JP2003243375A - 半導体の製造方法並びにプラズマ処理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理室内壁の汚染状況と処理室内に浮遊した異
物のモニタリングを同時に行えるようにすること。ま
た、該検出及びモニタリングを１つの観測用窓と１つの
ユニットで構成された光学系によって行えるようにする
こと。 【解決手段】処理室８６内で被処理基板Ｗ上に薄膜を生
成または被処理体上に生成した薄膜を加工する処理を施
す際に、上記処理室８６と、該処理室の観測用窓１０に
搭載されたレーザ照明・散乱光検出光学系２０００，２
００１とを有し、レーザ光を、該レーザ照明光学系２０
００により上記観測用窓１０を通して上記処理室内に照
射し、散乱光検出光学系２００１より上記処理室内の異
物によって散乱され上記観測用窓１０を通過した後方散
乱光、及び、上記処理室内壁５によって反射もしくは散
乱され、上記観測用窓１０を通過したを受光するように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板や液晶
基板などの半導体の製造方法およびその装置に係り、特
に、薄膜の生成（成膜）やエッチング等の加工を行う処
理室（真空処理室）内に浮遊した異物、及び、処理室の
汚染状況を、ｉｎ−ｓｉｔｕ計測する機能を備えた半導
体の製造方法並びにプロセス処理方法およびその装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】エッチング装置を始めとして、プラズマ
を用いた処理が半導体製造工程や液晶表示装置用基板製
造工程に広く適用されている。

【０００３】このように、プラズマを用いた処理装置で
は、プラズマ処理による例えばエッチング反応によって
生成された反応生成物が、プラズマ処理室の壁面あるい
は電極に堆積し、これが時間経過に伴い、剥離して浮遊
異物となることが知られている。この浮遊異物は、エッ
チング処理が終了しプラズマ放電が停止した瞬間に、ウ
ェハ上に落下して付着異物となり、回路の特性不良やパ
ターン外観不良を引き起こす。そして、最終的には、歩
留まりの低下や素子の信頼性低下の原因となる。

【０００４】上記ウェハ等の被処理基板の表面に付着し
た異物を検査する装置は、多数報告され実用化されてい
るが、これらは、プラズマ処理装置から一旦被処理基板
を抜き出して検査を行うもので、異物が多く発生してい
ると判った時点では、既に他のウェハの処理が進んでお
り、不良の大量発生による歩留まりの低下の問題があ
る。また、処理後の評価では、処理室内の異物発生の分
布、経時変化などは判らない。従って、処理室内の汚染
状況をｉｎ−ｓｉｔｕでリアルタイムモニタする技術
が、半導体製造や液晶製造等の分野で求められている。

【０００５】処理室内で浮遊する異物の大きさは、サブ
ミクロンから数百μｍの範囲であるが、２５６Ｍｂｉｔ
ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)、さらには１
ＧｂｉｔＤＲＡＭへと高集積化が進む半導体の分野にお
いては、回路パターンの最小線幅は０．２５〜０．１８
μｍと微細化の一途を辿っており、検出すべき異物の大
きさもサブミクロンオーダが要求されている。

【０００６】プラズマ処理室等の処理室（真空処理室）
内に浮遊した異物をモニタする従来技術としては、特開
昭５７−１１８６３０号公報（従来技術１）、特開平３
−２５３５５号公報（従来技術２）、特開平３−１４７
３１７号公報（従来技術３）、特開平６−８２３５８号
公報（従来技術４）、特開平６−１２４９０２号公報
（従来技術５）、特開平１０−２１３５３９号公報（従
来技術６）、特開平１１−２５１２５２号公報（従来技
術７）、および特開平１１−３３００５３号公報（従来
技術８）に開示された技術が挙げられる。

【０００７】上記従来技術１には、反応空間における自
己発光光のスペクトルと異なったスペクトルを有する平
行光を反応空間に照射する手段と、上記平行光の照射を
受けて上記反応空間において発生する微粒子からの散乱
光を検出する手段とを、具備した蒸着装置が開示されて
いる。

【０００８】また、上記従来技術２には、半導体装置用
基板表面に付着した微細粒子及び浮遊している微細粒子
を、レーザ光による散乱を用いて測定する微細粒子測定
装置において、波長が同一で相互の位相差がある所定の
周波数で変調された２本のレーザ光を発生させるレーザ
光位相変調部と、上記２本のレーザ光を上記の測定対象
である微細粒子を含む空間において交差させる光学系
と、上記２本のレーザ光の交差された領域において測定
対象である微細粒子により散乱させた光を受光し、電気
信号に変換する光検出部と、この散乱光による電気信号
の中で上記レーザ光位相変調部での位相変調信号と周波
数が同一または２倍で、かつ上記位相変調信号との位相
差が時間的に一定である信号成分を取り出す信号処理部
とを、備えた微細粒子測定装置が開示されている。

【０００９】また、上記従来技術３には、コヒーレント
光を走査照射して反応容器内で散乱する光をその場で発
生させるステップと、上記反応容器内で散乱する光を検
出するステップとを含み、それにより上記散乱光を解析
することで、上記反応容器内の汚染状況を測定する技術
が記載されている。

【００１０】また、上記従来技術４には、レーザ光を生
成するレーザ手段と、観測されるべき粒子を含むプラズ
マ処理ツールの反応室内の領域を上記レーザ光で走査す
るスキャナ手段と、上記領域内の粒子によって散乱した
レーザ光のビデオ信号を生成するビデオカメラと、上記
ビデオ信号のイメージを処理し表示する手段とを、有す
る粒子検出器が記載されている。

【００１１】また、上記従来技術５には、プラズマ処理
室内のプラズマ発生領域を観測するカメラ装置と、該カ
メラ装置により得られた画像を処理して目的とする情報
を得るデータ処理部と、該データ処理部にて得られた情
報に基づいてパーティクルを減少させるように排気手
段、プロセスガス導入手段、高周波電圧印加手段及びパ
ージガス導入手段のうち少なくとも１つを制御する制御
部とを、備えたプラズマ処理装置が記載されている。

【００１２】また、上記従来技術６には、測定体積を横
切って照射する光ビームを送出する光送出器と、光検出
器と上記測定体積からの散乱光を集光してその光を上記
光検出器に向ける光学系とを含み、その光検出器に向け
られた光の強度を表す信号をその光検出器が発生するよ
うに構成した検出器と、前記光検出器からの信号を分析
するように相互接続され、前記光検出器からの信号の中
のパルスを検出するパルス検出器と、微粒子に対応しそ
の微粒子が前記測定体積の中を動く間の前記ビームによ
る複数回の照射に伴う前記微粒子による散乱光に起因す
る一連のパルスを特定する事象検出器とを含む信号処理
手段とを含む微粒子センサが記載されている。

【００１３】また、上記従来技術７には、処理室内にプ
ラズマを発生させ、該プラズマによって被処理対象物に
対して処理するプラズマ処理装置において、所望の波長
を有し、所望の周波数で強度変調した光を上記処理室内
に照射する照射光学系と、上記処理室から得られる散乱
光を上記所望の波長成分で分離して受光して信号に変換
する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系から得ら
れる信号から上記強度変調した所望の周波数成分を抽出
することによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊し
た異物を示す信号を上記プラズマによるものから分離し
て検出する異物信号抽出手段とを備えたプラズマ浮遊異
物計測装置を設けることが開示されている。

【００１４】また、上記従来技術８には、処理室内にプ
ラズマを発生させ、該プラズマによって被処理対象物に
対して処理するプラズマ処理装置において、互いに異な
る波長を有し、所望の周波数で強度変調した複数のビー
ムを上記処理室内に照射する照射光学系と、その散乱光
を互いに異なる波長成分で分離して受光して複数の信号
に変換する散乱光検出光学系と、該散乱光検出光学系か
ら得られる複数の信号から上記強度変調した所望の周波
数成分を抽出することによってプラズマ中若しくはその
近傍に浮遊した異物を示す複数の信号を上記プラズマに
よるものから分離して検出する異物信号抽出手段とを備
えたプラズマ浮遊異物計測装置を設けることが開示され
ている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術１〜
６は、プラズマ処理室の側面に設けられた観測用窓から
レーザ光を照射し、対向した側面あるいはその他の側面
に設けられた上記レーザ照射用観測窓とは異なる観測用
窓から、レーザ前方散乱光や側方散乱光を検出するもの
である。したがって、これらの前方散乱光や側方散乱光
を検出する方式では、照射光学系と検出光学系とが各々
異なるユニットで形成され、これらを取り付ける観測用
窓も２つ必要であり、また、光軸調整等も、照射・検出
光学系で各々行わなければならず、取り扱いが面倒なも
のとなっていた。

