JP2002151475A - Method for monitoring thin film processing and thin film processing apparatus - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus of thin film processing wherein the thin film processing state can be grasped accurately in the production process of semiconductor. SOLUTION: Radicals are fed into a processing container 1 from a plasma generation source 6 coupled with the outer section of the processing container 1 through a line and exhaust gas is introduced from the processing container 1 into a plasma discharge mechanism 13. Under conditions where the exhaust gas is discharged again, high frequency voltage and current are measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いた
半導体の製造プロセス等に用いられている薄膜処理モニ
タリング方法と薄膜処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film processing monitoring method and a thin film processing apparatus used in a semiconductor manufacturing process using plasma.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体製造プロセスでは、薄膜の処理工
程で各種の薄膜処理装置が用いられている。例えば、プ
ラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）装置や熱ＣＶＤ装置等の化学気相成長
法を用いた薄膜堆積装置では、原料ガスとして、モノシ
ラン（Ｓ_ｉＨ_４）ガス、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈ
ｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）ガス、有機金属
化合物のガス、等を用い、これらの原料ガスを反応容器
内に供給し、半導体基板の表面に絶縁膜や金属膜の薄膜
の堆積を行っている。これらの薄膜堆積装置では、成膜
処理により処理容器の内壁や基板支え等の半導体基板の
表面以外にも膜が堆積してしまう。これらの意図しない
部分の堆積膜は、パーティクル発生源となり、半導体基
板の表面に付着することで、半導体装置の欠陥の原因と
なってしまう。2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, various thin film processing apparatuses are used in a thin film processing step. For example, plasma CVD (Chemical Vapor Dep)
In thin film deposition apparatus using the osition) chemical vapor deposition method such as device or a thermal CVD apparatus, a raw material gas, monosilane _(S i _{H 4)} gas, TEOS (Tetra Eth
yl Ortho Silicate) gas, an organic metal compound gas, or the like is used to supply these source gases into the reaction vessel to deposit a thin film of an insulating film or a metal film on the surface of the semiconductor substrate. In these thin film deposition apparatuses, a film is deposited on a surface other than the surface of a semiconductor substrate such as an inner wall of a processing container or a substrate support by a film forming process. These unintended portions of the deposited film become a source of particles and adhere to the surface of the semiconductor substrate, thereby causing a defect of the semiconductor device.

【０００３】そのため、薄膜堆積装置では前述の意図し
ない不要な堆積膜を除去する、クリーニング処理が必要
となっている。For this reason, the thin film deposition apparatus requires a cleaning process for removing the undesired unnecessary deposited film.

【０００４】従来の手法では、処理容器の内壁等のクリ
ーニング処理には、薬液を用いたウエットクリーニング
処理が定期的に行われていた。この方法では、処理容器
の内部を外部から持ち込んだ薬液でクリーニングするた
めに、真空の処理容器を大気開放する。そのために装置
メンテナンスから復帰までに要する時間が長く、生産性
向上に対して好ましくない問題があった。In the conventional method, a wet cleaning process using a chemical is regularly performed for cleaning the inner wall of the processing container. In this method, a vacuum processing container is opened to the atmosphere in order to clean the inside of the processing container with a chemical solution brought in from the outside. For this reason, there is a problem that the time required from the maintenance of the apparatus to the return is long, which is not preferable for improving the productivity.

【０００５】そこで、近年では、定期的なクリーニング
手法として、反応性ガスを用いた、インサイチュクリー
ニングが用いられるようになってきている。Therefore, in recent years, in situ cleaning using a reactive gas has been used as a periodic cleaning method.

【０００６】このインサイチュクリーニングでは、処理
容器の大気開放を伴わないので、復帰までに要する時間
が短く、生産性が大きく向上している。[0006] In this in-situ cleaning, since the processing container is not opened to the atmosphere, the time required for restoration is short, and the productivity is greatly improved.

【０００７】ただ、このインサイチュクリーニングで
は、クリーニング処理が過多であると、フッ素等のハロ
ゲンを含んだ活性なイオンが処理容器の内壁等の部材を
オーバエッチングしてしまい、クリーニング処理によ
り、処理容器の内壁等の部材を損傷させてしまう結果と
なる。したがって、インサイチュクリーニング処理にお
いては、その処理時間を的確に制御する必要がある。However, in this in-situ cleaning, if the cleaning process is excessive, active ions containing halogen such as fluorine overetch the members such as the inner wall of the processing container, and the cleaning process causes This results in damage to members such as the inner wall. Therefore, in the in-situ cleaning process, it is necessary to precisely control the process time.

【０００８】従来、この制御方法としては、処理プラズ
マの発光から、特定波長における発光強度変化を用い
て、クリーニング処理の終点を算出していたが、この手
法では、発光に寄与する部分の堆積膜の量に依存してい
る。そのために、処理容器内の全部分に対してその終点
を求めることにならず、どうしてもオーバエッチング気
味にクリーニング処理を行う必要があり、十分に処理容
器の内部の部材損傷を防ぐことはできなかった。Conventionally, as this control method, the end point of the cleaning process is calculated from the emission of the processing plasma by using the emission intensity change at a specific wavelength. However, in this method, the deposited film in the portion contributing to the emission is calculated. Depends on the amount of Therefore, it is not necessary to find the end point for all the parts in the processing container, and it is necessary to perform the cleaning treatment in a slightly over-etching manner, and it was not possible to sufficiently prevent damage to members inside the processing container. .

