(57)【要約】【課題】処理室内壁に付着した付着物の量を正確に検出しドライクリーニングを実施可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空処理室１０１と、真空処理室の内部に配置され被処理材１０２を載置する試料台１０３と、真空処理室の内部にガスを導入する手段１１１と、ガスをプラズマ化する手段（１０６、１０７）とを有するプラズマ処理装置において、真空処理室の内壁に堆積する付着物の膜厚を付着物からの反射光を用いて求める計測手段（１０４、１１２）を有する。【選択図】図１
2017084915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室と、前記真空処理室の内部に配置され被処理材を載置する試料台と、前記真空処理室の内部にガスを導入するガス導入手段と、前記ガスをプラズマ化する手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記真空処理室の内壁に堆積する付着物の膜厚を前記付着物からの反射光を用いて求める計測手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記内壁は、前記真空処理室の内側に配置された石英内筒の内壁であり、
前記計測手段は、光源と、前記光源から放射され前記付着物からの前記反射光を受光するエリアセンサとを有し、前記石英内筒の内壁における前記付着物の膜厚の増加に伴い変化する前記エリアセンサ上の位置のシフト量に基づいて前記付着物の膜厚を求めるものであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置において、
前記計測手段により求められた前記付着物の膜厚または前記シフト量は、前記真空処理室の内壁の前記付着物を除去するクリーニングのタイミングを判断するために用いられるものであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ処理装置において、
前記クリーニングは、前記真空処理室へ前記付着物をエッチングするためのガスを前記ガス導入手段により導入し前記真空処理室の内部でプラズマを生成することにより行われることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理装置は、プラズマエッチング装置であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング装置などのプラズマ処理装置ではウエハなどの試料を加工する。半導体ウエハの製造では、ウエハの表面上に形成された様々な材料の層、特に誘電材料の層の除去またはパターン形成にドライエッチング装置が広く使用されている。このドライエッチング装置では、真空処理室内に導入されたエッチングガスをプラズマ化させイオンやラジカルとし、このイオンやラジカルをウエハ上の被処理膜と反応、衝突させることにより、被処理膜のエッチング加工を行なう。
【０００３】
この加工時に使用するガスや加工材料、さらにはその反応生成物が処理室壁面へ付着する。この加工処理を繰り返すうちに処理室壁面へは上記した反応性生物などの付着物が堆積する。この付着物が、エッチング処理において試料を加工する速度（エッチングレート）や加工形状に影響を与える。そのため処理室壁面の付着物を定期的に除去する必要がある。付着物を除去する方法としては、付着物と反応するガスをプラズマ化し付着物を除去するドライクリーニングがある。特許文献１には、エッチング処理中のチャンバ内のプラズマ発光体による発光スペクトルをチャンバの壁面を通して検出することにより発光強度を測定し、この測定した発光強度からチャンバ内のクリーニング時期を判断する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に記載の方法では、プラズマ光が処理室内壁を透過した受光強度を付着物の量として定義しているが、プラズマ強度は処理室内の雰囲気により変化する。特に処理１枚目は大きくプラズマ状態が異なってしまうこと（ＦＥＷ（First Wafer Effect））が知られている。そのため特許文献１の手法では、プラズマの変化の影響を受けるため正確な処理室の状態ではなく、今後要求が高まると思われるより正確なクリーニング時期が判断できない恐れがある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、プラズマの影響を受けないで、処理室内壁に付着した付着物の量を正確に検出しドライクリーニングを実施可能なプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための一実施形態として、真空処理室と、前記真空処理室の内部に配置され被処理材を載置する試料台と、前記真空処理室の内部にガスを導入するガス導入手段と、前記ガスをプラズマ化する手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記真空処理室の内壁に堆積する付着物の膜厚を前記付着物からの反射光を用いて求める計測手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プラズマの影響を受けないで、処理室内壁に付着した付着物の量を正確に検出しドライクリーニングを実施可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略構成縦断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置における要部（光源と検出器）構成の一例を示す横断面図であり、（ａ）は石英内筒へ付着物が付着する前の光路の状態、（ｂ）は石英内筒へ付着物が付着した場合の光路の状態を示す。
