(57)【要約】【課題】  プラズマ処理装置に用いられる石英チャンバの交換時期を精度よく判別する。【解決手段】  厚みに対して透過率が敏感に変化する波長を有するように石英チャンバ１の材質を選択し、プラズマＰＺから放射される特定の波長の光の発光強度を発光検出器５にてモニタすることにより、石英チャンバ１の交換時期を判別する。【選択図】      図１
2005175215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマを隔離する石英チャンバと、
前記石英チャンバを介して前記プラズマから放射された特定の波長の光の強度を検出する検出手段とを備え、
前記石英チャンバは、交換が必要となる厚みの変化に対して、前記特定の波長の光の透過率が検出可能な割合で変化する材質で構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
交換が必要となる厚みの変化に対して、特定の波長の光の透過率が検出可能な割合で変化する材質で構成された石英チャンバ内にウェハを載置する工程と、
前記石英チャンバ内にプロセスガスを導入する工程と、
前記プロセスガスをプラズマ化することにより、前記石英チャンバ内にプラズマを発生させる工程と、
前記石英チャンバを介して前記プラズマから放射された特定の波長の光の強度をモニタしながら、前記ウェハのエッチング処理または成膜処理を行う工程と、
前記モニタされている光の強度がしきい値を超えた場合、前記石英チャンバを交換する工程とを備え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】
本発明はプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、石英チャンバの消耗度の判定方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマエッチング装置では、プラズマから放出される特定の波長の光をモニタすることにより、エッチングの終点検出が行われている。ここで、石英チャンバがプラズマに曝されると、石英チャンバの表面が荒らされる。そして、石英チャンバの表面が荒らされると、特定の波長の光の透過が遮られ、終点検出が不安定になるため、石英チャンバを定期的に交換することが行われている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１には、石英チャンバの交換時期を遅らせるため、石英チャンバの検出ポート付近に石英カバーを設置し、検出強度の低下時に石英カバーを交換する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平５−８２４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、石英チャンバが表面荒れ程度の消耗であれば、石英カバーの設置だけで済ませることができるが、放電時間に比例して厚みが広範囲に数１０％のオーダーで薄くなる場合には、石英カバーで覆い尽くすことは困難となるため、石英チャンバの交換時期を遅らせることができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、石英チャンバの交換時期を精度よく判別することが可能なプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係るプラズマ処理装置によれば、プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマを隔離する石英チャンバと、前記石英チャンバを介して前記プラズマから放射された特定の波長の光の強度を検出する検出手段とを備え、前記石英チャンバは、交換が必要となる厚みの変化に対して、前記特定の波長の光の透過率が検出可能な割合で変化する材質で構成されていることを特徴とする。
【０００６】
これにより、プラズマから放射された特定の波長の光をモニタすることで、石英チャンバの交換時期を判定することが可能となり、石英チャンバの交換時期の判別精度を向上させることが可能となる。このため、使用に耐える限界まで石英チャンバの交換時期を延ばすことが可能となり、石英チャンバにかかるコストを削減することができる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、交換が必要となる厚みの変化に対して、特定の波長の光の透過率が検出可能な割合で変化する材質で構成された石英チャンバ内にウェハを載置する工程と、前記石英チャンバ内にプロセスガスを導入する工程と、前記プロセスガスをプラズマ化することにより、前記石英チャンバ内にプラズマを発生させる工程と、前記石英チャンバを介して前記プラズマから放射された特定の波長の光の強度をモニタしながら、前記ウェハのエッチング処理または成膜処理を行う工程と、前記モニタされている光の強度がしきい値を超えた場合、前記石英チャンバを交換する工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、終点検出を安定して行うことを可能としつつ、使用に耐える限界まで石英チャンバの交換時期を延ばすことが可能となり、半導体装置の作製精度を向上させることが可能となるとともに、石英チャンバにかかるコストを削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置について図面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プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
図１において、石英チャンバ１内には、ウェハＷを載置するステージ２が設けられるとともに、ステージ２上には、プラズマＰＺを生成する電極３が設けられ、電極３は高周波電源４に接続されている。また、石英チャンバ１の外側には、プラズマＰＺから放射された特定の波長の光を検出する発光検出器５が設置されている。そして、高周波電源４および発光検出器５は、高周波電源４および発光検出器５の動作を制御する制御装置７に接続されている。また、制御装置７は、発光検出器５にて検出された発光検出強度データを保管するデータ保管ユニット６に接続されている。
【０００９】
ここで、石英チャンバ１は、厚みに対して透過率が敏感に変化する波長を有する材質で構成することができ、厚みに対して透過率が敏感に変化する波長として、例えば、２００〜３００ｎｍの紫外領域、または３〜５μｍの赤外領域の中から選択することができる。また、発光検出器５は、プラズマＰＺによる石英チャンバ１の消耗が最も激しい位置に設置することができる。
