半導体装置の製造装置、残留成分の分析装置及び分析方法
【課題】半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などの分析対象部に残留する物質を検出できる半導体装置の製造装置、残留成分の分析装置及び分析方法を提供する。
【解決手段】半導体製造のための所定の処理工程のために内部に基板が保持され、あるいは、処理工程の前後において内部に基板が搬送または収容される半導体装置の製造装置を構成する部分であり、内部における残留成分の分析対象となる分析対象部（１）と、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部５と、受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部６とを有し、上記のように分光することにより、分析対象部の内部における残留成分を分析する。
【解決手段】半導体製造のための所定の処理工程のために内部に基板が保持され、あるいは、処理工程の前後において内部に基板が搬送または収容される半導体装置の製造装置を構成する部分であり、内部における残留成分の分析対象となる分析対象部（１）と、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部５と、受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部６とを有し、上記のように分光することにより、分析対象部の内部における残留成分を分析する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造装置、残留成分の分析装置及び分析方法に関し、特に残留成分を分析できる半導体装置の製造装置と、この残留成分の分析装置及び分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの微細化により、半導体製造プロセスの高精度化が要求されている。
【０００３】
しかし、エッチングや堆積などのプロセスを行うチャンバ、ウェハをプロセスチャンバに搬送する搬送経路、あるいはウェハを格納する容器などにおいて、ウェハなどが環境の影響を受けてしまい、プロセス量変動や膜腐食など不利益が生じる可能性がある。
【０００４】
例えば、プロセスチャンバの内壁に付着した堆積物から放出されるガス成分あるいはチャンバ内に残留したガス成分のために、エッチング量などのプロセス量が変動する可能性がある。
また、例えば、搬送経路や格納する容器内に残留しているガス成分がウェハに付着することにより配線腐食などが生じる可能性がある。
【０００５】
従って、プロセスチャンバ内の環境、およびプロセスチャンバに至る途中の搬送経路の環境の変動を抑えた、安定したプロセスの構築が求められる。
【０００６】
現在の半導体製造装置においては、プロセスチャンバ内またはそのプロセスチャンバに至る途中の搬送経路に残留または存在する物質（ガスまたは元素）およびチャンバ壁に付着した物質のモニタリング方法は確立されていない。
【０００７】
チャンバ内に存在する物質の分析には、四重極型質量分析装置（Ｑ−ｍａｓｓ）を用いる方法が知られているが、この方法は真空チャンバにしか適用できない。
【０００８】
一方、プラズマチャンバ中にセンサを挿入することがない、すなわちチャンバ内に非接触で実施することができるモニタリング方法が開発されている。
【０００９】
例えば、チャンバの壁面に設けられた窓を通して近紫外〜可視〜近赤外領域の光をモニタするＯＥＳ（Optical Emission Spectrometer）が知られている。
上記の方法は、非接触であるためにチャンバ内に与える影響が小さいので好ましい。
【００１０】
しかし、上記領域の光を発光するプラズマプロセスにおける終点検出（ＥＰＤ：End Point Detection）用途に限られていた。
【００１１】
以上のように、従来技術における半導体製造装置のチャンバ内あるいは搬送経路などに残留あるいは存在する物質の分析については多くの課題がある。
【００１２】
特許文献１には、被検気体に所定周波数の基準波及び励起波を照射して、被検気体の成分分析を行う装置が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２０９８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
解決しようとする問題点は、半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などに残留する物質を検出することが困難であることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体装置の製造装置は、内部における残留成分の分析対象となり、半導体製造のための所定の処理工程のために前記内部に基板が保持され、あるいは、処理工程の前後において前記内部に前記基板が搬送または収容される分析対象部と、前記分析対象部の前記内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部と、前記受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部とを有し、前記残留成分を分析する。
【００１５】
上記の本発明の半導体装置の製造装置は、分析対象部と、受信部と、分光部を有する。
分析対象部は、半導体製造のための所定の処理工程のために内部に基板が保持され、あるいは、処理工程の前後において内部に基板が搬送または収容される半導体装置の製造装置を構成する部分であり、内部における残留成分の分析対象となる。
受信部は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する。
分光部は、受信部で受信されて得られた信号を分光する。
上記のように分光することにより、分析対象部の内部における残留成分を分析する。
【００１６】
本発明の残留成分の分析装置は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部と、前記受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部とを有し、前記分析対象部の前記内部における残留成分を分析する。
【００１７】
上記の本発明の残留成分の分析装置は、受信部と、分光部を有する。
受信部は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する。
分光部は、受信部で受信されて得られた信号を分光する。
上記のように分光することにより、分析対象部の内部における残留成分を分析する。
【００１８】
本発明の残留成分の分析方法は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する工程と、前記電磁波を受信して得られた信号を分光し、前記残留成分を分析する工程とを有する。
【００１９】
上記の本発明の残留成分の分析方法は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信し、電磁波を受信して得られた信号を分光し、残留成分を分析する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半導体装置の製造装置は、半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などの分析対象部に残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、分析対象部に残留する物質を検出することができる。
【００２１】
本発明の残留成分の分析装置は、半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などの分析対象に対して、残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、残留する物質を検出することができる。
【００２２】
本発明の残留成分の分析方法は、半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などの分析対象に対して、残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、残留する物質を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る半導体装置の製造装置、残留成分の分析装置及び分析方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
尚、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（ドライエッチング装置）
２．第１実施例
３．第２実施形態（搬送経路）
４．第２実施例
５．第３実施形態（収容部）
６．第３実施例
【００２４】
＜第１実施形態＞
［全体構成］
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置の模式構成図である。
本実施形態に係る製造装置はドライエッチング装置であり、基板（ウェハ）に対するエッチング処理のために内部に基板が保持されるチャンバが、残留成分の分析対象部である。
例えば、ドライエッチング処理を行うためのチャンバ１の壁部にモニタ用窓２が設けられている。
上記のモニタ用窓２を通して、チャンバ１の内部から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波がチャンバ１の外部に設けられた分析装置ＡＮにより検出され、分析される。
【００２５】
