(57)【要約】【課題】処理室内に浮遊した異物の検出を、簡単な構成の検出光学系で、広範囲に亘り、ほぼ同じ感度で行えるようにすること。【解決手段】レーザ光を処理室内に照射し、処理室内の異物からの散乱光を検出することで処理室内の異物の有無を判定する際に、散乱光の検出を、広い画角と深い焦点深度を持つ検出レンズにより行うことで、広範囲に亘り、ほぼ同じ感度で行えるようにする。【選択図】　図１
2004063974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に半導体基板を投入する投入ステップと、
前記処理室内にプラズマを発生するプラズマ発生ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマの反応によって前記半導体基板に対して処理を施して半導体基板を製造する製造ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出ステップと、
前記製造された半導体基板を処理室から取り出す取出ステップとを含み、
前記異物検出ステップは、
レーザ光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された半導体基板上を走査させて照射する照射ステップと、
該照射ステップにおいて半導体基板上をレーザ光を走査した際、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有し、前記走査光学系の照射光軸と異なる検出光軸を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光を検出器で受光して第１の信号に変換する検出ステップと、
前記第１の信号から前記浮遊異物情報を得るステップとを含むことを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項２】
処理室内に半導体基板を投入する投入ステップと、
前記処理室内にプラズマを発生するプラズマ発生ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマの反応によって前記半導体基板に対して処理を施して半導体基板を製造する製造ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出ステップと、
前記製造された半導体基板を処理室から取り出す取出ステップとを含み、
前記異物検出ステップは、
強度変調器により所定の周波数で強度変調した光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された半導体基板上を走査させて照射する照射ステップと、
該照射ステップにおいて半導体基板上を強度変調された光を走査した際、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光を検出器で受光して第１の信号に変換する検出ステップと、
前記所定の周波数で強度変調した光と同一の周波数を有する信号成分を前記第１の信号から抽出することによって前記浮遊異物情報を得るステップとを含むことを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項３】
処理室内に半導体基板を投入する投入ステップと、
前記処理室内にプラズマを発生するプラズマ発生ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマの反応によって前記半導体基板に対して処理を施して半導体基板を製造する製造ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出ステップと、
前記製造された半導体基板を処理室から取り出す取出ステップとを含み、
前記異物検出ステップは、
所定の波長を有し、強度変調器により所定の周波数で強度変調した光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された半導体基板上を走査させて照射する照射ステップと、
該照射ステップにおいて半導体基板上を強度変調された光を走査した際、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光から前記所定の波長を有する光成分で分離し、該分離された光成分を検出器で受光して第１の信号に変換する検出ステップと、
前記所定の周波数で強度変調した光と同一の周波数を有する信号成分を前記第１の信号から抽出することによって前記浮遊異物情報を得るステップとを含むことを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項４】
前記検出ステップにおける検出レンズは、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を像面に結像させる深い焦点深度を持つことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項５】
前記検出ステップにおける検出レンズは、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を検出可能な検出画角を持つことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項６】
前記検出ステップにおける検出レンズは、前記処理室内において前記半導体基板より上方に発生した浮遊異物からの散乱光をデフォーカスさせることなく像面に結像させうる深い被写界深度を持つことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項７】
前記検出ステップにおける検出レンズで入射面に集光させる浮遊異物からの散乱光が、浮遊異物からの後方散乱光であることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項８】
前記検出ステップにおける検出レンズで入射面に集光させる浮遊異物からの散乱光が、浮遊異物からの側方散乱光であることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項９】
前記検出ステップにおける検出レンズで入射面に入射する処理室の壁面からの散乱反射光を空間フィルタによって遮光することを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項１０】
前記検出ステップにおいて、前記入射面に集光された光を光ファイバにより検出器に導くことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項１１】
前記検出ステップにおいて、前記走査光学系の照射光軸を含む平面の高さと、前記検出レンズの検出光軸を含む平面の高さとが異なることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項１２】
前記異物検出ステップにおいて、前記強度変調する所定の周波数が、前記発生したプラズマの励起周波数又は発光周波数及びその整数倍により得られる周波数とは異なることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体の製造方法。
【請求項１３】
前記異物検出ステップにおいて、更に、前記得られた浮遊異物情報に基いて、前記処理室内又は前記半導体基板上の汚染状態を分析するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体の製造方法。
【請求項１４】
更に、前記汚染状態の分析結果に基き、半導体の製造ラインから前記製造された半導体を除去するステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の半導体の製造方法。
【請求項１５】
更に、前記汚染状態の分析結果に基き、前記処理室の洗浄を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の半導体の製造方法。
【請求項１６】
処理室内に被処理基板を投入する投入ステップと、
前記処理室内にプラズマを発生するプラズマ発生ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマの反応によって前記被処理基板に対して処理を施す処理ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出ステップと、
前記処理が施された被処理基板を処理室から取り出す取出ステップとを含み、
前記異物検出ステップは、
強度変調器により所定の周波数で強度変調した光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された被処理基板上を走査させて照射する照射ステップと、
