマクスウェルの応力を利用して微粒子を飛散させる手段、（２）微粒子を帯電させてクーロン力を利用して飛散させる手段、（３）減圧処理室にガスを導入し、微粒子の付着した部材にガス衝撃波を到達させ、微粒子を飛散させる手段、（４）部材の温度を上昇させ、熱応力及び熱泳動力により微粒子を飛散させる手段、（５）部材に機械的振動を与えて微粒子を飛散させる手段を用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０１５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記技術では、チャンバ内が高圧に設定され、大流量のガスが供給されているためにパーティクルを輸送することができる。具体的には、パーティクルは、チャンバ内の圧力が１Ｔｏｒｒ（１３３．３２Ｐａ）以上であれば、ガスの流れに乗ってパーティクルモニタ装置（計測器）まで輸送され、その計測が可能である。
【０００６】
一方、容器内を１Ｔｏｒｒ未満の低圧に設定した場合、パーティクルはガスの流れに乗ることができず、パーティクルモニタ装置まで輸送され難くなり、パーティクルの計測が困難になる。特に、約５０ｎｍ以下の粒径のパーティクル（以下、「微小パーティクル」という。）計測を可能とするモニタは、計測エリアが非常に狭く、数μｍから１〜２ｍｍ程度である。そのため、計測器に大流量のガスを流すことは困難であり、少ない流量でパーティクルを輸送する技術が必要となる。
【０００７】
上記課題に対して、１つの側面では、本発明は、チャンバの圧力が１Ｔｏｒｒ未満の条件において微小パーティクルの計測を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの実施態様によれば、所定の処理を行うチャンバと、前記チャンバの排気口に接続され、前記チャンバの内部を排気する第１の排気装置と、前記排気口の近傍にて前記チャンバに接続される配管と、前記配管に接続され、前記配管の内部を通るパーティクルを計測するパーティクルモニタ装置と、前記配管を介して前記パーティクルモニタ装置に接続され、前記配管の内部を排気する第２の排気装置と、前記第１の排気装置及び前記第２の排気装置による前記チャンバの内部及び前記配管の内部の排気を制御し、前記パーティクルモニタ装置によるパーティクルの計測を制御する制御部と、を有する、真空処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面によれば、チャンバの圧力が１Ｔｏｒｒ未満の条件において微小パーティクルの計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る半導体製造装置の縦断面の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るパーティクルモニタ装置の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係る不均等排気の場合の排気系を説明するための図。
【図４】一実施形態に係る均等排気の場合の排気系を説明するための図。
【図５】一実施形態に係るバイパスラインの一例を示す図。
【図６】一実施形態に係るパーティクルモニタ装置による計測結果の一例を示す図。
【図７】一実施形態に係るパーティクルモニタ装置による計測結果の他の例を示す図。
【図８】一実施形態に係るパーティクルモニタ装置による計測の圧力依存の一例を示す図。
【図９】一実施形態に係るパーティクルモニタ装置のカウント数とウェハ上のパーティクルカウント数との相関関係の一例を示す図。
【図１０】一実施形態に係る半導体製造装置によるパーティクルの動作の一例を示す図。
【図１１】一実施形態に係る各工程のパーティクルモニタ装置の計測結果の一例を示す図。
【図１２】一実施形態に係るパーティクルモニタ装置の計測データの一例を示す図。
【図１３】一実施形態に係るパーティクル計測処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１２】
［半導体製造装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置１の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置１の縦断面の一例を示す。半導体製造装置１は、被処理体としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）に対して、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマを用いた製品化処理を施すための円筒形のチャンバ１１０を備える。
【００１３】
チャンバ１１０の内部には、半導体ウェハ（以下、「ウェハＷ」という。）を載置するためのステージ１１１が配置されている。ステージ１１１の上面にはウェハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック１１３が設けられている。静電チャック１１３の内部には、高電圧電源１１２に接続された電極１１３ａが埋設されている。電極１１３ａは、高電圧電源１１２から印加された高電圧ＨＶにより、静電チャック１１３の上面に載置されたウェハＷをステージ１１１に静電的に吸着（チャック）する。
