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WO2003060969A1 - Dispositif de traitement et procede de traitement - Google Patents

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WO2003060969A1
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gas
processing
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Hiroshi Kannan
Takaaki Matsuoka
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Tokyo Electron Limited
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    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric

Definitions

  • An information acquisition unit that is disposed between the first exhaust unit and the second exhaust unit and acquires information on a pollutant in exhaust gas exhausted from the chamber; and the information acquisition unit acquires the information.
  • Control means for determining a contamination state in the chamber based on the information and controlling the cleaning means;
  • the processing apparatus having the above configuration is applicable to dry cleaning of the chamber, and since cleaning can be controlled with high precision, efficient talling and the like can be prevented while preventing excessive talling and the like. It becomes possible.
  • the main body 31 includes a light source 33 that emits infrared light, a reflecting mirror 34 that is disposed on the optical path of the emitted light and reflects in a predetermined direction, and a light source that reflects the light reflected by the reflecting mirror 34. It comprises an interferometer 35 arranged on the optical path, and a calculation unit 36 connected to the control device 12.
  • the predetermined material in the exhaust gas as follows, i.e., measuring the partial pressure of the T i C 1 4 and NH 3.
  • the calculation unit 36 moves the movable mirror 39 by the drive mechanism 40 in a state where the infrared light is emitted from the light source 33.
  • the optical path difference between the light incident on and reflected from the moving mirror 39 and the light incident on and reflected from the fixed mirror 38 changes, and the light is reflected by the two mirrors 38 and 39 to be reflected by the beam splitter 37.
  • the combined lights re-combined in the above interfere with each other and change in intensity over time.
  • This combined light passes through the bypass tube 30 via the window 30a.
  • the light passing through the bypass tube 30 is collected by the reflecting mirror 41 and guided to the detector 42.

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Description

明細書 処理装置および処理方法 技術分野
本発明は、 半導体ウェハ等の被処理体に、 成膜処理などの所定の処理を施 す処理装置およぴ処理方法に関する。 背景技術
現在、 半導体集積回路の微細化、 高集積化により、 基板等の基板表面に形 成される配線溝等のパターンの微細化が進行している。 このため、 配線金属 の下地膜として薄膜を形成する場合など、 微細な配線溝内に極めて薄い膜を 均一に、 良好なカバレッジで形成することが求められる。 この要請に応じて、 近年、 良好な膜質で、 原子層レベルの膜を形成可能な方法として、 原子層堆 積法 (Atomic Layer Deposition: A L D) と呼ばれる方法が開発されている。
A L Dは、 例えば、 以下のような工程から構成される。 以下に示す例では、 配線パターン (配線溝) が形成された基板の表面に、 四塩化チタンガスおよ ぴアンモニアガスを用いて、 窒化チタンからなる下地膜を形成する場合につ いて説明する。
まず、 チャンパ内に基板を収容し、 チャンバ内を真空引きする。 続いて、 チャンバ内に四塩化チタンガスを導入する。 これにより、 基板の表面に四塩 化チタン分子が多原子層に吸着する。 その後、 チャンパ内を不活性ガスでパ ージし、 これにより、 基板表面に吸着したほぼ 1原子層分の四塩化チタン分 子を残して、 チャンバ内から四塩化チタンを除去する。
パージ後、 チャンバ内にアンモニアガスを導入する。 これにより、 基板の 表面に吸着した四塩化チタン分子とァンモニァ分子とが反応して、 基板の表 面にほぼ 1原子層分の窒化チタン層が形成される。 このとき、 形成された窒 化チタン層の上には、 アンモニア分子が多原子層に吸着している。 その後、 チヤンパ内を不活性ガスでパージし、 窒化チタン層上に吸着したほぼ 1原子 層分のアンモニア分子を残して、 チャンバ内からアンモニアを除去する。 続いて、 再ぴ、 四塩化チタンガスをチャンバ内に導入する。 これにより、 吸着したアンモニア分子と四塩化チタンとが反応して新たな 1原子層分の窒 化チタン層が形成される。 すなわち、 この状態ではほぼ 2原子層の窒化チタ ン層が形成されていることになる。
また、 このとき、 窒化チタン層上には四塩化チタン分子が多原子層に吸着 している。 その後、 チャンバ内を不活性ガスでパージすることにより、 窒化 チタン層上にほぼ 1原子層分の四塩化チタンが吸着した状態となる。その後、 上記のように、 アンモニアガスの導入、 パージ、 四塩化チタンガスの導入、 パージ、 ···、 というように、 チャンバ内の雰囲気を交互に切り替え、 所定の 原子層に相当する厚さの窒化チタン層を形成する。 例えば、 チャンバ内のガ ス雰囲気を数 ^〜数百回切り替えることにより、 数 n m〜数十 n mの窒化チ タン膜を形成することができる。 なお、不活性ガスによるパージの代わりに、 真空排気を行っても良い。
上記 A L Dにおいて、チャンバ内へのガスの供給および停止の切り換えは、 チャンバ内の実際の状態にかかわらず、 予め実験等により求めた処理シーケ ンスに基づいて行われる。 このため、 チャンバ内の原料ガスが実際には十分 にパージされないうちに次の原料ガスが導入されると、 気相中で四塩化チタ ンとアンモニアとが反応してしまう。 このような気相反応は、 基板上に形成 される膜の品質を低下させる。 従って、 チャンバ内の実際の状態を示す情報 に基づいてガス供給を制御することが望ましい。