該照射ステップにおいて被処理基板上を強度変調された光を走査した際、前記被処理基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光を検出器で受光して第１の信号に変換する検出ステップと、
前記所定の周波数で強度変調した光と同一の周波数を有する信号成分を前記第１の信号から抽出することによって前記浮遊異物情報を得るステップとを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１７】
処理室内に被処理基板を投入する投入ステップと、
前記処理室内にプラズマを発生するプラズマ発生ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマの反応によって前記被処理基板に対して処理を施す処理ステップと、
前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出ステップと、
前記処理が施された被処理基板を処理室から取り出す取出ステップとを含み、
前記異物検出ステップは、
所定の波長を有し、強度変調器により所定の周波数で強度変調した光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された被処理基板上を走査させて照射する照射ステップと、
該照射ステップにおいて被処理基板上を強度変調された光を走査した際、前記被処理基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光から前記所定の波長を有する光成分で分離し、該分離された光成分を検出器で受光して第１の信号に変換する検出ステップと、
前記所定の周波数で強度変調した光と同一の周波数を有する信号成分を前記第１の信号から抽出することによって前記浮遊異物情報を得るステップとを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１８】
前記異物検出ステップの検出ステップにおける検出レンズは、前記被処理基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を像面に結像させる深い焦点深度を持つことを特徴とする請求項１６又は１７記載のプラズマ処理方法。
【請求項１９】
前記異物検出ステップの検出ステップにおける検出レンズで入射面に入射する処理室の壁面からの散乱反射光を空間フィルタによって遮光することを特徴とする請求項１６又は１７記載のプラズマ処理方法。
【請求項２０】
処理室内において発生したプラズマの反応によって被処理基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって、
レーザ光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された半導体基板上を走査させて照射する照射光学系と、
該照射光学系により半導体基板上をレーザ光を走査した際、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有し、前記走査光学系の照射光軸と異なる検出光軸を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光を検出器で受光して第１の信号に変換する検出光学系と、
前記第１の信号から前記浮遊異物情報を得る手段とを備え、
前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出装置を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２１】
処理室内において発生したプラズマの反応によって被処理基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって、
強度変調器により所定の周波数で強度変調した光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された被処理基板上を走査させて照射する照射光学系と、
前記照射光学系により被処理基板上を強度変調された光を走査した際、前記被処理基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光を検出器で受光して第１の信号に変換する検出光学系と、
前記所定の周波数で強度変調した光と同一の周波数を有する信号成分を前記第１の信号から抽出することによって前記浮遊異物情報を得る手段とを備え、
前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出装置を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２２】
処理室内において発生したプラズマの反応によって被処理基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって、
所定の波長を有し、強度変調器により所定の周波数で強度変調した光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された被処理基板上を走査させて照射する照射光学系と、
前記照射光学系により被処理基板上を強度変調された光を走査した際、前記被処理基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光から前記所定の波長を有する光成分で分離し、該分離された光成分を検出器で受光して第１の信号に変換する検出光学系と、
前記所定の周波数で強度変調した光と同一の周波数を有する信号成分を前記第１の信号から抽出することによって前記浮遊異物情報を得る手段とを備え、
前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出装置を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記異物検出装置の検出光学系における検出レンズは、前記被処理基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を像面に結像させる深い焦点深度を持つことを特徴とする請求項２０又は２１又は２２記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記異物検出装置の検出光学系における検出レンズは、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を検出可能な検出画角を持つことを特徴とする請求項２０又は２１又は２２記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記異物検出装置の検出光学系における検出レンズは、前記処理室内において前記半導体基板より上方に発生した浮遊異物からの散乱光をデフォーカスさせることなく像面に結像させうる深い被写界深度を持つことを特徴とする請求項２０又は２１又は２２記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記異物検出装置の検出光学系において、前記検出レンズで入射面に入射する処理室の壁面からの散乱反射光を遮光する空間フィルタを設けたことを特徴とする請求項２０又は２１又は２２記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板や液晶基板などの半導体の製造方法及びその装置に係り、特に、薄膜の生成（成膜）やエッチング等の加工を行う処理室（真空処理室）内に浮遊した異物、及び、処理室の汚染状況を、ｉｎ−ｓｉｔｕ計測する機能を備えた半導体製造方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング装置を始めとして、プラズマを用いた処理が半導体製造工程や液晶表示装置用基板製造工程に広く適用されている。
【０００３】
プラズマを用いた処理装置の一例として、プラズマエッチング装置が知られている。該プラズマエッチング装置では、プラズマ処理によるエッチング反応によって生成された反応生成物が、プラズマ処理室の壁面あるいは電極に堆積し、これが時間経過に伴い、剥離して浮遊異物となることが知られている。この浮遊異物は、エッチング処理が終了しプラズマ放電が停止した瞬間に、ウエハ上に落下して付着異物となり、回路の特性不良やパターン外観不良を引き起こす。そして、最終的には、歩留まりの低下や素子の信頼性低下の原因となる。
【０００４】
上記ウエハ表面に付着した異物を検査する装置は、多数報告され実用化されているが、これらは、プラズマ処理装置から一旦ウエハを抜き出して検査を行うもので、異物が多く発生していると判った時点では、既に他のウエハの処理が進んでおり、不良の大量発生による歩留まりの低下の問題がある。また、処理後の評価では、処理室内の異物発生の分布、経時変化などは判らない。