【００１４】
チャンバ１１０の上部には貫通孔が複数個設けられたガスシャワーヘッド１１６が配置され、ガスシャワーヘッド１１６は、これらの貫通孔を介して製品化処理において使用されるプロセスガスやパージガスをチャンバ１１０内に導入する。プロセスガスやパージガスは、チャンバ１１０の外部に配置されたガス供給源から供給される。
【００１５】
パージガスとしては、腐食性が低く入手が容易で安価なガスが用いられ、このようなガスには、窒素ガス（Ｎ２）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、乾燥空気、酸素（Ｏ２）などがある。なお、ハロゲンガスは後述するパーティクルモニタ装置のガラス製の部品を腐食するので、パージガスとして用いることは適切ではない。
【００１６】
ステージ１１１には、プラズマを励起するための高周波電源１１４が整合器１１５を介して接続されている。例えば、高周波電源１１４は、チャンバ１１０内にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力をステージ１１１に印加する。これにより、高周波電源１１４から出力される高周波電力は、ステージ１１１とガスシャワーヘッド１１６との間に容量的に印加され、その間のプラズマ生成空間Ｕにてプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマの作用により、ウェハＷに所望の処理が施される。
【００１７】
チャンバ１１０の下部には、排気空間Ｅが設けられている。チャンバ１１０の底部には排気口１１０ａが設けられていて、第１排気ライン２００と接続されている。第１排気ライン２００には、チャンバ１１０側から順に、自動圧力調整装置（ＡＰＣ）２１０、アイソレーションバルブ（ＩＳＯ）２２０、第１ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２３０、ドライポンプ２４０が設けられている。アイソレーションバルブ２２０は、第１ターボ分子ポンプ２３０によるチャンバ１１０の排気を規制する。自動圧力調整装置２１０は、チャンバ１１０内の圧力をモニタしながら、ゲートバルブであるアイソレーションバルブ２２０による規制の程度を調整する。第１ターボ分子ポンプ２３０は、ドライポンプ２４０よりも排気量が大きく、チャンバ１１０に設けられた排気口１１０ａに接続されている。第１ターボ分子ポンプ２３０は、チャンバ１１０の内部を排気する第１の排気装置の一例である。
【００１８】
第１排気ライン２００の近傍には、チャンバ１１０のプラズマ処理空間Ｕから排気空間Ｅを通って輸送されたパーティクルを計測する第２排気ライン３００が設けられている。第２排気ライン３００には、チャンバ１１０側から順に、パーティクルモニタ装置３０５と第２ターボ分子ポンプ３２０とが設けられ、それぞれは配管３１０により接続されている。
【００１９】
配管３１０は、排気口１１０ａの近傍に設けられた開口３１０ａにてチャンバ１１０に接続されている。パーティクルモニタ装置３０５は、配管３１０の内部を通るパーティクルＧをモニタする。第２ターボ分子ポンプ３２０は、配管３１０の内部を排気する第２の排気装置の一例である。配管３１０及びパーティクルモニタ装置３０５には、ヒータＨが設けられてもよい。これにより、ガスが配管３１０の内部にパーティクルが付着することを抑制することができる。
【００２０】
第１排気ライン２００と第２排気ライン３００とは合流し、ドライポンプ２４０に接続されている。これにより、第１排気ライン２００及び第２排気ライン３００からのガスは、半導体製造装置１の外部へ排出される。
【００２１】
半導体製造装置１では、第１ターボ分子ポンプ２３０等の各装置は、制御部４００により制御される。制御部４００は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＲＡＭなどに記憶されたレシピに設定された手順に従い、ガスの供給、チャンバ１１０内の圧力の制御等を行う。また、制御部４００は、パーティクルモニタ装置３０５によるパーティクルのモニタを制御する。
【００２２】
例えば、制御部４００は、ＡＰＣ２１０、第１ターボ分子ポンプ２３０、第２ターボ分子ポンプ３２０、ドライポンプ２４０及びパーティクルモニタ装置３０５等を制御し、チャンバ１１０の内部及び配管３１０の内部の排気を制御する。半導体製造装置１において、チャンバ１１０内を減圧するときは、まず、制御部４００による制御によって、主にドライポンプ２４０によりチャンバ１１０内の圧力が所定の圧力になるまで排気される。その後、チャンバ１１０内の圧力を自動圧力調整装置２１０でモニタしながら第１ターボ分子ポンプ２３０により、チャンバ１１０の内部が、１Ｔｏｒｒ未満の圧力又は真空度に保持される。ウェハＷの微細加工中においては、ガスシャワーヘッド１１６を介してプロセスガスがチャンバ１１０に供給されるため、第１排気ライン２００を介した排気は継続される。
【００２３】
［パーティクルモニタ装置］
