JP2003163203A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造装置の真空チャンバ内のデポ物から
発生する塵埃による歩留まり低下を防止する。 【解決手段】光ファイバを用いて透過性部材に光を導入
及び取り込む際に、光を集光させるためのアダプタを介
して取り付ける。光ファイバと透過性部材を取り付ける
アダプタの各面は、それぞれの断面と同等の面積とす
る。 【効果】光量損失を最小限にするアダプタを用いて、半
導体製造装置に取り付けることにより、真空チャンバ内
のデポ物の組成、相対的な膜厚が分析できることから、
大気開放を伴う、デポ物の清掃時期の決定等が容易にな
り、半導体デバイスの生産性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透光性部材に光フ
ァイバを用いて光を導入または取り出す際に、光量損失
を低減させ効率よく光量が得られる方法、さらにこの技
術を半導体製造装置に応用し、特に、装置内に形成され
る反応生成物の状態をモニタリングする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置などにおいて、ウエハを
多数処理していくにつれて、装置内の発塵量が増えた
り、プロセスが安定しなくなって、歩留まりが低下して
しまうという問題が生じている。その原因として、真空
チャンバの内壁や、部品の表面に、反応生成物が堆積し
ていき（以降、「デポ物」と呼ぶことにする）、そこか
ら塵埃が発生したり、何らかの原因でプロセスが不安定
になると考えられている。実際に、処理チャンバを大気
開放して、堆積している反応生成物を清掃すると、歩留
まりが回復する。

【０００３】そのため、デポ物の生成過程や付着状態を
モニタリングすることが、半導体デバイス製造の歩留ま
りを向上させる一手段と考えられ、検討されている。

【０００４】そこで、特開平7-86254号公報に記載され
ているように、ファイバを用いて、デポ物の生成過程や
付着状態を測定する方法が提案されている。これによれ
ば、真空チャンバ内に光が透過する部材を設置し、その
透光性部材に光ファイバ等を用いて光を導入して、その
反射光を分光または光量を測定することにより、真空チ
ャンバ内のデポ物を推定しようというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開7-86254号公
報に記載されているように、光ファイバ等を用いて、デ
ポ物の堆積量を分析する場合、光ファイバから透光性部
材に光を導入する際や、反対に透過性部材から光ファイ
バに反射光を取り込む際に、光量損失が起こる。これ
は、透過性部材と光ファイバの面積が異なるため、光が
漏れ出てしまうことが原因である。透過性部材の端面の
面積が約数十cm²に対して、光ファイバはφ0.1mmのよう
な細いものになるため、光ファイバが透過性部材に接す
る面積はその10^-4程度しかない。すなわちほとんどの光
が漏れ出てしまうことになる。この光量損失は、透過性
部材に導入する部分より、取り込む部分での方が大き
く、ある程度の光量がえられなければ、デポ物を分析す
ることができなくなってしまう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には、光ファイバから透過性部材への導入、ならびに透
過性部材から光ファイバへの取り込みの過程で光が漏れ
出ないようにすればよい。

【０００７】そのために光ファイバと透過性部材の間に
アダプタを設ける。光ファイバを取り付ける方のアダプ
タの面は光ファイバの断面と同じ面積にして、透過性部
材を取り付けるもう片方のアダプタの面は、透過性部材
の断面と同じ面積にする。アダプタは、光ファイバから
アダプタ内に導入された光、透過性部材からアダプタ内
に入った光がアダプタ内で全反射するような形状にす
る。またアダプタの全面は、導入する光の波長λ以下の
表面粗さにしておき、光の乱反射を防止する。そして光
ファイバを、光ファイバとアダプタ間で一番光量が多く
なるように、あらかじめ固定し、一体化させてもよい。

【０００８】アダプタと光ファイバ及び透過性部材を取
り付ける面の形状を、それぞれの断面と同等の面積にす
ることにより、光が漏れ出ることを防止することができ
る。また、アダプタと光ファイバを一体化させ、光量が
一番多くなるように調整してあるため、光軸の調整が不
必要となると同時に、光ファイバと透過性部材との取り
付け精度が容易になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を、図１に従って
説明する。

【００１０】光ファイバ２を取り付ける方のアダプタ１
の面aは光ファイバ２の断面と同じ面積にして、透過性
部材１６を取り付けるもう片方の面dは、透過性部材１
６の断面と同じ面積にする。アダプタ１は、光ファイバ
２からアダプタ１内に導入された、または透過性部材１
６からアダプタ１内に入った光がアダプタ１内で全反射
するような形状にする必要がある。またアダプタの全面
は、導入する光の波長λ以下の表面粗さにしておき、光
の乱反射を防止しなければならない。アダプタ１の材質
は石英、サファイア、シリコン、ＺｎＳｅ、ＫＲＳ-5等
とし、調べたい吸収スペクトルの波長領域の光を透過す
る材質を選ぶ必要がある。