【０００５】
従って、処理室内の汚染状況をｉｎ−ｓｉｔｕでリアルタイムモニタする技術が、半導体製造や液晶製造等の分野で求められている。そして、処理室内で浮遊する異物の大きさは、サブミクロンから数百μｍの範囲であるが、２５６ＭｂｉｔＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、さらには１ＧｂｉｔＤＲＡＭへと高集積化が進む半導体の分野においては、回路パターンの最小線幅は０．２５〜０．１８μｍと微細化の一途を辿っており、検出すべき異物の大きさもサブミクロンオーダが要求されている。
【０００６】
プラズマ処理室等の処理室（真空処理室）内に浮遊した異物をモニタする従来技術としては、特開平３−２５３５５号公報（従来技術１）、特開平１０−２１３５３９（従来技術２）、特開平１１−２５１２５２号公報（従来技術３）及び特開平１１−３３００５３号公報（従来技術４）に開示された技術が挙げられる。
【０００７】
上記従来技術１には、半導体装置用基板表面に付着した微細粒子及び浮遊している微細粒子を、レーザ光による散乱を用いて測定する微細粒子測定装置において、波長が同一で相互の位相差がある所定の周波数で変調された２本のレーザ光を発生させるレーザ光位相変調部と、上記２本のレーザ光を上記の測定対象である微細粒子を含む空間において交差させる光学系と、上記２本のレーザ光の交差された領域において測定対象である微細粒子により散乱させた光を受光し、電気信号に変換する光検出部と、この散乱光による電気信号の中で上記レーザ光位相変調部での位相変調信号と周波数が同一または２倍で、且つ上記位相変調信号との位相差が時間的に一定である信号成分を取り出す信号処理部とを、備えた微細粒子測定装置が開示されている。
【０００８】
また、上記従来技術２には、測定体積を横切って照射する光ビームを送出する光送出器と、光検出器と上記測定体積からの散乱光を集光してその光を上記光検出器に向ける光学系とを含み、その光検出器に向けられた光の強度を表す信号をその光検出器が発生するように構成した検出器と、前記光検出器からの信号を分析するように相互接続され、前記光検出器からの信号の中のパルスを検出するパルス検出器と、微粒子に対応しその微粒子が前記測定体積の中を動く間の前記ビームによる複数回の照射に伴う前記微粒子による散乱光に起因する一連のパルスを特定する事象検出器ととを含む信号処理手段とを含む微粒子センサが記載されている。
【０００９】
また、従来技術３及び４には、所望の波長を有し、所望の周波数で強度変調した光を処理室内に照射し、処理室内から得られる散乱光を前記所望の波長成分で分離して受光して信号に変換し、該信号から前記強度変調した所望の周波数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す信号を前記プラズマによるものから分離して検出する異物モニタリング技術が記載されている。特に、従来技術３の図１５および図１６には、干渉フィルタ、結像レンズ、光路長補正プリズム、複数のピンホールおよび並列出力タイプのホトダイオードアレイからなる側方散乱光検出光学系が記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、２５６ＭｂｉｔＤＲＡＭ、さらには１ＧｂｉｔＤＲＡＭへと高集積化が進む半導体の分野においては、回路パターンの最小線幅は０．２５〜０．１８μｍと微細化の一途を辿っており、検出すべき異物の大きさもサブミクロンオーダが要求されている。
【００１１】
しかしながら、上記従来技術１、２では、異物散乱光とプラズマ発光の分離が困難であるため、比較的大きな異物の観測に適用が限定され、サブミクロンオーダの微小異物を検出することは困難であると考えられる。
【００１２】
他方、上記従来技術３及び４は、所望の波長を有し、所望の周波数で強度変調した光を処理室内に照射し、処理室内から得られる散乱光を前記所望の波長成分で分離して受光して信号に変換し、該信号から前記強度変調した所望の周波数成分を抽出するようにしたので、異物散乱光とプラズマ発光の分離が可能ではあるが、検出光学系が複雑で、且つ高価であるという課題を有していた。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、プラズマ処理室内におけるプラズマ中若しくはその近傍のサブミクロンまでの浮遊した微小異物についてプラズマ発光と分離して検出する検出感度を大幅に向上し、しかも検出光学系を簡素化してプラズマ処理室内の汚染状況についてリアルタイムモニタリングを可能にして歩留り向上をはかったプラズマ処理方法およびその装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、プラズマ処理室内におけるプラズマ中若しくはその近傍のサブミクロンまでの浮遊した微小異物についてプラズマ発光と分離して検出する検出感度を大幅に向上し、しかも検出光学系を簡素化してプラズマ処理室内の汚染状況についてリアルタイムモニタリングを可能にして高歩留りで、高品質の半導体を製造できるようにした半導体の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、例えば、処理室内の被処理基板（半導体基板）に所望の薄膜生成または加工処理を施す際に、外部のレーザ光源からレーザ光を、観測窓を通して処理室内へ照射し、そして、処理室内の異物によって散乱された散乱光を、一つの検出レンズにより受光し、上記検出信号から、異物の個数、大きさ、分布、及び処理室内壁の汚染状況を判別して、この判別結果をディスプレイ上に表示することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、処理室内に半導体基板を投入する投入ステップと、前記処理室内にプラズマを発生するプラズマ発生ステップと、前記処理室内において前記発生されたプラズマの反応によって前記半導体基板に対して処理を施して半導体基板を製造する製造ステップと、前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出ステップと、前記製造された半導体基板を処理室から取り出す取出ステップとを含み、
前記異物検出ステップは、レーザ光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された半導体基板上を走査させて照射する照射ステップと、前記照射ステップにおいて半導体基板上をレーザ光を走査した際、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有し、前記走査光学系の照射光軸と異なる検出光軸を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光を検出器で受光して第１の信号に変換する検出ステップと、前記第１の信号から前記浮遊異物情報を得るステップとを含むことを特徴とする半導体の製造方法及びプラズマ処理方法である。
【００１７】
また、本発明は、処理室内に半導体基板を投入する投入ステップと、前記処理室内にプラズマを発生するプラズマ発生ステップと、前記処理室内において前記発生されたプラズマの反応によって前記半導体基板に対して処理を施して半導体基板を製造する製造ステップと、前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出ステップと、前記製造された半導体基板を処理室から取り出す取出ステップとを含み、
前記異物検出ステップは、強度変調器により所定の周波数で強度変調した光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された半導体基板上を走査させて照射する照射ステップと、前記照射ステップにおいて半導体基板上を強度変調された光を走査した際、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような広い画角を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光を検出器で受光して第１の信号に変換する検出ステップと、前記所定の周波数で強度変調した光と同一の周波数を有する信号成分を前記第１の信号から抽出することによって前記浮遊異物情報を得るステップとを含むことを特徴とする半導体の製造方法及びプラズマ処理方法である。
【００１８】