【０００９】これらの事情から、近年、クリーニングプ
ラズマを処理容器内で直接発生させずに、処理容器と分
離した部分でクリーニングガスのプラズマを発生させ
て、生成したラジカルを含む活性ガスを処理容器内に導
き、ラジカルのみによりエッチング反応をおこさせる、
リモートプラズマを用いたクリーニングが用いられてい
る。Under these circumstances, in recent years, a cleaning gas plasma is generated in a portion separated from the processing container without directly generating the cleaning plasma in the processing container, and the generated active gas containing radicals is generated in the processing container. To cause an etching reaction only by radicals,
Cleaning using remote plasma is used.

【００１０】図６は、このリモートプラズマを用いたク
リーニング機構付きの薄膜処理装置の一例を示す模式図
である。処理容器７１は、外側に高周波コイルのアンテ
ナ７２が配置され、内部に被処理体 を支持する支持部
７４が設けられた密閉容器に形成されている。また、処
理容器７１の天井に成膜ガス導入系の管路７５が接続さ
れ、又底部には排気経路７６の管路が接続されている。
この排気経路７６には排気装置７７と除害装置７８が接
続されている。また、処理容器７１の側壁には、クリー
ニングプラズマ発生機構７９から延在したクリーニング
ガス導入配管８０が接続されている。FIG. 6 is a schematic view showing an example of a thin film processing apparatus having a cleaning mechanism using the remote plasma. The processing container 71 is formed in a closed container in which an antenna 72 of a high-frequency coil is arranged on the outside and a support portion 74 for supporting the object to be processed is provided inside. Further, a pipe 75 of a film formation gas introduction system is connected to the ceiling of the processing container 71, and a pipe of an exhaust path 76 is connected to the bottom.
An exhaust device 77 and an abatement device 78 are connected to the exhaust path 76. Further, a cleaning gas introduction pipe 80 extending from the cleaning plasma generating mechanism 79 is connected to a side wall of the processing container 71.

【００１１】これらの構成により、クリーニングプラズ
マ発生機構７９でプラズマを発生させそのラジカルを処
理容器７１の内部に流入させて、処理容器７１の内部で
Ｃ_２Ｆ_６やＮＦ_３等のハロゲン原子を含んだクリーニン
グガスを放電させて、処理容器７１の内壁や支持部７４
等の部分の堆積膜をエッチング除去している。With these configurations, a plasma is generated by the cleaning plasma generating mechanism 79, and its radicals are caused to flow into the processing vessel 71, thereby containing halogen atoms such as C ₂ F ₆ and NF ₃ inside the processing vessel 71. By discharging the cleaning gas, the inner wall and the support portion 74 of the processing container 71 are discharged.
Are removed by etching.

【００１２】この方法では、処理容器７１の内部ではイ
オンによる損傷が発生せず、処理容器７１の内部の部材
のライフを延長させる効果がある。According to this method, damage due to ions does not occur inside the processing container 71, and there is an effect of extending the life of members inside the processing container 71.

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
リモートプラズマを用いる方法では、ラジカルのみでエ
ッチング除去を行うため、クリーニング処理時間は従来
の手法に比べ長くなり、その分クリーニングガスを多く
消費することになる。ところで、処理時間を短くするた
め、ラジカル発生の効率が良いが非常に高価なＮＦ_３ガ
スを用いることが多く、クリーニング処理に要するコス
トは従来よりも高くなっている。However, in the above-described method using remote plasma, since etching is removed only by radicals, the cleaning processing time is longer than that of the conventional method, and a large amount of cleaning gas is consumed. become. By the way, in order to shorten the processing time, NF ₃ gas, which has high efficiency of radical generation but is very expensive, is often used, and the cost required for the cleaning process is higher than before.

【００１４】また、このクリーニングにおいても、クリ
ーニング処理の的確な制御が必要であるが、堆積膜の存
在する部分ではプラズマ発光しないため、発光による終
点検出が困難で、現状の方法ではクリーニング終点を正
確に検出することはできない。In this cleaning, precise control of the cleaning process is necessary. However, since plasma emission is not performed in the portion where the deposited film exists, it is difficult to detect the end point by light emission. Cannot be detected.

【００１５】本発明はこれらの事情にもとずいてなされ
たもので、半導体の製造プロセス等で、薄膜処理の状態
を正確に把握できる薄膜処理モニタリング方法と薄膜処
理装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of these circumstances, and an object of the present invention is to provide a thin film processing monitoring method and a thin film processing apparatus which can accurately grasp the state of thin film processing in a semiconductor manufacturing process or the like. I have.

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、処理容器内における薄膜処理の状態をモニ
タリングする薄膜処理モニタリング方法において、前記
処理容器からの排気ガスを放電させ、高周波電圧及び高
周波電流の少なくとも一方を測定することにより薄膜処
理の状態をモニタリングする薄膜処理モニタリング方法
である。According to the first aspect of the present invention, there is provided a thin film processing monitoring method for monitoring a state of a thin film processing in a processing chamber, wherein an exhaust gas from the processing chamber is discharged, And a thin film processing monitoring method for monitoring a state of the thin film processing by measuring at least one of a high frequency current and a high frequency current.

【００１７】また請求項２の発明による手段によれば、
測定した前記高周波電圧と高周波電流からプラズマイン
ピーダンスを算出して薄膜処理の終点を検出することを
特徴とする薄膜処理モニタリング方法である。According to the second aspect of the present invention,
A method for monitoring thin film processing, comprising calculating plasma impedance from the measured high frequency voltage and high frequency current to detect an end point of thin film processing.

