(57)【要約】【課題】半導体などの製造におけるプラズマによる成膜工程でプラズマ領域内に発生する粒子をリアルタイムで測定することができる粒子測定方法及びそれを用いたプラズマ成膜装置を提供する。【解決手段】プラズマを用いた成膜装置本体１内に形成されるプラズマ領域１４に浮動電位状態にした吸引管２１を挿入し、この吸引管２１によりプラズマ領域１４の気体を粒子測定装置本体２０に導き、気体中に浮遊する粒子を測定する。また、プラズマを用いた成膜装置において、プラズマ領域１４に挿入した吸引管２１によりプラズマ領域１４の気体中に浮遊する粒子を測定しながら基板６に薄膜を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いた成膜装置内に形成されるプラズマ領域に吸引管を挿入し、この吸引管によりプラズマ領域の気体を粒子測定装置本体に導き、前記気体中に浮遊する粒子を測定することを特徴とする粒子測定方法。
【請求項２】
前記吸引管を、浮動電位状態にする請求項１記載の粒子測定方法。
【請求項３】
前記粒子測定装置本体が、光散乱方式である請求項１又は２記載の粒子測定方法。
【請求項４】
前記粒子測定装置本体の粒子検出部が、透明なフローセルで構成される請求項１、２又は３記載の粒子測定方法。
【請求項５】
前記粒子測定装置本体に導かれる気体の流量を、前記粒子測定装置本体の吸引圧力を調整することにより制御する請求項１、２、３又は４記載の粒子測定方法。
【請求項６】
前記吸引管を高周波電極側のイオンシースとプラズマ領域の境界付近に挿入する請求項１、２、３、４又は５記載の粒子測定方法。
【請求項７】
前記吸引管をプラズマ領域の中央部に挿入する請求項１、２、３、４又は５記載の粒子測定方法。
【請求項８】
前記吸引管を接地電極側のイオンシースとプラズマ領域の境界付近に挿入する請求項１、２、３、４又は５記載の粒子測定方法。
【請求項９】
プラズマを用いた成膜装置において、プラズマ領域に挿入した吸引管によりプラズマ領域の気体中に浮遊する粒子を測定しながら基板に薄膜を形成することを特徴とするプラズマ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを用いた成膜装置において、ウェハなどの基板を汚染する気相生成粒子をリアルタイム（実時間）で測定する粒子測定方法及びそれを用いたプラズマ成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体、フラットパネルディスプレイや太陽電池などを構成する薄膜は、プラズマにより気相で材料ガスを解離、励起、電離することで生成される活性種を基板上に到達させて作製する方法（ＣＶＤ：化学的気相成長法）が多く用いられている。このような方法では、気相中で活性種が核となって、容易に半導体などの製品の品質に影響を及ぼす汚染粒子を生成してしまうことが知られ、その管理が製品歩留まりの向上にとって重要となっている。
【０００３】
従来、成膜などの生産工程で発生する基板の粒子汚染をリアルタイムで測定することは困難であり、製造装置を通過させた汚染管理用の試験基板（ダミーウェハ）か、または生産工程から搬出された基板上に付着した粒子を表面検査装置で測定することが行われている。
【０００４】
また、吸引管を微粒子の電荷と逆符号に帯電させた状態と、同符号に帯電させた状態とを切換えたり、吸引管を微粒子の電荷と逆符号に帯電させた状態と同符号に帯電させた状態との間で連続的に変化させたりすることで、プラズマ領域内の粒子をプラズマ領域外から吸引して測定することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０５５６４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、表面検査装置による測定は、基板の粒子汚染状態を直接測定するため、生産される半導体などの製品の不良発生状態と強い相関関係があるものの、生産工程から搬出された後の測定となるので、成膜工程中の汚染粒子発生をリアルタイムに測定することができず、不良発生情報の生産工程へのフィードバックが遅れて製品歩留まりの向上が図れないという問題があった。