本実施形態に係るパーティクルモニタ装置３０５は、例えば図２のレーザ光散乱法によりパーティクルのモニタを行う。図２は、図１のパーティクルモニタ装置３０５の構成の一例を示す。パーティクルモニタ装置３０５は、受光素子３０１とレーザ光源３０２とミラー３０３とビームダンパ３０４とレンズ３０６とパーティクルモニタ装置用窓部材３０７と筐体３０８とを有する。
【００２４】
筐体３０８は、第２排気ライン３００の配管３１０の外周を取囲むように配設されている。レーザ光源３０２は、例えば可視光領域の波長のレーザ光を照射する。ミラー３０３は、レーザ光源３０２から照射されたレーザ光を筐体３０８内の配管３１０に導光する。ビームダンパ３０４には、配管３１０を通過した光が入射される。
【００２５】
受光素子３０１は、配管３１０を通過するパーティクルによって散乱されたレーザ光を筐体３０８に設けられた石英から成るパーティクルモニタ装置用窓部材３０７を介して受光する。レンズ３０６は、受光素子３０１に入射する散乱レーザ光を合焦する。パーティクルモニタ装置３０５は、受光素子３０１で受光したレーザ光を検出信号として検出する。パーティクルモニタ装置用窓部材３０７は、レーザ光の入射方向に対して所定の角度をもって配置されている。
【００２６】
配管３１０は、少なくともレーザ光が照射される部分において、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）などから成る反射防止膜で表面の一部又は全部がコーティングされた石英ガラスから成る。
【００２７】
ミラー３０３は、レーザ光源３０２から照射されたレーザ光を用いて、配管３１０の断面における内径の全領域をラスタスキャンするように構成されている。ビームダンパ３０４としては、表面に無数の凹凸を有する黒色の固体、光学的なラビリンス構造を有するものを用いることができる。また、受光素子３０１としては、光電子倍増管（PMT: photo multiplier tube）、ＣＣＤ（charge coupled device）などを用いることができる。
【００２８】
パーティクルモニタ装置３０５は、設定されている閾値以上の強度の検出信号をパーティクルとして計数するように構成されている。計数されたパーティクルの数により、チャンバ１１０の清浄度を評価することができる。
【００２９】
なお、パーティクルモニタ装置３０５によるパーティクルの計測方法は、例えば以下のような計測方法を適用することができる。
（１）レーザ光散乱法を用いて計測する方法
（２）粒子を意図的に帯電させた状態で電圧を印加した電極基板に付着させ、電荷量として計測する方法
（３）粒度分布計等に使用される光干渉を使って計測する方法
（４）位相を逆転させた２本のレーザ光の間を通過する粒子による位相シフト現象を利用して計測する方法
（５）ＩＣＰ−ＡＥＳのような分析器で使用されるのと同じようなプラズマ中の粒子が分解され、発光現象をモニタリングする方法
［チャンバ内の圧力／ガス流量］
上記のように構成された半導体製造装置１におけるパーティクルの発生源は、プラズマに暴露されるパーツ、ガスが流れる経路及びウェハＷの近傍が中心となる。一方で、パーティクルモニタ装置３０５の設置可能な場所は、半導体製造装置１の下部や第１排気ライン２００の周辺となる。ＡＰＣ２１０及び第１ターボ分子ポンプ２３０の近傍は、ガスの排気流れの性能を向上させるために広い排気空間Ｅが確保されている。このように、排気空間Ｅを広くするために、半導体製造装置１では、構造上、パーティクルが発生し、通過する経路と、パーティクルモニタ装置３０５の設置場所との距離が広がり、微小なパーティクルの計測が難しくなっている。
【００３０】
上記構造上の制約のために、チャンバ内の圧力が１Ｔｏｒｒ（１３３．３２Ｐａ）以上であれば、パーティクルは、ガスの流れに乗ってパーティクルモニタ装置３０５まで輸送され、パーティクルの計測が可能である。一方、容器内を１Ｔｏｒｒ未満の低圧に設定した場合には、パーティクルは、ガスの流れに乗ることができず、パーティクルモニタ装置まで輸送することが困難になる。
【００３１】
一方、プラズマ処理を行う半導体製造装置１では、エッチング処理時の圧力帯は１０ｍＴｏｒｒ（１．３３２Ｐａ）〜５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）を使用する。成膜処理時の圧力帯は１００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒを使用し、クリーニング時の圧力帯は２００ｍＴｏｒｒ（２６．６４Ｐａ）〜１０００ｍＴｏｒｒ（１３３．３２Ｐａ）を使用する。つまり、半導体製造装置１では、使用する圧力帯は１Ｔｏｒｒ未満である。
【００３２】
さらに、微小なパーティクルを計測するためには、計測エリアが非常に狭く、数μｍから１〜２ｍｍ程度である。そのため、パーティクルモニタ装置３０５に大流量のガスを流すことは困難であり、数ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ程度の少ない流量でパーティクルを輸送する技術が必要となる。
【００３３】