【００１８】また請求項３の発明による手段によれば、
前記薄膜処理は、前記処理容器内のクリーニング処理で
あることを特徴とする薄膜処理モニタリング方法であ
る。According to the third aspect of the present invention,
The thin film processing is a cleaning processing of the inside of the processing container, and is a thin film processing monitoring method.

【００１９】また請求項４の発明による手段によれば、
前記薄膜処理は、前記処理容器内に載置された被処理体
に対するエッチング処理或いはアッシング処理であるこ
とを特徴とする薄膜処理モニタリング方法である。According to the means of the invention of claim 4,
The thin film processing is a thin film processing monitoring method, wherein the processing object is an etching process or an ashing process for an object placed in the processing container.

【００２０】また請求項５の発明による手段によれば、
処理容器と、この処理容器に接続された排気経路と、該
排気経路中に設けられ、排気ガスをプラズマ化する放電
機構と、該放電機構における高周波電圧及び高周波電流
の少なくとも一方を検出する検出機構とを有することを
特徴とする薄膜処理装置である。According to the fifth aspect of the present invention,
A processing vessel, an exhaust path connected to the processing vessel, a discharge mechanism provided in the exhaust path to convert the exhaust gas into plasma, and a detection mechanism for detecting at least one of a high-frequency voltage and a high-frequency current in the discharge mechanism And a thin film processing apparatus comprising:

【００２１】また請求項６の発明による手段によれば、
前記検出機構により検出した高周波電圧及び高周波電流
により、前記放電機構におけるプラズマインピーダンス
を算出し、前記処理容器内での薄膜処理の終点を検出す
る終点検出手段を有することを特徴とする薄膜処理装置
である。According to the means of the invention of claim 6,
A thin-film processing apparatus comprising: a high-frequency voltage and a high-frequency current detected by the detection mechanism, calculate a plasma impedance in the discharge mechanism, and an end point detection unit that detects an end point of the thin film processing in the processing container. is there.

【００２２】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００２３】図１は、本発明の薄膜堆積装置の模式図で
ある。この薄膜堆積装置は、誘導結合型のプラズマ源を
用いている。処理容器１の外側には高周波コイルのアン
テナ２が配置され、アンテナ２を流れるＲＦ電流により
誘導電界を発生させて、プラズマを生成させている。FIG. 1 is a schematic view of a thin film deposition apparatus according to the present invention. This thin film deposition apparatus uses an inductively coupled plasma source. An antenna 2 of a high-frequency coil is disposed outside the processing container 1, and an induced electric field is generated by an RF current flowing through the antenna 2 to generate plasma.

【００２４】処理容器１は密閉容器で、内部には被処理
体を支持する支持部４が設けられ、天井部に成膜ガス導
入管路５が接続されている。また、側壁にはクリーニン
グプラズマ発生機構６から導かれたクリーニングガス導
入配管７が接続されている。なお、クリーニングプラズ
マ発生機構６は、処理容器１の内部でプラズマを発生さ
せるのではなく、クリーニングプラズマ発生機構６の内
部でプラズマを発生させ、そのラジカルを処理容器１の
内部に導いて作用させるリモートプラズマを用いた方式
である。なお、プラズマ源として、電極間で発生するＲ
Ｆ電界を用いてプラズマを生成する容量結合型プラズマ
源を用いている。The processing vessel 1 is a hermetically sealed vessel, in which a support 4 for supporting an object to be processed is provided, and a film forming gas introduction pipe 5 is connected to the ceiling. Further, a cleaning gas introduction pipe 7 led from the cleaning plasma generating mechanism 6 is connected to the side wall. The cleaning plasma generating mechanism 6 does not generate plasma inside the processing chamber 1 but generates plasma inside the cleaning plasma generating mechanism 6 and guides its radicals to the inside of the processing chamber 1 to act thereon. This is a method using plasma. Note that, as a plasma source, R
A capacitively coupled plasma source that generates plasma using an F electric field is used.

【００２５】さらに、処理容器１の底部には、排気系の
排気管路９が接続されている。この排気管路９は分岐し
て排気ガスを分流する分岐管路１１が設けられている。
排気管路９には順次、真空ポンプ等で形成された排気装
置１０と、この排気装置１０で排気された排気ガスを導
いて除害処理を施す除害装置１２が接続されている。一
方、分岐管路１１にはプラズマ放電機構１３が設けら
れ、プラズマ放電機構１３の出口側の管路は分岐した元
の排気管路９に排気装置１０の前で合流するように接続
されている。プラズマ放電機構１３のプラズマ源も容量
結合型のプラズマ源を用いている。Further, an exhaust pipe 9 of an exhaust system is connected to the bottom of the processing vessel 1. The exhaust pipe 9 is provided with a branch pipe 11 for branching and branching the exhaust gas.
The exhaust pipe 9 is sequentially connected to an exhaust device 10 formed by a vacuum pump or the like, and an abatement device 12 for conducting an abatement process by guiding the exhaust gas exhausted by the exhaust device 10. On the other hand, the branch pipe 11 is provided with a plasma discharge mechanism 13, and the outlet pipe of the plasma discharge mechanism 13 is connected to the original branched exhaust pipe 9 in front of the exhaust device 10. . The plasma source of the plasma discharge mechanism 13 is also a capacitively coupled plasma source.