また、本発明は、前記検出ステップにおける検出レンズは、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を像面に結像させる深い焦点深度を持つことを特徴とする。また、本発明は、前記検出ステップにおける検出レンズで入射面に集光させる浮遊異物からの散乱光が、浮遊異物からの後方散乱光であることを特徴とする。また、本発明は、前記検出ステップにおける検出レンズで入射面に集光させる浮遊異物からの散乱光が、浮遊異物からの側方散乱光であることを特徴とする。また、本発明は、前記検出ステップにおける検出レンズで入射面に入射する処理室の壁面からの散乱反射光を空間フィルタによって遮光することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記検出ステップにおいて、前記入射面に集光された光を光ファイバにより検出器に導くことを特徴とする。また、本発明は、前記検出ステップにおいて、前記走査光学系の照射光軸を含む平面の高さと、前記検出レンズの検出光軸を含む平面の高さとが異なることを特徴とする。また、本発明は、前記異物検出ステップにおいて、前記強度変調する所定の周波数が、前記発生したプラズマの励起周波数又は発光周波数及びその整数倍により得られる周波数とは異なることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記異物検出ステップにおいて、更に、前記得られた浮遊異物情報に基いて、前記処理室内又は前記半導体基板上の汚染状態を分析するステップを含むことを特徴とする。また、本発明は、更に、前記汚染状態の分析結果に基き、半導体の製造ラインから前記製造された半導体を除去するステップを含むことを特徴とする。また、本発明は、更に、前記汚染状態の分析結果に基き、前記処理室の洗浄を制御するステップを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、処理室内において発生したプラズマの反応によって被処理基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって、レーザ光を走査光学系により前記処理室に設けられた窓を通して前記処理室内に投入された半導体基板上を走査させて照射する照射光学系と、該照射光学系により半導体基板上をレーザ光を走査した際、前記半導体基板上の全領域に発生した浮遊異物からの散乱光を前記処理室に設けられた窓を通して入射面に入射せしめるような前記走査光学系の照射光軸と異なる検出光軸を有する検出レンズで入射面に集光させ、該入射面に集光された光を検出器で受光して第１の信号に変換する検出光学系と、前記第１の信号から前記浮遊異物情報を得る手段とを備え、前記処理室内において前記発生されたプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物を検出する異物検出装置を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００２２】
また、本発明は、前記検出レンズが、広い画角及び／又は深い焦点深度を持つことを特徴とする。また、本発明は、前記検出レンズは所望の位置に像面を持ち、前記処理室内の異物からの散乱光を、前記像面に結像させることを特徴とする。また、本発明は、前記検出レンズの像面に集光された光を光ファイバで検出器まで導くことを特徴とする。また、本発明は、前記検出レンズの像面に空間フィルタを設けたことを特徴とする。また、本発明は、前記検出レンズの検出光軸を含む平面の高さが、照射光学系により処理室内に照射されたレーザ光の照射光軸を含む平面の高さと異なることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るプラズマ処理室内の汚染状況についてリアルタイムモニタリングを可能にして歩留り向上をはかったプラズマ処理方法およびその装置並びに異物付着による不良の被処理基板（被処理対象物）を低減して高品質の半導体素子等を製造するための半導体製造方法およびその製造ラインの実施の形態について、図面を用いて説明する。半導体素子等を製造するためのプラズマ処理装置としては、プラズマエッチング装置、およびプラズマ成膜装置等がある。これらのプラズマ処理装置は、処理室内にプラズマを発生させ、被処理基板に対してエッチングを施したり、ＣＶＤやスパッタリングによって成膜を施すものである。
【００２４】
以下、これらのプラズマ処理装置における処理室内の汚染状況（異物等の発生状況）をリアルタイムモニタリングする実施の形態を、図１〜図２１を用いて説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置について、図１を用いて説明する。図１（ａ）に示すように、エッチング処理装置８０は、被処理基板Ｗを載置した電極８２上にプラズマ７１を発生させ、該発生したプラズマによって被処理基板Ｗに対して処理をするものである。このプラズマ処理装置において、被処理基板Ｗに対してプラズマ処理している時間経過と共に、反応生成物が排気されずに一部が処理室８６内の壁面や電極に堆積されていくことになる。さらに、被処理基板Ｗを多数枚についてプラズマ処理していくに伴い、堆積した反応生成物が多く剥がれて処理室８６内に多量に浮遊し、次にプラズマ７１内に侵入し、その多くが被処理基板Ｗの表面に付着し、多くの異物が付着した不良の被処理基板Ｗを作ることになる。特に、被処理基板に形成する回路パターンの高集積化が進んで半導体の分野においては、回路パターンの最小線幅は０．２５〜０．１３μｍ、あるいはそれ以下と微細化の一途を辿っている。従って、被処理基板の表面に付着する異物のサイズがサブミクロンオーダでも不良の被処理基板が作られることになる。
【００２５】
なお、以下に述べる本発明に係る各実施の形態では、プラズマドライエッチング装置に利用されている、平行平板形プラズマエッチング装置への適用例を示すが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、本発明は、スパッタ装置やＣＶＤ装置などの薄膜生成（成膜）装置、あるいは、ＥＣＲエッチング装置やマイクロ波エッチング装置、またはアッシング装置などの各種薄膜生成、加工装置への適用が可能である。
【００２６】
まず、本発明に係るプラズマ処理装置の第１の実施の形態について、図１〜図１１を用いて説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本第１の実施の形態に係る、処理室内異物モニタ（異物検出装置）を設けたエッチング処理装置の構成を示す図である。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、エッチング処理装置では、シグナルジェネレータ８３からの高周波信号によりパワーアンプ８４の出力電圧を変調し、この高周波電圧を分配器８５によって分配して、プラズマ処理室８６内において互いに平行に配置した上部電極８１と下部電極８２の間に印加し、両電極間での放電によって、供給されたエッチング用ガスをプラズマ化してプラズマ７１を発生させ、その活性種で被処理体としての半導体基板（ウエハ）Ｗをエッチングする。高周波信号としては、例えば３８０〜８００ｋＨｚ程度が用いられる。更に、エッチング処理装置は、エッチングの進行状況を監視し、その終点をできるだけ正確に検出することによって所定のパターン形状及び深さになるようにエッチング処理を行う。即ち、終点が検出されるとパワーアンプ６の出力が停止され、その後被処理基板Ｗは処理室８６から搬出される。この他に、プラズマエッチング装置８０としては、共振させたマイクロ波を導入して磁界若しくは電界によってプラズマ化してエッチングするものがある。
【００２８】
また、プラズマ成膜装置としては、例えばＣＶＤガスを上部電極から供給し、この供給されたＣＶＤガスを高周波電力によってプラズマ化して反応させて被処理基板上に成膜するものがある。
【００２９】
次に、本発明に係るプラズマ浮遊異物計測装置（異物検出装置）５０００について説明する。処理室内異物計測装置５０００は、主としてレーザ照明光学系２０００と、散乱光検出光学系３０００と、制御・信号処理系４０００とにより構成される。そして、処理室内異物計測装置５０００の第１の実施例では、レーザ照明光学系２０００における照明光出口部と散乱光検出光学系３０００における検出光入口部とが、プラズマ処理室８６の側面に設けられた観測窓（窓ガラス）２０ａに対向するように配置される。即ち、散乱光検出光学系３０００は、レーザ光を照射する観測窓（窓ガラス）２０ａを通して検出するため、浮遊異物から発生する後方散乱光を主として検出することになる。
【００３０】
