JP2004111691A - 半導体処理装置、半導体処理方法、半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の稼働率を向上させ、且つ、容器の本来の寿命に近い使用期間を実現できる半導体処理装置、半導体処理方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体処理装置は、プラズマを発生させてエッチングなどの半導体処理が行われる半導体処理室を構成するベルジャー１と、このベルジャー１に取付け治具２ａにより取付けられ、プラズマ発光体３の発光強度を検出するスペクトル検出器２と、このスペクトル検出器２で検出された発光強度からベルジャー１の交換時期を判断する制御部４と、を具備するものである。上記制御部４は、スペクトル検出器２で検出された発光強度からベルジャー１の厚さを測定し、該ベルジャー１の厚さが所定厚さ以下となった時、ベルジャー１の交換時期と判断するものである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを発生させて半導体処理が行われる半導体処理室を構成する容器を備えた半導体処理装置、半導体処理方法、半導体装置及びその製造方法関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスなどの半導体装置の製造では、ウエハなどの被処理物の上に所要の成膜を施し、これを所定のパターンに加工するプラズマエッチング処理が施される。このプラズマエッチング処理を実行するエッチング処理室は、その内壁や電極等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。
【０００３】
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、それが剥離して被処理物に付着してエッチング不良を招くことになる。そのため、エッチング処理室を構成するベルジャーはウエハの枚数カウント又はエッチング処理時間を基準として定期的にウエットクリーニング、ドライクリーニングなどを行っている。ここで、ウエットクリーニングは、装置からベルジャーを取り外し、このベルジャーを薬液などで洗浄するものである。ドライクリーニングは、装置からベルジャーを取り外さずにプラズマによりクリーニングするものである。
【０００４】
また、上述したプラズマエッチング処理を行うと石英からなるベルジャーも削られてしまうので、ウエットクリーニングのために装置からベルジャーを取り外した時、ベルジャーの厚みを測定して厚みの減少を計測し、一定のマージンを持った厚みのところをベルジャーの寿命としていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のプラズマエッチング処理装置では、ベルジャーの厚みを測定するには装置を停止しなければならないため、時間的なロスがあり、この時間的なロスによって装置の稼働率が低下し、スループットが低下することがある。
【０００６】
また、ベルジャーの厚みを測定する方法としては、測定する部分に超音波を当てて厚みを測定する方法と、測定する部分にクランプを挟んで直接厚みを測定する方法がある。超音波による測定方法には、測定する部分が平面でないと誤差が大きくなるという性質があり、ベルジャーの厚みを測定する部分は曲面であることが多いので、測定誤差が比較的に大きくなってしまう。また、クランプによる測定方法にも、測定する部分が平面でないと誤差が大きくなるという性質があるので、測定誤差が比較的に大きくなってしまう。このような理由から、ベルジャーの厚みを測定しても測定誤差を考慮しなければならないため、ベルジャーの本来の寿命より短い使用期間となってしまうことが多かった。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、装置の稼働率を向上させ、且つ、容器の本来の寿命に近い使用期間を実現できる半導体処理装置、半導体処理方法、半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体処理装置は、プラズマを発生させて半導体処理が行われる半導体処理室を構成する容器と、
この容器に取付けられ、プラズマ発光体の発光強度を検出する検出器と、
この検出器で検出された発光強度から容器の交換時期を判断する制御部と、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
上記半導体処理装置によれば、半導体処理を行う際に発生するプラズマ発光体の発光強度を検出器で検出し、この発光強度から容器の交換時期を制御部で判断することができる。このため、従来の半導体処理装置のように厚みを測定するために装置を停止し容器を取り外す必要がない。従って、装置の稼働率を向上させることができる。また、プラズマ発光体の発光強度を検出することにより容器の交換時期を判断しているため、従来技術の超音波による測定方法やクランプによる測定方法に比べて測定誤差を小さくすることができる。従って、容器の本来の寿命に近い使用期間を実現することができる。
【００１０】
また、本発明に係る半導体処理装置において、上記制御部は、検出器で検出された発光強度から容器の厚さを測定し、該容器の厚さが所定厚さ以下となった時、容器の交換時期と判断することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る半導体処理装置においては、上記半導体処理がエッチング加工処理であることも可能である。