以上から、本実施形態に係る半導体製造装置１では、圧力、ガス流量、パーティクルモニタ装置３０５の位置、ポンプ構成を最適に設定することで、低圧かつ小流量のガスで正しくパーティクルを計測することを実現する。
【００３４】
具体的には、プラズマを維持するために、チャンバ１１０の内部を１Ｔｏｒｒ未満の低圧に設定する。好ましくは、チャンバ内を８００ｍＴｏｒｒ未満の低圧に設定する。また、計測エリアが非常に狭いために、５０ｎｍ以下の微小なパーティクルに対する感度を持ったパーティクルモニタ装置３０５へ導入できるガス流量は、１０００ｓｃｃｍ以下に設定する。このように本実施形態に係る半導体製造装置１では、低圧かつ小流量のガスでパーティクルを輸送する。
【００３５】
［パーティクルモニタ装置の位置／ポンプ構成］
このために、図３（ａ）に示すように、本実施形態では、第１排気ライン２００の近傍に第２排気ライン３００を設け、第１排気ライン２００の近くにパーティクルモニタ装置３０５を設置する。そして、第１排気ライン２００のガスを排気する第１ターボ分子ポンプ２３０に加えて、第２排気ライン３００のガスを排気する第２ターボ分子ポンプ３２０を設ける。これにより、ポンプ構成を最適化し、第１ターボ分子ポンプ２３０による排気を利用してパーティクルモニタ装置３０５に効率的にパーティクルを輸送する。
【００３６】
つまり、本実施形態では、第１ターボ分子ポンプ２３０と第２ターボ分子ポンプ３２０とを同時に稼働させることにより、第１排気ライン２００のガスの排気と第２排気ライン３００の排気（パーティクルの吸引）を同時に行う。これにより、第２排気ライン３００におけるガス流量を増やし、ウェハＷの近傍から排気空間Ｅを通って輸送されるパーティクルの輸送効率を上げることで、低圧かつ小流量のガスでパーティクルをパーティクルモニタ装置３０５まで輸送することを可能にする。
【００３７】
パーティクルの計測に使用する第２排気ライン３００は、パーティクルモニタ装置３０５の内部が細く絞り込まれていてガスのコンダクタンスが悪い。このため、第２ターボ分子ポンプ３２０を使用してパーティクルの輸送に必要なガスの流量を確保することでパーティクルの輸送効率を上げる。なお、パーティクルモニタ装置３０５に繋がる第２ターボ分子ポンプ３２０は小さい排気量のポンプを使用することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、第２排気ライン３００へのパーティクルの吸引（排気）方向が、第１排気ライン２００へのプロセスガスの排気と同一方向又は近似する方向になるように第２排気ライン３００の位置が定められている。これにより、パーティクルの輸送効率を更に上げることができる。
【００３９】
つまり、図３（ｂ）に示すように、配管３１０は、プラズマ処理空間Ｕからチャンバ１１０の外周を通って排気空間Ｅの排気口１１０ａに向かうガスの流れに応じて、ガスを受ける位置又は該位置の近傍に設けられている。配管３１０は、排気空間Ｅにおけるガスの流れに応じて、ガスを受ける位置又は該位置の近傍に所定の角度内で設けられていることが好ましい。図３（ｂ）では、排気空間Ｅにおけるガスの流れに対して９０°の角度内に配管３１０及びパーティクルモニタ装置３０５が設けられ、それよりも外側に配管３１０及びパーティクルモニタ装置３０５は設けない。これにより、第１排気ライン２００への排気を利用して、パーティクルが第２排気ライン３００へ吸引され易いガスの流れを作り、パーティクルの輸送効率を更に上げることができる。
【００４０】
図３（ａ）は、不均等排気の場合の半導体製造装置１の構成の一例を示した。これに対して、図４は、均等排気の場合の半導体製造装置１の構成の一例を示す。この場合、図３（ａ）の不均等排気の場合の半導体製造装置１の構成と同様に、配管３１０が、排気空間Ｅの排気口１１０ａに向かうガスの流れに応じて、ガスを受ける位置又は該位置の近傍に所定の角度内で設けられていることが好ましい。排気空間Ｅに連通する配管３１０の数は１つであってもよいが、２つ以上であることが好ましい。配管３１０が複数の場合、パーティクルモニタ装置３０５の上流側で合流し一つの配管３１０となる。これにより、パーティクルの輸送効率を高めることができる。
【００４１】
［パーティクルモニタ装置周辺構造］
（パーティクル逆流防止構造）
パーティクルモニタ装置３０５は、チャンバ１１０の下部に設置され、下流側のガスをモニタする。よって、第２排気ライン３００の汚れ、第２ターボ分子ポンプ３２０の汚れ、逆流してくるパーティクルをノイズとしてカウントする場合がある。
【００４２】
本実施形態の場合、パーティクルモニタ装置３０５の排気に第２ターボ分子ポンプ３２０を使用する。このため、一旦、パーティクルモニタ装置３０５を通過して第２ターボ分子ポンプ３２０まで到達したパーティクルが、第２ターボ分子ポンプ３２０のブレードに弾き飛ばされて逆流し、反跳パーティクルとなってパーティクルモニタ装置３０５に戻る場合がある。また、パーティクルモニタ装置３０５の下流側で何らかの圧力変動があった場合、配管３１０内等に残存している異物がパーティクルとなって逆流し、パーティクルモニタ装置３０５に到達する場合がある。
【００４３】