レーザ照明光学系２０００では、まず、レーザ光源（例えば、波長５３２ｎｍの固体レーザ光、６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光、５１４．５ｎｍのＡｒレーザ光、７８０ｎｍの半導体レーザ光等を出射するもの）９から出射されたビーム１０１を強度変調器８に入射させる。強度変調器８としては、ＡＯ（音響光学）変調器や開口を形成した円板を高速回転するように構成した機械的な強度変調器等で構成することができる。計算機１８からの制御信号１９に基づき、発振器１１から出力された例えば周波数１７０ｋＨｚ、デューティ４０〜６０％（好ましくは５０％）の矩形波信号を、強度変調器８を駆動するドライバ１０に印加することによって、上記ビーム１０１は、上記強度変調器８により上記周波数で強度変調される。ここで、エッチング処理装置の電極に印加する高周波電圧を４００ｋＨｚとした本実施の形態では、レーザ強度変調周波数は、４００ｋＨｚ及びその高調波成分８００ｋＨｚ、１．２ＭＨｚ…とは異なる上記周波数１７０ｋＨｚなどが良い。理由については後で説明する。
【００３１】
強度変調されたビーム１０２は、レンズ群６により被処理基板（ウエハ）Ｗの中心に集光させる。また、ガルバノミラー（走査光学系）３により反射され、プラズマ処理室８６の側面に設けられた観測窓２０ａを通して処理室８６内へと導かれる。なお、上記レンズ群６としては、特開平１１−２５１２５２号公報に記載された焦点深度約３００ｍｍに亘って、直径約１０〜３０μｍ程度のスポットが維持できる光学系で構成してもよいが高価となる。
【００３２】
ここで、ガルバノミラー（走査光学系）３を回転させることで、ビームを被処理基板（ウエハ）面に平行な面内で走査することにより、被処理基板（ウエハ）Ｗの直上全面での照射（異物検出）が可能となる。走査光学系３としては、ビームをウエハ面に平行な面内で走査することができる光学系であればよく、ガルバノミラーに限定されるものではなく、例えば、回転されるプリズムで構成することもできる。
【００３３】
次に、異物散乱光の検出方法について説明する。図２に示すように、プラズマ処理室８６内へ導かれた強度変調されたビーム１０２は、処理室内の異物２１ａ、２１ｂ、２１ｃにより散乱される。該異物散乱光の内、主として後方散乱光が、図１および図５（ａ）に示すように、ウエハ面に平行な面において、観測窓２０ａを通して、照射光軸に対して傾きを持った検出光軸を有する検出レンズ２２によって検出される。このように、検出レンズ２２の検出光軸を、走査光学系３を含むレンズ群６の照射光軸とを異ならしめたことにより、検出光軸と照射光軸との合わせ調整を不要とすることが可能となった。ただし、走査光学系３を走査させた際、観測窓２０ａの入射面で正反射したビームが検出レンズ２２の瞳の中に入射させないようにする必要がある。そのためには、観測窓２０ａの入射面を垂直方向に対して僅か傾ければよい。
【００３４】
また、検出レンズ２２は、被処理基板（ウエハ）Ｗの直上全面に発生した浮遊異物からの後方散乱光を全て検出する必要があるため、図３に示すように、例えば、カメラ用広角レンズや魚眼レンズのように広い画角及び／又は深い被写界深度を持つレンズが必要となる。即ち、検出レンズ２２は、少なくともウエハ面に平行な面において、図３に示すように、空間上の物体面（被処理基板Ｗの直上全面）２５に存在する物点（浮遊異物）２３ａ、２３ｂ、２３ｃを、それぞれ、図４に示すように、検出レンズ２２の像面（検出領域制限フィルタ（空間フィルタ）２）２６上の像点２４ａ、２４ｂ、２４ｃに結像させる必要がある。このとき、上記検出レンズ２２は、被処理基板Ｗの外形をＤ、検出レンズ２２と被処理基板Ｗの中心との距離をＬとした場合、被処理基板Ｗの直上の左端近傍である最短撮像距離（Ｌ−（Ｄ／２）−β）より遠い箇所に存在する物点に対して焦点が合うような深い被写界深度を持つレンズであり、上記最短撮像距離（Ｌ−（Ｄ／２）−β）より遠い箇所（被処理基板Ｗの直上の左端近傍から右端近傍までの全領域）で発生した異物散乱光全てを、上記検出レンズ２２の像面２６にほぼ結像させる。なお、βは被処理基板Ｗの左端から検出レンズ２２側に近づけた距離、左端近傍を示す。
【００３５】
このとき、被処理基板Ｗ上で発生する異物散乱光を集光するために、上記検出レンズ２２は、検出レンズ２２と被処理基板Ｗの最近点との距離よりも短い最短撮像距離（Ｌ−（Ｄ／２）−β）を持ち、且つ、被処理基板Ｗ上で発生する全ての異物散乱光を散乱発生位置によらずほぼ均一な感度で集光するために被処理基板サイズ以上の長い被写界深度を持ち、更に、上記被処理基板Ｗ上で発生する全ての異物散乱光を検出するために広い画角を持つレンズである必要がある。例えば、図２２に示すように、プラズマ処理室８６の外形寸法を約６００ｍｍ、被処理基板Ｗのサイズを直径約２００ｍｍ、上記検出レンズ２２とプラズマ処理室８６との距離を約１００ｍｍとすると、上記検出レンズ２２と被処理基板Ｗの最近点との距離は約３００ｍｍとなり、必要な最短撮像距離は約３００ｍｍ以下となる。また、被処理基板Ｗ上で発生する全ての異物散乱光を、散乱光発生位置によらず均一な感度で集光するために、必要な被写界深度は上記被処理基板の直径で２００ｍｍ以上が必要となる。また、被処理基板Ｗ上で発生する全ての異物散乱光を全て検出するために必要な画角は、約３０度以上となる。この性能を満たすレンズとしては、例えば、株式会社ニコン製、ＡＦ　Ｆｉｓｈｅｙｅ　Ｎｉｋｋｏｒ　１６ｍｍ　Ｆ２．８Ｄがある。このレンズの最短撮像距離は２５０ｍｍであり、被写界深度は無限遠から最短撮像距離（最短撮像距離２５０ｍｍより遠方の物点に対して全てピントが合い、像がボケない）であり、画角は１８０度である。従って、上記検出レンズ２２により、被処理基板Ｗ上空で発生した異物散乱光をほぼ同じ感度で検出できる。
【００３６】
なお、光ファイバ１３への入射面（受光領域）を、検出レンズ２２の像面の大きさより大きくしておけば、検出レンズ２２は、必ずしも深い被写界深度を持つレンズで構成する必要はない。要するに、検出レンズ２２は、被処理基板（ウエハ）Ｗの直上全面に発生した浮遊異物からの後方散乱光を全てを光ファイバ１３の入射面に入射することができればよい。そのため、検出レンズ２２は、少なくとも図３に示すように広い画角を有して構成される。
【００３７】
従って、検出レンズ２２は、被処理基板（ウエハ）Ｗの直上全面に発生した浮遊異物からの後方散乱光を、全て光ファイバイ１３の入射面に入射させて、上記処理室８６内の広い空間で発生した異物散乱光をほぼ同じ感度で検出することができる。勿論、検出レンズ２２は、被処理基板（ウエハ）Ｗの直上全面に発生した浮遊異物からの後方散乱光を全て像面（空間フィルタ２）２６に結像させてもよい。この場合、後で詳しく説明するように、検出光軸の高さと照射光軸の高さを僅か異ならしめるだけで、壁面からの散乱反射光を空間フィルタ２によって遮光することが可能となる。
【００３８】
被処理基板Ｗの外形をＤ、検出レンズ２２と被処理基板Ｗの中心との距離をＬとした場合、検出レンズ２２の広い画角（見かけの角）２θとしては、ｔａｎθ＞（（Ｄ＋α）／２）／Ｌにする必要がある。被処理基板が８〜１２インチの場合、Ｄが２０３〜３０４ｍｍ程度になるため、（Ｄ＋α）としては３００〜４００ｍｍ程度以上で、Ｌとしては４００〜７５０ｍｍ程度以上必要となる。αは、異物検出領域を被処理基板の外形Ｄよりも広げるためのものである。その結果、検出レンズ２２の広い画角（見かけの角）２θとしては、ほぼ３０〜４０°以上必要となる。また、検出レンズ２２の見かけの角を２θとすると、検出レンズ２２の視野数をＦＡ、焦点距離をｆ、倍率をｍとすると次に示す（１）式の関係を有する。
【００３９】
ｔａｎθ＝（ＦＡ／２）・（１／ｆ）＝ＦＡ・（ｍ／５００）　　（１）
以上説明したように、検出レンズ２２で検出された異物散乱光は、光ファイバ１３の入射面に集光される。なお、光ファイバ１３への入射面（受光領域）は、上記検出レンズ２２の像面の大きさと同じか、もしくは、大きくなっている。例えば、株式会社ニコン製、ＡＦ　Ｆｉｓｈｅｙｅ　Ｎｉｋｋｏｒ　１６ｍｍ　Ｆ２．８Ｄの場合、像サイズは３５ｍｍフィルムの１コマの標準的な画素サイズ２４×３６ｍｍであるので、上記光ファイバ１３の入射面（受光領域）は２４×３６ｍｍ以上あれば良い。但し、実際に必要となる上記光ファイバ１３の入射端面（受光領域）の大きさは、異物散乱光が発生する領域、つまり、被処理基板Ｗ上空の、強度変調されたビーム１０２が照射されている領域に対応する像サイズで良いので、必要に応じて光ファイバ１３の入射端面（受光領域）を小さくすることが可能である。大きな受光面（入射面）を確保するために、上記光ファイバ１３としては、バンドルファイバやリキッドライトガイドを利用する方法が有効である。以上説明したように、光ファイバ１３は、上記処理室８６内の広い空間で発生した異物散乱光をほぼ同じ感度で検出することができる。
【００４０】
なお、検出レンズ２２のウエハ面に垂直な高さ方向の配置は、図５（ｂ）に示すように、ガルバノミラー（走査光学系）３と同じ高さにしてもよい。この場合、処理室８６の内壁８７に反応生成物が堆積しないようにさせて、そこからレーザ光照射による散乱反射光１９が発生しないように例えば透過させてしまうか、または検出レンズ２２に入射しないように例えば反射させてしまうかの工夫が必要となる。