【００２６】また、プラズマ放電機構１３には、プラズ
マインピーダンス検出機構１４と高周波電源１５が接続
されている。プラズマインピーダンス検出機構１４に
は、高周波電流と高周波電圧を検出する手段と、それら
により検出された高周波電流と高周波電圧からプラズマ
インピーダンスを算出するための信号処理回路部（終点
検出手段）を具え、それらにより、クリーニング処理中の
排気ガスのプラズマのインピーダンスの変化を検出し、
クリーニングの終点検出をおこなっている。The plasma discharge mechanism 13 is connected to a plasma impedance detection mechanism 14 and a high-frequency power supply 15. The plasma impedance detection mechanism 14 includes means for detecting a high-frequency current and a high-frequency voltage, and a signal processing circuit unit (end-point detection means) for calculating plasma impedance from the high-frequency current and the high-frequency voltage detected thereby. By detecting the change in the impedance of the plasma of the exhaust gas during the cleaning process,
The end point of cleaning is detected.

【００２７】これらの構成により、処理容器１の内部で
は、クリーニングプラズマ発生機構６で発生したプラズ
マのラジカルを導入して、リモートプラズマを用いたク
リーニングをおこなっている。With these configurations, cleaning using remote plasma is performed inside the processing chamber 1 by introducing radicals of the plasma generated by the cleaning plasma generating mechanism 6.

【００２８】すなわち、支持部４で支持した半導体基板
や液晶用ガラス基板などの基板（被処理体）への薄膜堆
積の際には高周波コイルのアンテナ２によりプラズマを
発生させ、その状態でＳ_ｉＨ_４ガスやＴＥＯＳガスを、
成膜ガス導入管路５を通して処理容器１に導き、基板３
に所望の薄膜を堆積させる。ただ、その際に、基板３以
外の支持部４や処理容器１の内壁にも堆積膜が付着す
る。そのため、基板３以外に付着した堆積膜を除去する
ために、処理容器１の内部を定期的にクリーニングをお
こなっている。[0028] That is, when the thin film deposition on a substrate such as a semiconductor substrate or a glass substrate for liquid crystal which is supported by a supporting unit 4 (workpiece) generates a plasma by the antenna 2 of the radio frequency coil, S _i in the state the H ₄ gas and TEOS gas,
The substrate 3 is led to the processing vessel 1 through the film formation gas introduction pipe 5 and
A desired thin film. However, at this time, the deposited film also adheres to the support portion 4 other than the substrate 3 and the inner wall of the processing container 1. For this reason, the inside of the processing container 1 is periodically cleaned in order to remove the deposited film attached to portions other than the substrate 3.

【００２９】インサイチュクリーニングを行う場合に
は、処理容器１と分離した部分に設置されたクリーニン
グプラズマ発生機構６で、Ｃ_２Ｆ_６やＮＦ_３等のクリー
ニングガスを活性化させてプラズマを発生させる。生成
したラジカルを含む活性ガスは、クリーニングガス導入
配管７を通して処理容器１の内部に導かれ、処理容器１
の内部の不要な堆積膜をエッチング除去してクリーニン
グする。その際、排気ガスは排気管路９を通って処理容
器１の外に排出される。In the case of performing in-situ cleaning, a cleaning gas such as C ₂ F ₆ or NF ₃ is activated by a cleaning plasma generating mechanism 6 installed in a portion separated from the processing container 1 to generate plasma. The active gas containing the generated radicals is guided into the processing vessel 1 through the cleaning gas introduction pipe 7, and the processing vessel 1
Unnecessary deposited film inside is removed by etching to clean. At that time, the exhaust gas is exhausted out of the processing container 1 through the exhaust pipe 9.

【００３０】一方、排気管路９を分流し、分岐配管１１
を流れる排気ガスは、プラズマが発生している状態のプ
ラズマ放電機構１３に流入する。その状態で、プラズマ
インピーダンス検出機構１４により高周波電流と高周波
電圧が検出される。それらの結果から信号処理部でプラ
ズマインピーダンスが算出される。この算出されたプラ
ズマインピーダンスの変化を検出してクリーニング処理
の終点を検出する。On the other hand, the exhaust pipe 9 is divided and the branch pipe 11
Exhaust gas flows into the plasma discharge mechanism 13 where plasma is generated. In this state, the high-frequency current and the high-frequency voltage are detected by the plasma impedance detection mechanism 14. From these results, the plasma impedance is calculated by the signal processing unit. The end point of the cleaning process is detected by detecting the change in the calculated plasma impedance.

【００３１】図２は、クリーニング処理中の排気ガス成
分変化とプラズマインピーダンス変化との関係を説明す
るグラフである。このグラフにおいて、クリーニングの
終点は、別途、予めクリーニング処理時間を変化させた
実験を行い、その都度、処理容器の内部を観察して堆積
膜の残留の有無を確認することでクリーニング処理の終
点時間を求めた。また、プラズマインピーダンスは、前
述のインピーダンス検出機構より求めた。排気ガス中の
成分変化については、排気系の一部より排気ガスをサン
プリングし質量分析計を用いてガス成分を測定した。FIG. 2 is a graph for explaining the relationship between the change in the exhaust gas component and the change in the plasma impedance during the cleaning process. In this graph, the end point of the cleaning is determined by separately conducting an experiment in which the cleaning processing time is changed in advance and checking the inside of the processing container for the presence or absence of the deposited film every time. I asked. Further, the plasma impedance was obtained by the above-described impedance detection mechanism. Regarding the change in components in the exhaust gas, the exhaust gas was sampled from a part of the exhaust system, and the gas components were measured using a mass spectrometer.

【００３２】図２のグラフでは、成膜ガスに、Ｓ
_ｉＨ_４、Ｏ_２を用いた上述の図１に示した薄膜堆積装置
において、ＮＦ_３ガスを用いたリモートプラズマによる
クリーニング処理を行った場合の、終点検出を行なった
例を示している。In the graph of FIG. 2, S is used as the film forming gas.
_In the thin film deposition apparatus shown in FIG. 1 described above using iH ₄ and O ₂ , an example is shown in which an end point is detected when a cleaning process is performed by remote plasma using NF ₃ gas.