そこで、パーティクルモニタ装置３０５にて計測を行う際には、このようなパーティクルのノイズ要因を減らす対策が望まれる。そこで、本実施形態には、図５に示すように、第２排気ライン３００のパーティクルモニタ装置３０５と第２ターボ分子ポンプ３２０とを連結する配管３１０部分にパーティクル逆流防止機構５２０が設けられている。パーティクル逆流防止機構５２０は、第２ターボ分子ポンプ３２０からの反跳パーティクルや圧力変動による逆流パーティクルを防止するために粒子を跳ね返す形状やトラップする形状となっている。これにより、パーティクルは、パーティクルモニタ装置３０５の上流側から下流側へ輸送されるが、下流側から上流側へは輸送されないようになっている。
（パーティクルモニタ汚れ防止構造）
微小パーティクルが計測できるパーティクルモニタ装置３０５では、特に内部の汚れにより計測精度が低下する。このため、パーティクルモニタ装置３０５の内部とその近傍の配管３１０の内部をクリーンな状態に保つことが重要である。
【００４４】
一方、半導体製造装置１の排気ラインには、エッチング処理、成膜処理及びその他のプラズマ処理により生成される反応生成物が蓄積しやすく、パーティクルを計測する場合にノイズ要因となる環境であることが多い。
【００４５】
そのため、第２排気ライン３００には、パーティクルモニタ装置３０５よりも上流側の配管３１０に、開閉可能な第１バルブ５００が設けられている。また、第２ターボ分子ポンプ３２０よりも下流側の配管３１０に、開閉可能な第２バルブ５１０が設けられている。そして、第１バルブ５００及び第２バルブ５１０を、計測中は開き、それ以外は閉じるように制御することで、パーティクルモニタ装置３０５に流れるガスを制御することができる。これにより、計測中のみガスがパーティクルモニタ装置３０５に流れる構造にすることができる。特に第１バルブ５００は、排気空間Ｅからのガスの流れを堰き止め、第２バルブ５１０は、プロセスガスが逆流してパーティクルモニタ装置３０５まで輸送されること回避する。これにより、パーティクルモニタ装置３０５を長期間、メンテナンスすることなく稼働させることができる。
【００４６】
なお、パーティクルモニタ装置３０５や配管３１０を６０℃以上に加熱することが好ましい。パーティクルモニタ装置３０５や配管３１０を１００℃以上に加熱すればさらに好ましい。これにより、パーティクルモニタ装置３０５や配管３１０に反応生成物が付着することを抑制できる。
【００４７】
以上に説明した第１排気ライン２００及び第２排気ライン３００の構成によれば、第１排気ライン２００の近傍に第２排気ライン３００（配管３１０）を設け、第１ターボ分子ポンプ２３０と第２ターボ分子ポンプ３２０とを並行して稼働させる。これにより、プラズマ処理空間Ｕから排気空間Ｅへのガスの流れは、主に第１ターボ分子ポンプ２３０により生成され、パーティクルは、このガスの流れによってパーティクルモニタ装置３０５の近傍まで輸送される。よって、パーティクルモニタ装置３０５に繋がる第２ターボ分子ポンプ３２０は小さい排気量のポンプを使用することができる。これにより、第２排気ライン３００では、計測エリアが数μｍから１〜２ｍｍ程度と狭く、５０ｓｃｃｍ程度のガス流量でパーティクルを輸送し、微小なパーティクルを計測することができる。
【００４８】
図６は、本実施形態に係るパーティクルモニタ装置３０５による計測結果の一例を示す。第１ターボ分子ポンプ２３０と第２ターボ分子ポンプ３２０とを同時に使用した場合と、第１ターボ分子ポンプ２３０を使用せず第２ターボ分子ポンプ３２０のみを使用した場合とでパーティクルモニタ装置３０５による計測結果のパーティクルカウント数を比較した。
【００４９】
その結果、第１ターボ分子ポンプ２３０と第２ターボ分子ポンプ３２０とを同時に使用した場合、第２ターボ分子ポンプ３２０のみを使用した場合よりもパーティクルモニタ装置３０５側のガス流量が減少したにもかかわらず、パーティクルカウント数は１０００倍〜５０００倍に増加している。これは、第１排気ライン２００と第２排気ライン３００とに流れるトータルのガス流量が多いほど、ウェハＷ周辺のプラズマ処理空間Ｕから第２排気ライン３００までのパーティクル輸送効率が向上していることを示している。これにより、本実施形態のポンプ構成では、第１排気ライン２００に吸い込まれてロスするパーティクル数があったとしても、第２排気ライン３００に吸い込まれ、パーティクルモニタ装置３０５にて計測されるパーティクル数を増やす効果の方が高いことが実証された。
【００５０】
図７は、本実施形態に係るパーティクルモニタ装置３０５の計測結果の他の一例を示す。Ａｒガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを混合したエッチングガスによるエッチング処理時の計測と、Ｏ２ガスの単一ガスであるクリーニングガスによるクリーニング処理時の計測とを繰り返し行った計測結果が示されている。クリーニング処理時の計測結果と比べて、エッチング処理時に計測されたパーティクルのカウント比率が６０倍〜８０倍になっている。
【００５１】
これにより、本実施形態に係るパーティクルモニタ装置３０５では、エッチング処理時、ＣＦ４ガス等のフッ素系ガスの作用等によりチャンバ１１０の内壁等からパーティクルが剥離し、クリーニング処理時よりもパーティクルが多く発生していることがわかる。
