(57)【要約】 【課題】  チャンバ１の内壁やチャンバ１内の構造物の表面への付着物の状況を定量的に把握することができる基板処理装置とする。【解決手段】  チャンバ１に透明な筒部２１を設け、筒部２１を介してレーザ発信手段２２からのレーザ光を受光手段２３で受光し、チャンバ１を貫通するレーザ光の透過率によりチャンバ１の内壁への付着物の付着量を付着確認手段２４で判断し、チャンバ１の内壁やチャンバ１内の構造物の表面への付着物の状況を定量的に把握する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容されるチャンバの内部に光を導く光導入部位をチャンバに設けると共に、光導入部位から入射した光をチャンバの外部に導く光導出部位をチャンバに設け、光導出部位からの光を受光してチャンバ内の付着物の状況を確認する受光手段を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板が収容されるチャンバと、
基板の上方に設けられ成膜原料を含有する金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、ハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとからなる前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる制御手段と、
チャンバの内部に光を導く光導入部位と、
光導入部位から入射した光をチャンバの外部に導く光導出部位と、
光導出部位からの光を受光してチャンバ内の付着物の状況を確認する受光手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、
チャンバの内部に導かれる光はレーザ光であり、
受光手段で受光したレーザ光の光量が求められて入射したレーザ光の透過割合が導出され透過割合に応じてチャンバ内壁への付着物の状況を確認する付着確認手段を備えた
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、
チャンバの内部に導かれる光は電磁波であり、
受光手段には壁面の内部に付着した付着物に反射された電磁波が入力されて波長と強度のスペクトルを検出する機能が備えられ、
検出された波長と強度のスペクトルに基づいて付着物の表面成分を分析する付着確認手段を備えた
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の基板処理装置において、
光導入部位及び光導出部位はチャンバの少なくとも一部をなす透明石英製の筒部である
ことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバの内部で基板に処理を施す基板処理装置に関し、チャンバの内壁への付着物の状態を確認することができるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体等の製造においては、基板処理装置として、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置とは、チャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。
【０００３】
これに対し、本発明者等は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属成分であって、成膜を望む金属成分からなる被エッチング部材をチャンバに設置し、ハロゲンガスをプラズマ化して被エッチング部材をハロゲンのラジカルによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させるとともに、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマＣＶＤ装置（以下、新方式のプラズマＣＶＤ装置という）および成膜方法を開発した（例えば、下記、特許文献１参照）。
【０００４】
上記新方式のプラズマＣＶＤ装置では、成膜される金属源となる被エッチング部材の温度に対して基板の温度が低くなるように制御して基板に当該金属膜を成膜している。例えば、被エッチング部材の金属をＭ、ハロゲンガスをＣｌ2とした場合、被エッチング部材を高温（例えば３００℃〜７００℃）に、また基板を低温（例えば２００℃程度）に制御することにより、前記基板にＭ薄膜を形成することができる。これは、次のような反応によるものと考えられる。
【０００５】
(1)プラズマの解離反応；Ｃｌ2→２Ｃｌ*
(2)エッチング反応；Ｍ＋Ｃｌ*→ＭＣｌ（ｇ）
(3)基板への吸着反応；ＭＣｌ（ｇ）→ＭＣｌ（ａｄ）
(4)成膜反応；ＭＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｍ＋Ｃｌ2↑
ここで、Ｃｌ*はＣｌのラジカルであることを、（ｇ）はガス状態であることを、（ａｄ）は吸着状態であることをそれぞれ表している。
【０００６】
前述した新方式のＣＶＤ装置においては、ＭＣｌとＣｌ*との割合を適正に保つことで、成膜反応が適切に行われる。即ち、成膜条件として、Ｃｌ2ガスの流量、圧力、パワー、基板及び被エッチング部材の温度、基板と被エッチング部材との距離等を適正に設定することで、ＭＣｌとＣｌ*との割合をほぼ等しく制御することができ、成膜速度を低下させることなく、しかも、基板に対してＣｌ*によるエッチング過多が生じることなくＭが析出される。
【０００７】
上述した新方式のＣＶＤ装置では、金属成分のハロゲン化物は基板だけではなくチャンバの内壁にも付着し、付着したハロゲン化物の蓄積量が多いと、パーティクルとなって基板に対する成膜に悪影響を与えてしまう。このため、所定枚数の成膜が行われる毎にクリーニング処理を施してチャンバ内の付着物を定期的に除去するようにしている。クリーニングのタイミングは、基板の枚数に応じてチャンバ内壁へのハロゲン化物の付着量を経験則により見積もり、ハロゲン化物の蓄積量が所定量になったと推定された時点で設定されている。
【０００８】