【００３３】典型的な実験条件としては、クリーニング
プラズマ発生機構６によるクリーニングプラズマの条件
は、ＮＦ_３流量は３０００ｓｃｃｍ、Ａｒ流量はは１０
０ｓｃｃｍ、マイクロ波出力は３０００Ｗ、圧力は２６
０Ｐａである。一方、プラズマ放電機構１３による排気
ガスプラズマは、高周波出力２００Ｗで放電させた。な
お、グラフ中の横軸は処理開始からの時間、縦軸はプラ
ズマインピーダンス及び排気ガス成分変化量を示してい
る。As typical experimental conditions, the conditions of the cleaning plasma by the cleaning plasma generating mechanism 6 are as follows: NF ₃ flow rate is 3000 sccm, Ar flow rate is 10
0 sccm, microwave power 3000 W, pressure 26
0 Pa. On the other hand, the exhaust gas plasma generated by the plasma discharge mechanism 13 was discharged at a high frequency output of 200 W. The horizontal axis in the graph indicates the time from the start of the process, and the vertical axis indicates the plasma impedance and the amount of change in the exhaust gas component.

【００３４】なお、排気ガス成分変化量は、基準ガスＡ
ｒの質量イオン強度に対するエッチング生成物Ｓ_ｉＦ_４
の質量イオン強度の比を示している。The amount of change in the exhaust gas component is based on the reference gas A
Etch product S _i F ₄ for mass ionic strength of r
2 shows the ratio of the mass ion intensity of

【００３５】このグラフで示すように、処理容器１に対
するクリーニング開始からクリーニング終点までの区間
Ａでは、排気ガス成分が一定しており、また、プラズマ
インピーダンスも、ある値の一定値を示している。As shown in this graph, in the section A from the start of cleaning of the processing container 1 to the end point of cleaning, the exhaust gas component is constant, and the plasma impedance also shows a certain constant value.

【００３６】次に、クリーニング終点以降の区間Ｂでは
排気ガス成分中のＳ_いＦ_４成分が無くなるため、排気ガ
ス成分が変動する。また、プラズマインピーダンスも変
化している。この変化を検知したプラズマインピーダン
スを、例えば、微分処理してみるとその変化点は、明瞭
に区間Ａと区間Ｂの境界であり、クリーニング終点と一
致することがわかる。Next, since the S _have F ₄ components in the exhaust gas components in the subsequent cleaning endpoint section B is eliminated, the exhaust gas component varies. Also, the plasma impedance has changed. When the plasma impedance that has detected this change is subjected to, for example, differential processing, the change point is clearly the boundary between the sections A and B, and it can be seen that the change point coincides with the cleaning end point.

【００３７】この実験で確認できた内容から、本発明の
方法によるクリーニング排気ガスのプラズマインピーダ
ンス変化を検出することで、クリーニング処理の終点を
的確に検知できることがわかる。From the contents confirmed in this experiment, it is understood that the end point of the cleaning process can be accurately detected by detecting the change in the plasma impedance of the cleaning exhaust gas according to the method of the present invention.

【００３８】図３は、プラズマインピーダンスの検出か
らクリーニング終点の算出、クリーニング処理の制御を
説明するブロック図である。なお、薄膜堆積装置の各部
の構成については、図１を援用しているので、その符号
を用いれる個所は用いている。FIG. 3 is a block diagram for explaining the calculation of the cleaning end point from the detection of the plasma impedance and the control of the cleaning process. The configuration of each part of the thin film deposition apparatus is shown in FIG. 1, and the parts using the reference numerals are used.

【００３９】処理容器１に対するクリーニング工程で
は、装置制御部１７の制御によってクリーニングプラズ
マ発生機構６でプラズマを発生させて、発生したラジカ
ルを処理容器１の内部に導きエッチング処理により、処
理容器１の内壁等に付着している堆積膜のクリーニング
処理を行なう。このクリーニング処理の際に処理容器１
からの排気管路９の排気ガスを分岐配管１１に分流して
プラズマが発生しているプラズマ放電機構１３に導く。
プラズマ放電機構１３の内部の状態は、プラズマインピ
ーダンス検出機構１４で検出される。すなわち、プラズ
マインピーダンス機構１４では、高周波電流・電圧検出
機構１４ａで、高周波電流と高周波電圧を検出し、その
検出結果から、信号処理手段１４ｂによりプラズマイン
ピーダンスを算出する。この算出した結果を経時的に監
視し、インピーダンスの変化量を検知してクリーニング
終点と判定する。この判定結果を装置の制御部１７にフ
ィードバックすることで、クリーニング処理の的確な制
御が可能となる。In the cleaning step for the processing container 1, plasma is generated by the cleaning plasma generating mechanism 6 under the control of the apparatus control unit 17, and the generated radicals are guided into the processing container 1, and the inner wall of the processing container 1 is etched by the etching process. The cleaning process of the deposited film adhering to, for example, is performed. In this cleaning process, the processing container 1
The exhaust gas from the exhaust pipe 9 is diverted to the branch pipe 11 and guided to the plasma discharge mechanism 13 where plasma is generated.
The state inside the plasma discharge mechanism 13 is detected by a plasma impedance detection mechanism 14. That is, in the plasma impedance mechanism 14, the high-frequency current / voltage detection mechanism 14a detects the high-frequency current and the high-frequency voltage, and the signal processing unit 14b calculates the plasma impedance from the detection result. The calculated result is monitored over time, and the amount of change in impedance is detected to determine the cleaning end point. By feeding back the result of the determination to the control unit 17 of the apparatus, it is possible to control the cleaning process accurately.