【００１２】
本発明に係る半導体処理方法は、容器内でプラズマを発生させて半導体処理を行う半導体処理方法において、
半導体処理中の容器内のプラズマ発光体による発光スペクトルを容器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容器の交換時期を判断することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体処理方法において、上記容器の交換時期の判断は、上記測定した発光強度から容器の厚さを計測し、該容器の厚さが所定厚さ以下となった時、容器の交換時期と判断することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る半導体処理方法においては、上記半導体処理がエッチング加工処理であることも可能である。
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体処理装置を用いて半導体処理が行われて製造されたものである。
【００１６】
本発明に係る半導体装置は、請求項４〜６のうちいずれか１項に記載の半導体処理方法を用いて半導体処理が行われて製造されたものである。
【００１７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体処理装置を用いて半導体処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記半導体処理装置は、
プラズマを発生させて半導体処理が行われる半導体処理室を構成する容器と、
この容器に取付けられ、プラズマ発光体の発光強度を検出する検出器と、
この検出器で検出された発光強度から容器の交換時期を判断する制御部と、
を具備することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、上記制御部は、検出器で検出された発光強度から容器の厚さを測定し、該容器の厚さが所定厚さ以下となった時、容器の交換時期と判断することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、上記半導体処理がエッチング加工処理であることも可能である。
【００２０】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体処理方法を用いて半導体処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記半導体処理方法は、
容器内でプラズマを発生させて半導体処理を行う方法であり、
半導体処理中の容器内のプラズマ発光体による発光スペクトルを容器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容器の交換時期を判断することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、上記容器の交換時期の判断は、上記測定した発光強度から容器の厚さを計測し、該容器の厚さが所定厚さ以下となった時、容器の交換時期と判断することが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、上記半導体処理がエッチング加工処理であることも可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態による半導体処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置を示す構成図である。
【００２４】
このプラズマエッチング装置はプラズマエッチング処理室を構成する石英製のベルジャー１を有しており、このベルジャー１には、プラズマエッチング処理中に発生するイオン、ラジカル等のプラズマ発光体３を臨むようにスペクトル検出器２が取付け治具２ａによって取り付けられている。スペクトル検出器２は、ベルジャー１においてプラズマエッチング処理を行うことにより該ベルジャー１の厚さが薄くなり易い部分に配置されている。スペクトル検出器２には制御部４が接続されている。この制御部４は、後述するような制御を行い、ベルジャーの交換時期を判断する機能を有するものである。
【００２５】
スペクトル検出器２は、取付け治具２ａでベルジャー１に着脱可能に取付けられる。スペクトル検出器２はベルジャー１の内部において発生されるプラズマを観察できる任意の場所に設置される。この設置位置は下部電極（図示せず）と上部電極（図示せず）を横に見る位置に設置することで発生するプラズマを直接観察できるようにする。
【００２６】
ベルジャー１の内部及び外部の具体的な構造は図示していないが、例えば次のようになっている。ベルジャー内には平行平板電極である上部電極と下部電極とが対向して配置されている。下部電極は、エッチング対象の半導体ウエハを載置するステージとなるものである。上部電極はＧＮＤに接続されており、下部電極には高周波電力を印加する高周波電源が接続されている。高周波電源と下部電極との間には、半導体ウエハに加えられる高周波電力の整合をとるための整合器が設けられている。整合器は、直列に配線される可変コイルと、可変コンデンサとを有している。ベルジャー１の上部にはガス供給系が接続されており、ベルジャー１の下部には真空ポンプが接続されている。
【００２７】