チャンバ内の状態に関する情報に基づいてプロセスを制御する方法として、 チャンバを真空引きする排気ラインに、 排気ガスから所定の情報、 例えば、 所定物質の濃度に関する情報を取得する測定装置を設ける方法がある。 例え ば、 日本国特開平 9-134912号公報には、排気ガス中の所定物質の濃度を検出 し、 チャンバ内の所定物質の濃度が一定となるように制御する半導体製造装 置が開示されている。
ここで、 気ラインは、 チャンバに接続されたターボ分子ポンプ (TMP) 等の主ポンプと、 主ポンプに接続されたドライポンプ (D P ) 等の副ポンプ (あらびきポンプ) と、 を備える。 副ポンプはチャンバ内を主ポンプが動作 可能な中程度の真空状態まで減圧し、 その後、 主ポンプが高真空状態まで減 圧する。 上記の排気ガスから所定の情報を取得する構成では、 測定装置は排 気ラインの TM Pの給気側に設けられる。
し力 し、 TM Pの給気側は、 チャンバとほぼ同様の低圧状態にあり、 排気 ガス中の物質濃度は低い。 また、 TM Pの吸気能力に応じて、 チャンバと T M Pとを接続する管は比較的大径であるため、 管内における物質濃度のばら つきが比較的大きくなる。 このため、 十分に高い測定感度が得られず、 また、 検出位置によって測定値がばらつき、 信頼性の高い情報が得られない虞があ る。 このような場合、 特に、原子層レベルの緻密な膜を形成する A L Dでは、 膜質が低下するなど、 処理の信頼性が低下する。
また、 A L Dに限らず、 成膜、 エッチング等の他の処理を行う処理装置に ついても同様のことがいえる。すなわち、 日本国特開平 6-120149号公報等に 記載されているような、 排気ラインにパーティクルを検出するパーティクル モエタ装置を配置し、 排気中のパーティクル量をモニタする構成を有する処 理装置が開示されている。 _この場合、 排気管が比較的大径であるため、 排気 管中のパーティクル分布のばらつきが大きくなり、 パーティクル量の高精度 の検出ができず、 処理の信頼性が低下する可能性がある。
このように、 従来の排気ガスから所定の情報を取得し、 取得した情報に基 づいてプロセスを制御する処理装置は、 低圧であり比較的配管径の大きい、 主ポンプの給気側で情報を取得するため、 十分に信頼性の高い情報が得られ ず、 精度の高いプロセス制御が行われない虞があった。 発明の開示
上記事情を鑑みて、 本発明は、 チャンバの排気ガスから所定の情報を取得 し、 取得した情報に基づいて、 精度の高いプロセス制御を行うことができる 処理装置おょぴ処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、 本発明の第 1の観点に係る処理装置は、 チヤンバを備え、 前記チヤンバ内で被処理体に所定の処理を施す処理手段 と、
前記チャンパに接続され、 前記チヤンバ内を所定の真空圧力まで排気する 第 1排気手段と、 前記第 1排気手段に接続され、 前記第 1排気手段が動作可能な圧力まで前 記チヤンバ内を排気する第 2排気手段と、
前記第 1排気手段と前記第 2排気手段との間に配置され、 前記チヤンバか ら排気される排気ガス中の所定物質に関する情報を取得する情報取得手段と、 前記情報取得手段にて取得される前記情報に基づいて前記チャンバ内の状 態を判別して前記処理手段を制御する制御手段と、
を備える、 ことを特徴とする。
上記構成では、 第 1排気手段 (例えば、 ターボ分子ポンプ) と、 第 1排気 手段よりも高圧で作動する第 2排気手段 (例えば、 ドライポンプ) と、 の間 を流れる排気ガス中の所定物質の情報 (例えば、 濃度) を取得する。 第 1排 気手段の排気側 (第 1排気手段と第 2排気手段との間) は、 第 1排気手段の 吸気側 (チャンバと第 1排気手段との間) よりも高圧になる (真空度が低い) ので、 この部分を流れる排気ガスの物質濃度は相対的に高くなり分析感度が 向上する。 従って、 信頼性の高い情報の取得が可能となり、 高精度のプロセ ス制御が行える。
上記目的を達成するため、 本発明の第 2の観点に係る処理装置は、 チヤンバを備え、前記チヤンバ内で被処理体に所定の処理を施す処理部と、 前記チャンバに第 1排気管を介して接続され、 前記チャンバ内を所定の真 空圧力まで排気する第 1排気部と、
前記第 1排気部の排気側に、 前記第 1排気管よりも小径の第 2排気管を介 して接続され、 前記第 1排気部が動作可能な圧力まで前記チャンバ内を排気 する第 2排気部と、
前記チャンバから排気され、 前記第 2排気管を流れる排気ガス中の所定物 質に関する情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部にて取得される前記情報に基づ!/、て前記チヤンバ内の状態 を判別して前記処理部を制御する制御部と、
を備える、 ことを特徴とする。
上記構成では、 第 1排気部 (例えば、 ターボ分子ポンプ) と、 第 1排気部 よりも高圧で作動する第 2排気手段 (例えば、 ドライポンプ) と、 を接続す る比較的小径の第 2排気管を流れる排気ガス中の所定物質の情報 (例えば、 濃度、 パーティクル量) を取得する。 第 1排気管内よりも高圧で (真空度が 低く)、 かつ、 第 1排気管より小径の第 2排気管内では、 物質濃度が相対的に 高く、 またそのばらつきが少ないことから、 信頼性の高い情報の取得が可能 となり、 高精度のプロセス制御が行える。
上記処理装置は、 さらに、 前記第 2排気管から分岐し、 前記第 2排気管を 流れる前記排気ガスをバイパスする測定管を備えてもよく、 前記情報取得部 は前記測定管を流れる前記排気ガスから前記情報を取得してもよい。
上記処理装置は、 前記情報取得部に、 前記所定物質の濃度を測定する赤外 分光分析装置又は質量分析装置を備え、 前記制御部は、 前記情報取得部の測 定した前記所定物質の濃度に基づいて、 前記処理部を制御するようにしても 良い。 ここで、 赤外分光分析装置としては、 フーリエ変換赤外分光装置 (F T一 I R) が好ましく、 質量分析装置としては、 四重極型質量分析が望まし レ、。
上記処理装置は、 前記情報取得部に、 前記排気ガス中のフラグメント物質 の分布を測定する赤外分光装置を備え、 前記制御部は、 前記情報取得部の測 定した前記フラグメント物質の分布に基づいて、 前記処理部を制御するよう にしても良い。 ここで、 赤外分光分析装置としては、 フーリエ変換赤外分光 装置 (F T - I R) が望ましい。
上記目的を達成するため、 本発明の第 3の観点に係る処理装置は、 チャン/くと、
前記チャンバに接続され、 前記チャンバ内に複数の処理ガスのうち 1の処 理ガスを所定時間供給するガス供給手段と、
前記チャ バに接続され、 前記チャンバ内を所定の真空圧力まで排気する 第 1排気手段と、
前記第 1排気手段に接続され、 前記第 1排気手段が動作可能な圧力まで前 記チャンバ內を排気する第 2排気手段と、
前記第 1排気手段と前記第 2排気手段との間に配置され、 前記チヤンバか ら排気される排気ガス中の前記処理ガスの量を測定する測定手段と、 前記測定手段にて測定される前記処理ガスの量に基づいて、 前記ガス供給 手段による他の処理ガスの供給を制御する制御手段と、 を備える、 ことを特徴とする。
すなわち、 上記構成の処理装置は、 チャンバ内のガス雰囲気を繰り返し置換 して処理を行う、 例えば、 原子層堆積法 (A L D) 等の処理に適用可能であ り、 ガスの切り換えを高精度に制御可能であることから、 信頼性が高く、 か つ、 生産性の高い処理を行うことが可能となる。
上記構成において、 例えば、 前記制御手段は、 前記排気ガス中の前記処理 ガスの量が、 所定量まで減少したときに、 前記ガス供給手段による前記チヤ ンバ内への他の処理ガスの供給を開始する。
上記目的を達成するため、 本発明の第 4の観点に係る処理装置は、 内部で被処理体に所定の処理を行うチャンパと、
前記チャンバ内を清浄化するためのタリーエングガスを供給して前記チヤ ンバ内をクリーニングするクリーニング手段と、
前記チヤンバに接続され、 前記チャンバ内を所定の真空圧力まで排気する 第 1排気手段と、
前記第 1排気手段に接続され、 前記第 1排気手段が動作可能な圧力まで前 記チャンバ内を排気する第 2排気手段と、
前記第 1排気手段と前記第 2排気手段との間に配置され、 前記チャンバか ら排気される排気ガス中の汚染物質に関する情報を取得する情報取得手段と、 前記情報取得手段にて取得される前記情報に基づいて前記チャンバ内の汚 染状態を判別して前記クリーニング手段を制御する制御手段と、
を備える、 ことを特徴とする。
すなわち、 上記構成の処理装置は、 チャンバのドライクリーニングに適用 可能であり、 高精度にクリーニングを制御可能であることから、 過度のタリ 一二ング等が防がれた、 効率的なタリー ングが可能となる。
上記構成において、 例えば、 前記汚染物質はパーティクルであり、 前記制 御手段は、 前記排気ガス中の前記パーティクル量が所定量以上となったとき に、 前記チャンバ内をクリーニングするようにしてもよい。 ここで、 前記情 報取得手段は、 パーティクル量を測定する装置として、 光学式カウンタを備 えることが望ましい。.