【００４０】また、上述のクリーニング処理の制御で、
精度のよい信号測定のために、高周波電流・電圧検出機
構１４ａにノイズフィルターを設けることも有る。In the control of the cleaning process described above,
For accurate signal measurement, a noise filter may be provided in the high-frequency current / voltage detection mechanism 14a.

【００４１】また、プラズマ放電機構１３は、図４に構
造模式図を示す構造のものを用いることもできる。この
プラズマ放電機構１３は高周波を用いた誘導結合放電タ
イプの放電機構で、誘電体２１の外部に高周波を印加さ
せる高周波コイル２２を具え、この高周波コイル２２か
ら誘導された誘導磁場と電場により、誘電体２１の内側
の排気ガスが流れる放電空間２３において誘導プラズマ
を発生させる。また、高周波コイル２２には高周波電源
２５と高周波整合器および高周波電流と高周波電圧を検
出する手段２４が接続されており、誘導プラズマのイン
ピーダンスが検出できるように構成されている。The plasma discharge mechanism 13 may have a structure shown in FIG. The plasma discharge mechanism 13 is a discharge mechanism of an inductively coupled discharge type using a high frequency. The plasma discharge mechanism 13 includes a high frequency coil 22 for applying a high frequency to the outside of the dielectric 21. Induction plasma is generated in a discharge space 23 in which exhaust gas flows inside the body 21. The high-frequency coil 22 is connected to a high-frequency power supply 25, a high-frequency matching device, and a means 24 for detecting a high-frequency current and a high-frequency voltage, so that the impedance of the induced plasma can be detected.

【００４２】以上に述べたように、本発明のクリーニン
グの終点検出は、クリーニング処理中の排気ガスを用い
るもので、堆積膜がエッチングされているときと、堆積
膜が完全に除去されたときとで、排気ガス成分が変化す
ることを利用したものである。つまり、クリーニング処
理中の排気ガスを放電させて、そのガス成分変化をプラ
ズマインピーダンスの変化として検出することで、堆積
膜がエッチングされている状態と、堆積膜が無くなり完
全に除去された状態を正確に検出することが可能とな
る。これにより、クリーニング処理の終点を正確に検出
して、クリーニングの正確な制御が可能となる。As described above, the end point of the cleaning of the present invention is detected by using the exhaust gas during the cleaning process, and when the deposited film is etched and when the deposited film is completely removed. This utilizes the fact that the exhaust gas component changes. In other words, by discharging the exhaust gas during the cleaning process and detecting the change in the gas component as a change in the plasma impedance, the state in which the deposited film is etched and the state in which the deposited film is lost and completely removed are accurately determined. Can be detected. As a result, the end point of the cleaning process can be accurately detected, and the cleaning can be accurately controlled.

【００４３】また、本発明の上述のクリーニング処理の
制御手法では、クリーニング処理毎に、その終点を検知
しているため、クリーニング処理のばらつきにより生じ
る最適処理時間の変化や、薄膜堆積条件の変更による処
理容器の内部の堆積膜の増加や減少による最適処理時間
の変化に対しても、その都度、的確にクリーニングの終
点を検知して装置制御系にフィードバックしている。そ
れにより、的確なクリーニング処理を常に達成すること
ができる。In the above-described cleaning control method of the present invention, the end point of each cleaning process is detected, so that the optimum processing time changes due to variations in the cleaning process and the thin film deposition conditions change. For each change in the optimum processing time due to the increase or decrease of the deposited film inside the processing container, the end point of cleaning is accurately detected and fed back to the apparatus control system each time. Thereby, an accurate cleaning process can always be achieved.

【００４４】それらにより、クリーニング処理時間の過
少および過多を防止することができ、パーティクルの発
生を抑え、かつ、コストを増大させずに必要最低限のク
リーニング処理が可能となる。Accordingly, it is possible to prevent the cleaning processing time from becoming too short or too long, to suppress the generation of particles, and to perform the minimum necessary cleaning processing without increasing the cost.

【００４５】また、本発明は、クリーニングの終点検出
だけではなく、成膜工程でも排気ガスの状態をモニタす
ることができるので、例えば、排気ガスの成分比を、予め
設定している基準値と比較することにより、成膜工程で
の異常検出等の検出を行なうこともできる。Further, according to the present invention, since the state of the exhaust gas can be monitored not only at the end point of the cleaning but also in the film forming process, for example, the component ratio of the exhaust gas can be compared with a predetermined reference value. By performing the comparison, it is also possible to perform detection such as abnormality detection in the film forming process.

【００４６】次に、本発明の終点検出をエッチング装置
に適用した場合について説明する。図５は、ダウンフロ
ー形のエッチング装置を示す概略図である。Next, a case where the end point detection of the present invention is applied to an etching apparatus will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing a downflow type etching apparatus.