【図３】図２に示す検出器（エリアセンサ）において、付着物の有無による受光位置の変化の一例を示す縦断面図である。
【図４】図２に示す石英内筒の透過光の屈折を示す図であり、（ａ）は石英内筒へ付着物が付着していない場合、（ｂ）は付着物が付着した場合を示す部分横断面図である。
【図５】図２に示す石英内筒の光路のシフト量を示す図であり、（ａ）は石英内筒への付着物有及び無の場合の入射光の状況、（ｂ）は石英内筒への付着物有及び無の場合の反射光の状況を示す部分横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明者らは、検討の結果、光源からの光をチャンバへ照射し、チャンバ内壁での反射光を例えばＣＣＤセンサなどのエリアセンサを用いて受光位置を検出することで付着物の量を測定し、クリーニングタイミングを判定することとした。すなわち処理室内壁に付着した付着物の厚さを計測し、該付着物の厚さが所定厚さ以上となった場合に処理室のクリーニング時期と判断することとした。これにより、処理室のクリーニング時期をより正確に求めることができる。
【００１１】
本発明の実施例について、図面を用いて以下説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例について図１から図５を用いて以下説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略構成縦断面図である。本実施例のプラズマ処理装置は、真空処理室１０１を備えており、その内部にガス導入口１１１から導入されたエッチングガスが、高周波電源１０６から放出され導波管１０５により真空処理室１０１へ導入された高周波電力およびソレノイドコイル１０７で発生した磁場により分解しプラズマ１２０となり、このプラズマ１２０により試料台１０３上の半導体ウエハ等の被処理材１０２がエッチング処理される。
【００１３】
このプラズマエッチング処理を行うエッチング処理室（真空処理室）１０１は、その内壁にエッチング処理に伴う生成物が汚れとなって付着し堆積する。この生成物の堆積量は処理回数を経るに従って多くなり、それが被処理材１０２に付着してエッチング不良を招くことになる。そのため、ウエハの処理枚数をカウント又はエッチング処理の積算時間を基準にして定期的にエッチング処理室１０１のドライクリーニングを行っている。
【００１４】
このとき、クリーニングのタイミングが早い、つまりクリーニング頻度が多いと装置の稼働率が低下しスループットが低下する。さらにクリーニング用ウエハやクリーニングガスのコストがかかる。このため、不良防止および、スループット低下やコスト低減の両立が可能な適切なタイミングにてクリーニングすることが重要となる。この付着物の量を計測するために本実施例では光源１１２の光を真空処理室１０１内へ照射した光をＣＣＤセンサなどのエリアセンサ1０４で受光する。
【００１５】
図２は真空処理室１０１内へ入射した光源１１２からの光をエリアセンサ１０４で受光することを示した図である。図２（ａ）は処理室内壁である石英内筒２０３に付着物２２０がない場合の光源１１２からの光がエリアセンサ１０４まで到達する光路を示している。光源１１２から照射された光２０５は石英内筒２０３で屈折する。屈折した光２０６は石英内筒２０３で反射２４０し、反射した光２０８は石英内筒２０３で屈折２０９し、屈折した光２１０はエリアセンサ１０４に導入される。ここで符号２０４はコイルを示しているが、光はコイルの隙間を通過するため光路が曲がることはない。なお、光源１１２とエリアセンサ１０４とは、光が石英内筒で反射する位置に対して線対称な位置に配置される。
【００１６】
図２（ｂ）は処理室内壁である石英内筒２０３に付着物２２０がある場合の光源１１２からの光がエリアセンサ１０４まで到達する光路を示している。光源１１２から照射された光２０５は石英内筒２０３と付着物２２０により屈折２３１する。屈折し真空処理室１０１へ入射した光２３３は、石英内筒２０３に付着した付着物２２０にて反射２４１し、反射した光２３４は再び石英内筒２０３と付着物２２０により屈折し、屈折した光２３５はエリアセンサ１０４に導入される。
【００１７】
図３は本実施例におけるエリアセンサ１０４での受光位置を示す。エリアセンサ１０４は例えばＣＣＤセンサで構成される。図２（ａ）の付着物が無い場合に例えば図３の黒丸（受光位置）３０１がエリアセンサ１０４への入射光２１０の受光位置であったとすると、図２（ｂ）のように付着物が増えるにつれてエリアセンサ１０４への入射光２３５の受光位置が図３の黒丸（受光位置）３０２へシフトする。符号３０３はシフト量を示す。以上示すように付着物の増加によりエリアセンサ１０４への照射位置が移動する。この照射位置の移動量を検出し、あらかじめ設定された移動量に達したらクリーニング処理を実施する。
【００１８】