上記処理装置は、 さらに、 前記情報取得手段に、 前記排気ガス中の前記ク リ一二ングにより発生した副生成物の量を測定する副生成物測定手段を備え、 前記制御手段は、 前記副生成物測定手段にて測定される前記副生成物の量に 基づいて、 前記クリーニング手段を制御するようにしてもよい。 ここで、 副 生成物測定手段としては、 四重極型質量分析計又は F T— I Rが好ましい。 上記処理装置は、 さらに、 前記情報取得手段に、 前記排気ガス中の金属元 素の種類及び量を測定する質量分析装置を備え、 前記制御手段は、 前記情報 取得手段にて測定される前記金属元素の種類及ぴ量に基づいて、 前記タリー ユング手段を制御するようにしてもよい。 ここで、 質量分析装置としては、 四重極型質量分析計が好ましい。
上記目的を達成するため、 本発明の第 5の観点に係る処理方法は、 内部に被処理体を収容するチヤンバにて所定の処理を行う処理工程と、 前記チャンバに接続される主排気部により、 前記チヤンバ内を所定の真空 圧力まで排気する第 1の排気工程と、
前記主排気部に接続される副排気部により、 前記チャンパ内を前記第 1の 排気工程により排気可能な圧力まで排気する第 2の排気工程と、
を備える処理方法であって、
前記第 1の排気工程により前記チャンバから排気され前記主排気部と前記 副排気部との間を流れる排気ガス中の所定物質に関する情報を取得する情報 取得工程と、
前記情報取得工程にて取得した前記情報に基づいて前記チャンバ内の状態 を判別して前記処理を制御する制御工程と、
を備える、 ことを特徴とする。
上記構成の方法では、 主排気部と、 主排気部よりも高圧で作動する副排気 部と、 の間を流れる排気ガス中の所定物質の情報 (例えば、 濃度) を取得す る。 主排気部の吸気側と比較して、 主 気部の排気側 (主排気部と副排気部 との間) は、 相対的に高圧である (真空度が低い)。 そのため、 排気ガス中の 物質濃度が比較的高くなり分析感度が向上するので、 信頼性の高い情報の取 得が可能となり、 高精度のプロセス制御が行える。 図面の簡単な説明 図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る処理装置の構成を示す図である。 図 2は、 図 1に示す測定部の構成を示す図である。
図 3は、 図 1に示す処理装置の成膜処理時の動作を示すフローである。 図 4は、 排気ガス中の物質分圧の変化プロファイルを示す図である。
図 5は、本努明の第 2の実施の形態に係る処理装置の構成を示す図である。 図 6は、 図 5に示す測定部の構成を示す図である。
図 7は、排気ガス中のパーティクル量の変化プロフアイルを示す図である。 図 8は、 第 2の実施の形態の処理装置の変形例を示す図である。
図 9は、 排気ガス中の S i F4量の変化プロファイルを示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本実施の形態にかかる処理装置及び処理方法について、 図面を参照 して説明する。
(第 1の実施形態)
第 1の実施の形態では、 四塩化チタン (T i C 14) ガスとアンモニア (N H3) ガスとを真空排気を挟んでチャンパ内に交互に供給して、半導体ウェハ (以下、 ウェハ) の表面に窒化チタン (T i N) 膜を、 いわゆる原子層成膜 法 (Atomic Layer Deposition: ALD) を用いて成膜する処理装置を例とし て説明する。
図 1に、 本実施の形態にかかる処理装置 1 1の構成を示す。
図 1に示すように、 処理装置 1 1は、 制御装置 1 2と、 チャンバ 1 3と、 ガス供給ライン 14と、 気ライン 1 5と、 を備える。
制御装置 1 2は、 後述する、 成膜処理に関する処理装置 1 1全体の動作を 制御する。 なお、 理解を容易にするため、 制御装置 1 2の動作の詳細につい ては省略する。
チャンバ 1 3は、 真空引き可能に構成され、 その内部に被処理体であるゥ ェハが収容される。 チャンバ 1 3の内部において、 ウェハに後述する ALD 処理が施され、 T i N膜が形成される。
ガス供給ライン 1 4は、 T i C l 4源 1 6と、 NH3源 1 7と、 2つのァノレ ゴン (Ar) 源 1 8, 1 9と、 を備え、 各ガス源 1 6, 1 7, 18, 1 9は、 チャンバ 1 3に MFC (Mass Flow Controller) 等め流量制御装置 20 a, 20 b, 20 c, 20 dと、 バルブ 2 1 a, 2 1 b, 2 1 c, 21 dと、 を 介してそれぞれ接続されている。 ガス供給ライン 1 4から、 チャンバ 1 3内 に T i C 14ガスおよび NH3ガス力 A rガスにより希釈されて供給される。 排気ライン 1 5は、 ターボ分チポンプ(TMP) 22と、 ドライポンプ(D P) 23と、 測定部 24と、 を備える。 排気ライン 1 5はチャンバ 1 3に接 続され、 排気ライン 1 5を介してチャンバ 1 3は排気され、 所定の圧力状態 まで減圧される。
TMP 22は、チャンバ 1 3と第 1の排気管 25を介して接続されている。 第 1の排気管 2 5には、 可変流量バルブ 26と、 バルブ 2 7と、 がチャンパ 1 3側から順に設けられている。 TMP 22は、 チャンバ 1 3内を高真空状 態に減圧する。 また、 可変流量バルブ 2 6は、 チャンバ 1 3内を所定の高真 空状態に保持する。 第 1の排気管 2 5は、 TMP 2 2の排気速度、 長さ等か ら、 例えば、 50mm程度の内径とされている。 なお、 TMP 22の代わり にメカニカルドラッグポンプ等の他の高真空形成用のポンプを用いてもよレ、。
ドライポンプ 2 3は、 TMP 22の排気側に第 2の排気管 28によって接 続されている。 TMP 22とドライポンプ 23との間には、 バルブ 2 9が設 けられている。 ドライポンプ 2 3は、 あらぴきポンプと.して機能し、 チャン バ 1 3内を TMP 22が作動可能な圧力とする。 ドライポンプ 23の排気側 は、 図示しない除害装置に接続されており、 排気ライン 1 5を通過した排気 ガスは無害化されて大気に放出される。
第 2の排気管 28は、 ドライポンプ 2 3の排気速度、長さ等から、 例えば、 4◦ mm程度の内径とされる。 ここで、 ドライポンプ 23は TMP 22より も排気容量が小さく、 従って、 第 2の排気管 28は第 1の排気管 2 5よりも /J、径となる。
測定部 24は、 その両端が第 2の排気管 28に接続されたバイパス管 3 0 の途中に設けられている。 バイパス管 3 0の両端は、 バルブの給気側に接続 されてレ、る。 バイパス管 30は、 第 2の排気管 28とほぼ同一の内径を有す る。 なお、 バイパス管 30の両端にバルブを設けてもよレ、。
測定部 24は、バイパス管 3 0を通る排気ガス中の T i C 14ガスの分圧と、 NH 3ガスの分圧と、 を測定し、 モエタしている。 測定部 2 4の構成を図 2に 示す。 測定部 2 4は、 いわゆる F T— I R (フーリエ変換赤外分光装置) の 構成を有し、 図 2に示すように、 本体部 3 1と、 検出部 3 2と、 から構成さ れている。
本体部 3 1は、 赤外光を出射する光源 3 3と、 出射された光の光路上に配 置されて所定方向に反射する反射鏡 3 4と、 反射鏡 3 4によって反射された 光の光路上に配置された干渉計 3 5と、 制御装置 1 2に接続された演算部 3 6と、 から構成されている。
干渉計 3 5は、 反射鏡 3 4で反射された光が導かれ、 この光を複数の光に 分岐するビームスプリッタ 3 7と、 ビームスプリッタ 3 7で分岐された光の それぞれの光路上に配置されている固定鏡 3 8および移動鏡 3 9と、 移動鏡 3 9を駆動する駆動機構 4 0と、 から構成される。 また、 駆動機構 4 0は演 算部 3 6に接続されている。
検出部 3 2は、 バイパス管 3 0を介した本体部 3 1の反対側に配置されて いる。 バイパス管 3 0の管壁には、 石英等からなる窓部 3 0 aが設けられ、 本体部 3 1から出射された光が窓部 3 0 aを介してバイパス管 3 0を通過す る構成となっている。 検出部 3 2は、 バイパス管 3 0を通過した光の光路上 に配置され、 この光を所定方向に反射する反射鏡 4 1と、 反射鏡 4 1から反 射された光を受光する検出器 4 2と、 力 ら構成されている。 検出器 4 2は、 本体部 3 1の演算部 3 6に接続されている。