【００５２】
［計測の圧力依存］
図８に、本実施形態に係るパーティクルモニタ装置３０５による計測の圧力依存の一例を示す。図８では、チャンバ１１０の内部の圧力を６００ｍＴｏｒｒ（８０Ｐａ）に制御したときのパーティクルモニタ装置３０５へのパーティクルの輸送効率を１とし、各圧力におけるパーティクルの輸送効率を示す。
【００５３】
本実施形態に係る半導体製造装置１で使用する圧力帯は１Ｔｏｒｒ未満である。つまり、チャンバ１１０の内部の圧力は１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）〜１Ｔｏｒｒ（１３３．３２Ｐａ）の範囲に制御され、その状態でパーティクルモニタ装置３０５によりパーティクルの計測が行われる。これによれば、エッチング処理時の圧力帯は１０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒであり、成膜処理時の圧力帯は１００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒであるため、エッチング処理及び成膜中の計測が可能になる。
【００５４】
好ましくは、チャンバ１１０の内部の圧力を２００ｍＴｏｒｒ（２６．６６Ｐａ）〜８００ｍＴｏｒｒ（１０６．６６Ｐａ）の範囲に制御しながら、パーティクルモニタ装置によりパーティクルの計測が行われる。これにより、パーティクルの輸送効率を高めることができる。また、これによれば、クリーニング処理時の圧力帯は２００ｍＴｏｒｒ〜８００ｍＴｏｒｒであるため、クリーニング処理中の計測が可能になる。
【００５５】
より好ましくは、パーティクルの輸送効率を高めるためには、チャンバ１１０の内部の圧力を４００ｍＴｏｒｒ（５３．３３Ｐａ）〜６００ｍＴｏｒｒ（７９．９９Ｐａ）の範囲に制御しながら、パーティクルモニタ装置３０５によりパーティクルの計測が行われる。これにより、さらにパーティクルの輸送効率を高めることができる。また、４００ｍＴｏｒｒ〜６００ｍＴｏｒｒの圧力帯では、高周波電力を投入しやすい。
【００５６】
なお、４００ｍＴｏｒｒよりも低圧でパーティクルを計測する場合には、図７に示したように、Ａｒガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを混合したエッチングガスを使用したほうがＯ２ガス等のクリーニングガスを使用するよりも効率よくパーティクルを計測できる。
【００５７】
また、様々なプロセス条件（例えば、反応生成物が堆積する条件や堆積しない条件）でウェハＷを連続して処理し、ウェハＷ上に付着したパーティクルと、パーティクルモニタ装置３０５のカウント数とを定期的に比較した結果を図９に示す。パーティクルモニタ装置３０５は、直接ウェハＷに付着するパーティクルをカウントしているわけではないが、図９に示すように、パーティクルモニタ装置３０５で計測したパーティクルのカウント数は、ウェハＷに付着するパーティクルのカウント数と相関関係が非常に高い。この結果から、ガス流量や装置構成等を最適化し、パーティクルモニタ装置３０５による計測効率を高めることで、精度の高いパーティクルの計測ができ、ウェハＷに付着するパーティクルの状態を精度良く予測することができる。
【００５８】
［パーティクルの輸送］
次に、本実施形態に係る半導体製造装置１によるパーティクルの輸送について説明する。プラズマ処理中のパーティクルを計測するためには、プラズマ処理中に発生し、飛散したパーティクルをパーティクルモニタ装置３０５まで強制的に輸送する必要がある。しかし、プラズマの中に存在するパーティクルは、その大部分がマイナスに帯電しており、正のポテンシャルを持ったプラズマシース付近にて静電気力によってトラップされることがある。このパーティクルをトラップする力に反して、パーティクルをパーティクルモニタ装置３０５まで輸送するために、ガスの粘性力を最大限に利用することが必要になる。
【００５９】
そのため、本実施形態では、パーティクルモニタ装置３０５を配置した第２排気ライン３００だけでなく、半導体製造装置１がそもそも持っている第１排気ライン２００と併用してガスの排気を行う。そして、第１排気ライン２００に流れるガスの一部を第１排気ライン２００の近傍に設けられた配管３１０からパーティクルモニタ装置３０５に導く構成とすることで、本実施形態では、パーティクルの輸送効率を飛躍的に上げることができる。
【００６０】
図１０に、本実施形態に係る半導体製造装置１によるパーティクルの動作の一例を示す。図１０（ａ）に示すように、高周波電力がオンされたとき、プラズマが着火する。この時点では、電磁応力によりパーティクルは飛散し、ガス粘性力でパーティクルモニタ装置３０５まで輸送される。
【００６１】
高周波電力がオンされ、プラズマが着火されると、プラズマ処理空間Ｕにおいて放電現象が生じ、プラズマの電位ポテンシャルが大きくなり、プラズマによるスパッタ及び電磁応力によりパーティクルが飛散する。パーティクルの帯電量が大きく、プラズマの電位ポテンシャルが大きい場合、図１０（ｂ）に示すように、ガス流量を増やしても、飛散したパーティクルは、静電気力でプラズマシースにトラップされ続けることがある。