次に図２、図３で示した付着物無しの場合と有りの場合の光路の違いについて図４を用いて説明する。
【００１９】
図４（ａ）および（ｂ）は、本実施例における石英内筒２０３での光の屈折を示した図である。図４（ａ）を用いて石英内筒に付着物２２０がない場合を考える。光源１１２より照射された光２０５はθ０の角度で空気と石英内筒２０３の境界面へ入射する。空気の屈折率１．０００２９３に対して石英内筒の屈折率は１．５２であるため、石英内筒での光はθａの屈折角をとる。θａの角度はスネルの法則より以下となる。
【００２０】
【数１】
2017084915.tif 000003
【００２１】
【数２】
2017084915.tif 000004
【００２２】
次に、石英内筒２０３から真空に入射する時、光２０６はθ２の屈折角をとる。θ２は同様にスネルの法則を用いて以下で表される。
【００２３】
【数３】
2017084915.tif 000005
【００２４】
【数４】
2017084915.tif 000006
【００２５】
次に図４（ｂ）を用いて、石英内筒に付着物２２０がある場合を考える。
付着物２２０が無い場合と同様に光源１１２からの光２０５が空気から石英内筒２０３へ入射されるまでは以下の式で表される。
【００２６】
【数５】
2017084915.tif 000007
【００２７】
【数６】
2017084915.tif 000008
【００２８】
さらに、付着物２２０と石英内筒２０３の境界面での屈折について考える。付着物２２０がＳｉの場合、屈折率は３．４１７９となり、また付着物が炭素の場合、屈折率は２．０で表される。今回は付着物２２０がＳｉの場合を例にとり、付着物２２０の屈折角θbは以下の式で表される。
【００２９】
【数７】
2017084915.tif 000009
【００３０】
【数８】
2017084915.tif 000010
【００３１】
付着物２２０から真空に入射するとき、光２３３はθ１の屈折角をとる。付着物２２０と真空との境界面での屈折は以下の式で表される。
【００３２】
【数９】
2017084915.tif 000011
【００３３】
【数１０】
2017084915.tif 000012
【００３４】
以上より、ｓｉｎθ１とｓｉｎθ２は同じであることがわかる。しかもこの関係は、付着物の種類には依存しない。
【００３５】
図５（a）は、石英内筒２０３への付着物２２０の有無での屈折による光路のシフト量を示した図である。付着物２２０が無い場合、石英内筒２０３で屈折した後の光路は５０２で表される。付着物２２０がある場合、θｂの角度で屈折５０３し、真空へ入射する光は図示した距離Ｌほど差が生じる。付着物２２０が無い場合に光の照射で形成される三角形５０４と、付着物がある場合に光の屈折で形成される三角形５０５よりＬは導出される。
付着物２２０の量（膜厚）Ｄｄが１００ｎｍ、入射角θ０が１０°の場合、θａ＝１５．３°、θｂ＝３６．４°、θ２＝９．９９°となり、光のズレ量はＬ２＝Ｄｄ・ｔａｎθ２＝Ｄｄ・０．１７６＝１７．６、Ｌｂ＝Ｄｄ・ｔａｎθｂ＝Ｄｄ・０．７３７＝７３．７よりＬ＝Ｌ２−Ｌｂ＝５６．１［ｎｍ］となる。
【００３６】
図５（ｂ）は、付着物２２０の有無での石英内筒２０３で反射して生じる光路の差を示した図である。付着物２２０が無い場合の反射光２０８と付着物２２０がある場合の反射光２３４には、反射後ＬＲの差が生じる。ＬＲは、ＬＲ＝Ｌ＋２Ｌ１と表され、反射による光路のシフト量は２Ｌ１＝２Ｄｄ・ｔａｎθＲである。例えば、Ｄｄ＝１００ｎｍ、θＲ＝１５°の時、Ｌ１＝１００・０．２６７＝２６．７ｎｍとなり、光路のシフト量は５３．４ｎｍとなる。
【００３７】
以上のように付着物２２０の厚さと光路のシフト量３０３には相関があり付着物の厚さが厚くなるほどシフト量３０３が大きくなる。このシフト量３０３をエリアセンサ１０４にて検出することにより付着物２２０の厚さを測定することが可能であり、クリーニング実施タイミングを判断することが可能となる。なお、クリーニング実施のタイミングは、シフト量から求めた付着物の膜厚Ｄｄから求めることができるが、シフト量３０３そのものから判断することもできる。
【００３８】
以上、本実施例によれば、プラズマの影響を受けないで、処理室内壁に付着した付着物の量を正確に検出しドライクリーニングを実施可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１…真空処理室（エッチング処理室）、１０２…被処理材(ウエハ、試料)、１０３…試料台、１０４…エリアセンサ、１０５…導波管、１０６…高周波電源、１０７…ソレノイドコイル、１１１…ガス導入口、１１２…光源、１２０…プラズマ、２０３…石英内筒、２０４…コイル、２０５…光、２０６…屈折した光、２０８…反射した光、２０９…屈折、２１０…屈折した光、２２０…付着物、２３１…屈折、２３３…入射光、２３４…反射光、２３５…光、２４０…反射、２４１…反射、３０１…受光位置、３０２…シフトした受光位置、３０３…シフト量、５０２…付着物無の光路、５０３…付着物が有る場合の屈折、５０４…三角形、５０５…三角形。
【図１】
2017084915.tif 000013
【図２】
2017084915.tif 000014
【図３】
2017084915.tif 000015
【図４】
2017084915.tif 000016
【図５】
2017084915.tif 000017