上記構成の測定部 2 4は、 以下のように排気ガス中の所定物質、すなわち、 T i C 1 4および N H 3の分圧を測定する。 演算部 3 6は、 光源 3 3から赤外 光が出射された状態で、 駆動機構 4 0により移動鏡 3 9を動かす。 これによ り、 移動鏡 3 9に入反射する光と、 固定鏡 3 8に入反射する光と、 の光路差 が変化し、 2つの鏡 3 8 , 3 9で反射されてビームスプリッタ 3 7で再ぴ合 成された合成光は互いに干渉しあい、 時間的に強度が変化する。 この合成光 が窓部 3 0 aを介してバイパス管 3 0内を通過する。 バイパス管 3 0を通過 した光は反射鏡 4 1で集光され、 検出器 4 2に導力れる。
検出器 4 2は、 受光した光の光強度データを演算部 3 6に送出する。 演算 部 3 6は、検出器 4 2が検出した光強度の時間変化(インターフエログラム) をフーリエ変換し、 赤外吸収スぺクトルを得る。 演算部 36は、 得られた赤 外吸収スぺクトルカゝら、 バイパス管 30を通過する排気ガス中の所定物質の 分圧を算出する。 演算部 36は、 この分圧の時間変化をモニタしており、 分 圧が所定値に達すると、 制御装置 12にその旨を示す信号を送出する。 制御 装置 12は、 受け取った信号に基づいて、 ガス供給ライン 14からのチャン ノ 13内へのガス供給の制御を行う。
上記のように、 測定部 24は TMP 22の排気側に配置されており、 排気 ガス中の T i C 14および NH3の分圧の測定は、 TMP 22の排気側で行わ れる。 ここで、 TMP 22の排気側は給気側よりも高圧であり (真空度が低 く)、 排気ガス中の物質濃度 (分圧) は相対的に高い。 このため、 TMP22 の給気側で測定する場合よりも高い測定感度が得られ、信頼性の高い情報(分 圧データ) が得られる。
また、 バイパス管 30は第 2の排気管 28と同径であり、,第 1の排気管 2 5よりも小径である。 このため、 バイパス管 30内での物質分布のばらつき は、 TMP 22の給気側で測定する場合よりも小さく、 光学的な測定によつ ても測定値のばらつきの小さい、 信頼性の高 、情報が取得される。
このように、 TMP 22の排気側に設けられた測定部 24から得られる、 信頼性の高い情報に基づいて、 制御装置 12は、 チヤンバ 13内のガスの切 り換え等のプロセスを高い精度で制御することができる。 また、 排気時間を 最適化して、 スループットの向上を図ることができる。
以下、 第' 1の実施の形態の処理装置 11の動作について、 図 3を参照して 説明する。 なお、 図 3に示すフローは一例であり、 同様の結果物が得られる ものであれば、 いかなる構成であってもよい。
まず、 制御装置 12は、 チャンパ 13内にウェハを搬入する (ステップ S 11)。 その後、 ドライポンプ 23により、 チャンバ 13内を所定の圧力まで 減圧し、 さらに、 TMP 22により、 例えば、 4X 102Pa (3To r r) まで減圧し、 維持する (ステップ S 12)。
次いで、処理装置 11は、バルブ 21 a, 21 cを開放して T i C 14ガス および A rガスの供給を開始する (ステップ S 13)。 ここで、 T i C 14ガ スおよび A rガスは、例えば、 T i C 1 A/A r = 30 s c c m/ 1000 s 1000 s c c mの流量で供給される。 チャンバ 13内へのガスの供給は、 所定時間、 例えば、 0. 5秒間行う。 T i C 14ガスの供給により、 ウェハの 表面には、 T i C 14分子が多層に吸着する。
制御装置 12は、 その後、 バルブ 21 a, 21 cを閉鎖し、 T i C 14ガス および A rガスの供給を停止する。 ガス供給の停止後、 チャンバ 1 3内は排 気され、 チャンバ 1 3内の T i C 14ガスは除去される (ステップ S 14)。 このとき、排気は、チャンバ 13内の T i C 14分圧が十分に低くなるまで行 われ、 例えば、 排気ガス中の T i C 14の分圧が、 例えば、 10— a (0. 75 X 10一3 To r r )未満となるまで行われる。チャンバ 13内の排気は、 ウェハの表面に吸着したほぼ 1層分の T i C 14分子を残してチャンバ 1 3 内から T i C 14分子が除去され、 T i C 14が、後に供給される NH 3と気相 中で反応しない濃度となるまで行われる (ステップ S 15)。
ここで、 測定部 24は、 処理の開始時点から常に排気中の物質分圧をモ- タしている。測定部 24がモニタしている排気中の T i C 14分圧おょぴ NH 3分圧の変化プロファイルを、 図 4に概略的に示す。
図 4に示すように、 チャンバ 1 3内に T i C 14ガスが所定時間 (τ 1) 供 給された後、排気ガス中の T i C 14分圧は、 次第に減少する。 測定部 24は、 例えば、 排気ガス中の T i C 14分圧が、 所定の分圧 (D 1) まで減少した時 点 (ガスの供給停止から τ 2時間後) で、 制御装置 1 2にチャンバ 1 3内の 排気が完了したことを示す信号を送出する。
測定部 24から上記信号を受け取ると、 制御装置 1 2は、 バルブ 21 b, 21 dを開放して NH3ガスおよび A rガスの供給を開始する (図 3、ステツ プ S 16)。 ここで、 NH3ガスおよび A rガスは、例えば、 NH3ZAr = l 000 s c c mZl 00 s c c mの流量で供給される。 チャンバ 1 3内への ガスの供給は、 所定時間、 例えば、 0. 5秒間行う。 このとき、 N H 3分子は ウェハ上に吸着した T i C 14分子と反応してほぼ 1原子層分の T i N層が 形成される。 また、 T i N層の上には、 NH3分子が多層に吸着している。 制御装置 12は、 その後、バルブ 21 b, 21 dを閉鎖し、 NH3ガスおよ ぴ A rガスの供給を停止する。 ガス供給の停止後、 チャンバ 13内は排気さ れ、 チャンバ 1 3内の NH3ガスは除去される (ステップ S 17)。 このとき、 排気は、チャンバ 13内の NH3分圧が十分に低くなるまで行われ、例えば、 排気ガス中の NH3の分圧が、 10— 2P a (0. 75 X 10— 4T o r r ) 未 満となるまで行われる。 チャンパ 13内の排気は、 T iN層上に吸着したほ ぼ 1層分の NH3分子を残してチャンパ 13内から NH3分子が除去され、 N H3が、 後に供給される T i C 14と気相中で反応しない濃度となるまで行わ れる (ステップ S 18)。
図 4に示すように、 チャンバ 13内に NH 3ガスが所定時間 (τ 3) 供給さ れた後、排気ガス中の ΝΗ3分圧は次第に減少する。 測定部 24は、例えば、 排気ガス中の ΝΗ3分圧が、 基準値分圧 (D2) まで減少した時点 (ガスの供 給停止からて 4時間後) で、 制御装置 12にチャンバ 13内の排気が完了し たことを示す信号を送出する。
このようにして、 ステップ S 13からステップ S 18にわたる T i C 14 ガスの供給、排気、 NH 3ガスの供給、排気からなる 1サイクル分の工程が行 われる。 制御装置 12は、 測定部 24から上記信号を受け取ると、 図 3のス テツプ S 13に戻り、 T i C 14ガスおょぴ A rガスの供給を行い、新たなサ イタルを開始する。
制御装置 12は、 ステップ S 13において、 T i C 14ガスをチャンバ 13 内に所定時間供給する。 これにより、 T i N層上に吸着した NH3分子と T i C 14分子とが反応して、 ほぼ 1原子層の T i N層が新たに形成される。 また、 この T i N層上には、 T i C 14分子が多層に吸着している。
続いて、制御装置 12は、 ステップ S 14において、 T i C 14ガスおょぴ A rガスの供給を停止し、 これにより、チャンバ 13内の T i C 14は排気、 除去される。 排気は、 図 4に示すように、 T i C 14分圧が所定分圧 (D 1 ) に減少するまで (ガスの供給停止からて 2' 時間) 行われる。