従って、必要最小限のクリーニングが実施されているとはいえず、運転効率を向上させる余地が十分に残されているのが現状である。また、チャンバ内壁に付着するハロゲン化物の蓄積量は定量的に把握されていない状態であるため、被エッチング部材の金属が基板への成膜に使用された割合は把握されておらず、歩留まり等の点でも効率を向上させる余地が十分に残されているのが現状である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１４７５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、チャンバ内壁やチャンバ内の構造物の表面への付着物の状況を定量的に把握することができる基板処理装置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】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の基板処理装置は、基板が収容されるチャンバの内部に光を導く光導入部位をチャンバに設けると共に、光導入部位から入射した光をチャンバの外部に導く光導出部位をチャンバに設け、光導出部位からの光を受光してチャンバ内の付着物の状況を確認する受光手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に係る本発明では、チャンバ内に入射した光の状況を受光手段で受光することで、受光状況に応じた付着物の状況を確認することができる。
【００１３】
上記目的を達成するための請求項２に係る本発明の基板処理装置は、基板が収容されるチャンバと、基板の上方に設けられ成膜原料を含有する金属製の被エッチング部材と、チャンバの内部にハロゲンを含有する作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、ハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとからなる前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くして前駆体の金属成分を基板に成膜させる制御手段と、チャンバの内部に光を導く光導入部位と、光導入部位から入射した光をチャンバの外部に導く光導出部位と、光導出部位からの光を受光してチャンバ内の付着物の状況を確認する受光手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る本発明では、チャンバ内に入射した光の状況を受光手段で受光することで、ハロゲンラジカルでエッチングされて生成された被エッチング部材の金属成分のハロゲン化物や金属製分の付着物の状況を確認することができる。
【００１５】
そして、請求項３に係る本発明の基板処理装置は、請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、チャンバの内部に導かれる光はレーザ光であり、受光手段で受光したレーザ光の光量が求められて入射したレーザ光の透過割合が導出され透過割合に応じてチャンバ内壁への付着物の状況を確認する付着確認手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る本発明では、レーザ光の透過割合に応じて設定された付着物の状況を付着確認手段により導出して付着物量を確認することができる。
【００１７】
また、請求項４に係る本発明の基板処理装置は、請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、チャンバの内部に導かれる光は電磁波であり、受光手段には壁面の内部に付着した付着物に反射された電磁波が入力されて波長と強度のスペクトルを検出する機能が備えられ、検出された波長と強度のスペクトルに基づいて付着物の表面成分を分析する付着確認手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る本発明では、壁面の内部に付着した付着物に反射された電磁波が受光手段に入力されて波長と強度のスペクトルが検出され、入力された波長と強度のスペクトルに基づいて付着確認手段により付着物の表面成分が分析される。
【００１９】
また、請求項５に係る本発明の基板処理装置は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の基板処理装置において、光導入部位及び光導出部位はチャンバの少なくとも一部をなす透明石英製の筒部であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る本発明では、輻射熱で基板を加熱する石英製の筒部を透明にすることで光導入部位及び光導出部位として適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の基板処理装置は、チャンバ内壁への付着物の状況を定量的に把握することができる基板処理装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に示す実施形態例は、基板の処理としてＣｕ薄膜の作製を例に挙げて説明してある。即ち、本実施形態例では、Ｃｌラジカルにより金属であるＣｕ製の被エッチング部材をエッチングし、主に、前駆体を基板に吸着させると共にＣｌ還元により基板上の前駆体をＣｕ成分とする薄膜の作製を例に挙げて説明してある。
【００２３】
尚、被エッチング部材としてはＣｕ製に限らず、タンタル、チタン、アルミニウム等、他の金属を適用することが可能である。また、基板の処理としては、成膜に限らず被エッチング部材を用いて処理を行うものであれば本発明を適用することができる。
【００２４】
図１に基づいて本発明の第１実施形態例を説明する。
【００２５】
図１には本発明の第１実施形態例に係る基板処理装置の概略側面を示してある。
【００２６】
図に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ１の底部近傍にはサセプタとしての支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度(例えば、基板３が１００℃から３００℃に維持される温度)に制御される。
【００２７】
尚、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば、矩形状のチャンバを適用することも可能である。
【００２８】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０（ＲＦ電源）により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。