例えば、チャンバ１の内部に残留するガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、チャンバ１の内部に残留するガス成分が分析される。
あるいは、チャンバ１の内部の堆積物から発せられるガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、チャンバ１の内部の堆積物が分析される。
【００２６】
プロセスチャンバに残留するガス成分やチャンバ内部の堆積物から発せられるガス成分は、振動遷移、回転遷移、あるいは超微細構造遷移に起因して電磁波である輝線を放出する。
これらの遷移は一般的な電子遷移に比べて低エネルギーの遷移であり、ミリ波〜サブミリ波領域に存在している。
【００２７】
チャンバ１は、例えば、ＣＣＰ（Capacitive Coupled Plasma）ドライエッチング用のチャンバである。
あるいは、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）ドライエッチング用のチャンバ、またはＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）ドライエッチング用のチャンバでもよい。
【００２８】
モニタ用窓２を構成する窓材料としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルムなどが用いられる。
モニタ用窓２は、例えば直径５ｃｍの大きさである。チャンバ１にＯＥＳ（Optical Emission Spectrometer）用の窓が予め設けられている場合には、それを用いることもできる。
【００２９】
分析装置ＡＮは、ミラー３及びハーフミラー４などを含む光学系、ホーンアンテナあるいはパラボラアンテナなどの不図示のアンテナ、不図示の導波管、受信部５及び分光部６などを有する。
【００３０】
ミラー３及びハーフミラー４などを含む光学系は、チャンバ１の内部から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波を所定の方向に導く。
ホーンアンテナなどのアンテナは、上記電磁波を受信、集光する。
導波管は、アンテナで受信された電磁波を受信部５に伝送する。
【００３１】
受信部５は、導波管から伝送された電磁波から中間周波数（ＩＦ：Intermediate Frequency）信号を生成し、必要に応じてアンプで増幅する。
分光部６は、ＩＦ信号を分光し、周波数空間でのパワー（強度）として出力する。
【００３２】
ミリ波〜サブミリ波の電磁波を受信する受信部としては、例えば、超伝導ＳＩＳ（半導体−絶縁体−半導体）ミキサ受信部を用いることができる。
この領域の電磁波に対して感度が高く、好ましい。超伝導ＳＩＳミキサは、図示しない機械式冷凍機によって４Ｋに冷却されて用いられる。
あるいは、受信部５として、ボロメータ型受信機または量子型受信機を用いることもできる。
分光計６は、音響光学型分光計（ＡＯＳ）またはデジタル分光計を用いることができる。
【００３３】
上記のミリ波〜サブミリ波の電磁波の受信及び分光についてさらに説明する。
ミリ波〜サブミリ波の強度の絶対値ＴＢは、いわゆるｃｈｏｐｐｅｒ−ｗｈｅｅｌ法によって求められたアンテナ温度Ｔａとアンテナ集効率ηから下記式（１）のように表される。
【００３４】
ＴＢ＝Ｔａ／η （１）
【００３５】
ここで、アンテナ温度Ｔａは、システム雑音温度Ｔsys、Ｏｎ点（モニタ時の状態）におけるパワー：Ｗon、Ｏｆｆ点（メンテナンス後などの清浄な状態（バックグラウンド））におけるパワー：Ｗoffを用いて、下記式（２）のように表される。
【００３６】
Ｔａ＝（Ｗon−Ｗoff）Ｔsys／Ｗoff （２）
【００３７】
例えば、ＣＦ４などのＣＦ系ガスを用いる酸化シリコンあるいは窒化シリコンなどのシリコン絶縁膜のエッチング時においては、ＣＦあるいはＣＯの輝線をモニタリングする。
ＣＦの輝線は、例えば、Ｊ＝３／２−１／２：１２４ＧＨｚ、Ｊ＝５／２−３／２：２０７ＧＨｚ、Ｊ＝７／２−５／２：２９０ＧＨｚなどをモニタすることができる。
ＣＯの輝線は、Ｊ＝１−０：１１５ＧＨｚ、Ｊ＝２−１：２３１ＧＨｚ、Ｊ＝３−２：３４６ＧＨｚなどをモニタすることができる。
ミリ波またはサブミリ波帯にある輝線強度を検出できる粒子であれば、この限りではない。
本実施形態では、従来の通常のＯＥＳと異なり、プラズマが発光していない状態、すなわち、エッチング開始前のプロセスチャンバ状態のモニタリングが可能である。
【００３８】
エッチング前にチャンバ内（チャンバ壁）にＣＦが堆積しているとそこからＦが再放出され、シリコン絶縁膜のエッチレートの上昇などプロセス特性の変動を及ぼす。
【００３９】
［残留成分の影響］
図２は、ＣＦ輝線（Ｊ＝３／２−１／２：１２４ＧＨｚ）の強度ＩとエッチレートＥＲとの関係を示すグラフである。
図２に示すように、強度Ｉの増加とともに、エッチレートＥＲが変動する。
エッチレートＥＲの変動が許容範囲以内となるＣＦ輝線強度Ｉのしきい値（判定値Ｔｈ）を求め、判定値Ｔｈ以下の領域Ａと判定値Ｔｈを超えた領域Ｂとに区分する。
【００４０】
［残留成分の分析とクリーニング処理］
次に、本実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われるクリーニング処理について図３のフローチャートを用いて説明する。
上記のように、チャンバに残留する成分によってエッチレートに変動が生じるため、残留する成分をモニタし、その影響を抑えることがプロセスの安定化のために重要となる。
本実施形態においては、本実施形態に係るエッチング装置のチャンバでエッチング処理を行う際に、図３に示すフローチャートに従って、モニタした残留成分の結果に応じてチャンバのクリーニング処理を行う。
【００４１】
エッチング処理の前に、残留成分の分析処理が開始（ＳＴ１１）されると、チャンバ内ミリ波発光強度として、ＣＦ輝線（Ｊ＝３／２−１／２：１２４ＧＨｚ）の強度Ｉを測定する（ＳＴ１２）。
次に、得られた強度Ｉを判定値Ｔｈと比較する（ＳＴ１３）。
得られた値が判定値Ｔｈ以下であれば、残留成分の分析処理は終了（ＳＴ１５）し、そのままエッチングに移行する。
【００４２】
一方、判定値Ｔｈを超えた場合には、チャンバにドライクリーニング処理を行う（ＳＴ１４）。例えば、圧力１００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ電力２０００Ｗ、Ｏ２流量３００ｓｃｃｍ、時間１２０ｓの条件とする。
ドライクリーニング処理（ＳＴ１４）の後は、再びチャンバ内ミリ波発光強度の測定を行う。強度Ｉが判定値Ｔｈ以下になるまで、上記のステップを繰り返す。
【００４３】
本実施形態のエッチング装置の分析装置ＡＮにおいて、モニタリングする信号の数(周波数帯)に応じて受信部及び分光部を増設できる。
例えば、本実施形態の分析装置では、光学系としてハーフミラー４が設けられており、電磁波が２つに分けられている。
また、受信部５及び分光部６は、ハーフミラー４で分けられた電磁波それぞれに対して設けられている。
通常、１つの受信部では１つの周波数の電磁波しか受信できないので、複数の周波数の電磁波を受信する場合には、その数に電磁波を分けてそれぞれ受信する構成とする。
複数の周波数で受信、分光することで、より精密に、チャンバ１の内部に残留するガス成分、または、チャンバ１の内部の堆積物を分析できる。
【００４４】
本実施形態において、エッチング装置を構成する分析装置ＡＮは、ミリ波〜サブミリ波領域に存在する輝線及び連続波をモニタリングする。
【００４５】
モニタ用窓２を介して、上記の物質粒子が発する輝線をそのまま受信検出するため、チャンバ内に影響を与えることなく、外部から非接触でモニタ可能である。
既存のＯＥＳの発光用窓を利用できるため、大きな改造をすることなくモニタリング装置を取り付けられる。
上記のようにして、例えば、モニタ結果をＦＤＣ（Fault Detection and Classification）により管理することなどにより、プロセスの安定化やプロセス異常管理を行うことが可能となる。
【００４６】
上記のように、本実施形態においてはこれまでの半導体プロセスにおいて考慮していなかった低エネルギー粒子の発光であるミリ波〜サブミリ波の輝線強度をモニタリングする。
これを利用することにより、プロセスチャンバ内の環境変動の影響を抑え、プロセス安定性を大きく向上させることができる。
【００４７】
本実施形態の半導体装置の製造装置は、半導体製造装置のチャンバなどの分析対象部に残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、分析対象部に残留する物質を検出することができる。
【００４８】
本実施形態の残留成分の分析装置は、受信部と、分光部を有する。受信部は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する。
分光部は、受信部で受信されて得られた信号を分光する。
上記のように分光することにより、分析対象部の内部における残留成分を分析する。
【００４９】
本発明の残留成分の分析装置は、半導体製造装置のチャンバなどの分析対象に対して、残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、残留する物質を検出することができる。
【００５０】
また、本実施形態の残留成分の分析方法は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信し、電磁波を受信して得られた信号を分光し、残留成分を分析する。
【００５１】