【００４１】
しかしながら、通常は、処理室８６の内壁８７に反応生成物が堆積してしまう関係で、この内壁にレーザ光を照射した場合、そこから強度の強い散乱反射光が発生することになる。その結果、検出レンズ２２の検出光軸の高さと、ガルバノミー３によってレーザ光１０２を反射させて処理室８６内に照射する照射光軸の高さとを一致させた場合、図６に示すように、異物からの後方散乱光と、処理室内壁から生じる強度の強い散乱反射光１９とが観測窓２０ａを通して検出レンズ２２に入射して検出レンズ２２の像面２６において同じ高さ位置に結像されるため、空間フィルタ２で遮光することができず、光ファイバ１３に入射してしまい、その後の処理では消去することができず、大きな背景ノイズとなる。
【００４２】
そこで、図７（ｂ）に示すように、検出レンズ２２の検出光軸を、ウエハ面の法線方向に関して、ガルバノミラー（走査光学系）３による照射光軸と異なる高さ、例えば、高い位置に配置した場合、図８に示すように、異物の後方散乱光と処理室内壁８７で生じる散乱反射光１９が、検出レンズ２２の像面２６において異なる高さ位置で結像されることになる。従って、図９に示すように、検出したい異物散乱光が結像する領域以外を、検出領域制限フィルタ（空間フィルタ）２により遮ることで、処理室内壁８７で生じる散乱反射光１９は検出されなくなる。なお、検出レンズ２２が深い被写界深度を持つレンズの場合には、異物の後方散乱光と処理室内壁８７で生じる散乱反射光１９が、検出レンズ２２の像面２６において異なる高さ位置で確実に結像されるので、検出光軸の高さと照射光軸の高さを大きく異ならしめる必要はない。
【００４３】
更に、特開平１１−２５１２５２号公報に記載されているように、光ファイバ１３の出射端は、レーザ光源９から出射されるレーザ光１０１の波長に設定されたモノクロメータや干渉フィルタなどの分光器１４に接続され、プラズマ発光から異物散乱光の波長成分のみを波長分離した後、光電子増倍管などの光電変換素子（光検出器）１５で光電変換される。光電変換された検出信号は、増幅回路１６で増幅された後、ロックインアンプ（同期検波回路）１７により、レーザ光の強度変調に用いた発振器１１から出力された周波数１７０ｋＨｚ、デューティ５０％の矩形波信号を参照信号として同期検波され、上記検出信号から周波数１７０ｋＨｚの異物散乱光成分を抽出する。プラズマ発光の強度はプラズマ励起用の高周波電力の変調周波数に同期していることを、本願発明者らは実験によって検証しており、例えば、上記４００ｋＨｚのプラズマ励起周波数の高周波電力により発生したプラズマの発光から、分光器１４により波長分離し、プラズマ励起周波数及びその整数倍と異なる上記周波数１７０ｋＨｚで変調・同期検波して得た異物信号は、プラズマ発光から、波長・周波数２つの領域で分離され検出される。この方法により、プラズマ発光から微弱な異物散乱光を感度良く検出できることを、本願発明者らは実験的に確認している。
【００４４】
ロックインアンプ（同期検波回路）１７の出力は計算機１８に送られる。計算機１８では、走査光学系ドライバ４を介して走査信号をガルバノミラー（走査光学系）３に送り、ビームを走査しつつ各走査位置で取り込んだ異物信号９１ａ〜９１ｅを、例えば、図１０に示すような形で逐一ディスプレイ７上に表示する。図１１に示すように、各検出位置において、ｎ回目の走査時の出力と（ｎ−１）回目の走査時の出力との差分をとり、ある値以上の変化のみ９２ａ〜９２ｅを表示すると、異物信号の判定が容易となる。
【００４５】
上記表示例では、φ３００ｍｍ（１２インチウエハに対応する）の直径方向に座標をとり、該座標を横軸としてウエハ上の照射光５ラインでの計測結果が示されている。処理室８６内の異物により散乱光が発生した場合には、図１１において５箇所で示した様な、パルス上の大きな信号９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ及び９２ｅが現れる。計算機３３では、予め実験により得られた粒径に対する信号強度と、検出された異物信号強度とを比較し異物の大きさを、また、上記パルス状の信号の数から異物個数を、また、信号が検出されたときの走査位置から異物の発生位置を判定する。更に、計算機１８では、判定した異物の個数と大きさとなどから処理室内の汚染状況を判断し、異物発生総数が予め設定した基準値を超えたときは、エッチング処理装置コントローラ８８に信号を送出し、エッチング処理を終了したり、また、汚染状況をアラームなどでエッチング処理装置の操作者に知らせる等の情報を出力する。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、走査光学系３を有するレーザ光の照射光軸と検出レンズ２２の検出光軸とを異ならしめることによって、照射光軸と検出光軸の合わせ調整を不要にし、しかも検出レンズ２２を広い視野（広い見かけの角）によって構成することにより、プラズマ処理装置内において被処理基板の全領域に亘って発生する浮遊異物をプラズマ発光と分離してほぼ同一の感度で検出することができる。
【００４７】
更に、検出レンズ２２の検出光軸の高さと、走査光学系３を有するレーザ光の照射光軸の高さとを異ならしめ、空間フィルタ（検出領域制限フィルタ）により処理室内壁散乱光を遮光することで、大きな雑音光となる処理室内壁散乱光の影響を受けることなく、プラズマ処理装置内において被処理基板の全領域に亘って発生する浮遊異物をプラズマ発光と分離して検出することができる。
【００４８】
次に、本発明に係るプラズマ処理装置の第２の実施の形態について、図１２〜図１８を用いて説明する。図１２は、本第２の実施の形態に係る、処理室内異物モニタを持つエッチング処理装置の構成を示す図である。
【００４９】
本第２の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、プラズマ処理室８６の側壁に観測窓（窓ガラス）２０ｂを設け、検出レンズ２２により浮遊異物から発生する側方散乱光を観測窓２０ｂを通して検出する点にある。
【００５０】
図１３（ｂ）には、検出レンズ２２による検出光軸の高さと走査光学系３を有するレーザ光の照射光軸の高さを一致させた場合を示す。このように、第２の実施の形態の場合、処理室の壁面からの散乱反射光１９は、図１４に示すように、検出レンズ２２には僅かしか入射しないので、図１５に示すように、空間フィルタ（検出領域制限フィルタ）２によって遮光することが可能となる。また、計算機１８は、ドライバ４を介しての走査光学系３への走査信号を基に、ロックインアンプ（同期検波回路）１７の出力をキャンセルすることによっても、処理室の壁面からの散乱反射光１９が図１４に示すように、検出レンズ２２には僅かしか入射したとしても、その影響をなくすことが可能となる。
【００５１】
勿論、図１６（ｂ）に示すように、検出レンズ２２による検出光軸の高さと走査光学系３を有するレーザ光の照射光軸の高さを異ならしめてもよい。この場合は、処理室の壁面からの散乱反射光１９は、図１７に示すように、検出レンズ２２には僅かしか入射しないので、図１８に示すように、空間フィルタ（検出領域制限フィルタ）２によって確実に遮光することが可能となる。
【００５２】
以上説明したように、本第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、走査光学系３を有するレーザ光の照射光軸と検出レンズ２２の検出光軸とが異なることによって、照射光軸と検出光軸の合わせ調整を不要にし、しかも検出レンズ２２を広い視野（広い見かけの角）によって構成することにより、プラズマ処理装置内において被処理基板の全領域に亘って広い空間で発生する浮遊異物をプラズマ発光と分離してほぼ同一の感度で検出することができる。
【００５３】
次に、本発明に係るプラズマ処理装置の第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、プラズマ処理室８６において、観測窓２０ａと対向する位置に観測窓（窓ガラス）を設け、該観測窓を通して被処理基板Ｗ上の浮遊異物から発生する前方散乱光を検出レンズ２２で検出できるようにする点である。本第３の実施の形態においても、第１および第２の実施の形態と同様に、走査光学系３を有するレーザ光の照射光軸と検出レンズ２２の検出光軸とが異なることによって、照射光軸と検出光軸の合わせ調整を不要にし、しかも検出レンズ２２を広い視野（広い見かけの角）によって構成することにより、プラズマ処理装置内において被処理基板の全領域に亘って広い空間で発生する浮遊異物をプラズマ発光と分離してほぼ同一の感度で検出することができる。
【００５４】