【００２９】
チャンバ１には、例えば、銅製（Ｃｕ製）の被エッチング部材１１が保持され、被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れに対して基板３と天井板７の間に不連続状態で配置されている。被エッチング部材１１は、例えば、リング状の枠材に長尺板状の金属板部材が複数枚平行に配置され、プラズマアンテナ８の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。
【００３０】
被エッチング部材１１の上方におけるチャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する作用ガス（Ｈｅにより所定の濃度に希釈されたガス：Ｃｌ2ガス）１７を供給するガスノズル１４が１本設けられている。ガスノズル１４はチャンバ１の中心部まで延び、先端が上方に向けられてガス噴出口１５とされている。ＨｅとＣｌ2ガスは流量制御器１６で流量及び圧力が制御され、Ｈｅで希釈されたＣｌ2ガス１７がガスノズル１４に送られる（作用ガス供給手段）。
【００３１】
ガスノズル１４をチャンバ１の筒部の周囲に等間隔で複数接続し、チャンバ１の筒部の周囲からＣｌ2ガス１７をチャンバ１内に供給することも可能である。また、作用ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。ハロゲンとして塩素を用いたことにより、安価な塩素ガスを用いて薄膜を作製することができる。
【００３２】
成膜に関与しないガス等は排気口１８から排気される。天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１９によって所定の圧力に維持される。
【００３３】
一方、チャンバ１の支持台２の上方は透明石英製の筒部２１とされ、筒部２１が光導入部位及び光導出部位とされている。チャンバ１を挟んで筒部２１の位置の一方側にはレーザ発信手段２２が配され、レーザ発信手段２２に対向して筒部２１の位置の他方側には受光手段２３が配されている。レーザ発信手段２２からのレーザ光は、筒部２１からチャンバ１内に入射されてチャンバ１を貫通し受光手段２３で受光される。
【００３４】
受光手段２３で受光されたレーザ光の情報は付着確認手段２４に入力され、付着確認手段２４では受光されたレーザ光の光量が求められる。そして、付着確認手段２４では、受光手段２３で受光されたレーザ光の光量によりレーザ光の透過割合が求められ、透明石英製の筒部２１のくもり具合、即ち、チャンバ１の内壁への付着物の状況が透過割合により判断される。
【００３５】
上述した基板処理装置では、チャンバ１の内部にガスノズル１４のガス噴出口１５からＣｌ2ガス１７を供給する。プラズマアンテナ８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2ガス１７をイオン化してＣｌ2ガスプラズマを発生させ、Ｃｌラジカルを生成する。プラズマは、ガスプラズマ１２で図示する領域に発生する。この時の反応は、次式で表すことができる。
Ｃｌ2→２Ｃｌ*          ・・・・（１）
ここで、Ｃｌ*は塩素ラジカルを表す。
【００３６】
ガスプラズマ１２がＣｕ製の被エッチング部材１１に作用することにより、被エッチング部材１１が加熱されると共に、Ｃｕにエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ*→ＣｕＣｌ（ｇ）        ・・・・（２）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表す。式（２）は、Ｃｕがガスプラズマ１２（塩素ラジカルＣｌ*）によりエッチングされ、前駆体１３とされた状態である。
【００３７】
ガスプラズマ１２を発生させることにより被エッチング部材１１を加熱し（例えば、３００℃〜７００℃）、更に、温度制御手段６により基板３の温度を被エッチング部材１１の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定する。この結果、前駆体１３は基板３に吸着(堆積)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）        ・・・・（３）
【００３８】
基板３に吸着したＣｕは、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてＣｕ成分となる。
この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ2↑・・・・（４）
【００３９】
更に、上式（２）において発生したガス化したＣｕＣｌ（ｇ）の一部は、基板３に吸着する(上式（３）参照)前に、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてガス状態のＣｕとなる場合もある。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）＋Ｃｌ*→Ｃｕ（ｇ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（５）
この後、ガス状態のＣｕ成分は、基板３に吸着される。
これにより、基板３にＣｕの薄膜が作製される。
【００４０】
上述したＣｕの薄膜の作製に際し、例えば、所定枚数の基板３の成膜の都度、レーザ発信手段２２からレーザ光が照射され、レーザ光は透明の筒部２１を介してチャンバ１を貫通して受光手段２３で受光される。受光手段２３で受光されたレーザ光の情報は付着確認手段２４に入力され、付着確認手段２４では受光されたレーザ光の光量が求められる。付着確認手段２４では、受光手段２３で受光されたレーザ光の光量によりレーザ光の透過率が求められる。付着確認手段２４には、予め透過率と付着物（塩化物等）の付着量との関係が記憶され、受光手段２３で受光されたレーザ光の透過率によりチャンバ１の内壁への付着物の付着量が判断される。
【００４１】
従って、チャンバ１の内部に測定手段を設置することなく内壁への付着物（塩化物）の付着量を判断することができ、塩化物の蓄積量に応じてクリーニング動作のタイミングを適切に設定することができる。このため、必要最小限のクリーニングを実施することが可能になり、運転効率を向上させることができる。
【００４２】