続いて、測定部 24から排気中の T i C 14分圧が所定分圧以下に達したこ とを示す信号を受け取ると (ステップ S 15)、 制御装置 12は、 NH3ガス および A rガスの供給を所定時間行う (ステップ S 16)。 これにより、 T i N層上に吸着した T i C 14分子と NH3分子とが反応して新たな T i N層 (3層目) が形成される。 また、 この T i N層上には NH3分子が多層に吸着 している。 NH 3ガスおょぴ A rガスの供給停止後、制御装置 1 2は、チヤンバ 1 3内 を排気し、 NH 3を除去する (ステップ S 1 7 )。 このとき、 排気は、 図 4に 示すように、 T i C 1 4分圧が所定の分圧 (D 2 ) に減少するまで (ガスの供 給停止からて 4 ' 時間) 行われる。 これにより、 2サイクル目の工程が終了 する。
以下、 上記サイクルを繰り返すことにより、 T i N層をほぼ 1原子層ごと に形成され、 積層される。 上記サイクルは、 ウェハ上に所定厚さの T i N層 が形成されるまで繰り返される。 ステップ S 1 9において、 所定サイクル数 繰り返されたと判別すると、 制御装置 1 2は、 チャンバ 1 3内に A rガスを 供給するとともに、 チャンバ 1 3内を所定圧力、 例えば、 チャンバ 1 3外部 のウェハの搬送領域とほぼ同様の圧力とする (ステップ S 2 0 )。 その後、 チ ヤンバ 1 3内からウェハが搬出され (ステップ S 2 1 )、 処理は終了する。 以上説明したように、 第 1の実施の形態によれば、 TM P 2 2の排気側に おいて、 排気ガスからチャンバ 1 3内の情報 (濃度分圧) を取得して、 取得 した情報に基づいてチャンバ 1 3内のプロセス (A L D) を制御している。
TM P 2 2の排気側は、 吸気側と比較して相対的に圧力が高い (真空度が低 い) ため測定感度が向上し、 ま 、 配管径が比較的小さいので、 測定値のば らつき等は小さく抑えられる。 よって、 TM P 2 2の排気側で取得した情報 に基づいて、 精度の高いプロセス制御を行うことにより、 膜の品質を高く維 持できるなど、 信頼性の高い処理が可能となる。
上記第 1の実施の形態では、 F T _ I Rの構成を有する測定部 2 4を用い、 所定物質の排気ガス中の量 (分圧) を求めるものとした。 し力 し、 所定物質 の量を測定する手段は、 F T— I Rに限らず、他の光学的測定手段、濃度計、 四重極型質量分析計等の質量分析装置などの、他の測定手段であってもよい。 しかし、 赤外分光分析装置としては、 気相中の物質であってもその赤外線吸 収スぺクトルが容易に得られ効率的な分析が可能な F T— I Rが好ましい。 また、 質量分析装置としては、 気相中の物質をその電荷状態 (質量電荷比) により判別し、 排気ガス中の物質の種類及ぴ量を効率的かつ容易に測定可能 な四重極型質量分析計が望ましい。 ここで、 四重極質量分析計は、 4つの電 極を備え、 これらに正負の直流電圧と交流電圧とを所定の比で印加し、 直流 電圧 (又は交流電圧) を線形的に変化させることにより得られる、 電極間を 通過可能な質量電荷比 (m/z) を有する荷電粒子の強度スペクトルから、 所定の物質の量等を測定する装置である。
上記第 1の実施の形態では、 測定部 24が T i C 14および NH3の濃度分 圧をモニタし、 所定分圧に達したときにその旨を制御装置 12に送るものと した。 しかし、 測定部 24は、 制御装置 12に検出した分圧データを送り、 制御装置 12が分圧をモニタし、 所定分圧に達したかを判別するようにして あよい。
上記第 1の実施形態では、 測定部 24が処理 (膜形成の原料) ガスである T i C 14および NH3の濃度分圧を測定すると説明した。 し力 し、 チャンバ 内の状態を判別するための所定物質に関する情報としては、 上記の濃度分圧 に限定されず、 処理ガスの解離状態を示す所定物質のフラグメントイオン等 の量若しくは種類であっても良く、 これらを測定部 24により、 検出するよ うにしても良レ、。
上記第 1の実施の形態では、 T i C 14と NH3とを用いて、 ウェハの表面 に T i N膜を形成するものとした。 し力 し、 用いる物質、 および、 成膜する 膜の種類は、 これに限られなレ、。 T iN膜の他に、 A102、 Z r02、 T a N、 S i 02、 S i N、 S i ON、 WN、 WS i、 Ru02等、 他の金属膜で あってもよい。 また、 この場合、使用するガス種は、 T i C 14の代わりに、TaB r 5、 T a (OC2H5) い S i C 14、 S i H4、 S i 2H6、 S i H2 C 12、 WF 6等のいずれか 1種を用い、 NH3の代わりに、 N2、 02、 03、 NO、 N2〇、 N23、 N205等のいずれか 1種を用いることができる。 また、 ウェハ上に所定厚さの T i N等の膜が形成された後で、 チャンパ内 をパージするために使用するパージガスは、 A rに限定されず、 不活性なガ スであればよく、 例えば、 窒素、 ネオン等を用いてもよい。
また、 第 1の実施の形態に係る処理装置 1 1は、 ァニール等の他の処理を 行う処理装置と、 インラインで接続され、 または、 クラスタリングされても よい。
また、 一枚ずつウェハに処理を施す枚葉式の処理装置 1 1に限らず、 バッ チ式の処理装置に適用してもよい。 また、 第 1の実施の形態に係る発明は、 A L Dに限らず、 他の成膜処理、 酸化処理、 エッチング処理等、 複数種のガスを用い、 プロセス雰囲気を高速 に切り替える必要のあるすベての処理に適用することができる。
(第 2の実施形態)
第 2の実施の形態では、 半導体ウェハ (以下、 ウェハ) 等の被処理体の表 面に、 チャンバ内でのプラズマ処理により酸ィヒシリコン等のシリコン系膜を 成膜する処理装置のドライクリーニングを例として説明する。 処理装置のド ライクリーニングは、 フッ素系ガス (三フッ化窒素 (N F 3) ) のプラズマを チャンバ内に通すことにより行う。
図 5に第 2の実施の形態に係る処理装置 1 1の構成を示す。 図 5に示すよ うに、 処理装置 1 1は、 制御装置 1 2と、 チャンバ 1 3と、 ダリ一二ングガ ス供給ライン 5 0と、 排気ライン 1 5と、 を備える。
制御装置 1 2は、 後述する、 成膜処理、 クリーニング処理等の処理装置 1 1全体の動作を制御する。 なお、 理解を容易にするため、 制御装置 1 2の動 作の詳細については省略する。
チャンバ 1 3は、 真空引き可能に構成され、 その内部に被処理体であるゥ ェハが収容される。 チャンバ 1 3は、 高周波電源等を備える図示しないブラ ズマ発生機構を備え、 内部にプラズマを発生可能に構成されている。 プラズ マ発生機構によりチャンバ 1 3の内部においてウェハ表面にプラズマ処理が 施され、 酸化シリコン等のシリコン系膜が形成される。
クリーニングガス供給ライン 5 0は、クリーニングガスとしての N F 3ガス を供給する N F 3源 5 1と、希釈ガスとしての A rガスを供給する A r源 5 2 と、 を備える。 また、 クリーニングガス供給ライン 5 0は、 その内部を通過 するガスを活性ィヒするァクチベータ 5 3が設けられている。 N F 3源 5 1およ ぴ A r源 5 2は、 バルブ 5 4 a, 5 4 bおよび MF C 5 5 a , 5 & bを介し てァクチベータ 5 3に接続されている。
ァクチベータ 5 3は、 図示しないプラズマ発生機構を備え、 内部を通過す るガスの、 例えば、 E C R (Electron Cyclotron Resonance) プラズマ、 誘 導結合型プラズマ (Inductive Coupled Plasma: I C P ) 等の高密度プラズ マを発生させる。 ァクチベータ 5 3は、 その内部を通過するクリーニングガ クリーニングガス (NF3) をプラズマ状態とし、発生したフッ素ラジカルを 選択的に排気する。
上記構成により、 クリーニング時には、 クリーニングガス供給ライン 50 から、 フッ素ラジカルを主成分とするクリーニングガスがチャンバ 1 3内に 供給される。 フッ素はシリコンと結合性が高く、 チャンバ 1 3内に付着、 堆 積したシリコン系膜は、 クリーニングガスにより高速かつ効果的に除去 (ェ ツチング) される。
排気ライン 1 5は、 ターボ分子ポンプ (TMP) 22と、 ドライポンプ 2