本発明の残留成分の分析方法は、半導体製造装置のチャンバなどの分析対象に対して、残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、残留する物質を検出することができる。
【００５２】
＜第１実施例＞
図４は、本実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＣＦ輝線強度Ｉをとったグラフである。
同一のエッチング装置においてエッチング処理を繰り返し行っていると、チャンバの残留成分が多くなり、ＣＦ輝線強度Ｉが増大して判定値Ｔｈを超えたＢの領域になってしまうことがある。
上記のようにＣＦ輝線強度Ｉが判定値Ｔｈを超えた場合には、チャンバのドライクリーンニング処理を行うことで、ＣＦ輝線強度Ｉを判定値Ｔｈ以下であるＡの領域に戻すことができる。
【００５３】
このようにエッチング開始前にチャンバ内（チャンバ壁）に存在しているＣＦが発する輝線をチャンバ内に影響を与えることなく、外部から非接触でモニタし、その値を用いてエッチング開始可否判断を行う。
ここでエッチング開始不可な場合にはチャンバ清浄化を図ることで、ＣＦが少なく安定なチャンバ雰囲気を維持し、プロセス特性の変動を抑えることが可能となる。
【００５４】
ここでは、エッチング開始直前のチャンバ内ＣＦのモニタリング例を示したが、アイドリング中やマルチステップ（複数ステップ）エッチング時のステップ間のチャンバ内雰囲気のモニタリングに使用することも可能である。
【００５５】
＜第２実施形態＞
［全体構成］
図５は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置の模式構成図である。
分析対象部が、基板に対するエッチング処理の前後において基板が搬送される搬送経路（ロードロック室）となる部分である。
分析対象部においては、第１実施形態と同様に残留成分の分析が行われ、必要に応じてクリーニング処理が行われる。
【００５６】
本実施形態に係る半導体装置の製造装置は、基板（ウェハ）に対するエッチング処理を行うチャンバ１、ロードポート９、大気搬送室８およびロードロック室７を備えている。
チャンバ１でエッチング処理を行う基板は、ロードポート９上の図示しないフープ（ＦＯＵＰ）またはスミフ（ＳＭＩＦ）などの収容部から大気搬送室８およびロードロック室７を経由してチャンバ１に入り、所定のエッチング処理が施される。
エッチング処理の終了後、逆にロードロック室７から大気搬送室８を通って、ロードポート９上の図示しない収容部に戻される。
【００５７】
上記の搬送経路のうち、ロードロック室７は、チャンバ１と大気搬送室８とを繋ぐ部分であり、ドライエッチング装置のようにチャンバ１が真空に保たれている場合には、ロードロック室７を真空にしてチャンバ１と基板の受け渡しを行う。
一方、大気搬送室８と基板の受け渡しを行う場合には、ロードロック室７に窒素を導入することで大気圧に復圧した後に行う。
【００５８】
本実施形態においては、ロードロック室７にモニタ用窓２が設けられている。
上記のモニタ用窓２を通して、ロードロック室７の内部から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波がロードロック室７の外部に設けられた分析装置ＡＮにより検出され、分析される。
【００５９】
例えば、ロードロック室７の内部に残留するガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、ロードロック室７の内部に残留するガス成分が分析される。
あるいは、ロードロック室７の内部の堆積物から発せられるガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、ロードロック室７の内部の堆積物が分析される。
【００６０】
分析装置ＡＮの構成は、第１実施形態と同様である。
モニタリングは、ロードロック室７内の真空度に依らず可能である。
例えば、チャンバ１がＡｌエッチング処理用のチャンバであり、そこでＡｌエッチングされた基板がロードロック室７を搬送される場合には、ＡｌＣｌの輝線あるいはＡｌＦの輝線をモニタリングする。
ＡｌＣｌの輝線は、例えば、Ｊ＝２−１：２９ＧＨｚ、Ｊ＝３−２：４４ＧＨｚ、Ｊ＝６−５：８７ＧＨｚなどである。
ＡｌＦの輝線は、例えば、Ｊ＝１−０：３３ＧＨｚ、Ｊ＝３−２：９９ＧＨｚ、Ｊ＝４−３：１３２ＧＨｚなどである。
ミリ波またはサブミリ波帯にある輝線強度を検出できる粒子であれば、この限りではない。
【００６１】
［残留成分の影響］
基板の搬送経路にＡｌＣｌが過剰に蓄積していると、そこから再放出されるＣｌが基板に付着し、金属配線の腐食によるデバイス歩留まりの低下を及ぼすことがある。
【００６２】
図６は、ＡｌＣｌ輝線（Ｊ＝２−１：２９ＧＨｚ）の強度と歩留まりの関係を示すグラフである。
図６に示すように、ロードロック室から発せられるＡｌＣｌの輝線の強度Ｉの増加とともに、歩留まりＹが変動する。
歩留まりＹの変動が許容範囲以内となるＡｌＣｌ輝線強度Ｉのしきい値（判定値Ｔｈ）を求め、判定値Ｔｈ以下の領域Ａと判定値Ｔｈを超えた領域Ｂとに区分する。
【００６３】
［残留成分の分析とクリーニング処理］
次に、本実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われるクリーニング処理について図７のフローチャートを用いて説明する。
上記のように、ロードロック室に残留する成分によって歩留まりに変動が生じるため、残留する成分をモニタし、その影響を抑えることが高い歩留まりを維持するために重要となる。
本実施形態においては、ロードロック室経由で基板をチャンバに搬送する際、あるいは基板をロードポート９に戻す際に、図７に示すフローチャートに従って、モニタした残留成分の結果に応じてロードロック室７のパージ処理を行う。
【００６４】
エッチング処理の前に、残留成分の分析処理が開始（ＳＴ２１）されると、搬送経路（ロードロック室）内ミリ波発光強度として、ＡｌＣｌ輝線（Ｊ＝２−１：２９ＧＨｚ）の強度Ｉを測定する（ＳＴ２２）。
次に、得られた強度Ｉを判定値Ｔｈと比較する（ＳＴ２３）。
得られた値が判定値Ｔｈ以下であれば、残留成分の分析処理は終了（ＳＴ２５）し、そのまま基板の搬送を行う。
【００６５】
一方、判定値Ｔｈを超えた場合には、搬送経路（ロードロック室７）のパージ処理を行う（ＳＴ２４）。例えば、Ｏ２流量１０００ｓｃｃｍ、時間６００ｓの条件とする。
パージ処理（ＳＴ２４）の後は、再び搬送経路（ロードロック室７）内ミリ波発光強度の測定を行う。強度Ｉが判定値Ｔｈ以下になるまで、上記のステップを繰り返す。
【００６６】
上記のように、本実施形態においてはこれまでの半導体プロセスにおいて考慮していなかった低エネルギー粒子の発光であるミリ波〜サブミリ波の輝線強度をモニタリングする。
これを利用することにより、搬送経路内の環境の変動の影響を抑え、高い歩留まりを維持することができる。
【００６７】
本実施形態の半導体装置の製造装置は、半導体製造装置の搬送経路などの分析対象部に残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、分析対象部に残留する物質を検出することができる。
【００６８】
＜第２実施例＞
図８は、本実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＡｌＣｌ輝線強度Ｉをとったグラフである。
同一のロードロック室を経由してエッチング装置に基板を搬送する工程を繰り返し行っていると、搬送経路であるロードロック室の残留成分が多くなり、ＡｌＣｌ輝線強度Ｉが増大して判定値Ｔｈを超えたＢの領域になってしまうことがある。
上記のようにＡｌＣｌ輝線強度Ｉが判定値Ｔｈを超えた場合には、ロードロック室のパージ処理を行うことで、ＡｌＣｌ輝線強度Ｉを判定値Ｔｈ以下であるＡの領域に戻すことができる。
【００６９】
このように基板の搬送開始前に搬送経路（ロードロック室）に存在しているＡｌＣｌが発する輝線をロードロック室内に影響を与えることなく、外部から非接触でモニタし、その値を用いて搬送開始可否判断を行う。
ここで搬送開始不可な場合には搬送経路（ロードロック室）の清浄化を図ることで、ＡｌＣｌが少ない安定な搬送経路雰囲気を維持し、金属配線の腐食や歩留まり低下を抑えることが可能となった。
【００７０】
＜第３実施形態＞
［全体構成］
図９は、本実施形態に係る基板の収容部の模式構成図である。
分析対象部が、基板に対する成膜あるいはエッチング処理の前後において基板が収容される収容部である。
分析対象部においては、第１実施形態と同様に残留成分の分析が行われ、必要に応じてクリーニング処理が行われる。
【００７１】
本実施形態に係る基板（ウェハ）の収容部１０は、フープ（ＦＯＵＰ）またはスミフ（ＳＭＩＦ）などと称せられる収容部である。
基板は、通常上記の収容部に収容されて短期あるいは長期の保管あるいは保存がなされる。
このため、基板は収容部内の環境の影響を受ける。本実施形態は、収容部の内部のモニタリングを行う実施形態である。
【００７２】
本実施形態においては、例えば収容部１０がポリカーボネートなどのミリ波〜サブミリ波の領域の電磁波を透過する材料からなる。
収容部１０の壁を通して、収容部１０の内部から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が収容部１０の外部に設けられた分析装置ＡＮにより検出され、分析される。
【００７３】
例えば、収容部１０の内部に残留するガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、収容部１０の内部に残留するガス成分が分析される。
あるいは、収容部１０の内部の堆積物から発せられるガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、収容部１０の内部の堆積物が分析される。