【００１０】
そして、ウェハＷのエッチング処理を行う場合、ウェハＷをステージ２上に載置する。そして、石英チャンバ１内にプロセスガスを導入し、高周波電源４をオンして高周波電力を電極３に印加することにより、プロセスガスをプラズマ化し、石英チャンバ１内にプラズマＰＺを発生させる。
そして、石英チャンバ１を介してプラズマＰＺから放射された特定の波長の光の強度を発光検出器５にてモニタしながら、ウェハＷのエッチング処理を行うことができる。そして、制御装置７は、発光検出器５から発光検出強度データを受け取ると、その発光検出強度データをデータ保管ユニット６に保管する。そして、制御装置７は、発光検出器５から送られた発光検出強度データに基づいて、石英チャンバ１の厚みを算出し、石英チャンバ１の厚みが規定値（例えば、２ｍｍ）以下になった場合、石英チャンバ１の交換時期を通知することができる。
【００１１】
これにより、石英チャンバ１の交換時期の判別精度を向上させることが可能となり、使用に耐える限界まで石英チャンバ１の交換時期を延ばすことを可能として、石英チャンバ１にかかるコストを削減することができる。
なお、上述した実施形態では、上部電極に高周波電圧を印加するドライエッチング装置を例にとって説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、例えば、上下電極に高周波電圧を印加する２周波印加型ドライエッチング装置、ＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）エッチング装置、ＳＷＰ（ｓｕｒｆａｃｅ  ｗａｖｅ  ｐｌａｓｍａ：サーフェスウェーブプラズマ）エッチング装置、ＨＥＰ（ｈｅｌｉｃｏｎ−ｗａｖｅ  ｅｘｃｉｔｅｄ  ｐｌａｓｍａ：ヘリコン波励起プラズマ）エッチング装置、ＩＣＰ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング装置、ＴＣＰ（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ：転送結合型プラズマ）エッチング装置などに適用してもよい。また、本発明はエッチング装置に限定されることなく、例えば、プラズマＣＶＤ装置などの成膜装置に適用するようにしてもよい。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態に係る石英ガラスの厚みをパラメータとした場合の透過率と波長との関係を示す図である。
図２において、紫外領域（２００〜２５０ｎｍ）では、石英ガラスの厚みの変化に伴って石英ガラスの透過率が大きく変化することが判る。また、赤外領域（３〜５μｎｍ）でも、石英ガラスの厚みの変化に伴って石英ガラスの透過率が大きく変化する領域が存在する。
【００１３】
ここで、石英ガラスの光学的性質は、その化学的純度や製法に大きく依存し、例えば、石英ガラスの透過率および透過範囲は、０．００１％程度の微量な不純物にも著しい影響を受ける。
このため、図１の石英チャンバ１に用いられる石英ガラスの製法または不純物の種類を適宜選択したり、不純物量を適宜調整したりすることにより、石英チャンバ１の厚さの変化に対し、プラズマＰＺから放射された特定の波長の光の透過率を敏感に変化させることができる。
【００１４】
例えば、ＣＦ4プラズマの場合、ＣＦ4プラズマが解離して生成されるＣＦ2のスペクトルは２０３ｎｍである。このため、石英チャンバ１の厚さの変化に対し、２０３ｎｍの波長の透過率が敏感に変化するように、石英チャンバ１に用いられる石英ガラスの材質を選択することができる。これにより、ＣＦ4プラズマから放射された２０３ｎｍの波長の光をモニタすることで、石英チャンバ１の消耗度を判別することが可能となり、石英チャンバ１の交換時期を精度よく判定することが可能となる。
【００１５】
すなわち、石英ガラスの透過率Ｄは以下の式で与えることができる。
Ｄ＝（１−Ｒ）2×１０-kd
Ｒ＝（（ｎ−１）／（ｎ＋１））2
ただし、Ｒは垂直入射光線の一表面における反射損失、ｎは屈折率、ｋは吸収係数、ｄは厚さである。
【００１６】
ここで、例えば、石英チャンバ１が波長２５０ｎｍで吸収係数が０．５の材質で構成されている場合、厚さｄ＝２ｍｍの時、透過率Ｄ＝０．０９２１６、厚さｄ＝３ｍｍの時、透過率Ｄ＝０．０２９１４、厚さｄ＝４ｍｍの時、透過率Ｄ＝０．００９２２となる。
図３は、本発明の一実施形態に係る石英チャンバの厚みと発光検出強度との関係を示す図である。
【００１７】
図３において、厚みに対して透過率が敏感に変化する波長を有する材質で石英チャンバ１を構成することにより、石英チャンバ１の厚みが薄くなるに従って、石英チャンバ１の透過率を上昇させることができる。このため、図１の発光検出器５にて検出される発光検出強度を増加させることができ、プラズマＰＺから放射された特定の波長の光をモニタすることにより、石英チャンバ１の交換時期を判定することができる。
【００１８】
図４は、本発明の一実施形態に係る放電累積時間と発光検出強度との関係を示す図である。
図４において、石英チャンバ１内での放電累積時間が増加すると、石英チャンバ１の厚みが薄くなる。このため、石英チャンバ１の透過率が上昇し、図１の発光検出器５にて検出される発光検出強度が増加する。ここで、石英チャンバ１が新品の場合の発光検出強度をＩ0、石英チャンバ１の交換時期における発光検出強度をＩ1とする。そして、石英チャンバ１が新品の場合の発光検出強度Ｉ0に対する増加率にしきい値を設け、発光検出強度Ｉ0に対する増加率がしきい値を超えたかどうかを判定することにより、石英チャンバ１の交換時期を判別することができる。
【００１９】
例えば、Ｉ1／Ｉ0＞２の場合、石英チャンバ１の寿命と判断して、石英チャンバ１を交換することができ、石英チャンバ１の交換時期を精度よく判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る石英ガラスの透過率と波長との関係を示す図。
【図３】石英チャンバの厚みと発光検出強度との関係を示す図。
【図４】放電累積時間と発光検出強度との関係を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
１  石英チャンバ、２  ステージ、３  電極、４  高周波電源、５  発光検出器、６  データ保管ユニット、７  制御装置、Ｗ  ウェハ、ＰＺ  プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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