3 (DP) と、 測定部 56と、 を備える。 排気ライン 15はチャンバ 1 3に 接続され、 排気ライン 1 5を介してチャンバ 1 3は排気され、 所定の圧力状 態まで減圧される。
TMP 22は、チャンバ 1 3と第 1の排気管 25を介して接続されている。 第 1の排気管 25には、 可変流量バルブ 26と、 バルブと、 がチャンバ 1 3 側から順に設けられている。 TMP 22は、 チャンバ 13内を所定の真空状 態に減圧する。 また、 可変流量バルブ 26は、 チャンパ 1 3内を所定の真空 状態に保持する。 第 1の排気管 25は、 TMP 22の排気速度、長さ等から、 例えば、 5 Omm程度の内径とされている。
ドライポンプ 23は、 TMP 22の排気側に第 2の排気管 28によって接 続されている。 TMP 22とドライポンプ 23との間には、 バルブが設けら れている。 ドライポンプ 23は、 あらびきポンプとして機能し、 チャンバ 1
3内を TMP 22が作動可能な圧力とする。 ドライポンプ 23の排気側は、 図示しない除害装置に接続されており、 排気ライン 1 5を通過した排気ガス は無害化されて大気に放出される。
第 2の排気管 28は、 ドライポンプ 23の排気速度、 長さ等から、 例えば、 4 Omm程度の内径とされている。 ここで、 ドライポンプ 23は TMP 22 よりも排気容量が小さく、 従って、 第 2の排気管 28は第 1の排気管 25よ りも/ J、径となる。
測定部 56は、 TMP 22の排気側に接続された第 2の排気管 28に取り 付けられている。 測定部 56は、 処理の間、 第 2の排気管 28内を流れるガ ス中のパーティクル量を測定している。 パーティクルは、 チャンバ 1 3内に 付着、堆積した膜がある程度大きくなつて剥離することなどによつて発生し、 歩留まり低下の原因となる。 従って、 排気ガス中のパーティクル量をモニタ することにより、 チャンパ 1 3の汚染状態を知ることができる。
排気ガスをモニタしている測定部 5 6は、 パーティクル量が所定量に達す ると、 制御装置 1 2にその旨を示す信号を送出する。 制御装置 1 2は、 この 信号に基づいて、 成膜処理を一旦終了し、 クリーニング処理を開始する。 な お、 測定部 5 6は、 バルブの給気側と排気側とのどちらに設けられていても よい。
測定部 5 6の構成を、 図 6に示す。 図 6に示すように、 測定部 5 6は、 光 源 5 7と、 光ス トッパ 5 8と、 光センサ 5 9と、 演算部 6 0と、 から構成さ れる。
光源 5 7は、 レーザダイオード等から構成され、 レーザ光を出射する。 光 源 5 7は、 第 2の排気管 2 8の外壁の近傍に配置されている。 第 2の排気管 2 8には、 石英あるいは水晶からなる窓部 2 8 aが設けられている。 光源 5 7から出射したレーザ光は、 窓部 2 8 aを介して第 2の排気管 2 8の内部に 照射される。 光源 5 7は、 第 2の排気管 2 8のほぼ直径上を通過するように レーザ光を照射する。 なお、 レーザ光は、 管内に流れるガス中のパーテイク ル量を定量的に観測可能であれば、 直径上以外でも、 管内をどのように通過 する構成であってもよい。
光ストッパ 5 8は、 第 2の排気管 2 8の内壁の、 レーザ光の光路上に配置 されている。 光ス トッパ 5 8は、 レーザ光を吸収して反射を防止する部材、 例えば、 無反射コーティングを施したサフアイャ板から構成されている。 な お、 光ス トッパ 5 8を第 2の排気管 2 8の外壁の近傍に設け、 前述した石英 等と同様にレーザ光が通過可能な透過窓を介してレーザ光を吸収するように してもよレヽ。
光センサ 5 9は、 フォトダイオード等の受光素子から構成されている。 光 センサ 5 9は、 第 2の排気管 2 8の外壁の近傍に設けられている。 光センサ 5 9近傍の第 2の排気管 2 8の管壁には、 石英あるいは水晶からなる窓部 2 8 bが設けられている。 窓部 2 8 bは、 第 2の排気管 2 8の長手方向を法線 とする略同一平面上に、 窓部 2 8 aと約 9 0 ° の角度をなすように形成され されている。
光センサ 5 9は、 第 2の 気管 2 8の内部を通過する排気ガス中のパーテ イタルによって散乱される光を受光する。 光センサ 5 9は演算部 6 0に接続 され、 演算部 6 0に電気パルスを出力する。 これにより、 演算部 6 0は光セ ンサ 5 9が受光した光の量に関する情報を取得する。
演算部 6 0は、 光センサ 5 9が受光した光の量から、 パーティクル量を算 出する。 制御装置 1 2に接続された演算部 6 0は、 算出したパーティクル量 が所定量に達すると、 制御装置 1 2にその旨を示す信号を送る。 制御装置 1 2は、 受け取った信号に基づき、 成膜処理を終了させた後にクリーニング処 理を開始する。
ここで、 上述したように、 測定部 5 6は、 TM P 2 2の排気側に設けられ ている。 TM P 2 2の排気側 (第 2の排気管 2 8 ) は給気側 (第 1の排気管 2 5 ) と比べて高圧であり (真空度が低く)、 このため、 管内を通過する気体 中のパーティクル密度は相対的に大きくなり、 高い検出感度が得られる。 また、 管径が比較的小さいことから、 パーティクルの管内における分布の ばらつきは比較的小さい。 従って、 レーザ光の光路上にあるパーティクルの 分布は比較的均一であり、 ばらつき等の少ない信頼性の高いパーティクル量 の検出が可能となる。
以下、 図 5に示す第 2の実施の形態の処理装置 1 1の動作について、 図 7 を参照して説明する。 なお、 以下に示す動作は、 一例であり、 同様の結果が 得られるものであれば、 どのような構成であってもよい。
処理装置 1 1は、 チャンバ 1 3内で、 ウェハに一枚ずつプラズマ処理を施 し、 ウェハの表面にシリコン系膜 (酸ィヒシリコン膜) を成膜する。 処理装置 1 1は、 多数枚のウェハに連続的に成膜処理を施す。 処理装置 1 1が作動し ている間、 測定部 5 6は、 気ガス中のパーティクル量をモニタしている。 連続的な成膜処理に伴い、 チャンパ 1 3内に発生するパーティ.クルの量は 次第に増加してゆく。 排気ガス中のパーティクル量が、 図 7に示すように、 所定量 (P 1 ) に達すると、 測定部 5 6は制御装置 1 2にその旨を示す信号 を送る。
制御装置 1 2は、 この信号を受け取ると、 この時点で処理を施しているゥ ウェハを最後として、 成膜処理をー且終了する。 最後のウェハをチャンバ 1 3内から搬出した後、 制御装置 1 2は、 クリーニング処理を開始する。 なお、 信号受信後、 所定枚数の、 または、 このウェハが含まれるロットすベてのゥ ェハの処理が終了した後に、クリーニング処理を開始するようにしてもよい。 クリ一ユング処理の開始後、 まず、 制御装置 1 2は、 チヤンバ 1 3内にダ ミーウェハを搬入する。 次いで、 チャンバ 1 3内を所定の真空度、 例えば、 1 0 2 P a ( 0 . 7 5 T o r r ) まで減圧し、 クリーニングガス供給ライン 5 0からのタリーユングガスのチャンバ 1 3への供給を開始する。 クリーニン グガスは、例えば、 N F 3/A r = 5 0 0 s c c m/ 1 0 0 0 s c c mで供給 される。
クリーニングガスの供給により、 パーティクルの原因となるチャンバ 1 3 内に付着、 堆積したシリコン系膜等は、 四フッ化シラン等に分解され、 除去 される。 従って、 図 7に示すように、 チャンバ 1 3からの排気ガス中に含ま れるパーティクル量は次第に減少してゆく。
測定部 5 6は、 パーティクル量が所定量 (P 2 ) まで減少すると、 タリー ニングが完了したことを示す信号を制御装置 1 2に送る。 制御装置 1 2は、 この信号を受け取ると、 クリーニングガスの供給を停止する。 チャンバ 1 3 内からクリーニングガスが排出されるのに十分な時間が経過した後、 ダミー ウェハをチャンバ 1 3から搬出する。 以上でクリーニング処理を終了し、 制 御装置 1 2は再ぴ成膜処理を開始する。
以上説明したように、 第 2の実施の形態によれば、 TM P 2 2の排気側に おいて、 排気ガスからチャンバ 1 3内の情報 (パーティクル量) を取得して、 取得した情報に基づいてチャンバ 1 3内プロセス (クリーニング) を制御し ている。 TM P 2 2の排気側は、 配管径の比較的小さいことから、 測定値の ばらつき等は避けられる。 よって、 信賴性の高い情報に基づいた、 精度の高 いプロセス制御が行われ、 過度のクリーニングを防ぐことができ、 また、 ク リ一ユング時間の短縮が可能となる。