【００７４】
分析装置ＡＮの構成は、第１実施形態と同様である。
例えば、シリコンがエッチングされた基板が収容されている場合には、ＳｉＣｌの輝線をモニタリングする。
ＳｉＣｌの輝線は、例えば、Ｊ＝７／２−５／２：５３ＧＨｚ、Ｊ＝９／２−７／２：６９ＧＨｚ、Ｊ＝１１／２−９／２：８４ＧＨｚなどである。
ミリ波またはサブミリ波帯にある輝線強度を検出できる粒子であれば、この限りではない。
【００７５】
［残留成分の影響］
収容部内にＳｉＣｌが過剰に蓄積していると、そこから再放出されるＣｌが基板に付着し、金属配線の腐食によるデバイス歩留まりの低下を及ぼすことがある。
【００７６】
図１０は、ＳｉＣｌ輝線（Ｊ＝７／２−５／２：５３ＧＨｚ）の強度と歩留まりの関係を示すグラフである。
図１０に示すように、収容部から発せられるＳｉＣｌの輝線の強度Ｉの増加とともに、歩留まりＹが変動する。
歩留まりＹの変動が許容範囲以内となるＳｉＣｌ輝線強度Ｉのしきい値（判定値Ｔｈ）を求め、判定値Ｔｈ以下の領域Ａと判定値Ｔｈを超えた領域Ｂとに区分する。
【００７７】
［残留成分の分析と交換及び洗浄処理］
次に、本実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われる交換及び洗浄処理について図１１のフローチャートを用いて説明する。
上記のように、収容部に残留する成分によって歩留まりに変動が生じるため、残留する成分をモニタすることが歩留まり安定化のために重要となる。
本実施形態においては、収容部を用いる際に、図１１に示すフローチャートに従って、モニタした残留成分の結果に応じて収容部の交換及び洗浄処理を行う。
【００７８】
収容部に対して、定期的に下記のような処理を行う。
収容部への基板の収容前に、残留成分の分析処理が開始（ＳＴ３１）されると、収容部内ミリ波発光強度として、ＳｉＣｌ輝線（Ｊ＝７／２−５／２：５３ＧＨｚ）の強度Ｉを測定する（ＳＴ３２）。
次に、得られた強度Ｉを判定値Ｔｈと比較する（ＳＴ３３）。
得られた値が判定値Ｔｈ以下であれば、残留成分の分析処理は終了（ＳＴ３５）し、そのまま基板の搬送を行う。
【００７９】
一方、判定値Ｔｈを超えた場合には、新たな収容部に交換を行い、元の収容部は洗浄する。次に、交換した新たな収容部のＳｉＣｌ輝線の強度測定を行い、その値が判定値であるかどうか判定する。これを判定値以下になるまで繰り返す。
【００８０】
上記のように、本実施形態においてはこれまでの半導体プロセスにおいて考慮していなかった低エネルギー粒子の発光であるミリ波〜サブミリ波の輝線強度をモニタリングする。
これを利用することにより、基板の収容部内の環境の変動の影響を抑え、高い歩留まりを維持することができる。
【００８１】
本実施形態の半導体装置の製造装置は、基板の収容部などの分析対象部に残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、分析対象部に残留する物質を検出することができる。
【００８２】
＜第３実施例＞
図１２は、本実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＳｉＣｌ輝線強度Ｉをとったグラフである。
同一の収容部を長期に使用していると、収容部内の残留成分が多くなり、ＳｉＣｌ輝線強度Ｉが増大して判定値Ｔｈを超えたＢの領域になってしまうことがある。
上記のようにＳｉＣｌ輝線強度Ｉが判定値Ｔｈを超えた場合には、収容部の交換及び洗浄処理を行うことで、ＳｉＣｌ輝線強度Ｉを判定値Ｔｈ以下であるＡの領域に戻すことができる。
【００８３】
このように基板の収容前に収容部に存在しているＳｉＣｌが発する輝線を収容部内に影響を与えることなく、外部から非接触でモニタし、その値を用いて収容開始可否判断を行う。
ここで収容開始不可な場合には収容部の交換及び洗浄処理を行うことで、安定な収容部雰囲気を維持し、金属配線の腐食や歩留まり低下を抑えることが可能となった。
従来、収容部は主に使用時間により定期的に洗浄していたが、収容部内雰囲気を把握できることで、無駄な洗浄を減らすことができた。
【００８４】
本発明のミリ波またはサブミリ波のモニタリングを行うことで、従来のモニタリング手法では困難であったプロセスチャンバまたはプロセスチャンバに至るウェハ搬送経路の環境管理が可能となる。
環境変動に起因するプロセス変動を抑え、安定したプロセスが実現可能となる。
その結果、歩留まりや生産性の向上が期待される。
【００８５】
以上、本発明を３つの実施形態に基づいて説明したが、これらの実施例は本発明の好ましい様態を示すものであり、本発明の技術的範囲が前記実施例に限定されるものではない。
例えば、半導体装置の製造装置としては、第１実施形態に示したドライエッチング装置に限定されない。
例えば、リソグラフィ装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置、めっき装置、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）装置、イオン注入装置、あるいは洗浄装置などにも適用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造装置の模式構成図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態に係るＣＦ輝線の強度ＩとエッチレートＥＲとの関係を示すグラフである。
【図３】図３は本発明の第１実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われるクリーニング処理について説明するフローチャートである。
【図４】図４は第１実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＣＦ輝線強度Ｉをとったグラフである。
【図５】図５は本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造装置の模式構成図である。
【図６】図６は本発明の第２実施形態に係るＡｌＣｌ輝線の強度Ｉと歩留まりＹとの関係を示すグラフである。
【図７】図７は本発明の第２実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われるクリーニング処理について説明するフローチャートである。
【図８】図８は第２実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＡｌＣｌ輝線強度Ｉをとったグラフである。
【図９】図９は本発明の第３実施形態に係る基板の収容部の模式構成図である。
【図１０】図１０は本発明の第３実施形態に係るＳｉＣｌ輝線の強度Ｉと歩留まりＹとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は本発明の第３実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われる収容部の交換及び洗浄処理について説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は第３実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＳｉＣｌ輝線強度Ｉをとったグラフである。
【符号の説明】
【００８７】
１…チャンバ、２…モニタ用窓、３…ミラー、４…ハーフミラー、５…受信部、６…分光部、７…ロードロック室、８…大気搬送室、９…ロードポート、１０…収容部、ＡＮ…分析装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造装置、残留成分の分析装置及び分析方法に関し、特に残留成分を分析できる半導体装置の製造装置と、この残留成分の分析装置及び分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの微細化により、半導体製造プロセスの高精度化が要求されている。
【０００３】
しかし、エッチングや堆積などのプロセスを行うチャンバ、ウェハをプロセスチャンバに搬送する搬送経路、あるいはウェハを格納する容器などにおいて、ウェハなどが環境の影響を受けてしまい、プロセス量変動や膜腐食など不利益が生じる可能性がある。
【０００４】
例えば、プロセスチャンバの内壁に付着した堆積物から放出されるガス成分あるいはチャンバ内に残留したガス成分のために、エッチング量などのプロセス量が変動する可能性がある。
また、例えば、搬送経路や格納する容器内に残留しているガス成分がウェハに付着することにより配線腐食などが生じる可能性がある。
【０００５】
従って、プロセスチャンバ内の環境、およびプロセスチャンバに至る途中の搬送経路の環境の変動を抑えた、安定したプロセスの構築が求められる。
【０００６】
現在の半導体製造装置においては、プロセスチャンバ内またはそのプロセスチャンバに至る途中の搬送経路に残留または存在する物質（ガスまたは元素）およびチャンバ壁に付着した物質のモニタリング方法は確立されていない。
【０００７】
チャンバ内に存在する物質の分析には、四重極型質量分析装置（Ｑ−ｍａｓｓ）を用いる方法が知られているが、この方法は真空チャンバにしか適用できない。
【０００８】
一方、プラズマチャンバ中にセンサを挿入することがない、すなわちチャンバ内に非接触で実施することができるモニタリング方法が開発されている。
【０００９】
例えば、チャンバの壁面に設けられた窓を通して近紫外〜可視〜近赤外領域の光をモニタするＯＥＳ（Optical Emission Spectrometer）が知られている。
上記の方法は、非接触であるためにチャンバ内に与える影響が小さいので好ましい。
【００１０】