【００６２】
図１０（ｃ）に示すように、高周波電力がオフされたとき、プラズマが消火する。高周波電力がオフになり、プラズマの電位ポテンシャルが０になった瞬間に、パーティクルに働く静電気力が０になり、プラズマシースへのトラップの効果がなくなる。
【００６３】
このとき、ガスの流量が少ないと、パーティクルが重力により落下したり、チャンバ１１０の内壁やウェハＷへの残留電荷の影響でチャンバ１１０の内壁やウェハＷに付着したりする。２００ｓｃｃｍ以上のガス流量、好ましくは１０００ｓｃｃｍ以上のガス流量であれば、ガス粘性力を強くすることができる。このため、高周波電力がオフされ、プラズマが消火した直後に、パーティクルはプラズマシースへのトラップから解放され、チャンバ１１０内に浮遊し、ガスの流れに乗って排気される。これにより、高周波電力をオンしている間、プラズマシースにトラップされて輸送できなかった、マイナスに帯電したパーティクルを、図１０（ｄ）に示すように、高周波電力をオフした後、高い輸送効率でパーティクルモニタ装置３０５まで輸送することができる。
【００６４】
図１１に、本実施形態に係る各工程のパーティクルモニタ装置の計測結果の一例を示す。Ａの線は、パーティクルモニタ装置３０５で計測されたパーティクルのカウント数を示し、Ｂの線はチャンバ１１０内の圧力を示し、Ｃの線は印加される高周波電力を示す。
【００６５】
この計測では、ウェハレスドライクリーニング（以下、「ＷＬＤＣ」という。）中にチャンバ１１０内の圧力を６００ｍＴから５００ｍＴに変更し、ＷＬＤＣ中のパーティクルを計測した結果である。ＷＬＤＣ間では５０ｍＴ以下の低圧条件のエッチング処理工程が行われている。
【００６６】
この結果、ＷＬＤＣ中にパーティクルモニタ装置３０５において計測されたパーティクルのカウント数は、特に、高周波電力がオフされたとき及び高周波電力がオンされたときに増えていることがわかる。ただし、それ以外のタイミング（プラズマ放電中や高周波電力がオフされた後）も含めてパーティクル計測が可能であることがわかる。
【００６７】
本実施形態に係るパーティクルモニタ装置３０５におけるパーティクルの計測タイミングとしては、例えば以下の（１）〜（７）の場合がある。
（１）高周波電力がオンされたとき（プラズマ着火時）
（２）プラズマ放電中
（３）高周波電力がオフされたとき（プラズマ消火時）
（４）高周波電力がオフされた後
（５）プロセス実行前のウェハ吸着時
（６）プロセス実行後のウェハ除電時
（７）ガス導入時
どのタイミングでパーティクルがカウントされるかは、パーティクル発生要因や計測条件によって変わる。また、６００ｍＴと５００ｍＴとの圧力では、圧力が高い６００ｍＴの方が、計測の効率（つまり、輸送の効率）は上がることが確認できる。一方で、圧力が低い方が実際のプロセスに近い条件であり、また、高周波電力を上げることが可能になるため、一概に圧力を高く設定した方が良いとは言えない。
【００６８】
ウェハＷがステージ１１１に載置されている場合（例えば、製品処理時、ドライクリーニング（以下、「ＤＣ」という。）時、シーズニング時など）、（１）〜（７）のすべてにおいてパーティクルモニタ装置３０５による計測が可能である。ウェハＷがステージ１１１に載置されていない場合（例えば、ＷＬＤＣ時など）、（１）〜（４）及び（７）においてパーティクルモニタ装置３０５による計測が可能である。なお、（７）は、上部電極のガス穴汚れに起因して発生するパーティクルの可能性がある。
【００６９】
図１２に、本実施形態に係るパーティクルモニタ装置３０５の計測データの一例を示す。図１２（ａ）は、チャンバ１１０を開放して内部をウェットクリーニングした後、ＷＬＤＣ時の（１）〜（４）及び（７）の少なくともいずれかのタイミングにパーティクルモニタ装置３０５による計測を行った結果を示す時系列データである。図１２（ａ）では、ウェハＷを１枚処理する毎にＷＬＤＣが行われる。
【００７０】
図１２（ｂ）は、チャンバ１１０の内壁をシーズニングした後、ＤＣ時の（１）〜（４）及び（７）の少なくともいずれかのタイミングにパーティクルモニタ装置３０５による計測を行った結果を示す時系列データである。図１２（ｂ）では、ウェハＷを１枚処理する毎にＤＣが行われる。
【００７１】
これによれば、メンテナンス後の半導体製造装置１の立ち上げや中古パーツの設置後にパーティクルモニタ装置３０５により計測したパーティクルにより、装置の状態変化を把握することが可能となる。
【００７２】
［パーティクル計測処理］
最後に、本実施形態に係るパーティクル計測処理の一例について、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。本処理が開始されると、制御部４００は、パーティクルモニタ装置３０５によるパーティクルの計測タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１０）。パーティクルモニタ装置３０５におけるパーティクルの計測タイミングとしては、パーティクルの計測タイミングとして前述した（１）〜（７）の場合があり、装置の状況に応じて予め定められている。
【００７３】