また、特許文献１に記載の発明では、生産工程においてプラズマ領域内の粒子をプラズマ領域外から吸引して測定するものの、実際上イオンシースの電位的壁が測定の障害になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体などの製造におけるプラズマによる成膜工程でプラズマ領域内に発生する粒子をリアルタイムで測定することができる粒子測定方法及びそれを用いたプラズマ成膜装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、プラズマを用いた成膜装置内に形成されるプラズマ領域に吸引管を挿入し、この吸引管によりプラズマ領域の気体を粒子測定装置本体に導き、前記気体中に浮遊する粒子を測定するものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の粒子測定方法において、前記吸引管を浮動電位状態にした。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の粒子測定方法において、前記粒子測定装置本体が光散乱方式で粒子を検出する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１、２又は３記載の粒子測定方法において、前記粒子測定装置本体の粒子検出部が透明なフローセルで構成される。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１、２、３又は４記載の粒子測定方法において、前記粒子測定装置本体に導かれる気体の流量を前記粒子測定装置本体の吸引圧力を調整することにより制御する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の粒子測定方法において、前記吸引管を高周波電極側のイオンシースとプラズマ領域の境界付近に挿入するようにした。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の粒子測定方法において、前記吸引管をプラズマ領域の中央部に挿入するようにした。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の粒子測定方法において、前記吸引管を接地電極側のイオンシースとプラズマ領域の境界付近に挿入するようにした。
【００１６】
請求項９に係る発明は、プラズマを用いた成膜装置において、プラズマ領域に挿入した吸引管によりプラズマ領域の気体中に浮遊する粒子を測定しながら基板に薄膜を形成するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る粒子測定方法の第１の実施の形態を用いたプラズマ成膜装置の構成説明図、図２は本発明に係る粒子測定方法の第２の実施の形態を用いたプラズマ成膜装置の構成説明図、図３は本発明に係る粒子測定方法の第３の実施の形態を用いたプラズマ成膜装置の構成説明図である。
【００１８】
本発明に係る粒子測定方法の第１の実施の形態を用いたプラズマ成膜装置は、図１に示すように、プラズマ成膜装置本体１、粒子測定装置２、信号処理装置３、ガス流量制御装置４、高周波電源５などを備えている。６は成膜の対象となる基板、７は材料ガスである。
【００１９】
プラズマ成膜装置本体１は、高周波電極１１と、高周波電極１１の一部をなす材料ガス吹出し口１０と、高周波電極１１に対向する接地電極１２と、プラズマ成膜装置本体１内を減圧する真空ポンプ１３などからなる。１４は高周波電極１１と接地電極１２で構成される平行平板電極間に形成されるプラズマ領域、１５はプラズマ成膜装置本体１内の圧力を計測する圧力計、１６はバルブである。
【００２０】
粒子測定装置２は、光散乱式で光照射部、透明なフローセルの粒子検出部、受光部などからなる粒子測定装置本体２０と、プラズマ領域１４に挿入してプラズマ領域１４の気体中に浮遊する気相生成粒子を捉える吸引管２１と、プラズマ領域１４の気体を吸引するための真空ポンプ２２と、吸引する気体の流量を調整する圧力計２３及びバルブ２４を備えている。
【００２１】
吸引管２１は、その先端２１ａが高周波電極１１側のイオンシースとプラズマ領域１４の境界付近に挿入されている。２５は吸引管２１を粒子測定装置本体２０及びプラズマ成膜装置本体１とから絶縁するための絶縁体である。