しかし、上記領域の光を発光するプラズマプロセスにおける終点検出（ＥＰＤ：End Point Detection）用途に限られていた。
【００１１】
以上のように、従来技術における半導体製造装置のチャンバ内あるいは搬送経路などに残留あるいは存在する物質の分析については多くの課題がある。
【００１２】
特許文献１には、被検気体に所定周波数の基準波及び励起波を照射して、被検気体の成分分析を行う装置が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２０９８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
解決しようとする問題点は、半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などに残留する物質を検出することが困難であることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体装置の製造装置は、内部における残留成分の分析対象となり、半導体製造のための所定の処理工程のために前記内部に基板が保持され、あるいは、処理工程の前後において前記内部に前記基板が搬送または収容される分析対象部と、前記分析対象部の前記内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部と、前記受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部とを有し、前記残留成分を分析する。
【００１５】
上記の本発明の半導体装置の製造装置は、分析対象部と、受信部と、分光部を有する。
分析対象部は、半導体製造のための所定の処理工程のために内部に基板が保持され、あるいは、処理工程の前後において内部に基板が搬送または収容される半導体装置の製造装置を構成する部分であり、内部における残留成分の分析対象となる。
受信部は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する。
分光部は、受信部で受信されて得られた信号を分光する。
上記のように分光することにより、分析対象部の内部における残留成分を分析する。
【００１６】
本発明の残留成分の分析装置は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部と、前記受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部とを有し、前記分析対象部の前記内部における残留成分を分析する。
【００１７】
上記の本発明の残留成分の分析装置は、受信部と、分光部を有する。
受信部は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する。
分光部は、受信部で受信されて得られた信号を分光する。
上記のように分光することにより、分析対象部の内部における残留成分を分析する。
【００１８】
本発明の残留成分の分析方法は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する工程と、前記電磁波を受信して得られた信号を分光し、前記残留成分を分析する工程とを有する。
【００１９】
上記の本発明の残留成分の分析方法は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信し、電磁波を受信して得られた信号を分光し、残留成分を分析する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半導体装置の製造装置は、半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などの分析対象部に残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、分析対象部に残留する物質を検出することができる。
【００２１】
本発明の残留成分の分析装置は、半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などの分析対象に対して、残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、残留する物質を検出することができる。
【００２２】
本発明の残留成分の分析方法は、半導体製造装置のチャンバあるいは搬送経路などの分析対象に対して、残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、残留する物質を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る半導体装置の製造装置、残留成分の分析装置及び分析方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
尚、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（ドライエッチング装置）
２．第１実施例
３．第２実施形態（搬送経路）
４．第２実施例
５．第３実施形態（収容部）
６．第３実施例
【００２４】
＜第１実施形態＞
［全体構成］
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置の模式構成図である。
本実施形態に係る製造装置はドライエッチング装置であり、基板（ウェハ）に対するエッチング処理のために内部に基板が保持されるチャンバが、残留成分の分析対象部である。
例えば、ドライエッチング処理を行うためのチャンバ１の壁部にモニタ用窓２が設けられている。
上記のモニタ用窓２を通して、チャンバ１の内部から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波がチャンバ１の外部に設けられた分析装置ＡＮにより検出され、分析される。
【００２５】
例えば、チャンバ１の内部に残留するガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、チャンバ１の内部に残留するガス成分が分析される。
あるいは、チャンバ１の内部の堆積物から発せられるガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、チャンバ１の内部の堆積物が分析される。
【００２６】
プロセスチャンバに残留するガス成分やチャンバ内部の堆積物から発せられるガス成分は、振動遷移、回転遷移、あるいは超微細構造遷移に起因して電磁波である輝線を放出する。
これらの遷移は一般的な電子遷移に比べて低エネルギーの遷移であり、ミリ波〜サブミリ波領域に存在している。
【００２７】
チャンバ１は、例えば、ＣＣＰ（Capacitive Coupled Plasma）ドライエッチング用のチャンバである。
あるいは、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）ドライエッチング用のチャンバ、またはＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）ドライエッチング用のチャンバでもよい。
【００２８】
モニタ用窓２を構成する窓材料としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルムなどが用いられる。
モニタ用窓２は、例えば直径５ｃｍの大きさである。チャンバ１にＯＥＳ（Optical Emission Spectrometer）用の窓が予め設けられている場合には、それを用いることもできる。
【００２９】
分析装置ＡＮは、ミラー３及びハーフミラー４などを含む光学系、ホーンアンテナあるいはパラボラアンテナなどの不図示のアンテナ、不図示の導波管、受信部５及び分光部６などを有する。
【００３０】
ミラー３及びハーフミラー４などを含む光学系は、チャンバ１の内部から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波を所定の方向に導く。
ホーンアンテナなどのアンテナは、上記電磁波を受信、集光する。
導波管は、アンテナで受信された電磁波を受信部５に伝送する。
【００３１】
受信部５は、導波管から伝送された電磁波から中間周波数（ＩＦ：Intermediate Frequency）信号を生成し、必要に応じてアンプで増幅する。
分光部６は、ＩＦ信号を分光し、周波数空間でのパワー（強度）として出力する。
【００３２】
ミリ波〜サブミリ波の電磁波を受信する受信部としては、例えば、超伝導ＳＩＳ（半導体−絶縁体−半導体）ミキサ受信部を用いることができる。
この領域の電磁波に対して感度が高く、好ましい。超伝導ＳＩＳミキサは、図示しない機械式冷凍機によって４Ｋに冷却されて用いられる。
あるいは、受信部５として、ボロメータ型受信機または量子型受信機を用いることもできる。
分光計６は、音響光学型分光計（ＡＯＳ）またはデジタル分光計を用いることができる。
【００３３】
上記のミリ波〜サブミリ波の電磁波の受信及び分光についてさらに説明する。
ミリ波〜サブミリ波の強度の絶対値ＴＢは、いわゆるｃｈｏｐｐｅｒ−ｗｈｅｅｌ法によって求められたアンテナ温度Ｔａとアンテナ集効率ηから下記式（１）のように表される。
【００３４】
ＴＢ＝Ｔａ／η （１）
【００３５】
ここで、アンテナ温度Ｔａは、システム雑音温度Ｔsys、Ｏｎ点（モニタ時の状態）におけるパワー：Ｗon、Ｏｆｆ点（メンテナンス後などの清浄な状態（バックグラウンド））におけるパワー：Ｗoffを用いて、下記式（２）のように表される。
【００３６】
Ｔａ＝（Ｗon−Ｗoff）Ｔsys／Ｗoff （２）
【００３７】
例えば、ＣＦ４などのＣＦ系ガスを用いる酸化シリコンあるいは窒化シリコンなどのシリコン絶縁膜のエッチング時においては、ＣＦあるいはＣＯの輝線をモニタリングする。