【００１１】アダプタ１の面aに光ファイバ２を取り付
ける。取り付けは光ファイバ２自体をアダプタ1に挿入
する方法や、図２に示したように、光ファイバ２にコネ
クタ３を取り付け、アダプタ1に取り付ける方法があ
る。コネクタ３も石英、サファイア、シリコン、ＺｎＳ
ｅ、ＫＲＳ-5等の材質とし、アダプタ１と同じ材質で製
作する。光ファイバ２自体をアダプタ１に挿入する方法
では、アダプタ１の面aに、直接光ファイバ２を取り付
け接着剤ｂで固定してもいいし、光ファイバ２の径に相
当した穴cをあけておくことにより、そこに光ファイバ
２を取り付け接着剤bで固定してもよい。コネクタ３を
使用する場合においても、コネクタ３に光ファイバ２の
径に相当した穴cをあけ、光ファイバ２を固定してもよ
い。光ファイバ２をアダプタ１の面aに固定する際に
は、光源４を用いて、光ファイバ２の片方に検出器を取
り付け、光量が一番多くなるようにする。

【００１２】このアダプタ１を用いることにより、光フ
ァイバ２から透過性部材１６、透過性部材１６から光フ
ァイバ２の間での光量損失は防止できる。そして、アダ
プタ１を透過性部材１６に取り付ける際に多少のずれが
生じたとしても、アダプタ１と透過性部材１６が接する
形状及び面積を同等にしてあるため、大きな光量損失は
問題にならない。なお、これは、光ファイバ２と透過性
部材１６との取り付け精度が容易になることにより、生
産現場で半導体製造装置の真空チャンバ６への取り付け
が容易になり、真空チャンバ６の内壁１４や透過性部材
１６の表面のデポ物を容易に分析できるという効果があ
る。

【００１３】上述したアダプタ１を、半導体製造装置に
利用した場合について、図３及び図４にしたがって説明
する。

【００１４】図３は、半導体製造装置において、マグネ
トロンを用いたリアクティブイオンエッチング（以降
「RIE」と略する）装置の概略図である。このマグネト
ロンRIE装置は、真空チャンバ６の近傍でマグネトロン
７を回転させるとともに真空チャンバ６内に高周波電力
８を供給し、真空チャンバ６内にプラズマ９を発生させ
て被処理体１０に対するエッチングを行うものである。

【００１５】真空チャンバ６内には半導体ウエハなどの
被処理体１０を載せるためのステージが設けられた下部
電極１１が設置されている。また真空チャンバ６の外周
部にはリング状のマグネトロン７が回転自在に配置され
ている。下部電極１１には、整合器（図示なし）を介し
て高周波電源８が接続されている。

【００１６】真空チャンバ６内に反応ガス１２、たとえ
ば臭化水素７０ｓｃｃｍ、塩素２０ｓｃｃｍ、酸素５ｓ
ｃｃｍの混合ガスが供給され、圧力を６Paに保持する。
それとともに、下部電極１１に高周波電源８から整合器
を通して高周波電力４００Wが供給される。さらに真空
チャンバ６の外周部のマグネトロン７が所定の回転周波
数で回転する。これにより、真空チャンバ６内にはプラ
ズマ９が発生し、このプラズマ９中のイオンおよびラジ
カルと化学反応して、被処理体１０はエッチングされ
る。

【００１７】被処理体１０がエッチングされる過程で、
真空チャンバ６の内壁や構成部材の表面にデポ物１３が
形成される。デポ物１３は被処理体１０のエッチング処
理が繰り返されるにつれて増加していく。

【００１８】次に、真空チャンバ６の内壁１４に形成さ
れたデポ物を分析する方法について説明する。

【００１９】図４は、真空チャンバ６の内壁１４の拡大
断面図である。本発明の実施例は真空チャンバ６内の光
を検出するために設けられている透過窓１５、一般的に
は石英ガラスにより形成される透過窓１５を利用した。
透過窓１５に透光性部材１６を取り付ける。透過性部材
１６と真空チャンバ６内の真空はOリング１８等を使用
し、封じ切ればよい。透過性部材の材質は例えば石英、
サファイア、シリコン、ＺｎＳｅ、ＫＲＳ-５等とし、
アダプタ１、コネクタ３と同じ材質とする。そしてアダ
プタ１を取り付ける。