【００１６】また、通常、プラズマ処理室などの処理室
の側面の観測用窓は、プラズマ発光などをモニタするた
めにほとんどの機種に設けられているが、この観測窓は
１つのみしか備え付けられていない場合も少なくない。
従って、観測用窓を２つ必要とする従来手法は、観測用
窓を１つしか備えていない処理室をもつ製造装置には、
適用することができないという課題がある。

【００１７】さらに、前方散乱光や側方散乱光を検出す
る従来方式においては、プラズマ処理室へ照射する照射
ビームを回転走査させて、ウェハ等の被処理基板の全面
上の異物発生状況を観測しようとした場合には、多数の
観測窓と検出光学系とを必要とし、大幅なコストアップ
要因となる上、多数の観測窓や検出光学系を設けること
も、スペースファクター上の制約から実際には非常に困
難であると予想される。

【００１８】一方、２５６ＭｂｉｔＤＲＡＭ、さらには
１ＧｂｉｔＤＲＡＭへと高集積化が進む半導体の分野に
おいては、回路パターンの最小線幅は０．２５〜０．１
８μｍと微細化の一途を辿っており、検出すべき異物の
大きさもサブミクロンオーダが要求されている。しか
し、従来技術１〜６では、異物散乱光とプラズマ発光の
分離が困難であるため、比較的大きな異物の観測に適用
が限定され、サブミクロンオーダの微小異物を検出する
ことは困難であると考えられる。

【００１９】また、従来技術７、８には、プラズマ中若
しくはその近傍に浮遊した異物を検出することについて
は記載されているが、プラズマ処理室の内壁に付着若し
くは堆積する汚染状態を検出することについては考慮さ
れていなかった。

【００２０】本発明の第１の目的は、上記課題を解決す
べく、エッチング、スパッタ、ＣＶＤなどのプラズマ処
理装置におけるプラズマ処理室の内壁の汚染状況を検出
できるようにして被処理基板上に異物が多く発生するの
を予測して早期に清掃等の対策を施して多量の不良の発
生を防止できる半導体の製造方法並びにプラズマ処理方
法およびその装置を提供することにある。

【００２１】また、本発明の第２の目的は、プラズマ処
理室の内壁の汚染状況を検出でき、しかもプラズマ処理
室内に浮遊した異物の検出をもできるようにして、被処
理基板上に異物が多く発生するのを防止する対策を早め
に施して多量の不良の発生を防止できる半導体の製造方
法並びにプラズマ処理方法およびその装置を提供するこ
とにある。

【００２２】また、本発明の第３の目的は、内壁の汚染
状態や浮遊した異物を検出する照射・検出光学系をコン
パクトにして限られた狭いスペースに取り付けができる
ようにしたプラズマ処理方法およびその装置を提供する
ことになる。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、処理室内にプラズマを発生させ、該発生
したプラズマによって半導体基板に対して処理して半導
体を製造する半導体の製造方法並びにプラズマ処理方法
およびその装置において、光ビームを観察窓を通して前
記処理室内に照射する照射ステップと、該照射ステップ
により前記処理室の内壁からの凹凸状態の変化（反応生
成物の堆積やダメージ等）に伴って変化が生じる反射光
像を観察窓を通して結像光学系で結像させて検出器で受
光して受光信号として検出する検出ステップと、該検出
ステップによって検出された受光信号の変化を基にして
算出される前記処理室の内壁の汚染状況を基に前記半導
体基板に対するプラズマ処理を制御する制御ステップと
を有することを特徴とする。

【００２４】また、本発明は、処理室内にプラズマを発
生させ、該発生したプラズマによって半導体基板に対し
て処理して半導体を製造する半導体の製造方法並びにプ
ラズマ処理方法およびその装置において、所望の周波数
で強度変調したビームを観察窓を通して前記処理室内に
照射する照射ステップと、該照射ステップにより照射さ
れた前記処理室の内壁からの凹凸状態の変化に伴って変
化が生じる反射光像を観察窓を通して結像光学系で結像
させて検出器で受光して受光信号として検出し、該検出
された受光信号の中から前記強度変調周波数成分を抽出
することによって処理室の内壁の凹凸状態の変化を示す
信号をプラズマによるものから分離して検出する検出ス
テップと、該検出ステップにより検出された信号の変化
を基にして算出される前記処理室の内壁の汚染状況を基
に前記半導体基板に対するプラズマ処理を制御する制御
ステップとを有することを特徴とする。

【００２５】また、本発明は、前記検出ステップにおい
て、前記結像光学系で結像させて検出器で受光する光像
がスペックルパターン像であることを特徴とする。ま
た、本発明は、前記検出ステップにおいて、前記反射光
像を観察窓を通して結像光学系で結像させて検出器で受
光する際、前記処理室内のプラズマから発生する光をフ
ィルタで遮光することを特徴とする。また、本発明は、
前記照射ステップにおいて、前記ビームを処理室内に照
射する際、前記処理室の内壁の複数個所に照射できるよ
うに前記ビームを走査することを特徴とする。

【００２６】また、本発明は、前記照射ステップにおけ
る前記ビームを照射する観察窓と前記検出ステップにお
ける前記反射光像を通す観察窓とが同一であることを特
徴とする。また、本発明は、前記検出ステップにおい
て、前記結像光学系の結像位置に設置された絞りによっ
て制限された光像を検出器で受光することを特徴とす
る。

【００２７】また、本発明は、処理室内にプラズマを発
生させ、該発生したプラズマによって半導体基板に対し
て処理して半導体を製造する半導体の製造方法並びにプ
ラズマ処理方法およびその装置において、所望の周波数
で強度変調したビームを観察窓を通して前記処理室内に
照射する照射ステップと、該照射ステップにより前記処
理室の内部からの観察窓を通して得られる反射光像を分
岐光学系で分岐し、該分岐された一方の反射光像を第１
の結像光学系で結像させて第１の検出器で受光して第１
の受光信号に変換し、該変換された第１の受光信号の中
から前記強度変調周波数成分を抽出することによってプ
ラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異物を示す第１の
信号をプラズマによるものから分離して検出し、前記分
岐された他方の反射光像を第２の結像光学系で結像させ
て第２の検出器で受光して第２の受光信号として検出
し、該検出された第２の受光信号の中から前記強度変調
周波数成分を抽出することによって処理室の内壁の凹凸
状態の変化を示す第２の信号をプラズマによるものから
分離して検出する検出ステップと、該検出ステップで検
出された第１の信号を基にして算出されるプラズマ中若
しくはその近傍に浮遊する異物の発生状況または前記検
出ステップで検出された第２の信号の変化を基にして算
出される前記処理室の内壁の汚染状況を基に前記半導体
基板に対するプラズマ処理を制御する制御ステップとを
有することを特徴とする。また、本発明は、前記第２の
結像光学系の結像位置に絞りを設置して異物やプラズマ
からの光を制限して減少させることを特徴とする。ま
た、本発明は、前記第１の結像光学系の結像位置に空間
フィルタを設置して処理室の内壁からの散乱反射光を遮
光することを特徴とする。

【００２８】また、本発明は、処理室の内壁の汚染状況
の判定を、処理室内壁への反応生成物の付着及び／又は
プラズマによるダメージによる処理室内壁の表面状態
（凹凸状態）に関連して、予め実験的に得られた信号と
前記受光信号とを比較判定することにより行うことを特
徴とする。また、本発明は、処理室の内壁の汚染状況の
判定と同時に，処理室内壁に付着した反応生成物の膜厚
に関連して，予め実験的に得られた信号と付着膜厚の関
係から，該付着した反応生成物の膜厚を求めることを特
徴とする。また、本発明は、処理室の内壁の汚染状況と
浮遊異物については、個数、大きさ、分布とを判別して
デイスプレイ上に表示することを特徴とする。

【００２９】以上説明したように、本発明によれば、処
理室の内壁の汚染状況を常に把握できることによって、
早期に浮遊異物が多く発生するのを予測して、被処理基
板へのプラズマ処理の制御をする（被処理基板の投入を
中止してクリーニングを実行するなど、また、プロセス
処理の条件を監視するなど様々な対策を施す）ことによ
って、多量に不良が発生のを防止して、歩留まりを著し
く向上させることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態
を、図１〜図１５を用いて説明する。