なお、第３の実施の形態の場合には、プラズマ処理室内への照射レーザ光が直進する必要がり、しかも直進した照射レーザ光が検出レンズ２２に入射させないように検出領域制限フィルタと同じような形状の観測窓を形成するか、または制限フィルタを設置する必要がある。しかし、照射レーザ光１０２は、走査光学系３で走査されながら観測窓２０ａに入射され、更に観測窓２０ａの内側には反応生成物が付着する関係で、プラズマ処理室内への照射レーザ光が直進せずに散乱してしまうことが生じる。そのため、浮遊異物から発生する前方散乱光の強度は側方散乱光や後方散乱光に比べて大きいが、照射レーザ光を検出レンズ２２に入射させないようにすることが難しいので、第１および第２の実施の形態の方が優れている。
【００５５】
以上説明したように、第１ないし第３の実施の形態によれば、照射光軸と検出光軸の合わせ調整を不要にし、しかも検出レンズ２２を広い視野（広い見かけの角）によって構成し、しかも変調・同期検波方式であるため、波長及び周波数２つの領域において微弱な異物散乱光を、簡素化された検出光学系によりプラズマ中異物検出で問題となるプラズマ発光から分離して検出することが可能となり、従来の波長分離のみの場合に得られる最小検出感度は、せいぜいφ１μｍ程度が限界であったのに対し、最小検出感度をφ０．２μｍ程度にまで大幅に向上でき、ウエハ全面に渡り安定な異物検出が可能になるという効果と同時に、プラズマ処理室内壁の汚染状況をモニタリングできる効果が得られる。
【００５６】
また、第１ないし第３の実施の形態によれば、被処理基板上全面で異物検出を行って、異物の個数、大きさ、分布を判定するので、操作者は、その情報を、例えば、ディスプレイ上でリアルタイムで確認することもできる。
【００５７】
また、第１ないし第３の実施の形態によれば、得られた異物の発生個数、大きさ、分布の情報をもとに、プラズマ処理室内の汚染状況をリアルタイムで判断できると同時に処理室内壁の汚染状況をモニタリングできるため、例えば、クリーニング時期の最適化による装置稼働率の向上、突発的大量異物の発生の早期発見ができ、歩留まりが向上する。また、プラズマ処理室内の汚染状況を常にモニタしながら処理を進められるため、このようにして製造された半導体基板や液晶基板は、基準値以上の異物を含まない環境で製造された、高品質で、信頼性の高い製品となる。
【００５８】
また、第１ないし第３の実施の形態によれば、ダミーウエハを用いた処理室の汚染状況判断や、抜き取り検査による汚染状況判断の頻度低減が可能であるため、ダミーウエハのコスト削減がなされる。
【００５９】
次に、本発明に係るプラズマ処理装置における浮遊異物のモニタリング技術を使用した半導体製造方法の実施の形態について、図１９、図２０及び図２１を用いて説明する。
【００６０】
先ず、図１９及び図２０を用いて、本発明における半導体集積回路装置の製造方法の概念を説明する。
【００６１】
工程１００ａは、図２０（ａ）に示すように、ウエハＷ上にシリコン酸化膜などの被加工膜６０１を形成する成膜工程であり、工程１００ｂは、形成した膜の厚さを検査する膜厚計測工程である。工程１００ｃは、図２０（ａ）に示すように、ウエハＷにレジスト６０２を塗布する、レジスト塗布工程であり、工程１００ｄは、図２０（ｂ）に示すように、マスクパターン６０３をウエハ上に転写するパターン転写工程である。工程１００ｅは、図２０（ｃ）に示すように、被加工部のレジスト６０５を除去する、現像工程であり、工程１００ｆは、図２０（ｄ）に示すように、レジストパターン６０４をマスクとして、レジスト除去部６０５の被加工膜６０１をエッチングし、配線溝やコンタクトホール６０６を形成する、エッチング工程である。工程１００ｈは、図２０（ｅ）に示すように、レジストパターン６０４を除去する、アッシング工程であり、工程１００ｉは、ウエハ表面や裏面を洗浄する、洗浄工程である。上記一連の工程は、例えば、コンタクトホールの形成に適用される。
【００６２】
次に、図２１を用いて、エッチング中に発生した異物がウエハに付着することで生じる欠陥について説明する。図２１は、例えば、コンタクトホールエッチングにおいて発生する欠陥の例を示す図である。
【００６３】
異物７０１は、エッチングの最中にコンタクトホール開口部に付着した異物を示している。この場合、付着異物によりエッチング反応停止するため、該異物付着部分のコンタクトホールは非開口となり、致命欠陥となる。
【００６４】
異物７０２は、エッチングの最中にコンタクトホール内部に付着した異物を示している。この場合も、付着異物によりエッチング反応停止するため、該異物付着部分のコンタクトホールは非開口となり、致命欠陥となる。
【００６５】
異物７０３および異物７０４は、エッチング終了後にコンタクトホール内部に付着した異物を示している。コンタクトホールのようなアスペクト比の高い箇所に付着した異物は、洗浄しても取り除くことが困難な場合が多く、異物７０３のように、その大きさが大きい場合には、コンタクト不良が生じるため致命欠陥となる。
【００６６】
異物７０５は、エッチングの最中にレジストパターン６０４に付着した異物を示している。この場合、該付着異物７０５によりエッチング反応は何ら影響を受けることはなく、該付着異物７０５により致命欠陥が発生することはない。
【００６７】
このように、異物が付着しても、異物の大きさが欠陥を引き起こすほど大きくない場合や、付着箇所が非エッチング領域であるような場合には致命欠陥とならず、ウエハに異物が付着してもその全てが致命欠陥を引き起こすわけではない。また、異物７０１や異物７０５が、洗浄により比較的除去しやすい異物であるのに対し、異物６０２、異物７０３および異物７０４のように、高アスペクト比のコンタクトホールに落下した異物は、洗浄による除去が困難である。
【００６８】
さて、本発明では、エッチング処理装置８０が設けられたエッチング工程１００ｆにおいて、プラズマ中浮遊異物計測装置５０００によりエッチング中に処理室内に発生した異物をリアルタイムで検出し、計算機１８または計算機１８を接続したコントローラは、異物判定部１００ｆａにおいて、該異物検出結果に基づき、処理したウエハを次の工程に送って順次残りのウエハの処理１００ｆｂを進めるか、次の工程に送る前に外観検査１００ｆｃを行うか、処理を中止し処理室内のクリーニング（メンテナンス）１００ｆｄを行うかを選択する。
【００６９】
ここでは、検出異物大きさおよび個数と予め設定した規格値（異物管理基準）とを比較することで、次に行う処理を選択した。
【００７０】
そこで、次に、本実施例における上記規格値（異物管理基準）の算出方法の例を説明する。既に説明したとおり、ウエハに異物が付着してもその全てが致命欠陥を引き起こすわけではない。付着異物により致命欠陥が発生する確率は、エッチングパターンの開口率やパターン密度、更には配線幅などと、付着する異物の大きさや個数の関係から、計算により求めることができる。したがって、エッチング処理中に検出される異物の大きさと個数と、ウエハ付着異物の大きさと個数の相関関係を、予め実験によって求めておくことで、エッチング中に検出した異物により致命欠陥が引き起こされる確率を求めることができる。
【００７１】
規格値（異物管理基準）は、上記手段により求めた値に基づいて設定する。以下に、本実施例における、規格値の設定例を示す。
【００７２】
異物判定部１００ｆａにおいて、規格値１は、検出異物のうちある大きさ以上の個数Ｎ１が該規定値１より少なければ、致命欠陥が発生する確率が非常に低くなるように（例えば、致命欠陥発生確率１％以下）設定する。例えば、規格値１は、異物粒径０．４μｍ以上１０個とする。
【００７３】
異物判定部１００ｆａにおいて、規格値２は、検出異物のうちある大きさ以上の個数Ｎ１が上記規格値１以上で該規定値２より少なければ、致命欠陥の発生が懸念される値となるように（例えば、致命欠陥発生確率５％以下）設定する。例えば、規格値２は、異物粒径０．４μｍ以上３０個とする。
【００７４】
異物判定部１００ｆａにおいて、検出異物のうちある大きさ以上の個数Ｎ１が上記規定値２以上であると、致命欠陥が多数発生する（例えば、致命欠陥発生確率５％以上）ことになる。
【００７５】
上記規格値に基づき、エッチング処理中に検出された異物のうちある大きさ以上の個数Ｎ１が上記規定値１より少ない場合には、致命欠陥の発生する確率が低いので、引き続き次のウエハの処理１００ｆｂを行う。
【００７６】
エッチング処理中に検出された異物のうちある大きさ以上の個数Ｎ１が上記規定値１以上であるが、上記規定値２よりは少ない場合には、エッチング処理終了後、外観検査１００ｆｃを行う。該外観検査の結果、ステップ１００ｆｃａにおいて、致命欠陥が確認されなければ、ウエハは次のアッシング工程１００ｈに送る。該外観検査の結果、ステップ１００ｆｃａにおいて、致命欠陥が確認された場合は、ステップ１００ｆｃｂにおいて、該致命欠陥が救済可能な欠陥か判定する。上記判定結果に基づき、救済可能（救済回路の利用など）な欠陥と判定された場合は、該ウエハは次のアッシング工程１００ｈに送る。ステップ１００ｆｃｂにおける上記判定結果に基づき、救済不可能な欠陥と判定された場合は、ステップ１００ｆｃｄにおいて、該欠陥個所を記録した後、ウエハを次のアッシング工程１００ｈに送る。その後、例えば、ダイシングにより各チップ毎にきり出した時に、上記救済不可能な欠陥を含むチップは排除する。