ＣＦの輝線は、例えば、Ｊ＝３／２−１／２：１２４ＧＨｚ、Ｊ＝５／２−３／２：２０７ＧＨｚ、Ｊ＝７／２−５／２：２９０ＧＨｚなどをモニタすることができる。
ＣＯの輝線は、Ｊ＝１−０：１１５ＧＨｚ、Ｊ＝２−１：２３１ＧＨｚ、Ｊ＝３−２：３４６ＧＨｚなどをモニタすることができる。
ミリ波またはサブミリ波帯にある輝線強度を検出できる粒子であれば、この限りではない。
本実施形態では、従来の通常のＯＥＳと異なり、プラズマが発光していない状態、すなわち、エッチング開始前のプロセスチャンバ状態のモニタリングが可能である。
【００３８】
エッチング前にチャンバ内（チャンバ壁）にＣＦが堆積しているとそこからＦが再放出され、シリコン絶縁膜のエッチレートの上昇などプロセス特性の変動を及ぼす。
【００３９】
［残留成分の影響］
図２は、ＣＦ輝線（Ｊ＝３／２−１／２：１２４ＧＨｚ）の強度ＩとエッチレートＥＲとの関係を示すグラフである。
図２に示すように、強度Ｉの増加とともに、エッチレートＥＲが変動する。
エッチレートＥＲの変動が許容範囲以内となるＣＦ輝線強度Ｉのしきい値（判定値Ｔｈ）を求め、判定値Ｔｈ以下の領域Ａと判定値Ｔｈを超えた領域Ｂとに区分する。
【００４０】
［残留成分の分析とクリーニング処理］
次に、本実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われるクリーニング処理について図３のフローチャートを用いて説明する。
上記のように、チャンバに残留する成分によってエッチレートに変動が生じるため、残留する成分をモニタし、その影響を抑えることがプロセスの安定化のために重要となる。
本実施形態においては、本実施形態に係るエッチング装置のチャンバでエッチング処理を行う際に、図３に示すフローチャートに従って、モニタした残留成分の結果に応じてチャンバのクリーニング処理を行う。
【００４１】
エッチング処理の前に、残留成分の分析処理が開始（ＳＴ１１）されると、チャンバ内ミリ波発光強度として、ＣＦ輝線（Ｊ＝３／２−１／２：１２４ＧＨｚ）の強度Ｉを測定する（ＳＴ１２）。
次に、得られた強度Ｉを判定値Ｔｈと比較する（ＳＴ１３）。
得られた値が判定値Ｔｈ以下であれば、残留成分の分析処理は終了（ＳＴ１５）し、そのままエッチングに移行する。
【００４２】
一方、判定値Ｔｈを超えた場合には、チャンバにドライクリーニング処理を行う（ＳＴ１４）。例えば、圧力１００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ電力２０００Ｗ、Ｏ２流量３００ｓｃｃｍ、時間１２０ｓの条件とする。
ドライクリーニング処理（ＳＴ１４）の後は、再びチャンバ内ミリ波発光強度の測定を行う。強度Ｉが判定値Ｔｈ以下になるまで、上記のステップを繰り返す。
【００４３】
本実施形態のエッチング装置の分析装置ＡＮにおいて、モニタリングする信号の数(周波数帯)に応じて受信部及び分光部を増設できる。
例えば、本実施形態の分析装置では、光学系としてハーフミラー４が設けられており、電磁波が２つに分けられている。
また、受信部５及び分光部６は、ハーフミラー４で分けられた電磁波それぞれに対して設けられている。
通常、１つの受信部では１つの周波数の電磁波しか受信できないので、複数の周波数の電磁波を受信する場合には、その数に電磁波を分けてそれぞれ受信する構成とする。
複数の周波数で受信、分光することで、より精密に、チャンバ１の内部に残留するガス成分、または、チャンバ１の内部の堆積物を分析できる。
【００４４】
本実施形態において、エッチング装置を構成する分析装置ＡＮは、ミリ波〜サブミリ波領域に存在する輝線及び連続波をモニタリングする。
【００４５】
モニタ用窓２を介して、上記の物質粒子が発する輝線をそのまま受信検出するため、チャンバ内に影響を与えることなく、外部から非接触でモニタ可能である。
既存のＯＥＳの発光用窓を利用できるため、大きな改造をすることなくモニタリング装置を取り付けられる。
上記のようにして、例えば、モニタ結果をＦＤＣ（Fault Detection and Classification）により管理することなどにより、プロセスの安定化やプロセス異常管理を行うことが可能となる。
【００４６】
上記のように、本実施形態においてはこれまでの半導体プロセスにおいて考慮していなかった低エネルギー粒子の発光であるミリ波〜サブミリ波の輝線強度をモニタリングする。
これを利用することにより、プロセスチャンバ内の環境変動の影響を抑え、プロセス安定性を大きく向上させることができる。
【００４７】
本実施形態の半導体装置の製造装置は、半導体製造装置のチャンバなどの分析対象部に残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、分析対象部に残留する物質を検出することができる。
【００４８】
本実施形態の残留成分の分析装置は、受信部と、分光部を有する。受信部は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する。
分光部は、受信部で受信されて得られた信号を分光する。
上記のように分光することにより、分析対象部の内部における残留成分を分析する。
【００４９】
本発明の残留成分の分析装置は、半導体製造装置のチャンバなどの分析対象に対して、残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、残留する物質を検出することができる。
【００５０】
また、本実施形態の残留成分の分析方法は、分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信し、電磁波を受信して得られた信号を分光し、残留成分を分析する。
【００５１】
本発明の残留成分の分析方法は、半導体製造装置のチャンバなどの分析対象に対して、残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、残留する物質を検出することができる。
【００５２】
＜第１実施例＞
図４は、本実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＣＦ輝線強度Ｉをとったグラフである。
同一のエッチング装置においてエッチング処理を繰り返し行っていると、チャンバの残留成分が多くなり、ＣＦ輝線強度Ｉが増大して判定値Ｔｈを超えたＢの領域になってしまうことがある。
上記のようにＣＦ輝線強度Ｉが判定値Ｔｈを超えた場合には、チャンバのドライクリーンニング処理を行うことで、ＣＦ輝線強度Ｉを判定値Ｔｈ以下であるＡの領域に戻すことができる。
【００５３】
このようにエッチング開始前にチャンバ内（チャンバ壁）に存在しているＣＦが発する輝線をチャンバ内に影響を与えることなく、外部から非接触でモニタし、その値を用いてエッチング開始可否判断を行う。
ここでエッチング開始不可な場合にはチャンバ清浄化を図ることで、ＣＦが少なく安定なチャンバ雰囲気を維持し、プロセス特性の変動を抑えることが可能となる。
【００５４】
ここでは、エッチング開始直前のチャンバ内ＣＦのモニタリング例を示したが、アイドリング中やマルチステップ（複数ステップ）エッチング時のステップ間のチャンバ内雰囲気のモニタリングに使用することも可能である。
【００５５】
＜第２実施形態＞
［全体構成］
図５は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置の模式構成図である。
分析対象部が、基板に対するエッチング処理の前後において基板が搬送される搬送経路（ロードロック室）となる部分である。
分析対象部においては、第１実施形態と同様に残留成分の分析が行われ、必要に応じてクリーニング処理が行われる。
【００５６】
本実施形態に係る半導体装置の製造装置は、基板（ウェハ）に対するエッチング処理を行うチャンバ１、ロードポート９、大気搬送室８およびロードロック室７を備えている。
チャンバ１でエッチング処理を行う基板は、ロードポート９上の図示しないフープ（ＦＯＵＰ）またはスミフ（ＳＭＩＦ）などの収容部から大気搬送室８およびロードロック室７を経由してチャンバ１に入り、所定のエッチング処理が施される。
エッチング処理の終了後、逆にロードロック室７から大気搬送室８を通って、ロードポート９上の図示しない収容部に戻される。
【００５７】
上記の搬送経路のうち、ロードロック室７は、チャンバ１と大気搬送室８とを繋ぐ部分であり、ドライエッチング装置のようにチャンバ１が真空に保たれている場合には、ロードロック室７を真空にしてチャンバ１と基板の受け渡しを行う。
一方、大気搬送室８と基板の受け渡しを行う場合には、ロードロック室７に窒素を導入することで大気圧に復圧した後に行う。
【００５８】
本実施形態においては、ロードロック室７にモニタ用窓２が設けられている。
上記のモニタ用窓２を通して、ロードロック室７の内部から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波がロードロック室７の外部に設けられた分析装置ＡＮにより検出され、分析される。
【００５９】
例えば、ロードロック室７の内部に残留するガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、ロードロック室７の内部に残留するガス成分が分析される。
あるいは、ロードロック室７の内部の堆積物から発せられるガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、ロードロック室７の内部の堆積物が分析される。
【００６０】
分析装置ＡＮの構成は、第１実施形態と同様である。
モニタリングは、ロードロック室７内の真空度に依らず可能である。