【００３１】なお、以下に述べる本発明の各実施形態で
は、プラズマドライエッチング装置に利用されている、
平行平板形プラズマエッチング装置への適用例を示す
が、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではな
く、本発明は、スパッタ装置やＣＶＤ装置などの薄膜生
成（成膜）装置、あるいは、ＥＣＲエッチング装置やマ
イクロ波エッチング装置、またはアッシング装置などの
各種薄膜生成、加工装置への適用が可能である。

【００３２】まず、本発明に係る第１の実施の形態を、
図１〜図１３を用いて説明する。図１は、本第１の実施
の形態に係る、処理室内壁汚染状況モニタリング機能付
きプラズマ中浮遊異物計測装置をもつプラズマエッチン
グ処理装置の構成を示す図である。即ち、本発明に係る
第１の実施の形態は、エッチングやアッシングなどの各
種処理装置に、処理室内壁の汚染状況をモニタリングで
きる計測装置を備えることにある。

【００３３】図１に示すように、エッチング処理装置で
は、シグナルジェネレータ８３からの高周波信号により
パワーアンプ８４の出力電圧を変調し、この高周波電圧
を分配器８５によって分配して、プラズマ処理室８６内
において互いに平行に配置した上部電極８１と下部電極
８２の間に印加して、両電極間での放電によりエッチグ
用ガスからプラズマ７１を発生させ、その活性種で被処
理体としての半導体基板（ウェハ）Ｗをエッチングす
る。高周波信号としては、例えば４００ｋＨｚが用いら
れる。

【００３４】処理室内壁汚染状況モニタリング機能付き
プラズマ中浮遊異物計測装置２は、主としてレーザ照明
光学系２０００と、散乱光検出光学系２００１と、制御
・信号処理系６０００とにより構成され、レーザ照明光
学系２０００と散乱光検出光学系２００１における照明
光出口部・検出光入口部は、プラズマ処理室８６の側面
に設けられた観測用窓１０に対向するように配置されて
いる。

【００３５】レーザ照明光学系２０００では、まず、レ
ーザ光源（例えば、波長５３２ｎｍ）１２から出射され
たＳ偏光ビーム１０１をＡＯ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔ
ｉｃａｌ）変調器１４に入射する。ＡＯ偏光器１４に
は、計算機４２からの制御信号に基づき、発振器１３か
ら出力された例えば周波数１７０ｋＨｚ、好ましくはデ
ューティ５０％の矩形波信号を印加して、Ｓ偏光ビーム
を上記周波数で強度変調する。ここで、エッチング処理
装置の電極に印加する高周波電圧を４００ｋＨｚとした
本実施形態では、レーザ強度変調周波数は、４００ｋＨ
ｚおよびその整数倍の高調波成分８００ｋＨｚ、１．２
ＭＨｚ、…とは異なる上記周波数１７０ｋＨｚなどが良
い。理由については後で述べる。

【００３６】強度変調されたＳ偏光ビーム１０２は、フ
ォーカシングレンズ１８により、ウェハ（被対象基板）
Ｗの中心近傍に集光させ、偏光ビームスプリッタ２４に
より低損失で反射され、１／４などの波長板２６により
円若しくは楕円偏光ビーム１０３に変換した後、ガルバ
ノミラー２５により反射され、プラズマ処理室８６の側
面に設けられた観測用窓１０を通して処理室内へと導か
れる。ここで、ガルバノミラー２５を回転させ、円若し
くは楕円偏光ビーム１０３をウェハＷの面に平行な面内
で走査することにより、ウェハ直上全面での照射（異物
検出）が可能となる。ここで、１／４などの波長板２６
を設けたのは、後述するように、処理室の内壁５からの
散乱反射光を偏光ビームスプリッタ２４を透過させ、処
理室反射光検出用光ファイバ３３ｂで受光できるように
したためである。

【００３７】なお、プラズマ処理室８６の内壁５の汚染
状況をモニタリングする場合には、プラズマ処理室８６
の特定個所のみモニタリングできればよいので、必ずし
も円若しくは楕円偏光ビーム１０３を、ウェハＷの面に
平行な面内で走査する必要はない。しかし、プラズマ処
理室８６の内壁５の汚染状態も、ウェハＷ上に浮遊する
異物７２も同時に検出しようとすると、円若しくは楕円
偏光ビーム１０３をウェハＷの面に平行な面内で走査す
ることが望ましい。

【００３８】そして、上記観測用窓１０の入射面を側壁
と平行に形成してある場合、上記観測用窓１０からの正
反射光は、ガルバノミラー２５で反射し、１／４などの
波長板２６を再び通過することでＰ偏光となり、偏光ビ
ームスプリッタ２４を透過し、散乱光検出光学系２００
１で検出され、大きな雑音となる。そこで、上記観測用
窓１０の入射面を傾斜面で形成することにより、この面
での反射光は、検出光軸からずれて、散乱光検出光学系
２００１には入射しないようにして、上記観測窓１０か
らの反射光による雑音を防いでいる。

【００３９】次に、異物散乱光の検出方法について説明
する。プラズマ処理室８６内へ導かれた円偏光ビーム１
０３は、プラズマ中の浮遊異物７２により散乱される。
該異物散乱光のうち照射円偏光ビーム１０３と同じ光軸
を反対方向に伝搬する後方散乱光は、観測用窓１０を通
過してガルバノミラー２５により反射され、偏光ビーム
スプリッタ２４へと向かう。該後方散乱光のうち、正反
射成分に相当する円偏光成分は、１／４などの波長板２
６を再び通過することでＰ偏光ビーム１０４となり、偏
光ビームスプリッタ２４を低損失で透過し、ビームスプ
リッタ（分岐光学系）２７に向かう。上記Ｐ偏光ビーム
１０４の大半はビームスプリッタ（分岐光学系）２７を
透過して結像レンズ３１ａにより異物散乱光検出用光フ
ァイバ３３ａの入射面に集光される。

【００４０】図２に示すように、ウェハＷの中央位置７
３ｂと検出用光ファイバ３３ａの入射面とが結像関係に
なっているが、入射端面の（受光領域）は、デフォーカ
スしたウェハ両端７３ａ、７３ｃからの散乱光も検出可
能な大きさとなっている。従って、ウェハ手前から奥ま
での異物後方散乱光を、検出用光ファイバ３３ａにより
ほぼ同じ感度で検出できる。大きな受光面を確保するた
めに、バンドルファイバやリキッドライトガイドを利用
する方法が有効である。処理室内壁５で生じる散乱光
は、異物散乱光検出用光ファイバ３３ａの受光面の手前
（空間フィルタ３６の位置）で結像するため、該結像位
置に空間フィルタ３６を設置することによって処理室の
内壁５で生じる散乱光を遮光する。異物散乱光検出用光
ファイバ３３ａの出射端は、レーザ光源１２の波長に設
定されたモノクロメータや干渉フィルタなどの分光器３
４ａに接続され、該分光器３４ａによりプラズマ発光か
ら異物散乱光の波長成分のみを波長分離した後、フォト
ダイオードや光電子増倍管などの光電変換素子３５ａで
光電変換される。光電変換された検出信号は、アンプ５
０ａで増幅された後、ロックインアンプ５１ａにより、
レーザ光の強度変調に用いた発振器１３から出力された
周波数１７０ｋＨｚ、デューティ５０％の矩形波信号を
参照信号として同期検波され、上記検出信号から周波数
１７０ｋＨｚの異物散乱光成分を抽出する。

【００４１】図３に示すように、プラズマ発光の強度は
プラズマ励起用の高周波電力の変調周波数に同期してい
ることを、本願発明者らは実験によって検証しており、
例えば、上記４００ｋＨｚのプラズマ励起周波数の高周
波電力により発生したプラズマの発光から、分光器３４
により波長分離し、プラズマ励起周波数およびその整数
倍と異なる上記周波数１７０ｋＨｚで変調・同期検波し
て得た異物信号は、図４に示すように、プラズマ発光か
ら、波長・周波数２つの領域で分離され、検出される。
この方法により、プラズマ発光から微弱な異物散乱光を
感度良く検出できることを、本願発明者らは実験的に確
認している。即ち、図４に示すように、プラズマ発光
は、波長領域においては連続的に分布しているが、周波
数領域においては、離散的に存在し、周波数領域におい
て空き領域がある。従って、例えば波長５３２ｎｍのレ
ーザ光を、上記プラズマ発光の周波数とは異なる、例え
ば周波数１７０ｋＨｚで強度変調してプラズマ処理室８
６内に入射し、検出光の中から波長５３２ｎｍ成分、周
波数１７０ｋＨｚ成分、すなわちピーク信号のみを取り
出せば、異物からの散乱光をプラズマ発光から分離して
検出することが可能なる。