【００４７】ガス導入部４１を有する誘電体からなる放
電管４２は、例えばポリテトラフルオロエチレンからな
る輸送管４３を介して処理容器４４に連結されている。
マイクロ波を放電管４２に照射するための導波管４５
は、放電管４２に連結されている。なお、ガス導入部４
１を有する放電管４２および導波管４５により励起機構
が構成される。拡散板４６は、輸送管４３の出口近傍の
処理容器４４内に配置されている。排気管４７は、処理
容器４４の底部に連結されている。支持部４８は、処理
容器４４内に配置されている。A discharge tube 42 made of a dielectric having a gas introduction part 41 is connected to a processing vessel 44 via a transport tube 43 made of, for example, polytetrafluoroethylene.
Waveguide 45 for irradiating microwave to discharge tube 42
Are connected to a discharge tube 42. In addition, gas introduction part 4
An excitation mechanism is constituted by the discharge tube 42 having 1 and the waveguide 45. The diffusion plate 46 is disposed in the processing container 44 near the outlet of the transport pipe 43. The exhaust pipe 47 is connected to the bottom of the processing container 44. The support section 48 is disposed inside the processing container 44.

【００４８】このダウンフロー形のエッチング装置を用
いてのドライエッチング方法を説明する。まず、表面に
高融点金属薄膜が被覆され、かつ薄膜にレジストパター
ンが形成された半導体基板や液晶用ガラス基板などの基
板（被処理体）４８を支持部４８上に載置する。つづい
て、排気管４７を通して処理容器４４、輸送管４３およ
び放電管４２内のガスを排気することにより所定の真空
度にする。次に、放電管４２内にガス導入部４１を通し
てフッ素含有化合物ガスと塩素ガスもしくは塩化物ガス
と酸素ガスとを含む反応性ガスを導入し、導波管４５か
らマイクロ波を放電管４２に照射して反応性ガスを励起
してプラズマ状態にすることによりエッチングに必要な
活性種およびイオンを生成する。これらの活性種および
イオンを輸送管４３を通して処理容器４２内に輸送す
る。この輸送途中にイオンは消滅され、活性種のみが拡
散板４６を通して処理容器４４に導入され、支持台４８
上の基板４９表面の高融点金属薄膜がドライエッチング
される。A dry etching method using this down-flow type etching apparatus will be described. First, a substrate (object to be processed) 48 such as a semiconductor substrate or a liquid crystal glass substrate having a surface coated with a refractory metal thin film and a resist pattern formed on the thin film is placed on the support portion 48. Subsequently, the gas in the processing container 44, the transport tube 43, and the discharge tube 42 is exhausted through the exhaust tube 47, so that a predetermined degree of vacuum is obtained. Next, a reactive gas containing a fluorine-containing compound gas and a chlorine gas or a chloride gas and an oxygen gas is introduced into the discharge tube 42 through the gas introduction unit 41, and microwaves are applied to the discharge tube 42 from the waveguide 45. Then, the reactive gas is excited to be in a plasma state to generate active species and ions necessary for etching. These active species and ions are transported through the transport pipe 43 into the processing container 42. During this transport, the ions are extinguished, and only the active species is introduced into the processing vessel 44 through the diffusion plate 46, and the support 48
The refractory metal thin film on the surface of the upper substrate 49 is dry-etched.

【００４９】高融点金属としては、例えばモリブデン、
タングステン、タンタル、モリブテン−タングステン合
金、モリブテン−タンタル合金等を用いることができ
る。As the high melting point metal, for example, molybdenum,
Tungsten, tantalum, molybdenum-tungsten alloy, molybdenum-tantalum alloy, or the like can be used.

【００５０】処理容器４４、輸送管４３および放電管４
２内の真空度は、３０〜４０Ｐａにすることが好まし
い。反応性ガスの成分であるフッ素含有化合物として
は、例えばＣＦ４、ＳＦ６、ＣＦ２Ｈ２等を用いること
ができる。Processing vessel 44, transport tube 43 and discharge tube 4
The degree of vacuum in 2 is preferably 30 to 40 Pa. As the fluorine-containing compound that is a component of the reactive gas, for example, CF4, SF6, CF2H2, or the like can be used.

【００５１】また、反応性ガスの他の成分である塩化物
としては、例えば、ＢＣｌ_３等を用いることができる。
反応性ガスを構成するフッ素含有化合物ガス（Ｆ_Ｇ）と
塩素ガスもしくは塩化物ガス（Ｃ_Ｇ）との混合体積比率
は、Ｆ_Ｇ：Ｃ_Ｇ＝０．９〜０．３：０．１〜０．７で、
かつＦ_ＧとＣ_Ｇとの混合ガスと酸素ガス（Ｏ_Ｇ）との混
合体積比率は混合ガス：Ｏ_Ｇ＝１：３〜６にすることが
好ましい。このような混合比率の反応性ガスを用いるこ
とによって、高融点金属薄膜のエツチングレートを高め
ることができると共に、高融点金属と酸化膜とのエッチ
ング選択比を一層大きくとることが可能になる。As the chloride as another component of the reactive gas, for example, BCl ₃ or the like can be used.
Mixing volume ratio of the fluorine-containing compound gas constitutes a reactive gas _{(F G)} and chlorine gas or chloride gas _{(C G) is, F G: C G = 0.9~0.3} : 0.1~ 0.7,
And mixed gas and oxygen gas of _{F G} and _{C G (O G)} mixing volume between the ratio mixed _gas: O G = _1: it is preferable to 3-6. By using a reactive gas having such a mixing ratio, the etching rate of the refractory metal thin film can be increased, and the etching selectivity between the refractory metal and the oxide film can be further increased.

【００５２】なお、上述の場合はエッチング装置に適用
した場合について説明したが、アッシング装置でも同様
に適用することができる。アッシング装置の構造とその
作用は、エッチング装置に準じるものなので、重複を避け
るために、上述のエッチング装置の説明を援用すること
で、それらの説明は省略する。Although the above-described case has been described as applied to an etching apparatus, the invention can be similarly applied to an ashing apparatus. Since the structure and operation of the ashing device are similar to those of the etching device, the description of the above-described etching device will be omitted to avoid duplication, and the description thereof will be omitted.