【００７７】
エッチング処理中に検出された異物のうちある大きさ以上の個数Ｎ１が、上記規定値２より多い場合には、その後に処理を行うウエハにも、大量の致命欠陥が発生する可能性が高いので、エッチング処理を中断し、プラズマ処理室内のクリーニング（メンテナンス）１００ｆｄを行うよう、エッチング装置の操作者にモニタ画面上に表示したりアラームで知らせたりする。
【００７８】
プラズマ中浮遊異物計測装置を備えないエッチング処理装置では、必ずしも適切な時間で処理室のクリーニングが行われない。従って、本来クリーニングしなくても良い時期にクリーニングを行い、装置稼働率を低下させたり、逆にクリーニングすべき時期を過ぎているにもかかわらず処理を続け、不良品を大量に生じさせ歩留まりを低下させることもある。
また、処理室内異物チェックのためのダミーウエハによる先行作業を行い、その結果からクリーニング時期を決める方法もある。この場合、一連の工程中に余分な作業が入るため、スループットが低下し、ダミーウエハ分のコストが必要とされた。しかし、ウエハの大口径化に伴い、ダミーウエハのコストの増加は必至で、処理室内異物チェックのためのダミーウエハによる先行作業の削減も大きな問題になっている。
【００７９】
これに対し本実施の形態によれば、処理室内の汚染状況をリアルタイムでモニタしながら被処理基板の処理を行えるため、クリーニング時期の最適化が図られ、ダミーウエハによる先行作業も必要ないため、スループットが向上し、ダミーウエハのコスト削減が可能となる。また、本実施の形態の工程により製造された製品は、規定値以上の異物を含まない良質の製品、したがって信頼性の高い製品を製造することができる。
【００８０】
なお、以上の実施の形態においては、エッチング処理装置への適用例について述べたが、先にも記載したように、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、例えば、本発明をアッシング装置や成膜装置に適用することで、アッシング装置内および成膜装置内の異物のリアルタイムモニタリングが可能となり、以って、ホトリソグラフィ工程中のアッシング工程および成膜工程起因の不良を低減することが可能となり、不良品の発生防止と歩留まりの向上とを図ることができる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、検出光学系を簡素化してプラズマ中浮遊異物の検出感度を大幅に向上して被処理基板全面に亘り安定な異物検出が可能になるという効果と同時に、プラズマ処理室内壁の汚染状況をモニタリングできるという効果を奏する。
【００８２】
また、本発明によれば、得られた異物の発生個数、大きさ、分布の情報をもとに、処理室内の汚染状況をリアルタイムで判断できると同時に処理室内壁の汚染状況をモニタリングできるため、例えば、クリーニング時期の最適化による装置稼働率の向上、突発的大量異物の発生の早期発見ができ、歩留まりが向上する。また、処理室内の汚染状況を常にモニタしながら処理を進められるため、このようにして製造された半導体基板や液晶基板は、基準値以上の異物を含まない環境で製造された、高品質で、信頼性の高い製品となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置（プラズマ中浮遊異物計測装置を持つエッチング処理装置）の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る、照明、異物、異物散乱光及び、処理室内壁による散乱光の発生の様子を示す図である。
【図３】検出レンズによる散乱光の検出についての光線追跡の一実施例を示す説明図である。
【図４】検出レンズにより検出された異物散乱光の検出レンズの像面近傍での光線追跡の一実施例を示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る、観測窓と走査光学系と検出レンズの位置関係を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る、検出レンズ像面における像を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る、観測窓と走査光学系と検出レンズの位置関係を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る、検出レンズ像面における像を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る、検出領域制限フィルタ（空間フィルタ）を設置した場合の検出像を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における、被処理基板（ウエハ）上９点での検出光強度の時間変化を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における、被処理基板（ウエハ）上９点での異物信号強度を示す図である。
【図１２】本発明に係るプラズマ処理装置（プラズマ中浮遊異物計測装置を持つエッチング処理装置）の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る、検出レンズ像面における像を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る、観測窓と走査光学系と検出レンズの位置関係を示す説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る、検出領域制限フィルタ（空間フィルタ）を設置した場合の検出像を示す説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る、観測窓と走査光学系と検出レンズの位置関係を示す説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る、検出レンズ像面における像を示す説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る、検出領域制限フィルタ（空間フィルタ）を設置した場合の検出像を示す説明図である。
【図１９】本発明に係る、プラズマ中浮遊異物計測装置付きプラズマ処理装置を導入した、半導体集積回路装置の製造工程を、処理の流れに沿って模式的に示した説明図である。
【図２０】本発明に係る、コンタクトホールの形成過程を、断面構造を用いて、処理の流れに沿って模式的に示した説明図である。
【図２１】本発明に係る、コンタクトホールのエッチング工程において、付着異物による生じる欠陥の例を、模式的に示した説明図である。
【図２２】本発明に係る検出レンズの特性を被処理基板およびプラズマ処理室との関係で説明するための図である。
【符号の説明】
２…空間フィルタ（検出領域制限フィルタ）、３…走査光学系、４…走査光学系ドライバ、５…レンズ、６…レンズ群、７…ディスプレイ、８…強度変調器、９…レーザ光源、１０…強度変調器ドライバ、１１…発振器、１２…外部記憶装置、１３…光ファイバ、１４…分光器、１５…光電変換素子（光検出器）、１６…増幅回路、１７…同期検波回路（ロックインアンプ）、１８…計算機、１９…処理室内壁による散乱光、２０ａ、２０ｂ…観測窓、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…異物、２２…検出レンズ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…物点、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ…像点、２５…物対面、２６…像面、８１…上部電極、８２…下部電極、８３…シグナルジェネレータ、８４…パワーアンプ、８５…分配器、８６…プラズマ処理室、８７…エッチング処理装置コントローラ、７１…プラズマ、Ｗ…被処理基板（ウエハ）、１００ａ…成膜工程、１００ｂ…膜厚計測工程、１００ｃ…レジスト塗布工程、１００ｄ…パターン転写工程、１００ｅ…現像工程、１００ｆ…エッチング工程、１００ｆａ…異物判定部、１００ｆｂ…未処理ウエハあり？、１００ｆｃ…外観検査、１００ｆｃａ・・・致命欠陥あり？、１００ｆｃｂ…救済可能？、１００ｆｃｄ…致命欠陥位置記録、１００ｆｄ…処理室クリーニング指示、１００ｈ…アッシング工程、１００ｉ…洗浄工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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