【００４２】このように、異物散乱光検出用光ファイバ
３３ａの受光面の手前の結像位置に、空間フィルタ３６
を設置することによって、処理室内壁５で生じる散乱光
を遮光してウェハＷ上の浮遊異物からの散乱光を異物散
乱光検出用光ファイバ３３ａに入射せしめることが可能
となる。更に、プラズマ処理室８６に入射するレーザ光
の波長および強度変調周波数を、プラズマ発光の波長お
よび周波数と異ならしめることによって、浮遊異物から
の散乱光を、プラズマ発光から分離して検出することが
可能となる。

【００４３】そして、ロックインアンプ５１ａの出力は
計算機４２に送られる。計算機４２では、ガルバノドラ
イバ２９を介して走査信号をガルバノミラー２５に送
り、ビームを走査しつつ各走査位置で取り込んだ異物信
号を、例えば、図５に示すような形で逐一ディスプレイ
４１上に表示する。図６に示すように、計算機４２は、
各検出位置において、ｎ回目の走査時の出力と（ｎ−
１）回目の走査時の出力の差分をとり、ある値以上の変
化のみをディスプレイ４１上に表示すると、異物信号の
判定が容易となる。該表示例では、φ２００ｍｍのウェ
ハ上の照射光５ラインでの計測結果が示されている。プ
ラズマ中の浮遊異物により散乱光が発生した場合には、
上記図６において５箇所で示した様な、パルス上の大き
な信号８１ａ，８１ｂ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｅが
現れる。計算機４２では、予め実験により得られた粒径
に対する信号強度と検出された異物信号強度とを比較し
て異物の大きさを、また、上記パルス状の信号の数から
異物個数を、また、信号が検出された時の走査位置から
異物の発生位置を判定する。更に、計算機６１では、判
定した異物の個数及び大きさなどから処理室内の汚染状
況を判断し、異物発生総数が予め設定した基準値を超え
たときはエッチング処理を終了する、汚染状況をアラー
ムなどでプラズマ処理装置操作者に知らせる等の情報を
出力することができる。

【００４４】次に、処理室内壁散乱光の検出方法につい
て説明する。プラズマ処理室８６内へ導かれた円若しく
は楕円偏光ビーム１０３は、プラズマ処理室８６の内壁
５に当たる。このとき、該プラズマ処理室８６の内壁５
の表面の状態により、反射や散乱の様子が異なる。図７
は、プラズマ処理室８６の内壁５の表面の状態が、凹凸
の少ない平坦な状態である場合を示している。プラズマ
処理室内壁５の表面の状態が凹凸の少ない平坦な状態
（洗浄若しくは清掃した直後の反応生成物の付着やプラ
ズマダメージが少なく汚染されていない状態）である場
合、該プラズマ処理室８６の内壁５に当たった円若しく
は楕円偏光ビーム１０３の大半は反射する。従って、ガ
ルバノミラー２５を回転させることによってビームをウ
ェハ面に平行な面内で走査した場合において、ビーム走
査位置がウェハ中心にある場合、プラズマ処理室８６の
内壁５での反射光の大半が観測用窓１０を通過してガル
バノミラー２５により反射され、偏光ビームスプリッタ
２４へと向かうことになる。プラズマ処理室８６の内壁
５での反射光（散乱光）の大半は、正反射成分に相当す
る円偏光成分であるため、１／４などの波長板２６を再
び通過することでＰ偏光ビーム１０５となり、偏光ビー
ムスプリッタ２４を低損失で透過し、ビームスプリッタ
（分岐光学系）２７に向かう。上記Ｐ偏光ビーム１０５
の一部はビームスプリッタ２７で反射して、結像レンズ
３１ｂにより処理室反射光検出用光ファイバ３３ｂの入
射面（ピンホール３９の位置）に集光される。処理室反
射光検出用光ファイバ３３ｂの手前における、レンズ３
１ｂによってプラズマ処理室８６の内壁５とほぼ結像関
係にある位置には、ピンホール（絞り）３９が設けられ
ているため、該ピンホール３９を通過するのは、プラズ
マ処理室８６の内壁５からの反射光（散乱光）のみと発
光強度の強いプラズマ発光の一部となる。その結果、処
理室反射光検出用光ファイバ３３ｂは、プラズマ処理室
８６の内壁５からの反射光（散乱光）のみと発光強度の
強いプラズマ発光の一部を検出することになる。このよ
うに、処理室反射光検出用光ファイバ３３ｂには、発光
強度の強いプラズマ発光の一部が入射されるため、次に
説明するように、プラズマ発光の一部によって生じる信
号を消去する必要がある。

【００４５】即ち、処理室反射光検出用光ファイバ３３
ｂの出射端は、レーザ光源１２の波長に設定されたモノ
クロメータや干渉フィルタなどの分光器３４ｂに接続さ
れているため、該分光器３４ｂによってプラズマ発光か
ら内壁５からの反射光の波長成分のみを波長分離した
後、フォトダイオードや光電子増倍管などの光電変換素
子３５ｂで光電変換される。光電変換された検出信号
は、アンプ５０ｂで増幅された後、ロックインアンプ５
１ｂにより、レーザ光の強度変調に用いた発振器１３か
ら出力された周波数１７０ｋＨｚ、デューティ５０％の
矩形波信号を参照信号として同期検波され、上記検出信
号から周波数１７０ｋＨｚの内壁５からの反射光（散乱
光）成分を抽出する。ロックインアンプ５１ｂの出力は
計算機４２に送られる。計算機４２では、ガルバノドラ
イバ２９を介して走査信号をガルバノミラー２５に送
り、ビームを走査しつつ各走査位置で取り込んだ内壁５
の汚染状態を示す信号を、例えば、図１３に示すような
形で逐一ディスプレイ４１上に表示する。ここで、ビー
ム走査位置がウェハ中心からずれた場合には、プラズマ
処理室８６の内壁５からの反射光の伝搬光軸が照射ビー
ム光軸からずれる為、散乱光検出光学系２００１にはほ
とんど入射しないことになる。

【００４６】以上説明した様に、プラズマ処理室８６の
内壁５の表面の状態が凹凸の少ない平坦な状態（洗浄若
しくは清掃した直後の反応生成物の付着やプラズマダメ
ージが少なく汚染されていない状態）である場合、一回
のビーム走査で得られる検出信号の形状は、図９に示す
様に、ウェハ中心で信号強度が大きく、ウェハ端で信号
強度が小さい形状となる。

【００４７】これに対し、プラズマ処理を進めるに従っ
て、プラズマ処理室８６の内壁５には、反応生成物が付
着したり、プラズマによるダメージが発生して汚染され
ていって、内壁５の表面には凹凸が発生することにな
る。図８は、プラズマ処理室８６の内壁５が汚染されて
いって表面に凹凸が発生した場合を示している。このよ
うに、内壁５が汚染されて凹凸が発生してくると、内壁
５に当たった円若しくは楕円偏光ビーム１０３の大半は
散乱することになる。従って、ガルバノミラー２５を回
転させて、ビーム１０３をウェハ面に平行な面内で走査
した場合には、プラズマ処理室８６の内壁５の表面に凹
凸が増える（汚染が進む）に従って、正反射成分よりも
散乱光成分が多くなり、その結果、順次図９、図１０、
図１１、図１２に示す様にビーム走査位置による信号強
度の違いが徐々に小さくなっていく。従って、予め、プ
ラズマ処理室８６の内壁５の汚染状態を示す堆積した反
応生成物の厚さと、ロックインアンプ５１ｂから抽出さ
れる検出位置に応じた反射（散乱）光信号のプロファイ
ルの変化との関係を調べ、記憶装置４０に入力して記憶
しておけば、計算機４２は、プラズマ処理室８６の内壁
５の汚染状況をモニタリングすることができることにな
る。ところで、プラズマ処理室８６の内壁５は通常円筒
形を有しているため、図７に示すように汚染されていな
い場合には、ビーム１０３をウェハ中心からずらして照
射した際、内壁５からの反射光の伝搬光軸が照射ビーム
光軸からずれて、散乱光検出光学系２００１にはほとん
ど入射しないことになる。

【００４８】一方、図８に示すように汚染が進んでいっ
た場合には、ビーム１０３をウェハ中心からずらして照
射した際、内壁５からより多くの散乱光が発生して、散
乱光検出光学系２００１に入射して検出されることにな
る。そこで、ガルバノミラー２５の回転角を検出してビ
ーム１０３のウェハ中心からのずれ量（検出位置）を設
定しておけば、予め、その設定位置における内壁５の汚
染状態を示す堆積した反応生成物の厚さと、ロックイン
アンプ５１ｂから抽出される上記設定位置における反射
（散乱）光信号の強度の変化との関係を調べ、記憶装置
４０に入力して記憶しておけば、計算機４２は、プラズ
マ処理室８６の内壁５の汚染状況をモニタリングするこ
とができることになる。他方、上記プラズマ処理室８６
の内壁５からの反射光（散乱光）の内、ビームスプリッ
タ２７を透過する透過光は、空間フィルタ３６により遮
光されるため、異物散乱光検出用ファイバ３３ａには入
射しないことになる。