スペクトル検出器２は、ベルジャー１の内部からのプラズマ発光スペクトルより特定波長光を分光する光学フィルター（モノクロメータ等、他の光学手段でもよい）と、光学フィルターで分光された特定波長光を光量に応じた電気信号に変換して発光強度を測定する光量測定器と、を備えている。制御部４は、この光量測定器に電気的に接続されており、出力値をデータ処理しベルジャー１の交換時期を検出するものである。
【００２８】
次に、上記プラズマエッチング装置を用いてエッチング加工を行う方法について説明する。
真空ポンプによりベルジャー１内を排気し、ガス供給系より一定流量のエッチング処理用ガスを供給してベルジャー１内を一定圧力に保つ。この状態において、高周波電源から下部電極に高周波電力を印加し、整合器で整合を取って上部電極と下部電極の間にプラズマを発生させ、下部電極上に設置した半導体ウエハをプラズマエッチングする。なお、エッチングされる半導体ウエハは、種々のものを用いることが可能であるが、例えば、シリコンウエハの全面にシリコン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜上にフォトレジスト膜をパターニングすることによりレジストパターンを形成したものである。
【００２９】
上記半導体ウエハをプラズマエッチングすることにより、イオン、ラジカル等のプラズマ発光体３が発生し、この発光体３から発せられるプラズマ発光スペクトルをベルジャー１の壁面から取り込み、スペクトル検出器２の光学フィルターを介して光量測定器に導入することにより、光学フィルターで選択した特定波長光の発光強度を検出する。そして、この発光強度からプラズマ発光の透過量を制御部で算出し、その結果からベルジャー１の厚みを外挿し、ベルジャーの寿命を決定する。
【００３０】
上述したようにして検出した発光強度とプラズマ処理時間との関係の一例を図２に示している。図２に示すプラズマ処理時間１〜５は、ベルジャー１の内部をドライクリーニングするタイミングを示すものである。ドライクリーニングを行う時期は、製品不良を招かない程度の製品に対するエッチング処理回数を予め設定しておいたものである。製品のエッチング処理を行う回数が増えるに従って、検出用窓２ａにくもりが生じるが、このくもりはドライクリーニングにより除去することができる。このため、同一のエッチング条件で同一のエッチング対象物をエッチングした場合、ベルジャー内のドライクリーニングを行った直後は発光強度が高く検出される。そして、またエッチング処理回数が増えるにつれてくもりが生じて発光強度が徐々に低く検出される。次に、再びドライクリーニングを行うと、発光強度が高く検出されるという繰り返しとなる。
【００３１】
ただし、製品のプラズマエッチング処理を行うに従って、ベルジャー１もエッチングされるので、ベルジャー１の厚さも徐々に薄くなる。ベルジャー１の厚さが薄くなると、プラズマ発光スペクトルがベルジャーの壁面を透過する量が多くなるので、スペクトル検出器２で検出される発光強度は高くなる。したがって、図２に示すように、発光強度はプラズマ処理時間が長くなるにつれて高くなる傾向を示すこととなる。そして、スペクトル検出器２で図２に示す所定の発光強度５を検出した時がベルジャー１の交換時期と判断するように制御部で設定しておく。この発光強度５は、エッチング処理によりベルジャー１の肉厚が減り、これ以上肉厚が減るとベルジャー１が割れる危険のある肉厚となった時の発光強度である。この発光強度５は、エッチング対象物やエッチング条件などによって異なるため、エッチング対象物及びエッチング条件ごとに実験などを行って予め確認し設定しておくことが好ましい。
【００３２】
上記実施の形態によれば、半導体ウエハをプラズマエッチングした際に発生するプラズマ発光体３によるプラズマ発光スペクトルをベルジャー１の壁面から取り込み、スペクトル検出器２により発光強度を検出する。この発光強度からプラズマ発光の透過量を算出し、その結果よりベルジャー１の厚みを測定することができる。このため、従来の半導体処理装置のように厚みを測定するために装置を停止しベルジャーを取り外す必要がない。従って、装置の稼働率を向上させることができ、スループットを向上させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、プラズマ発光スペクトルの強度を検出することによりベルジャーの厚みを測定しているため、従来技術の超音波による測定方法やクランプによる測定方法に比べて測定誤差を小さくすることができる。従って、ベルジャーの本来の寿命に近い使用期間を実現することができ、エッチング加工などの半導体処理のコストを低減することができる。
【００３４】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、本発明の半導体処理装置としてプラズマエッチング装置を用いているが、これに限定されるものではなく、プラズマを用いるものであれば他の半導体処理装置を用いることも可能である。
【００３５】
また、上記実施の形態では、本発明の半導体処理方法としてプラズマエッチング加工処理を用いているが、これに限定されるものではなく、プラズマを用いる半導体処理であれば他の半導体処理方法を用いることも可能である。
【００３６】