【００２２】
信号処理装置３は、プラズマ成膜装置本体１内の状態を最適にするために粒子測定装置本体２０が測定した気相生成粒子の測定値に基づいて、高周波電極１１と接地電極１２に供給される高周波電力を制御すべく高周波電源５に制御信号を出力し、プラズマ成膜装置本体１に供給される材料ガス７の流量を制御すべくガス流量制御装置４に制御信号を出力し、更にプラズマ成膜装置本体１内の圧力を制御すべくバルブ１６に制御信号を出力する。
【００２３】
以上のように構成した本発明に係る粒子測定方法の第１の実施の形態を用いたプラズマ成膜装置の動作について説明する。
先ず、薄膜を形成する対象となる基板６を接地電極１２に載置する。
【００２４】
次いで、材料ガス７をガス流量制御装置４によりプラズマ成膜装置本体１内の供給しながら、プラズマ成膜装置本体１内を真空ポンプ１３によって５０〜５００Ｐａ程度に減圧し、高周波電源５から高周波電極１１と接地電極１２に供給される高周波電力により高周波電極１１と接地電極１２で構成される平行平板電極間にプラズマ領域１４を形成させる。
【００２５】
すると、材料ガス７はプラズマ領域１４内で解離、励起、電離して活性種を生成し、この活性種を用いて薄膜が基板６上に形成されていく。
その際、吸引管２１の先端２１ａを高周波電極１１側のイオンシースとプラズマ領域１４の境界付近に挿入し、真空ポンプ２２によりプラズマ成膜装置本体１内の気体を吸引することでプラズマ領域１４の気体中に浮遊する気相生成粒子を粒子測定装置本体２０に導き、その粒子数濃度をリアルタイムで測定する。
【００２６】
吸引管２１の先端２１ａを高周波電極１１側のイオンシースとプラズマ領域１４の境界付近に挿入して粒子数濃度を測定するのは、平行平板電極方式では、気相生成粒子が静電力やイオンの抗力（イオン粘性力）などによって高周波電極１１側のイオンシース（正イオンが多い領域）とプラズマ領域１４の境界付近に多く滞留することが知られているからである。
【００２７】
真空ポンプ２２によって吸引され、粒子測定装置本体２０に導かれる気体の流量は、圧力計２３により測定される吸引気体の圧力と圧力計１５により測定される装置本体１内の圧力との圧力差をバルブ２４の開度により調整することによって制御される。
【００２８】
また、吸引管２１の途中に絶縁体２５を設けることによって、吸引管２１が粒子測定装置本体２０及びプラズマ成膜装置本体１から電気的に絶縁され、吸引管２１の先端を浮動電位状態にすることができるので、吸引管２１を挿入することによるプラズマ領域１４への影響を低減して吸引管２１によるプラズマ領域１４の気相生成粒子の吸引を円滑に行うことができる。
【００２９】
このように、吸引管２１の先端２１ａを高周波電極１１側のイオンシースとプラズマ領域１４の境界付近に配置し、気相で生成されている粒子の粒子数濃度を粒子測定装置本体２０でリアルタイムに測定することにより、基板６の汚染に繋がる可能性の高いプラズマ成膜装置本体１内の気相生成粒子の粒子数濃度をリアルタイムで把握することができる。
【００３０】
そして、信号処理装置３は、プラズマ成膜装置本体１内の状態を最適にするため粒子測定装置本体２０がリアルタイムで測定している粒子数濃度に基づいて、高周波電源５が高周波電極１１と接地電極１２に供給する高周波電力、ガス流量制御装置４がプラズマ成膜装置本体１に供給する材料ガス７の流量及びバルブ１６によるプラズマ成膜装置本体１内の圧力をそれぞれ制御することができる。例えば、気相生成粒子の生成速度を高周波電源５が高周波電極１１と接地電極１２に供給する高周波電力によって制御することができる。
【００３１】
次に、本発明に係る粒子測定方法の第２の実施の形態は、図２に示すように、吸引管２１の先端２１ａをプラズマ領域１４の中央部（プラズマバルク領域）に配置したもので、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００３２】
通常のプラズマ成膜工程において、プラズマ領域１４の中央部には浮遊する気相生成粒子が極めて少ないことが知られている。しかし、プロセスの条件やプラズマ成膜装置本体１内の状態変化などで、プラズマ領域１４の中央部に多くの気相生成粒子が流れ込むと、それがそのまま基板６の汚染に繋がる可能性が高い。