制御部４００は、計測タイミングであると判定するまでステップＳ１０の処理を行い、計測タイミングであると判定した場合、パーティクルモニタ装置３０５によるパーティクルの計測をする（ステップＳ１２）。
【００７４】
次に、制御部４００は、パーティクルモニタ装置３０５により計測したパーティクルのカウント数が予め定められた閾値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１４）。制御部４００は、パーティクルモニタ装置３０５により計測したパーティクルのカウント数が閾値よりも小さいと判定した場合、本処理を終了し、製品ウェハＷの処理へ移行する。
【００７５】
制御部４００は、パーティクルモニタ装置３０５により計測したパーティクルのカウント数が閾値以上であると判定した場合、閾値以上であると判定された回数が所定回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。制御部４００は、パーティクルモニタ装置３０５により計測したパーティクルのカウント数が閾値未満であると判定した場合、ステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０以降の処理を繰り返す。
【００７６】
制御部４００は、パーティクルのカウント数が閾値以上であると判定された回数が所定回数以上であると判定した場合、アラームを出力し（ステップＳ１８）、半導体製造装置１を停止する（ステップＳ２０）。そして、制御部４００は、半導体製造装置１のクリーニングを行い（ステップＳ２２）、再度、パーティクルの計測をする（ステップＳ１２）。パーティクルモニタ装置３０５により計測したパーティクルのカウント数が閾値よりも小さいと判定した場合、本処理を終了し、閾値以上であると判定した場合、ステップ１６以降の処理を繰り返す。制御部４００は、ステップＳ２２では、半導体製造装置１のクリーニングとともに、又はクリーニングに替えて、パーツを交換してもよい。なお、クリーニングとは、ウェットクリーニング、ドライクリーニング、NPPC(Non-Plasma Particle Cleaning)等種々のものを含む。
【００７７】
以上に説明したように、本実施形態の半導体製造装置１によれば、ガス流量や半導体製造装置１の構成等を最適化し、計測効率を高めることで、チャンバ１１０の圧力が１Ｔｏｒｒ未満の条件において微小パーティクルの計測を行うことができる。
【００７８】
以上、真空処理装置及びパーティクル計測方法を上記実施形態により説明したが、本発明にかかる真空処理装置及びパーティクル計測方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００７９】
例えば、本発明に係る半導体製造装置１は、内部が１Ｔｏｒｒ未満の圧力に減圧された真空処理装置の一例であり、真空処理装置の内部にて、プラズマは必ずしも生成されなくてよい。
【００８０】
また、本発明に係る真空処理装置及びパーティクル計測方法は、図１等に示した平行平板型の半導体製造装置１だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)処理装置、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置、表面波プラズマ処理装置等であってもよい。また、本発明に係る真空処理装置及びパーティクル計測方法は、プラズマ処理装置だけでなく、ノンプラズマの真空処理装置に使用してもよい。
【００８１】
また、本発明に係る真空処理装置では、ステージ１１１の上に静電チャック１１３を設けなくてもよい。
【００８２】
本明細書では、エッチング対象の被処理体としてウェハＷを例に挙げて説明したが、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１：半導体製造装置
１１０：チャンバ
１１１：ステージ
２００：第１排気ライン
２１０：ＡＰＣ
２２０：アイソレーションバルブ（ＩＳＯ）
２３０：第１ターボ分子ポンプ
２４０：ドライポンプ
３００：第２排気ライン
３０５：パーティクルモニタ装置
３１０：配管
３２０：第２ターボ分子ポンプ
４００：制御部
５００：第１バルブ
５１０：第２バルブ
５２０：パーティクル逆流防止機構
Ｕ：プラズマ処理空間
Ｅ：排気空間
【図１】
2018088452.tif 000003
【図２】
2018088452.tif 000004
【図３】
2018088452.tif 000005
【図４】
2018088452.tif 000006
【図５】
2018088452.tif 000007
【図６】
2018088452.tif 000008
【図７】
2018088452.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018088452.tif 000011
【図１０】
2018088452.tif 000012
【図１１】
2018088452.tif 000013
【図１２】
2018088452.tif 000014
【図１３】
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