また、上記実施の形態では、半導体処理装置及び半導体処理方法について説明しているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前記半導体処理装置を用いて半導体処理を行うことにより半導体装置を製造することも可能であり、また、前記半導体処理方法を用いて半導体処理を行うことにより半導体装置を製造することも可能である。つまり、本発明に係る半導体装置は、前記半導体処理装置を用いて半導体処理が行われて製造されたものである。また、本発明に係る半導体装置は、前記半導体処理方法を用いて半導体処理が行われて製造されたものである。また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記半導体処理装置を用いて半導体処理を行う工程を有するものである。また、本発明に係る半導体処理装置は、前記半導体処理方法を用いて半導体処理を行う工程を有するものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体処理を行う際に発生するプラズマ発光体の発光強度を検出器で検出し、この発光強度から容器の交換時期を制御部で判断する。したがって、装置の稼働率を向上させ、且つ、容器の本来の寿命に近い使用期間を実現できる半導体処理装置、半導体処理方法、半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による半導体処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置を示す構成図である。
【図２】図１に示すスペクトル検出器で検出した発光強度とプラズマ処理時間との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…ベルジャー　　　　　　　　　　２…スペクトル検出器
２ａ…取付け治具　　　　　　　　　３…プラズマ発光体
４…制御部　　　　　　　　　　　　５…所定の発光強度

Claims (14)

1. プラズマを発生させて半導体処理が行われる半導体処理室を構成する容器と、
   この容器の外部に取付けられ、半導体処理中のプラズマ発光体の発光強度を検出する検出器と、
   この検出器で検出された発光強度から容器の交換時期を判断する制御部と、
   を具備することを特徴とする半導体処理装置。
2. 上記制御部は、検出器で検出された発光強度から容器の厚さを測定し、該容器の厚さが所定厚さ以下となった時、容器の交換時期と判断することを特徴とする請求項１に記載の半導体処理装置。
3. 上記半導体処理がエッチング加工処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体処理装置。
4. 容器内でプラズマを発生させて半導体処理を行う半導体処理方法において、
   半導体処理中の容器内のプラズマ発光体による発光スペクトルを容器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容器の交換時期を判断することを特徴とする半導体処理方法。
5. 上記容器の交換時期の判断は、上記測定した発光強度から容器の厚さを計測し、該容器の厚さが所定厚さ以下となった時、容器の交換時期と判断することを特徴とする請求項４に記載の半導体処理方法。
6. 上記半導体処理がエッチング加工処理であることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体処理方法。
7. 請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体処理装置を用いて半導体処理が行われて製造された半導体装置。
8. 請求項４〜６のうちいずれか１項に記載の半導体処理方法を用いて半導体処理が行われて製造された半導体装置。
9. 半導体処理装置を用いて半導体処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
   上記半導体処理装置は、
   プラズマを発生させて半導体処理が行われる半導体処理室を構成する容器と、
   この容器の外部に取付けられ、半導体処理中のプラズマ発光体の発光強度を検出する検出器と、
   この検出器で検出された発光強度から容器の交換時期を判断する制御部と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 上記制御部は、検出器で検出された発光強度から容器の厚さを測定し、該容器の厚さが所定厚さ以下となった時、容器の交換時期と判断することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 上記半導体処理がエッチング加工処理であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 半導体処理方法を用いて半導体処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
    上記半導体処理方法は、
    容器内でプラズマを発生させて半導体処理を行う方法であり、
    半導体処理中の容器内のプラズマ発光体による発光スペクトルを容器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容器の交換時期を判断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 上記容器の交換時期の判断は、上記測定した発光強度から容器の厚さを計測し、該容器の厚さが所定厚さ以下となった時、容器の交換時期と判断することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 上記半導体処理がエッチング加工処理であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体装置の製造方法。

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