【００２０】そこで例えば赤外光を光ファイバ２から導
入すると、透過性部材１６の表面に形成されたデポ物１
３により、特定の波長領域での吸収が起こるため、その
波長領域で光量が減少する。物質により赤外光が吸収さ
れる波長領域が異なることから、減少した波長領域から
デポ物１３の組成の同定が、また光量の減少から相対的
な厚みを分析することができる。詳細な分析方法は、特
開平7-86254に記載されており、本実施例における分析
方法も同手法によるものである。

【００２１】よってこの結果から、ある基準を定めてお
けば、装置の大気開放を伴う、デポ物１３の清掃時期の
判定が容易にできるようになる。また真空チャンバ６の
リーク等が原因でデポ物１３の組成の変化することがわ
かっている場合、デポ物１３を分析していることで直ち
に対応をとることができる。つまり、デポ物１３を分析
していることにより、真空チャンバ６内のリーク等の異
常を早期に発見でき、異常による不良の作り込みを防止
できるため、半導体デバイスの生産性の向上につなが
る。

【００２２】本発明の実施例は半導体製造装置の真空チ
ャンバ６の内壁に関して説明したが、排気系の配管表面
に付着したデポ物の分析等にも簡単に応用することがで
きる。排気系の配管表面にも多くのデポ物が付着してお
り、長時間放置しておくと、排気系のトラブルやウエハ
上を汚染する塵埃の原因となることがある。そのため、
配管の一部に透過性部材１６を取り付けるためのポート
を作成し、それを取り付け、光ファイバ２と一体化した
アダプタ１を透過性部材１６に取り付けることにより、
複雑な光軸の調整等を行わずに、簡単に付着量及び組成
の分析が可能となる。よって配管の交換時期や、突然発
生する塵埃の原因究明の手段となりうる。

【００２３】

【発明の効果】光ファイバからの光を透過性部材に導入
する際及び透過性部材から光ファイバへ取り込む際に光
量損失を最小限にするアダプタを用いて、半導体製造装
置に取り付けることにより、真空チャンバ内のデポ物の
組成、相対的な膜厚が分析できることから、大気開放を
伴う、デポ物の清掃時期の決定等が容易になり、半導体
デバイスの生産性を向上できる。またアダプタ利用で、
複雑な光軸調整がいらなくなることから、だれもが容易
に使用でき、構造の違う装置にも展開しやすくる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる光導入、取り込み方法に関する
ものである。

【図２】本発明に関わる光導入、取り込みの別の方法に
関するものである。

【図３】本発明の実施例に用いたマグネトロンを用いた
リアクティブイオンエッチング装置の概略図である。

【図４】本発明に実施例に関する半導体製造装置への取
り付け詳細図である。

【符号の説明】

１…アダプタ、２…光ファイバ、３…コネクタ、４…光
源、５…検出器、６…チャンバ、７…マグネトロン、８
…高周波電源、９…プラズマ、１０…被処理体、１１…
下部電極、１２…反応ガス、１３…デポ物、１４…チャ
ンバ壁、１５…透過窓、１６…透過性部材、１７…光
路、１８…Oリング、a…光ファイバとアダプタの取り付
け面、b…接着剤、c…穴、d…透過性部材とアダプタの
取り付け面。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA30 CC00 FF44 FF46 GG02 LL02 2G059 AA01 BB08 CC01 EE01 EE02 FF06 GG10 HH01 JJ17 JJ21 LL02 NN06 5F004 AA15 BA04 BB29 CB09 DA04 DA26

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバから赤外光を導入し、半導体
   製造装置の真空チャンバ内壁、チャンバ内に設置した透
   過性部材表面または排気管の内壁に付着した堆積物する
   方法において、 光ファイバと透過性部材の間の光量損失を最小限にでき
   るアダプタを設けたことを特徴とする半導体製造措置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 アダプタの形状は、 光ファイバとアダプタが接する面は光ファイバの断面と
   同等の面積にして、 透過性部材とアダプタが接する面は透過性部材の断面と
   同等の面積にし、 アダプタ内に入ってきた光がアダプタ内で全反射するよ
   うにすることを特徴とする半導体製造装置。
3. 【請求項３】 請求項１〜２において、 アダプタは、導入する波長λ以下の面粗さであることを
   特徴とする半導体製造装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３において、 あらかじめ光ファイバとそのアダプタを一体化させてお
   くことを特徴とする光導入検出方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４において、 真空排気系の排気管の内壁に取り付けたことを特徴とす
   る半導体製造装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の手法において生産された
   半導体デバイス。