【００４９】以上説明したように、本第１の実施の形態
によれば、上記変調・同期検波方式により、波長及び周
波数２つの領域において、内壁５の汚染状態である凹凸
の変化を示す散乱光の強度変化を特にプラズマ発光から
分離して検出することが可能であり、内壁の汚染状態を
高感度で検出することができ、その結果に基づいて、洗
浄もしくは清掃等の対策を施すことによって、付着した
反応生成物の剥がれ等によって生じるプラズマ中浮遊異
物の発生を抑制することができる。当然、内壁５の汚染
状態である凹凸の変化を示す散乱光の強度変化を浮遊異
物からも分離して検出することが可能である。

【００５０】また、本第１の実施の形態によれば、上記
変調・同期検波方式により、波長及び周波数２つの領域
において、微弱な異物散乱光を、プラズマ中異物検出で
問題となるプラズマ発光から分離して検出することが可
能であり、従来の波長分離のみの方法に比べてプラズマ
中浮遊異物の検出感度が大幅に向上するという効果が得
られ、従来の波長分離のみの場合に得られる最小検出感
度は、せいぜいφ１μｍ程度が限界であったのに対し、
本実施の形態の方法によれば、最小検出感度をφ０．２
μｍ程度にまで向上でき、ウェハ全面にわたり安定な異
物検出が可能になるという効果も得られる。さらに、ウ
ェハ上全面で異物検出を行って、異物の個数、大きさ、
分布を判定するので、操作者は、その情報を、例えば、
ディスプレイ４１上でリアルタイムで確認することもで
きる。

【００５１】また、本第１の実施の形態によれば、プラ
ズマを発光させた状態で、処理室の内壁の汚染状態をモ
ニタリングできるため、早期に洗浄や清掃等の対策を施
して突発的多量浮遊異物の発生を抑制して歩留まりを向
上させることが可能となる。また、本第１の実施の形態
によれば、プラズマを発光させた状態で、検出される浮
遊異物の発生個数、大きさ、分布の情報をもとに、処理
室内の汚染状況をリアルタイムで判断できるため、例え
ば、クリーニング時期の最適化による装置稼働率の向
上、突発的大量異物の発生の早期発見ができ、歩留まり
が向上する。

【００５２】また、本第１の実施の形態によれば、処理
室内の汚染状況を常にモニタしながら処理を進められる
ため、このようにして製造された半導体基板や液晶基板
は、基準値以上の異物を含まない環境で製造された、高
品質で、信頼性の高い製品となる。また、本第１の実施
の形態によれば、ダミーウェハを用いた処理室の汚染状
況判断や、抜き取り検査による汚染状況判断の頻度低減
が可能であるため、ダミーウェハのコスト削減がなされ
る。

【００５３】次に、本発明に係る第２の実施の形態を、
図１４〜図１５に基づいて説明する。図１４は、本第２
の実施の形態に係る、処理室内壁汚染状況モニタリング
機能付きプラズマ中浮遊異物計測装置をもつエッチング
処理装置の構成を示す図である。

【００５４】処理室内壁汚染状況モニタリング機能付き
プラズマ中浮遊異物計測装置は、主としてレーザ照明光
学系２０００と散乱光検出光学系２００２と制御・信号
処理系６００１とにより構成され、レーザ照明光学系２
０００と散乱光検出光学系２００２における照明光出口
部・検出光入口部は、プラズマ処理室８６の側面に設け
られた観測用窓１０に対向するように配置されている。

【００５５】本第２の実施の形態において、前記第１実
施形態と異なる点は、プラズマ処理室８６の内壁５から
の反射（散乱）光の検出をＣＣＤカメラ等の撮像素子３
３ｃで行い、プラズマ処理室８６の内壁５の汚染状況の
判定を、該ＣＣＤカメラ等の撮像素子３３ｃで得られた
画像から判断する点である。すなわち、プラズマ処理室
８６の内壁５の表面の凹凸状態によって、発生するスペ
ックルパターンが変化するため、該スペックルパターン
を図１５に示すように撮像素子３３ｃで撮像し、該撮像
された画像信号を基に検出されるスペックルパターンの
変化から、内壁５の表面状態の微妙な変化を検出するこ
とができる。洗浄若しくは清掃した直後から反応生成物
が付着したり、プラズマダメージが生じてきて汚染が進
むと、内壁５の表面の状態が平坦な状態から凹凸状態が
増大するように変化していき、スペックルパターンがな
い状態から増大していくことになる。そこで、内壁５の
結像位置に受光面を設置した撮像素子３３ｃで内壁５の
表面から反射してくる画像を撮像し、該撮像された画像
信号を計算機４２で画像処理（例えば２次元方向に微分
処理（ラプラシアンフィルタリング処理））することに
よってスペックルパターンの変化（例えばスペックルパ
ターンの濃淡の変化）として内壁５の汚染状態を検出す
ることができることになる。しかしながら、プラズマ発
光の光については、撮像素子３３ｃに入射されないよう
に波長フィルタ等のフィルタ４５でフィルタリングする
（遮光する）ことが必要となる。

【００５６】以上説明したように、本第２の実施の形態
によれば、本第１の実施の形態と同様の効果を得られる
他、プラズマ処理室の内壁５の表面の状態を画像として
残すことが可能となる。

【００５７】また、上記第１および第２の実施の形態に
おいて、特開平１１−２５１２５２号公報に示されてい
るような側方散乱光検出光学系と併用することも可能で
ある。

【００５８】以上説明したように、処理室の内壁の汚染
状況の計測結果、および／またはプラズマ中若しくはそ
の近傍に浮遊する異物の計測結果について診断ユニット
（４２であってもよく、他の製造ライン管理装置でもよ
い）が診断して、処理室の内壁や電極の側壁への反応生
成物の付着を低減する制御手段（例えば処理室の内壁や
電極の側壁の温度を制御する手段や処理室の内壁に沿っ
て磁界を発生させる手段）３７（図１及び図１４に示
す。）にフィードバックして該制御手段３７を制御する
ことによって、処理室内への反応生成物の付着を低減す
ることができる。また、診断ユニットが、診断結果に基
づいて被処理基板を製造ラインから排除することもで
き、さらにクリーニング指示を出して被処理基板の投入
を中止してクリーニングを実行してもよい。

【００５９】また、本発明の実施の形態によれば、プラ
ズマ中浮遊異物の最小検出感度をφ０．２μｍ程度にま
で向上でき、ウェハ全面にわたり安定な異物検出が可能
になり、しかも異物の発生個数、大きさ、分布の情報を
もとに、処理室内の汚染状況をリアルタイムで判断でき
ると同時に処理室内壁の汚染状況をモニタリングできる
ため、例えば、クリーニング時期の最適化による装置稼
働率の向上、突発的大量異物の発生の早期発見ができ、
歩留まりが向上する。また、処理室内の汚染状況を常に
モニタしながら処理を進められるため、このようにして
製造された半導体基板や液晶基板は、基準値以上の異物
を含まない環境で製造された、高品質で、信頼性の高い
製品となる。

【００６０】また、本実施形態によれば、ダミーウェハ
を用いた処理室の汚染状況判断や、抜き取り検査による
汚染状況判断の頻度低減が可能であるため、ダミーウェ
ハのコスト削減がなされる。

【００６１】これらの効果により、エッチング処理室内
の汚染状況のリアルタイムモニタリングが可能となり、
付着異物のよる不良ウェハの発生を低減でき、高品質の
半導体素子の製造が可能になるという効果と、装置クリ
ーニング時期を正確に把握することができるという効果
が生まれる。

【００６２】また、ダミーウェハを用いた異物の先行作
業チェック作業の頻度が低減できるため、コストの低減
と生産性の向上という効果が生まれる。また、製造ライ
ンの自動化も可能となるという効果も有している。

【００６３】次に、本発明の第３の実施の形態を、図１
６、図１７及び図１８に基づいて説明する。先ず、図１
６及び図１７を用いて、本発明における半導体集積回路
の製造方法の概念を説明する。