【００３３】
プラズマ領域１４の中央部に吸引管２１の先端２１ａを配置することで、プラズマ領域１４の中央部における突発的な或いは急激な気相生成粒子の数の増加をリアルタイムで管理することが可能になり、気相生成粒子による基板６の汚染を防止する有効な測定方法になる。
【００３４】
次に、本発明に係る粒子測定方法の第３の実施の形態は、図３に示すように、吸引管２１の先端２１ａを接地電極１２側のイオンシースとプラズマ領域１４の境界付近に配置したもので、他の構成は図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
通常のプラズマ成膜工程において、接地電極１２側のイオンシースとプラズマ領域１４の境界付近に気相生成粒子が存在する可能性は、図２に示すプラズマ領域１４の中央部と同様に低いので、この位置で気相生成粒子が多く測定されると、基板６の汚染の可能性が高いと判断できる。
【００３６】
また、エッチングなど基板側にマイナスのバイアス電圧を印加する場合では、基板側のイオンシースが厚くなるので、接地電極１２側のイオンシースとプラズマ領域１４の境界付近で気相生成粒子が捕捉され易くなる。
従って、プラズマ領域１４の粒子汚染を管理する目的で、吸引管２１の先端２１ａを接地電極１２側のイオンシースとプラズマ領域１４の境界付近に配置するのは、有効な粒子汚染の測定方法になる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る発明によれば、基板の汚染に繋がるプラズマ成膜装置内の気相生成粒子の粒子数濃度をリアルタイムで確実に測定することができる。
【００３８】
請求項２に係る発明によれば、吸引管を挿入することによるプラズマ領域への影響を低減して吸引管によるプラズマ領域の気相生成粒子の吸引を円滑に行うことができる。
【００３９】
請求項３に係る発明によれば、光散乱方式により確実に粒子を検出することができる。
【００４０】
請求項４に係る発明によれば、粒子検出部を透明なフローセルで構成することにより、円滑に粒子を検出することができる。
【００４１】
請求項５に係る発明によれば、粒子測定装置本体に導かれる気体の流量を制御することにより、成膜速度に応じて気体中に浮遊する粒子を検出することができる。
【００４２】
請求項６に係る発明によれば、基板の汚染に繋がる可能性の高いプラズマ成膜装置内の気相生成粒子の粒子数濃度をリアルタイムで確実に測定することができ、気相生成粒子による基板の汚染を有効に防止することができる。
【００４３】
請求項７に係る発明によれば、プラズマ領域の中央部における突発的な或いは急激な気相生成粒子の数の増加をリアルタイムで管理することが可能になり、気相生成粒子による基板の汚染を有効に防止することができる。
【００４４】
請求項８に係る発明によれば、接地電極側のイオンシースとプラズマ領域の境界付近に気相生成粒子が存在する可能性は低いので、この位置で気相生成粒子が多く測定されると、基板の汚染の可能性が高いと判断でき、有効な粒子汚染の測定方法になる。
【００４５】
請求項９に係る発明によれば、成膜工程の汚染粒子発生をリアルタイムに測定することができ、不良発生情報の生産工程へのフィードバックが速やかに行われ製品歩留まりの向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粒子測定方法の第１の実施の形態を用いたプラズマ成膜装置の構成説明図
【図２】本発明に係る粒子測定方法の第２の実施の形態を用いたプラズマ成膜装置の構成説明図
【図３】本発明に係る粒子測定方法の第３の実施の形態を用いたプラズマ成膜装置の構成説明図
【符号の説明】
１…プラズマ成膜装置本体、２…粒子測定装置、３…信号処理装置、４…ガス流量制御装置、５…高周波電源、６…基板、７…材料ガス、１１…高周波電極、１２…接地電極、１３，２２…真空ポンプ、１４…プラズマ領域、１６，２４…バルブ、２０…粒子測定装置本体、２１…吸引管、２５…絶縁体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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