上記第 2の実施の形態では、 第 2の排気管 2 8に直接測定部 5 6を設ける ものとした。 しかし、 第 2の排気管 2 8にバイパス管を設け、 バイパス管の 途中に測定部 5 6を設ける構成としてもよい。 上記第 2の実施の形態では、 パーティクル量に基づいてクリ一二ング処理 を制御する構成とした。 し力 し、 チャンパ内の汚染状態を判別するための情 報は、 排気ガス中のパーティクル量に限定されず、 チャンバ 1 3内に発生す る金属コンタミ等の他の汚染物質に関する情報であってもよく、 これらの情 報に基づいてクリーニングを開始するようにしてもよい。 ここで、 金属コン タミを分析する装置としては、 気相中の金属元素を効率的に測定可能な前述 した四重極型質量分析計が好ましい。
また、 図 8に示すように、 さらに質量分析器、 F T— I R等を設け、 タリ 一二ング時に堆積膜が分解して発生するクリーニング副生成物ガス(例えば、 四フッ化シラン、 酸素等) の量をモニタする構成としてもよい。
図 8に示す構成では、 パーティクル量を測定する測定部 5 6の排気側に、 クリーニング副生成物の量を測定する、 四重極型質量分析器等の質量分析器 6 1が配置されている。 なお、 質量分析器 6 1は測定部 5 6の給気側に配置 してもよい。
図 8に示す構成では、 パーティクル量が所定量以上となった後にクリ一二 ングが開始される。 クリーニング時、排気中のクリーニング副生成物の量は、 質量分析器 6 1によってモニタされている。
図 9に、 クリーニングガス副生成物 (例えば、 四フッ化シラン (S i F 4) ) の変化プロファイルを概略的に示す。 図 9に示すように、 排気中の S i F 4 の量は、 クリーニングの進行と共に S i F 4は増大し、やがて、減少に転じる。 制御装置 1 2は、 S i F 4の量が所定量まで減少した時点で、 クリーニングガ スの供給を停止する。
上記第 2の実施の形態では、 測定部 5 6がパーティクル量をモニタし、 所 定量に達したときにその旨を制御装置 1 2に送るものとした。 し力、し、 測定 部 5 6は、 制御装置 1 2に検出したパーティクル量データを送り、 制御装置
1 2がパーティクル量をモニタし、 所定量に達したかを判別するようにして あよい。
また、 一枚ずつウェハに処理を施す枚葉式の処理装置に限らず、 バッチ式 の処理装置に適用してもよい。
上記第 2の実施の形態では、 シリコン系膜、 特にフッ化酸化シリコン膜を 成膜する場合を例として説明した。 しかし、 成膜する膜の種類は、 シリコン 酸化膜等の他のシリコン系膜、又は、他のいかなる種類の膜であってもよい。 上記第 2の実施の形態では、 クリーニングガスとして、 フッ素系ガス、 特 に、 N F 3を用いるものとした。 しかし、 クリーニングに用いるガスは、 これ に限られない。 例えば、 N F 3の代わりに、 F 2、 S F 6、 C F 4、 C 2 F 6等の フッ素系ガス、 または、 C 1 2、 B C 1 4等の塩素系ガスを使用することがで きる。 また、 A rで希釈する代わりに、 他の不活性ガス、 例えば、 窒素、 ネ オン等で希釈してもよい。
上記第 2の実施の形態では、 クリーニングガスのプラズマをチャンバ 1 3 チャンバ 1 3内に導入するものとした。 し力 し、 クリーニングガスである N F 3をチャンバ 1 3内に供給して、チャンバ 1 3内でプラズマを癸生させる構 成としてもよい。
さらに、 第 2の実施の形態に係る装置は、 プラズマ処理装置に限らず、 ェ ツチング装置、 スパッタ装置、熱処理装置等の他の装置にも適用可能である。 本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、 当業者により上記の実施形態 に種々の改良等が加えられるであろう。 上記の実施形態は、 図解目的であり、 本突明の範囲を限定するものではない。 従って、 本努明の範囲は、 上記記載 を参照するのではなく、 下記のクレームが権利を与えられる均等の全範囲に 沿って決定されるべきである。
本出願は、 日本国特許出願特願 2 0 0 2— 8 4 6 5 ( 2 0 0 2年 1月 1 7 日受理) を基礎とするものであり、 その明細書、 請求の範囲、 図面及び要約 書の内容を含む。 この出願の全ての内容は、 ここで、 援用される。 産業上の利用の可能性
上記第 1及び第 2の実施形態においては、 第 1排気手段である TMP 2 2 の排気側において、 排気ガスからチャンバ 1 3内の情報を取得して、 取得し た情報に基づいてチャンバ 1 3内のプロセス (A L D又はクリーニング) を 制御している。 第 1排気手段の排気側は、 比較的圧力が高い (真空度が低い) ために測定感度が向上し、 また、 配管径が比較的小さいことから、 測定値の ばらつきを小さく抑えられる。 従って、 取得した情報に基づいて、 高精度の プロセス制御により、 信頼性の高い処理が可能となる。
さらに、 第 1の実施の形態に係る処理装置及ぴ処理方法は、 A L Dに限ら ず、 他の成膜処理、 酸化処理、 エッチング処理等、 複数種のガスを用い、 プ ロセス雰囲気を高速に切り替える必要のある任意の処理に適用することがで きる。
また、 第 2の実施の形態に係る処理装置及ぴ処理方法は、 プラズマ処理装 置を使用したクリーニング処理に限らず、 エッチング装置、 スパッタ装置、 熱処理装置等の他の装置及び他の処理にも適用可能である。
なお、 本発明は、 半導体ウェハに限らず、 液晶表示装置用の基板にも適用 することができる。
以上説明したように、 本発明によれば、 チャンバの排気ガスから所定の情 報を取得し、 取得した情報に基づいて、 精度の高いプロセス制御を行うこと ができる処理装置および処理方法が提供される。

Claims

請求の範囲
1. チャンパ (13) を備え、 前記チャンバ (13) 内で被処理体に所定の 処理を施す処理手段 (14、 50) と、
前記チャンバ (13) に接続され、 前記チャンバ (13) 内を所定の真空 圧力まで 気する第 1排気竽段 (22) と、
前記第 1排気手段 (22) に接続され、 前記第 1排気手段 (22) が動作 可能な圧力まで前記チャンバ (13) 内を排気する第 2排気手段 (23) と、 前記第 1排気手段 (22) と前記第 2排気手段 (23) との間に配置され、 前記チャンバ (13) 力 排気される排気ガス中の所定物質に関する情報を 取得する情報取得手段 (24, 56, 61) と、
前記情報取得手段 (24, 56, 61) にて取得される前記情報に基づい て前記チャンバ (13) 内の状態を判別して前記処理手段を制御する制御手 段 (12) と、
を備える、 ことを特徴とする処理装置 (11)。
2. チャンバ (13) を備え、 前記チャンバ (13) 内で被処理体に所定の 処理を施す処理部 (14, 50) と、
前記チャンバ (13) に第 1排気管 (25) を介して接続され、 前記チヤ ンバ内 (13) を所定の真空圧力まで排気する第 1排気部 (22) と、 前記第 1排気部 (22) の排気側に、 前記第 1排気管 (25) よりも小径 の第 2排気管 (28) を介して接続され、 前記第 1排気部 (22) が動作可 能な圧力まで前記チャンバ (13) 内を排気する第 2排気部 (23) と、 前記チャンバ (13) 力 ら排気され、 前記第 2排気管 (28) を流れる排 気ガス中の所定物質に関する情報を取得する情報取得部 (24, 56, 61) と、
前記情報取得部 (24, 56. 61) にて取得される前記情報に基づいて 前記チャンバ (13) 内の状態を判別して前記処理部 (14, 50) を制御 する制御部 (12) と、
を備える、 ことを特徴とする処理装置。'
3. さらに、 前記第 2排気管 (28) から分岐し、 前記第 2排気管 (28) を流れる前記 ^気ガスをバイパスする測定管 (30) を備え、 前記情報取得 部 (24, 56, 61) は前記測定管 (30) を流れる前記排気ガスから前 記情報を取得する、 ことを特徴とする請求項 2に記載の処理装置。