【００６４】工程１００ａは、ウェハＷ上にシリコン酸
化膜などの被加工膜６０１を形成する成膜工程であり、
工程１００ｂは、形成した膜の厚さを検査する膜厚計測
工程である。工程１００ｃは、ウェハＷにレジスト６０
２を塗布する、レジスト塗布工程であり，工程１００ｄ
は、マスクパターン６０３をウェハ上に転写するパター
ン転写工程である。工程１００ｅは、被加工部のレジス
トを除去する、現像工程であり、工程１００ｆは、レジ
ストパターン６０４をマスクとして、レジスト除去部６
０５の被加工膜６０１をエッチングし配線溝やコンタク
トホール６０６を形成する、エッチング工程である。工
程１００ｈは、レジストパターン６０４を除去する、ア
ッシング工程であり、工程１００ｉは、ウェハ表面や裏
面を洗浄する、洗浄工程である。上記一連の工程は、例
えば、コンタクトホールの形成に適用される。

【００６５】次に、図１８を用いて、エッチング中に発
生した異物がウェハに付着することで生じる欠陥につい
て説明する。図１８は、例えば、コンタクトホールエッ
チングにおいて発生する欠陥の例を示す図である。異物
７０１は、エッチングの最中にコンタクトホール開口部
に付着した異物を示している。この場合、付着異物によ
りエッチング反応停止するため、該異物付着部分のコン
タクトホールは非開口となり、致命欠陥となる。異物７
０２は、エッチングの最中にコンタクトホール内部に付
着した異物を示している。この場合も、付着異物により
エッチング反応停止するため、該異物付着部分のコンタ
クトホールは非開口となり、致命欠陥となる。

【００６６】異物７０３および異物７０４は、エッチン
グ終了後にコンタクトホール内部に付着した異物を示し
ている。コンタクトホールのようなアスペクト比の高い
箇所に付着した異物は、洗浄しても取り除くことが困難
な場合が多く、異物７０３のように、その大きさが大き
い場合には、コンタクト不良が生じるため致命欠陥とな
る。異物７０５は、エッチングの最中にレジストパター
ン６０４に付着した異物を示している。この場合、該付
着異物７０５によりエッチング反応は何ら影響を受ける
ことはなく、該付着異物７０５により致命欠陥が発生す
ることはない。このように、異物が付着しても、異物の
大きさが欠陥を引き起こすほど大きくない場合や、付着
箇所が非エッチング領域であるような場合には致命欠陥
とならず、ウェハに異物が付着してもその全てが致命欠
陥を引き起こすわけではない。また、異物７０１や異物
７０５が、洗浄により比較的除去しやすい異物であるの
に対し、異物６０２、異物７０３および異物７０４のよ
うに、高アスペクト比のコンタクトホールに落下した異
物は、洗浄による除去が困難である。

【００６７】さて、本発明では、エッチング工程１００
ｆにおいて、プラズマ中浮遊異物計測装置１１００によ
り、エッチング中に処理室内に発生した異物をリアルタ
イムで検出し、該異物検出結果に基づき、処理したウェ
ハを次の工程に送り順次残りのウェハの処理を進める
か、次の工程に送る前に外観検査を行うか、処理を中止
し処理室内のクリーニング（メンテナンス）を行うかを
選択する。

【００６８】ここでは、検出異物大きさおよび個数と予
め設定した規格値（異物管理基準）とを比較すること
で、次に行う処理を選択した。そこで、次に、本実施例
における上記規格値（異物管理基準）の算出方法の例を
説明する。既に説明したとおり、ウェハに異物が付着し
てもその全てが致命欠陥を引き起こすわけではない。付
着異物により致命欠陥が発生する確率は、エッチングパ
ターンの開口率やパターン密度、更には配線幅などと、
付着する異物の大きさや個数の関係から、計算により求
めることができる。したがって、エッチング処理中に検
出される異物の大きさと個数と、ウェハ付着異物の大き
さと個数の相関関係を、予め実験によって求めておくこ
とで、エッチング中に検出した異物により致命欠陥が引
き起こされる確率を求めることができる。

【００６９】規格値（異物管理基準）は、上記手段によ
り求めた値に基づいて設定する。以下に、本実施例にお
ける、規格値の設定例を示す。規格値１は、検出異物の
うちある大きさ以上の個数が該規定値１より少なけれ
ば、致命欠陥が発生する確率が非常に低くなるように
（例えば、致命欠陥発生確率１％程度以下）設定する。
例えば、規格値１は、異物粒径０．４μｍ以上１０個と
する。規格値２は、検出異物のうちある大きさ以上の個
数が上記規格値１以上で該規定値２より少なければ、致
命欠陥の発生が懸念される値となるように（例えば、致
命欠陥発生確率５％程度以下）設定する。例えば、規格
値２は、異物粒径０．４μｍ以上３０個とする。検出異
物のうちある大きさ以上の個数が該規定値２以上である
と、致命欠陥が多数発生する（例えば、致命欠陥発生確
率５％程度以上）ことになる。上記規格値に基づき、エ
ッチング処理中に検出された異物のうちある大きさ以上
の個数が上記規定値１より少ない場合には、致命欠陥の
発生する確率が低いので、引き続き次のウェハの処理を
行う。

【００７０】エッチング処理中に検出された異物のうち
ある大きさ以上の個数が上記規定値１以上であるが、上
記規定値２よりは少ない場合には、エッチング処理終了
後、外観検査をう。該外観検査の結果、致命欠陥が確認
されなければ、該ウェハは次のアッシング工程１００７
に送る。該外観検査の結果、致命欠陥が確認された場合
は、該致命欠陥が救済可能な欠陥か判定する。上記判定
結果に基づき、救済可能（救済回路の利用など）な欠陥
と判定された場合は、該ウェハは次のアッシング工程１
００ｈに送る。上記判定結果に基づき、救済不可能な欠
陥と判定された場合は、該欠陥個所を記録した後、該ウ
ェハを次のアッシング工程１００ｈに送る。その後、例
えば、ダイシングにより各チップ毎にきり出した時に、
該救済不可能な欠陥を含むチップは排除する。

【００７１】エッチング処理中に検出された異物のうち
ある大きさ以上の個数が、上記規定値２より多い場合に
は、その後に処理を行うウェハにも、大量の致命欠陥が
発生する可能性が高いので、エッチング処理を中断しプ
ラズマ処理室内のクリーニング（メンテナンス）を行う
よう、エッチング装置の操作者にモニタ画面上に表示し
たりアラームで知らせたりする。

【００７２】プラズマ中浮遊異物計測装置を備えないエ
ッチング処理装置では、必ずしも適切な時間で処理室の
クリーニングが行われない。従って、本来クリーニング
しなくても良い時期にクリーニングを行い、装置稼働率
を低下させたり、逆にクリーニングすべき時期を過ぎて
いるにもかかわらず処理を続け、不良品を大量に生じさ
せ歩留まりを低下させることもある。また、処理室内異
物チェックのためのダミーウェハによる先行作業を行
い、その結果からクリーニング時期を決める方法もあ
る。この場合、一連の工程中に余分な作業が入るため、
スループットが低下し、ダミーウェハ分のコストが必要
とされた。しかし、ウェハの大口径化に伴い、ダミーウ
ェハのコストの増加は必至で、処理室内異物チェックの
ためのダミーウェハによる先行作業の削減も大きな問題
になっている。

【００７３】これに対し本実施の形態によれば、処理室
内の汚染状況をリアルタイムでモニタしながら被処理体
の処理を行えるため、クリーニング時期の最適化が図ら
れ、ダミーウェハによる先行作業も必要ないため、スル
ープットが向上し、ダミーウェハのコスト削減が可能と
なる。また、本実施の形態の工程により製造された製品
は、規定値以上の異物を含まない良質の製品、したがっ
て信頼性の高い製品を製造することができる。

【００７４】なお、以上の実施の形態においては、エッ
チング処理装置への適用例について述べたが、先にも記
載したように、本発明の適用範囲はこれに限定されるも
のではなく、例えば、本発明をアッシング装置や成膜装
置に適用することで、アッシング装置内および成膜装置
内の異物のリアルタイムモニタリングが可能となり、以
って、ホトリソグラフィ工程中のアッシング工程および
成膜工程起因の不良を低減することが可能となり、不良
品の発生防止と歩留まりの向上とを図ることができる。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ処理室内壁の
汚染状況をモニタリングすることができるため、事前に
対策が施されて多量に異物が発生するのを防止して、歩
留まり向上を図れると共に高品質の半導体素子の製造が
可能になり、しかも装置クリーニング時期を正確に把握
することができる効果が得られる。また、本発明によれ
ば、構成を簡単にして、プラズマ処理室内壁の汚染状況
のモニタリングとプラズマ中浮遊異物のモニタリングと
を行うことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、処理室内壁
汚染状況モニタリング機能付きプラズマ中浮遊異物計測
装置をもつエッチング処理装置の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における、異物散乱
光及び処理室内壁反射（散乱）光検出のための光学系を
単純化した説明図である。