例えば、チャンバ１がＡｌエッチング処理用のチャンバであり、そこでＡｌエッチングされた基板がロードロック室７を搬送される場合には、ＡｌＣｌの輝線あるいはＡｌＦの輝線をモニタリングする。
ＡｌＣｌの輝線は、例えば、Ｊ＝２−１：２９ＧＨｚ、Ｊ＝３−２：４４ＧＨｚ、Ｊ＝６−５：８７ＧＨｚなどである。
ＡｌＦの輝線は、例えば、Ｊ＝１−０：３３ＧＨｚ、Ｊ＝３−２：９９ＧＨｚ、Ｊ＝４−３：１３２ＧＨｚなどである。
ミリ波またはサブミリ波帯にある輝線強度を検出できる粒子であれば、この限りではない。
【００６１】
［残留成分の影響］
基板の搬送経路にＡｌＣｌが過剰に蓄積していると、そこから再放出されるＣｌが基板に付着し、金属配線の腐食によるデバイス歩留まりの低下を及ぼすことがある。
【００６２】
図６は、ＡｌＣｌ輝線（Ｊ＝２−１：２９ＧＨｚ）の強度と歩留まりの関係を示すグラフである。
図６に示すように、ロードロック室から発せられるＡｌＣｌの輝線の強度Ｉの増加とともに、歩留まりＹが変動する。
歩留まりＹの変動が許容範囲以内となるＡｌＣｌ輝線強度Ｉのしきい値（判定値Ｔｈ）を求め、判定値Ｔｈ以下の領域Ａと判定値Ｔｈを超えた領域Ｂとに区分する。
【００６３】
［残留成分の分析とクリーニング処理］
次に、本実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われるクリーニング処理について図７のフローチャートを用いて説明する。
上記のように、ロードロック室に残留する成分によって歩留まりに変動が生じるため、残留する成分をモニタし、その影響を抑えることが高い歩留まりを維持するために重要となる。
本実施形態においては、ロードロック室経由で基板をチャンバに搬送する際、あるいは基板をロードポート９に戻す際に、図７に示すフローチャートに従って、モニタした残留成分の結果に応じてロードロック室７のパージ処理を行う。
【００６４】
エッチング処理の前に、残留成分の分析処理が開始（ＳＴ２１）されると、搬送経路（ロードロック室）内ミリ波発光強度として、ＡｌＣｌ輝線（Ｊ＝２−１：２９ＧＨｚ）の強度Ｉを測定する（ＳＴ２２）。
次に、得られた強度Ｉを判定値Ｔｈと比較する（ＳＴ２３）。
得られた値が判定値Ｔｈ以下であれば、残留成分の分析処理は終了（ＳＴ２５）し、そのまま基板の搬送を行う。
【００６５】
一方、判定値Ｔｈを超えた場合には、搬送経路（ロードロック室７）のパージ処理を行う（ＳＴ２４）。例えば、Ｏ２流量１０００ｓｃｃｍ、時間６００ｓの条件とする。
パージ処理（ＳＴ２４）の後は、再び搬送経路（ロードロック室７）内ミリ波発光強度の測定を行う。強度Ｉが判定値Ｔｈ以下になるまで、上記のステップを繰り返す。
【００６６】
上記のように、本実施形態においてはこれまでの半導体プロセスにおいて考慮していなかった低エネルギー粒子の発光であるミリ波〜サブミリ波の輝線強度をモニタリングする。
これを利用することにより、搬送経路内の環境の変動の影響を抑え、高い歩留まりを維持することができる。
【００６７】
本実施形態の半導体装置の製造装置は、半導体製造装置の搬送経路などの分析対象部に残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、分析対象部に残留する物質を検出することができる。
【００６８】
＜第２実施例＞
図８は、本実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＡｌＣｌ輝線強度Ｉをとったグラフである。
同一のロードロック室を経由してエッチング装置に基板を搬送する工程を繰り返し行っていると、搬送経路であるロードロック室の残留成分が多くなり、ＡｌＣｌ輝線強度Ｉが増大して判定値Ｔｈを超えたＢの領域になってしまうことがある。
上記のようにＡｌＣｌ輝線強度Ｉが判定値Ｔｈを超えた場合には、ロードロック室のパージ処理を行うことで、ＡｌＣｌ輝線強度Ｉを判定値Ｔｈ以下であるＡの領域に戻すことができる。
【００６９】
このように基板の搬送開始前に搬送経路（ロードロック室）に存在しているＡｌＣｌが発する輝線をロードロック室内に影響を与えることなく、外部から非接触でモニタし、その値を用いて搬送開始可否判断を行う。
ここで搬送開始不可な場合には搬送経路（ロードロック室）の清浄化を図ることで、ＡｌＣｌが少ない安定な搬送経路雰囲気を維持し、金属配線の腐食や歩留まり低下を抑えることが可能となった。
【００７０】
＜第３実施形態＞
［全体構成］
図９は、本実施形態に係る基板の収容部の模式構成図である。
分析対象部が、基板に対する成膜あるいはエッチング処理の前後において基板が収容される収容部である。
分析対象部においては、第１実施形態と同様に残留成分の分析が行われ、必要に応じてクリーニング処理が行われる。
【００７１】
本実施形態に係る基板（ウェハ）の収容部１０は、フープ（ＦＯＵＰ）またはスミフ（ＳＭＩＦ）などと称せられる収容部である。
基板は、通常上記の収容部に収容されて短期あるいは長期の保管あるいは保存がなされる。
このため、基板は収容部内の環境の影響を受ける。本実施形態は、収容部の内部のモニタリングを行う実施形態である。
【００７２】
本実施形態においては、例えば収容部１０がポリカーボネートなどのミリ波〜サブミリ波の領域の電磁波を透過する材料からなる。
収容部１０の壁を通して、収容部１０の内部から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が収容部１０の外部に設けられた分析装置ＡＮにより検出され、分析される。
【００７３】
例えば、収容部１０の内部に残留するガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、収容部１０の内部に残留するガス成分が分析される。
あるいは、収容部１０の内部の堆積物から発せられるガス成分から発せられるミリ波〜サブミリ波領域の電磁波が検出され、収容部１０の内部の堆積物が分析される。
【００７４】
分析装置ＡＮの構成は、第１実施形態と同様である。
例えば、シリコンがエッチングされた基板が収容されている場合には、ＳｉＣｌの輝線をモニタリングする。
ＳｉＣｌの輝線は、例えば、Ｊ＝７／２−５／２：５３ＧＨｚ、Ｊ＝９／２−７／２：６９ＧＨｚ、Ｊ＝１１／２−９／２：８４ＧＨｚなどである。
ミリ波またはサブミリ波帯にある輝線強度を検出できる粒子であれば、この限りではない。
【００７５】
［残留成分の影響］
収容部内にＳｉＣｌが過剰に蓄積していると、そこから再放出されるＣｌが基板に付着し、金属配線の腐食によるデバイス歩留まりの低下を及ぼすことがある。
【００７６】
図１０は、ＳｉＣｌ輝線（Ｊ＝７／２−５／２：５３ＧＨｚ）の強度と歩留まりの関係を示すグラフである。
図１０に示すように、収容部から発せられるＳｉＣｌの輝線の強度Ｉの増加とともに、歩留まりＹが変動する。
歩留まりＹの変動が許容範囲以内となるＳｉＣｌ輝線強度Ｉのしきい値（判定値Ｔｈ）を求め、判定値Ｔｈ以下の領域Ａと判定値Ｔｈを超えた領域Ｂとに区分する。
【００７７】
［残留成分の分析と交換及び洗浄処理］
次に、本実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われる交換及び洗浄処理について図１１のフローチャートを用いて説明する。
上記のように、収容部に残留する成分によって歩留まりに変動が生じるため、残留する成分をモニタすることが歩留まり安定化のために重要となる。
本実施形態においては、収容部を用いる際に、図１１に示すフローチャートに従って、モニタした残留成分の結果に応じて収容部の交換及び洗浄処理を行う。
【００７８】
収容部に対して、定期的に下記のような処理を行う。
収容部への基板の収容前に、残留成分の分析処理が開始（ＳＴ３１）されると、収容部内ミリ波発光強度として、ＳｉＣｌ輝線（Ｊ＝７／２−５／２：５３ＧＨｚ）の強度Ｉを測定する（ＳＴ３２）。
次に、得られた強度Ｉを判定値Ｔｈと比較する（ＳＴ３３）。
得られた値が判定値Ｔｈ以下であれば、残留成分の分析処理は終了（ＳＴ３５）し、そのまま基板の搬送を行う。
【００７９】
一方、判定値Ｔｈを超えた場合には、新たな収容部に交換を行い、元の収容部は洗浄する。次に、交換した新たな収容部のＳｉＣｌ輝線の強度測定を行い、その値が判定値であるかどうか判定する。これを判定値以下になるまで繰り返す。
【００８０】
上記のように、本実施形態においてはこれまでの半導体プロセスにおいて考慮していなかった低エネルギー粒子の発光であるミリ波〜サブミリ波の輝線強度をモニタリングする。
これを利用することにより、基板の収容部内の環境の変動の影響を抑え、高い歩留まりを維持することができる。
【００８１】
本実施形態の半導体装置の製造装置は、基板の収容部などの分析対象部に残留する物質から発せられる電磁波を受信して分光することにより、分析対象部に残留する物質を検出することができる。
【００８２】
＜第３実施例＞
図１２は、本実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＳｉＣｌ輝線強度Ｉをとったグラフである。
同一の収容部を長期に使用していると、収容部内の残留成分が多くなり、ＳｉＣｌ輝線強度Ｉが増大して判定値Ｔｈを超えたＢの領域になってしまうことがある。
上記のようにＳｉＣｌ輝線強度Ｉが判定値Ｔｈを超えた場合には、収容部の交換及び洗浄処理を行うことで、ＳｉＣｌ輝線強度Ｉを判定値Ｔｈ以下であるＡの領域に戻すことができる。
【００８３】
このように基板の収容前に収容部に存在しているＳｉＣｌが発する輝線を収容部内に影響を与えることなく、外部から非接触でモニタし、その値を用いて収容開始可否判断を行う。
ここで収容開始不可な場合には収容部の交換及び洗浄処理を行うことで、安定な収容部雰囲気を維持し、金属配線の腐食や歩留まり低下を抑えることが可能となった。