4. 前記情報取得部 (24, 56, 61) は、 前記所定物質の濃度を測定す る赤外分光分析装置 (24) 又は質量分析装置 (61) を備え、 前記制御部 は (12)、 前記情報取得部 (24, 56, 61) の測定した前記所定物質の 濃度に基づいて、 前記処理部 (14, 50) を制御する、 ことを特徴とする 請求項 2に記載の処理装置。
5. 前記情報取得部 (24, 56, 61) は、 前記排気ガス中のフラグメン ト物質の分布を測定する赤外分光分析装置 (24) を備え、 前記制御部 (1 2) は、 前記情報取得部の (24, 56, 61) 測定した前記フラグメント 物質の分布に基づいて、 前記処理部 (14、 50) を制御する、 ことを特徴 とする請求項 2に記載の処理装置。
6. チャンバ (13) と、
前記チャンバ (13) に接続され、 前記チャンバ (13) 内に複数の処理 ガスのうち.1の処理ガスを所定時間供給するガス供給手段 (14, 50) と、 前記チャンバ (13) に接続され、 前記チャンバ内 (13) を所定の真空 圧力まで排気する第 1排気手段 (22) と、
前記第 1排気手段 (22) に接続され、 前記第 1排気手段 (22) が動作 可能な圧力まで前記チャンバ (13) 内を排気する第 2排気手段 (23) と、 前記第 1排気手段 (22) と前記第 2排気手段 (23) との間に配置され、 前記チャンパ (13) から排気される排気ガス中の前記処理ガスの量を測定 する測定手段 (24, 56, 61) と、
前記測定手段 (24, 56, 61) にて測定される前記処理ガスの量に基 づいて、 前記ガス供給手段 (14, 50) による他の処理ガスの供給を制御 する制御手段 (12) と、
を備える、 ことを特徴とする処理装置。
7. 前記制御手段 (12) は、 前記排気ガス中の前記処理ガスの量が、 所定 量まで減少したときに、 前記ガス供給手段 (14, 50) による前記チャン バ (13) 内への他の処理ガスの供給を開始する、 ことを特徴とする請求項 6に記載の処理装置。
8. 内部で被処理体に所定の処理を行うチャンパ (13) と、 前記チャンパ (13) 内を清浄化するためのクリーニングガスを供給して 前記チャンバ内をクリーニングするクリーニング手段 (50) と、
前記チャンバ (13) に接続され、 前記チャンバ (13) 内を所定の真空 圧力まで排気する第 1排気手段 (22) と、
前記第 1排気手段 (22) に接続され、 前記第 1排気手段 (22) が動作 可能な圧力まで前記チャンバ (13) 内を排気する第 2排気手段 (23) と、 前記第 1排気手段 (22) と前記第 2排気手段 (23) との間に配置され、 前記チャンバ (13) から排気される排気ガス中の汚染物質に関する情報を 取得する情幸艮取得手段 (24, 56, 61) と、
前記情報取得手段 (24, 56, 61) にて取得される前記情報に基づい て前記チャンバ (13) 内の汚染状態を判別して前記クリーニング手段 (5 0) を制御する制御手段 (12) と、
を備える、 ことを特徴とする処理装置。
9. 前記汚染物質はパーティクルであり、 前記制御手段 (12) は、 前記排 気ガス中の前記パーティクル量が所定量以上となったときに、 前記チャンパ 内 (13) をクリーニングする、 ことを特徴とする請求項 6に記載の処理装
10. 前記情報取得手段 (24, 56, 61) は、 前記排気ガス中のパーテ イクル量を測定する光学式カウンタ (56)
を備える、 ことを特徴とする請求項 9に記載の処理装置。
11. さらに、 前記情報取得手段 (24, 56, 61) は、 前記排気ガス中 の前記クリーニングにより発生した副生成物の量を測定する副生成物測定手 段 (24, 61) を備え、
前記制御手段 (12) は、 前記副生成物測定手段 (24, 61) の測定し た前記副生成物の量に基づいて、 前記タリーエング手段 (50) を制御する、 ことを特徴とする請求項 6又は 9に記載の処理装置。 .
12. 前記情報取得手段 (24, 56, 61) は、 前記排気ガス中の金属元 素の種類及ぴ量を測定する質量分析装置 (61) を備え、 前記制御手段 (1 2) は、 前記情報取得手段 (24, 56, 61) の測定した金属元素の種類 及び量に基づいて、 前記クリーニング手段 (50) を制御することを特徴と する請求項 6に記載の処理装置。
|正された短紙 (親則^):
1 3 . 内部に ^ 体に収容する;チャンパにて所定の処理を行う処理工程と、 前記チャンバに ^さおる主排気部により、 前記チヤンバ内を所定の真空 圧力まで排気する第 1の排気工程と、
前記主排気部に接続される副排気部により、 前記チヤンバ内を前記第 1の 5排気工程により排気可能な圧力まで排気する第 2の排気工程と、
を備える処理方法であって、
前記第 1の排気工程により前記チャンパから排気され前記主排気部と前記 副排気部との間を流れる排気ガス中の所定物質に関する情報を取得する情報 取得工程と、
10 前記情報取得工程にて取得した前記情報に基づいて前記チャンバ内の状態 を判別して前記処理を制御する制御工程と、
を備える、 ことを特徴とする処理方法。
1 4 . 内部に被^理体に収容するチャンバにて所定の処理を行う処理工程と、 前記チャンバに第 1の排気管を介して接続される主排気部により、 前記チ
15 ヤンバ内を所定の真空圧力まで排気する第 1の排気工程と、
を備える処理方法であって、
前記主排気部に前記第 1の排気管よりも小径の第 2の排気管を介して接続 される副排気部により、 前記チャンバ内を前記第 1の排気工程により排気可 能な圧力まで排気する第 2の排気工程と、
20 前記第 1の排気工程により前記チヤンバから排気され前記第 2の排気管を 流れる排気ガス中の所定物質に関する情報を取得する情報取得工程と、 前記情報取得工程にて取得した前記情報に基づいて前記チャンバ内の状態 を判別して前記処理を制御する制御工程と、
を備える、 ことを特徴とする処理方法。
25 1 5 . 前記第 2の排気工程において、 前記第 2の排気管と前記第 2の排気管 を流れるガスをバイパスするための測定管とを介して前記主排気部に接続さ れる副排気部により、 前記チャンバ内を排気し、
前記情報取得工程において、 前記測定管を流れる前記排気ガスから前記情 報を取得する、 ことを特徴とする請求項 1 4に記載の処理方法。
30 1 6 . .前記情報取得工程において、 赤外分光分析装置又は質量分析装置によ り、 前記所定物質の濃度を測定し、 前記制御工程において、 前記情報取得ェ 訂:Eされた用紙 (親則 程にて測定された前記濃度に基づいて前記処理を制御する、 ことを特徴とす る請求項 1 4に記載の処理方法。
1 7 . 内部に被処理体に収容するチヤンバ內に複数の処理ガスのうち 1の処 理ガスを所定時間供給するガス供給工程と、
5 前記チャンバに接続される主排気部により、 前記チャンバ内を所定の真空 圧力まで排気する第 1の排気工程と、 .
前記主排気部に接続される副排気部により、 前記チャンバ内を前記第 1の 排気工程により排気可能な圧力まで排気する第 2の排気工程と、
前記第 1の排気工程により前記チャンバから排気され前記主排気部と前記 10副排気部との間を流れる排気ガス中の前記処理ガスの量を測定する測定工程 と、
前記測定工程にて測定した前記処理ガスの量に基づいて、 前記ガス供給ェ 程における他の処理ガスの供給を制御する制御工程と、
を備える、 ことを特徴とする処理方法。
15 1 8 .内部に被処理体に収容するチャンバにて所定の処理を行う処理工程と、 前記チャンバ内を清浄化するためのクリーニングガスを供給して前記チヤ ンバ内をクリーニングするクリーニング工程と、
前記チャンバに接続される主排気部により、 前記チャンバ内を所定の真空 圧力まで排気する第 1の排気工程と、
20 前記主排気部に接続される副排気部により、 前記チャンパ内を前記第 1の 排気工程により排気可能な圧力まで排気する第 2の排気工程と、
前記第 1の排気工程により前記チャンバから排気され前記主排気部と前記 副排気部との間を流れる排気ガス中の汚染物質に関する情報を取得する情報 取得工程と、
25 前記情報取得工程にて取得した前記情報に基づいて、 前記チャンバ内の汚 染状態を判別して前記クリーニング工程における前記チャンバ内のクリーュ ングを制御する制御工程と、
を備える、 ことを特徴とする処理方法。
訂正された 紙 (規則 90
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