【図３】プラズマ励起周波数とプラズマ発光が同期して
いる様子を示す説明図である。

【図４】異物散乱光のプラズマ発光からの波長・周波数
分離の様子を示す説明図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態における、ウェハ上
５点での検出光強度の時間変化を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態における、ウェハ上
５点での異物信号強度の時間変化を示す図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態における、処理室内
壁での照射レーザ光の反射の様子を示す図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態における、処理室内
壁での照射レーザ光の散乱の様子を示す図である。

【図９】本発明の第１の実施の形態における、処理室内
壁反射（散乱）光信号強度のプロファイルを示す図であ
る。

【図１０】本発明の第１の実施の形態における、処理室
内壁反射（散乱）光信号強度のプロファイルを示す図で
ある。

【図１１】本発明の第１の実施の形態における、処理室
内壁反射（散乱）光信号強度のプロファイルを示す図で
ある。

【図１２】本発明の第１の実施の形態における、処理室
内壁反射（散乱）光信号強度のプロファイルを示す図で
ある。

【図１３】本発明の第１の実施の形態における、処理室
内壁反射（散乱）光信号強度のプロファイルの時間変化
を示す図である。

【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る、処理室内
壁汚染状況モニタリング機能付きプラズマ中浮遊異物計
測装置をもつエッチング処理装置の構成を示す図であ
る。

【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る、処理室内
壁反射（散乱）光画像を示す図である。

【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る、プラズマ
中浮遊異物計測装置付きエッチング処理装置を導入し
た、半導体集積回路装置の製造工程を、処理の流れに沿
って模式的に示した説明図である。

【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る、コンタク
トホールの形成過程を、断面構造を用いて、処理の流れ
に沿って模式的に示した説明図である。

【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る、コンタク
トホールのエッチング工程において、付着異物による生
じる欠陥の例を、模式的に示した説明図である。

【符号の説明】

５…内壁、１０…観測用窓、１２…レーザ光源、１３…
発振器、１４…ＡＯ変調器、１８…フォーカシングレン
ズ、２４…偏光ビームスプリッタ、２６…１／４などの
波長板、２７…ビームスプリッタ（分岐光学系）、２９
…ガルバノドライバ、３１ａ、３２ｂ…結像レンズ、３
３ａ…異物散乱光検出用光ファイバ、３３ｂ…処理室反
射光検出用光ファイバ、３３ｃ…撮像素子（ＣＣＤカメ
ラ）、３４ａ、３４ｂ…分光器、３５ａ、３５ｂ…光電
変換素子、３６…空間フィルタ、３９…絞り（ピンホー
ル）、４０…記憶装置、４１…デイスプレイ、４２…計
算機、４５…フィルタ、５０ａ，５０ｂ…アンプ、５１
ａ，５１ｂ…ロックインアンプ、８３…シグナルジェネ
レータ、８４…パワーアンプ、８５…分配器、８６…プ
ラズマ処理室、８１…上部電極、８２…下部電極、７１
…プラズマ、Ｗ…半導体基板（被処理基板）、１００ａ
…成膜工程、１００ｂ…膜厚計測工程、１００ｃ…レジ
スト塗布工程、１００ｄ…パターン転写工程、１００ｅ
…現像工程、１００ｆ…エッチング工程、１００ｇ…異
物判定部、１００ｈ…アッシング工程、１００ｉ…洗浄
工程、２０００…レーザ照明光学系、２００１…散乱光
検出光学系、６０００…制御・信号処理系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０５Ｈ 1/00 Ａ Ｈ０５Ｈ 1/00 1/46 Ｍ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 １０３ Ｆターム(参考） 4K029 BD01 DA03 DA09 EA00 EA06 4K030 CA04 CA12 FA01 JA18 KA37 KA39 KA41 5F004 AA14 AA15 BA04 BB18 CB09 5F045 BB15 DP02 DQ10 EB06 EH13 GB04