【００５３】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、薄膜処理の工程に対し
て適確なモニタを行なうことができ、それにもとずいて
工程を適切に管理することができる。According to the present invention, it is possible to accurately monitor a thin film processing step, and to appropriately manage the steps based on the monitoring.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の薄膜堆積装置の模式図。FIG. 1 is a schematic view of a thin film deposition apparatus according to the present invention.

【図２】クリーニング処理中の排気ガス成分変化とプラ
ズマインピーダンス変化との関係を説明するグラフ。FIG. 2 is a graph illustrating a relationship between a change in exhaust gas components and a change in plasma impedance during a cleaning process.

【図３】プラズマインピーダンスの検出からクリーニン
グ終点の算出、クリーニング処理の制御を説明するブロ
ック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating calculation of a cleaning end point from detection of plasma impedance and control of a cleaning process.

【図４】プラズマ放電機構の構造模式図。FIG. 4 is a schematic structural view of a plasma discharge mechanism.

【図５】ダウンフロー形のエッチング装置を示す概略
図。FIG. 5 is a schematic view showing a downflow type etching apparatus.

【図６】従来のリモートプラズマを用いたクリーニング
機構付きの薄膜処理装置の一例を示す模式図。FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a conventional thin film processing apparatus with a cleaning mechanism using remote plasma.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…処理容器、２…アンテナ、３…基板、６…クリーニ
ングプラズマ発生機構、７…クリーニングガス導入配
管、９…排気管路、１１…分岐管路、１２…プラズマ放
電機構、１４…プラズマインピーダンス検出機構DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing container, 2 ... Antenna, 3 ... Substrate, 6 ... Cleaning plasma generation mechanism, 7 ... Cleaning gas introduction pipe, 9 ... Exhaust pipe, 11 ... Branch pipe, 12 ... Plasma discharge mechanism, 14 ... Plasma impedance detection mechanism

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA09 AA14 CA04 CA06 DA06 EA11 FA04 KA08 KA39 4K057 DA14 DB08 DD01 DE07 DE09 DJ01 DM28 DM37 DM38 5F004 BC01 BD01 CB07 CB15 DA01 DA04 DA11 DA15 DA18 DA26 DB08 DB10 5F045 AA08 AC01 AC07 AC11 AE01 BB15 DP03 DQ10 EB06 EE13 EG01 HA13 Continued on front page F-term (reference) 4K030 AA06 AA09 AA14 CA04 CA06 DA06 EA11 FA04 KA08 KA39 4K057 DA14 DB08 DD01 DE07 DE09 DJ01 DM28 DM37 DM38 5F004 BC01 BD01 CB07 CB15 DA01 DA04 DA11 DA15 DA18 DA26 DB08 DB10 5F01AC11A08 AC08 DP03 DQ10 EB06 EE13 EG01 HA13

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 処理容器内における薄膜処理の状態をモ
ニタリングする薄膜処理モニタリング方法において、 前記処理容器からの排気ガスを放電させ、高周波電圧及
び高周波電流の少なくとも一方を測定することにより薄
膜処理の状態をモニタリングする薄膜処理モニタリング
方法。1. A thin film processing monitoring method for monitoring a state of a thin film processing in a processing container, comprising: discharging an exhaust gas from the processing container and measuring at least one of a high-frequency voltage and a high-frequency current; Monitoring method for thin film processing. 【請求項２】 測定した前記高周波電圧と高周波電流か
らプラズマインピーダンスを算出して薄膜処理の終点を
検出することを特徴とする請求項１記載の薄膜処理モニ
タリング方法。2. The thin film processing monitoring method according to claim 1, wherein a plasma impedance is calculated from the measured high frequency voltage and high frequency current to detect an end point of the thin film processing. 【請求項３】 前記薄膜処理は、前記処理容器内のクリ
ーニング処理であることを特徴とする請求項１或いは２
記載の薄膜処理モニタリング方法。3. The processing method according to claim 1, wherein the thin film processing is a cleaning processing in the processing container.
The thin film processing monitoring method described in the above. 【請求項４】前記薄膜処理は、前記処理容器内に載置さ
れた被処理体に対するエッチング処理或いはアッシング
処理であることを特徴とする請求項１或いは２記載の薄
膜処理モニタリング方法。4. The thin film processing monitoring method according to claim 1, wherein the thin film processing is an etching processing or an ashing processing for the object placed in the processing container. 【請求項５】 処理容器と、この処理容器に接続された
排気経路と、該排気経路中に設けられ、排気ガスをプラ
ズマ化する放電機構と、該放電機構における高周波電圧
及び高周波電流の少なくとも一方を検出する検出機構と
を有することを特徴とする薄膜処理装置。5. A processing container, an exhaust path connected to the processing container, a discharge mechanism provided in the exhaust path, for converting exhaust gas into plasma, and at least one of a high-frequency voltage and a high-frequency current in the discharge mechanism A thin film processing apparatus, comprising: 【請求項６】前記検出機構により検出した高周波電圧及
び高周波電流により、前記放電機構におけるプラズマイ
ンピーダンスを算出し、前記処理容器内での薄膜処理の
終点を検出する終点検出手段を有することを特徴とする
請求項５記載の薄膜処理装置。6. An end point detecting means for calculating a plasma impedance in the discharge mechanism based on a high-frequency voltage and a high-frequency current detected by the detection mechanism, and detecting an end point of the thin film processing in the processing container. The thin film processing apparatus according to claim 5, wherein