従来、収容部は主に使用時間により定期的に洗浄していたが、収容部内雰囲気を把握できることで、無駄な洗浄を減らすことができた。
【００８４】
本発明のミリ波またはサブミリ波のモニタリングを行うことで、従来のモニタリング手法では困難であったプロセスチャンバまたはプロセスチャンバに至るウェハ搬送経路の環境管理が可能となる。
環境変動に起因するプロセス変動を抑え、安定したプロセスが実現可能となる。
その結果、歩留まりや生産性の向上が期待される。
【００８５】
以上、本発明を３つの実施形態に基づいて説明したが、これらの実施例は本発明の好ましい様態を示すものであり、本発明の技術的範囲が前記実施例に限定されるものではない。
例えば、半導体装置の製造装置としては、第１実施形態に示したドライエッチング装置に限定されない。
例えば、リソグラフィ装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置、めっき装置、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）装置、イオン注入装置、あるいは洗浄装置などにも適用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造装置の模式構成図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態に係るＣＦ輝線の強度ＩとエッチレートＥＲとの関係を示すグラフである。
【図３】図３は本発明の第１実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われるクリーニング処理について説明するフローチャートである。
【図４】図４は第１実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＣＦ輝線強度Ｉをとったグラフである。
【図５】図５は本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造装置の模式構成図である。
【図６】図６は本発明の第２実施形態に係るＡｌＣｌ輝線の強度Ｉと歩留まりＹとの関係を示すグラフである。
【図７】図７は本発明の第２実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われるクリーニング処理について説明するフローチャートである。
【図８】図８は第２実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＡｌＣｌ輝線強度Ｉをとったグラフである。
【図９】図９は本発明の第３実施形態に係る基板の収容部の模式構成図である。
【図１０】図１０は本発明の第３実施形態に係るＳｉＣｌ輝線の強度Ｉと歩留まりＹとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は本発明の第３実施形態に係る残留成分の分析とそれに伴って行われる収容部の交換及び洗浄処理について説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は第３実施例において、横軸に測定日時をとり、縦軸にＳｉＣｌ輝線強度Ｉをとったグラフである。
【符号の説明】
【００８７】
１…チャンバ、２…モニタ用窓、３…ミラー、４…ハーフミラー、５…受信部、６…分光部、７…ロードロック室、８…大気搬送室、９…ロードポート、１０…収容部、ＡＮ…分析装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部における残留成分の分析対象となり、半導体製造のための所定の処理工程のために前記内部に基板が保持され、あるいは、処理工程の前後において前記内部に前記基板が搬送または収容される分析対象部と、
前記分析対象部の前記内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部と、
前記受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部と
を有し、前記残留成分を分析する
半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記電磁波がミリ波からサブミリ波の領域の電磁波である
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記分析対象部が前記基板に対する成膜あるいはエッチング処理のために内部に前記基板が保持されるチャンバである
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記分析対象部が前記基板に対する成膜あるいはエッチング処理の前後において前記基板が搬送される搬送経路となる部分である
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記分析対象部が前記基板に対する成膜あるいはエッチング処理の前後において前記基板が収容される収容部である
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
前記受信部として、超伝導半導体絶縁体半導体ミキサ受信部、ボロメータ型受信部、または量子型受信部を有する
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記分光部として、音響光学型分光部を有する
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記分析対象部の前記内部に残留するガス成分の分析を行う
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記分析対象部の前記内部の堆積物から発せられるガス成分の分析を行う
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部と、
前記受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部と
を有し、
前記分析対象部の前記内部における残留成分を分析する
残留成分の分析装置。
【請求項１１】
分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する工程と、
前記電磁波を受信して得られた信号を分光し、前記残留成分を分析する工程と
を有する残留成分の分析方法。
【請求項１】
内部における残留成分の分析対象となり、半導体製造のための所定の処理工程のために前記内部に基板が保持され、あるいは、処理工程の前後において前記内部に前記基板が搬送または収容される分析対象部と、
前記分析対象部の前記内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部と、
前記受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部と
を有し、前記残留成分を分析する
半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記電磁波がミリ波からサブミリ波の領域の電磁波である
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記分析対象部が前記基板に対する成膜あるいはエッチング処理のために内部に前記基板が保持されるチャンバである
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記分析対象部が前記基板に対する成膜あるいはエッチング処理の前後において前記基板が搬送される搬送経路となる部分である
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記分析対象部が前記基板に対する成膜あるいはエッチング処理の前後において前記基板が収容される収容部である
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
前記受信部として、超伝導半導体絶縁体半導体ミキサ受信部、ボロメータ型受信部、または量子型受信部を有する
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記分光部として、音響光学型分光部を有する
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記分析対象部の前記内部に残留するガス成分の分析を行う
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記分析対象部の前記内部の堆積物から発せられるガス成分の分析を行う
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する受信部と、
前記受信部で受信されて得られた信号を分光する分光部と
を有し、
前記分析対象部の前記内部における残留成分を分析する
残留成分の分析装置。
【請求項１１】
分析対象部の内部に存在する残留成分から発せられる電磁波を受信する工程と、
前記電磁波を受信して得られた信号を分光し、前記残留成分を分析する工程と
を有する残留成分の分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１３９３８５（Ｐ２０１０−１３９３８５Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６１３０（Ｐ２００８−３１６１３０）
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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