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内にプラズマを発生させ、該発生し
   たプラズマによって半導体基板に対して処理して半導体
   を製造する半導体の製造方法において、 光ビームを観察窓を通して前記処理室内に照射する照射
   ステップと、 該照射ステップにより前記処理室の内壁からの凹凸状態
   の変化に伴って変化が生じる反射光像を観察窓を通して
   結像光学系で結像させて検出器で受光して受光信号とし
   て検出する検出ステップと、 該検出ステップによって検出された受光信号の変化を基
   にして算出される前記処理室の内壁の汚染状況を基に前
   記半導体基板に対するプラズマ処理を制御する制御ステ
   ップとを有することを特徴とする半導体の製造方法。
2. 【請求項２】前記検出ステップにおいて、前記結像光学
   系で結像させて検出器で受光する光像がスペックルパタ
   ーン像であることを特徴とする請求項１記載の半導体の
   製造方法。
3. 【請求項３】前記検出ステップにおいて、前記反射光像
   を観察窓を通して結像光学系で結像させて検出器で受光
   する際、前記処理室内のプラズマから発生する光をフィ
   ルタで遮光することを特徴とする請求項１または２記載
   の半導体の製造方法。
4. 【請求項４】前記照射ステップにおいて、前記ビームを
   処理室内に照射する際、前記処理室の内壁の複数個所に
   照射できるように前記ビームを走査することを特徴とす
   る請求項１または２または３記載の半導体の製造方法。
5. 【請求項５】前記照射ステップにおける前記ビームを照
   射する観察窓と前記検出ステップにおける前記反射光像
   を通す観察窓とが同一であることを特徴とする請求項１
   乃至４の何れか一つに記載の半導体の製造方法。
6. 【請求項６】処理室内にプラズマを発生させ、該発生し
   たプラズマによって半導体基板に対して処理して半導体
   を製造する半導体の製造方法において、 所望の周波数で強度変調したビームを観察窓を通して前
   記処理室内に照射する照射ステップと、 該照射ステップにより照射された前記処理室の内壁から
   の凹凸状態の変化に伴って変化が生じる反射光像を観察
   窓を通して結像光学系で結像させて検出器で受光して受
   光信号として検出し、該検出された受光信号の中から前
   記強度変調周波数成分を抽出することによって処理室の
   内壁の凹凸状態の変化を示す信号をプラズマによるもの
   から分離して検出する検出ステップと、 該検出ステップにより検出された信号の変化を基にして
   算出される前記処理室の内壁の汚染状況を基に前記半導
   体基板に対するプラズマ処理を制御する制御ステップと
   を有することを特徴とする半導体の製造方法。
7. 【請求項７】前記検出ステップにおいて、前記結像光学
   系の結像位置に設置された絞りによって制限された光像
   を検出器で受光することを特徴とする請求項６記載の半
   導体の製造方法。
8. 【請求項８】前記照射ステップにおいて、前記強度変調
   するビームが所望の波長を有し、 前記検出ステップにおいて、前記反射光像を観察窓を通
   して結像光学系で結像させて検出器で受光する際、前記
   所望の波長成分で分離することを特徴とする請求項６ま
   たは７記載の半導体の製造方法。
9. 【請求項９】前記照射ステップにおいて、前記ビームを
   処理室内に照射する際、前記処理室の内壁の複数個所に
   照射できるように前記ビームを走査することを特徴とす
   る請求項６乃至８の何れか一つに記載の半導体の製造方
   法。
10. 【請求項１０】前記照射ステップにおける前記ビームを
    照射する観察窓と前記検出ステップにおける前記反射光
    像を通す観察窓とが同一であることを特徴とする請求項
    ６乃至９の何れか一つに記載の半導体の製造方法。
11. 【請求項１１】処理室内にプラズマを発生させ、該発生
    したプラズマによって半導体基板に対して処理して半導
    体を製造する半導体の製造方法において、 所望の周波数で強度変調したビームを観察窓を通して前
    記処理室内に照射する照射ステップと、 該照射ステップにより前記処理室の内部からの観察窓を
    通して得られる反射光像を分岐光学系で分岐し、該分岐
    された一方の反射光像を第１の結像光学系で結像させて
    第１の検出器で受光して第１の受光信号に変換し、該変
    換された第１の受光信号の中から前記強度変調周波数成
    分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍
    に浮遊した異物を示す第１の信号をプラズマによるもの
    から分離して検出し、前記分岐された他方の反射光像を
    第２の結像光学系で結像させて第２の検出器で受光して
    第２の受光信号に変換し、該変換された第２の受光信号
    の中から前記強度変調周波数成分を抽出することによっ
    て処理室の内壁の凹凸状態の変化を示す第２の信号をプ
    ラズマによるものから分離して検出する検出ステップ
    と、 該検出ステップで検出された第１の信号を基にして算出
    されるプラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物の発
    生状況または前記検出ステップで検出された第２の信号
    の変化を基にして算出される前記処理室の内壁の汚染状
    況を基に前記半導体基板に対するプラズマ処理を制御す
    る制御ステップとを有することを特徴とする半導体の製
    造方法。
12. 【請求項１２】前記検出ステップにおいて、前記第２の
    結像光学系の結像位置に設置された絞りによって制限さ
    れた光像を第２の検出器で受光することを特徴とする請
    求項１１記載の半導体の製造方法。
13. 【請求項１３】前記検出ステップにおいて、前記第１の
    結像光学系の結像位置に設置された空間フィルタによっ
    て前記処理室の内壁からの散乱反射光を遮光することを
    特徴とする請求項１１または１２記載の半導体の製造方
    法。
14. 【請求項１４】前記照射ステップにおいて、前記ビーム
    を処理室内に照射する際、前記処理室の内壁の複数個所
    に照射できるように前記ビームを走査することを特徴と
    する請求項１１乃至１３の何れか一つに記載の半導体の
    製造方法。
15. 【請求項１５】前記照射ステップにおける前記ビームを
    照射する観察窓と前記検出ステップにおける前記反射光
    像を通す観察窓とが同一であることを特徴とする請求項
    １１乃至１４の何れか一つに記載の半導体の製造方法。
16. 【請求項１６】処理室内にプラズマを発生させ、該発生
    したプラズマによって被処理基板に対して処理するプラ
    ズマ処理方法において、 光ビームを観察窓を通して前記処理室内に照射する照射
    ステップと、 該照射ステップにより前記処理室の内壁からの凹凸状態
    の変化に伴って変化が生じる反射光像を観察窓を通して
    結像光学系で結像させて検出器で受光して受光信号とし
    て検出する検出ステップと、 該検出ステップによって検出された受光信号の変化を基
    にして前記処理室の内壁の汚染状況を判定する判定ステ
    ップとを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
17. 【請求項１７】処理室内にプラズマを発生させ、該発生
    したプラズマによって被処理基板に対して処理するプラ
    ズマ処理方法において、 所望の周波数で強度変調したビームを観察窓を通して前
    記処理室内に照射する照射ステップと、 該照射ステップにより照射された前記処理室の内壁から
    の凹凸状態の変化に伴って変化が生じる反射光像を観察
    窓を通して結像光学系で結像させて検出器で受光して受
    光信号として検出し、該検出された受光信号の中から前
    記強度変調周波数成分を抽出することによって処理室の
    内壁の凹凸状態の変化を示す信号をプラズマによるもの
    から分離して検出する検出ステップと、 該検出ステップにより検出された信号の変化を基にして
    前記処理室の内壁の汚染状況を判定する判定ステップと
    を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
18. 【請求項１８】処理室内にプラズマを発生させ、該発生
    したプラズマによって被処理基板に対して処理するプラ
    ズマ処理方法において、 所望の周波数で強度変調したビームを観察窓を通して前
    記処理室内に照射する照射ステップと、 該照射ステップにより前記処理室の内部からの観察窓を
    通して得られる反射光像を分岐光学系で分岐し、該分岐
    された一方の反射光像を第１の結像光学系で結像させて
    第１の検出器で受光して第１の受光信号に変換し、該変
    換された第１の受光信号の中から前記強度変調周波数成
    分を抽出することによってプラズマ中若しくはその近傍
    に浮遊した異物を示す第１の信号をプラズマによるもの
    から分離して検出し、前記分岐された他方の反射光像を
    第２の結像光学系で結像させて第２の検出器で受光して
    第２の受光信号に変換し、該変換された第２の受光信号
    の中から前記強度変調周波数成分を抽出することによっ
    て処理室の内壁の凹凸状態の変化を示す第２の信号をプ
    ラズマによるものから分離して検出する検出ステップ
    と、 該検出ステップで検出された第１の信号を基にしてプラ
    ズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物の発生状況また
    は前記検出ステップで検出された第２の信号の変化を基
    にして前記処理室の内壁の汚染状況を判定する判定ステ
    ップとを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
19. 【請求項１９】処理室内にプラズマを発生させ、該発生
    したプラズマによって被処理基板に対して処理するプラ
    ズマ処理装置において、 光ビームを前記処理室に設けた観察窓を通して前記処理
    室内に照射する照射光学系と、 該照射光学系により前記処理室の内壁からの凹凸状態の
    変化に伴って変化が生じる反射光像を前記処理室に設け
    た観察窓を通して結像光学系で結像させて検出器で受光
    して受光信号として検出する検出光学系と、 該検出光学系の検出器によって検出された受光信号の変
    化を基にして前記処理室の内壁の汚染状況を判定する判
    定処理部とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装
    置。
20. 【請求項２０】前記照射光学系および前記検出光学系に
    共通する偏光状態を変える波長板を備えたことを特徴と
    する請求項１９記載のプラズマ処理装置。
21. 【請求項２１】前記検出検出光学系において、前記結像
    光学系で結像させて検出器で受光する光像がスペックル
    パターン像であることを特徴とする請求項１９または２
    ０記載のプラズマ処理装置。
22. 【請求項２２】処理室内にプラズマを発生させ、該発生
    したプラズマによって被処理基板に対して処理するプラ
    ズマ処理装置において、 所望の周波数で強度変調したビームを観察窓を通して前
    記処理室内に照射する照射光学系と、 該照射光学系により照射された前記処理室の内壁からの
    凹凸状態の変化に伴って変化が生じる反射光像を観察窓
    を通して結像光学系で結像させて検出器で受光して受光
    信号として検出する検出光学系と、 該検出光学系の検出器によって検出された受光信号の中
    から前記強度変調周波数成分を抽出することによって処
    理室の内壁の凹凸状態の変化を示す信号をプラズマによ
    るものから分離して検出する検出手段と、 該検出手段により検出された信号の変化を基にして前記
    処理室の内壁の汚染状況を判定する判定手段とを備えた
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
23. 【請求項２３】処理室内にプラズマを発生させ、該発生
    したプラズマによって被処理基板に対して処理するプラ
    ズマ処理装置において、 所望の周波数で強度変調したビームを観察窓を通して前
    記処理室内に照射する照射光学系と、 該照射光学系により前記処理室の内部からの観察窓を通
    して得られる反射光像を分岐する分岐光学系と該分岐光
    学系で分岐された一方の反射光像を第１の結像光学系で
    結像させて第１の検出器で受光して第１の受光信号に変
    換する第１の検出光学系と前記分岐光学系で分岐された
    他方の反射光像を第２の結像光学系で結像させて第２の
    検出器で受光して第２の受光信号に変換する第２の検出
    光学系とを備えた検出光学系と、 前記第１の検出光学系の第１の検出器で変換された第１
    の受光信号の中から前記強度変調周波数成分を抽出する
    ことによってプラズマ中若しくはその近傍に浮遊した異
    物を示す第１の信号をプラズマによるものから分離して
    検出する第１の検出手段と、 前記第２の検出光学系の第２の検出器で変換された第２
    の受光信号の中から前記強度変調周波数成分を抽出する
    ことによって処理室の内壁の堆積状態を示す第２の信号
    をプラズマによるものから分離して検出する第２の検出
    手段と、 前記第１の検出手段で検出された第１の信号を基にして
    プラズマ中若しくはその近傍に浮遊する異物の発生状況
    または前記第２の検出手段で検出された第２の信号の変
    化を基にして前記処理室の内壁の汚染状況を判定する判
    定手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
24. 【請求項２４】前記第２の検出光学系において、前記第
    ２の結像光学系の結像位置に絞りを設置することを特徴
    とする請求項２３記載のプラズマ処理装置。
25. 【請求項２５】前記第１の検出光学系において、前記第
    １の結像光学系の結像位置に空間フィルタを設置するこ
    とを特徴とする請求項２３または２４記載のプラズマ処
    理装置。
26. 【請求項２６】前記照射光学系において、前記ビームを
    処理室内に照射する際、前記処理室の内壁の複数個所に
    照射できるように前記ビームを走査する走査光学系を有
    することを特徴とする請求項２３乃至２５の何れか一つ
    に記載のプラズマ処理装置。