また、塩化物の付着量を把握することができるため、被エッチング部材１１のＣｕが基板３への成膜に使用された割合（回収率）を求めることができ、Ｃｕの回収率を求めることで、塩化物の付着を抑制する手段等を的確に講じて歩留まり等の点でも効率を向上させることができる。
【００４３】
図２に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。
【００４４】
図２には本発明の第２実施形態例に係る基板処理装置の概略側面、図３には分析の一例を表すグラフを示してある。尚、図１に示した第１実施形態例の基板処理装置と同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略してある。
【００４５】
図に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ１の底部近傍にはサセプタとしての支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度(例えば、基板３が１００℃から３００℃に維持される温度)に制御される。
【００４６】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０（ＲＦ電源）により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。
【００４７】
チャンバ１には、例えば、銅製（Ｃｕ製）の被エッチング部材１１が保持され、被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れに対して基板３と天井板７の間に不連続状態で配置されている。被エッチング部材１１の上方におけるチャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する作用ガス（Ｈｅにより所定の濃度に希釈されたガス：Ｃｌ2ガス）１７を供給するガスノズル１４が１本設けられている。ガスノズル１４はチャンバ１の中心部まで延び、先端が上方に向けられてガス噴出口１５とされている。ＨｅとＣｌ2ガスは流量制御器１６で流量及び圧力が制御され、Ｈｅで希釈されたＣｌ2ガス１７がガスノズル１４に送られる（作用ガス供給手段）。
【００４８】
成膜に関与しないガス等は排気口１８から排気される。天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１９によって所定の圧力に維持される。
【００４９】
一方、チャンバ１の支持台２の上方には透明な光導入窓３１（光導入部位）及び透明な光導出窓３２（光導出部位）が設けられ、光導入窓３１からチャンバ１の内壁面に向けて光としての赤外線（電磁波）を照射する光照射手段３３が備えられ、チャンバ１の内壁面で反射して光導出窓３２から導き出される赤外線の反射光を受ける受光手段３４（分光器）が備えられている。受光手段３４では波長と強度のスペクトルとして赤外線の反射光が入力され、受光された反射光の情報は付着確認手段３５に送られてチャンバ１の内壁面の表面成分が分析される。
【００５０】
第２実施形態例の基板処理装置では、第１実施形態例と同様の原理で基板３にＣｕの薄膜が作製される。Ｃｕの薄膜の作製に際し、例えば、所定枚数の基板３の成膜の都度、光照射手段３３から赤外線が照射され、赤外線は透明な光導入窓３１からチャンバ１の内壁面に照射される。チャンバ１の内壁面で反射して光導出窓３２から導き出される赤外線の反射光は波長と強度のスペクトルとして受光手段３４で受光される。
【００５１】
受光された反射光の情報は付着確認手段３５に送られ、チャンバ１の内壁面の表面成分が分析される。また、受光された光量により赤外線の透過率が求められる。付着確認手段３５には、予め透過率と付着物の付着量との関係が記憶され、受光手段３４で受光された赤外線の透過率によりチャンバ１の内壁への付着物の付着量が判断される。
【００５２】
例えば、図３に示すように、発光強度と波長との関係で、ＣｕＣｌ（ＭＣｌ）、Ｃｕ（Ｍ）、Ｃｌ*の存在が確認され、チャンバ１の内壁面の表面に付着した付着物の成分が分析される。これにより、チャンバ１の内壁面の状態を確認することができ、チャンバ１のクリーニング時期等を把握することができる。
【００５３】
従って、チャンバ１の内部に測定手段を設置することなく内壁への付着物の表面成分及び付着量を判断することができ、付着物の種類や蓄積量に応じてクリーニング動作のタイミングを適切に設定することができる。このため、必要最小限のクリーニングを実施することが可能になり、運転効率を向上させることができる。
【００５４】
上述した実施形態例では、支持台２と被エッチング部材１１との間のチャンバ１の内壁の状況を確認するようにしたが、光導入窓３１や光導出窓３２の位置を適宜設定することで、チャンバ１内の任意の位置の壁面の状況を確認することができる。また、天井板７や支持台２の適宜部位の面の状況を確認することができる。
【００５５】
本発明の基板処理装置は、チャンバ１の内壁やチャンバ１内の構造物の表面への付着物の状況を定量的に把握することができる基板処理装置となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、チャンバの内部で基板に処理を施す基板処理装置の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る基板処理装置の概略側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る基板処理装置の概略側面図である。
【図３】分析の一例を表すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１  チャンバ
２  支持台
３  基板
６  温度制御手段
７  天井板
８  プラズマアンテナ
９  整合器
１０  電源
１１  被エッチング部材
１２  ガスプラズマ
１３  前駆体
１４  ガスノズル
１５  ガス噴出口
１６  流量制御器
１７  作用ガス（Ｃｌ2ガス）
１８  排気口
１９  真空装置
２１  筒部
２２  レーザ発信手段
２３、３４  受光手段
２４、３５  付着確認手段
３１  光導入窓
３２  光導出窓
３３  光照射手段
【図１】
2007231360.tif 000003
【図２】
2007231360.tif 000004
【図３】
2007231360.tif 000005