JPS63244739A - 半導体製造装置のクリ−ニング終点判定方法 - Google Patents

半導体製造装置のクリ−ニング終点判定方法

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JPS63244739A
JPS63244739A JP62078505A JP7850587A JPS63244739A JP S63244739 A JPS63244739 A JP S63244739A JP 62078505 A JP62078505 A JP 62078505A JP 7850587 A JP7850587 A JP 7850587A JP S63244739 A JPS63244739 A JP S63244739A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的Ｊ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体製造装置の半導体基板処理室内をプラ
ズマ放電を用いたドライエツチングによりクリーニング
する場合のグーニング終点を判定する半導体製造装置の
クリーニング終点判定方法に関する。
（従来の技術） 従来、プラズマＣＶＤ　（化学気相反応堆積）装置の反
応室（堆積室）内をプラズマ放電を用いたドライエツチ
ング法によりクリーニングする際、クリーニング終点を
モニタする方法として、質量分析法、発光分光法等がよ
く知られている。さらに、特開昭６１−１４５８２５号
公報に開示されているような、プラズマ放電投入電力に
対する反射電力またはプラズマ状態極に発生するバイア
ス電圧を計測することによりクリーニング終点を検出す
る電力計測法や、半導体基板上の堆積膜厚から反応物内
部に堆積された総膜厚を推定し、この総膜厚に応じて割
り出した時間に基づいてドライエツチングクリーニング
時間を制御する時間制−法が知られている。
しかし、前者の電力計測法は、クリーニング開始時に高
周波１電源と放電電極との間に挿入されている整合回路
のインダクタンス、キャパシタンスを固定するので、ク
リーニング終了までの間はインダクタンスが不整合状態
となり、プラズマ状態が不安定になる。これにより、同
一条件でのクリーニング処理の再現性が低く、クリーニ
ング所要時間がばらつき、結果的に所要時間が長くなる
。
また、後者の時間制御法は、反応室内の堆積膜厚を正確
に測定できず、推計した総躾厚のばらつきを考慮して計
算時間よりも４０％程度以上長いオーバーエツチングを
行う必要があり、プラズマＣＶＤ装置の稼働率の低下、
半導体基板のスルーブツトが低下する。しかも、上記し
たような長いオーバーエツチングの間にエツチングガス
（通常、ＣＦ４１０２ガス系）の使用により、カーボン
系汚染層が電極表面に形成されて反応室内状態が不安定
になるので、半導体基板上のプラズマＣＶＤ躾厚として
±５％内の均一性を得るために、反応室状態の安定化を
計るべくダミー基板上への堆積処理を頻繁に行う必要が
生じ、これに伴って前記稼働率、スルーブツトが一層低
下する。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記したように電力計測法においてはクリー
ニング中にインピーダンスが不整合状態になることに伴
う問題点があり、時間制御法においては半導体製造装置
の稼働率が低くなることに伴う問題点があることに鑑み
てなされたもので、クリーニング終点を実時間で精度良
く判定でき、クリーニング所要時間が短くて半導体製造
装置の稼働率を向上し得る半導体製造装置のクリーニン
グ終点判定方法を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の半導体製造装置のクリーニング終点判定方法は
、半導体製造＠置の半導体基板処理室内をプラズマ放電
を用いたドライエツチングによりクリーニングする際、
プラズマ放電中に高周波電源から放電電極へ定電流また
は定電圧を供給しながら放電電極間のインピーダンスま
たは半導体基板処理室内の濃度をモニタし、上記インピ
ーダンスの変化特性または濃度の変化特性の急変点を検
出し、この検出時点をクリーニング終点と判定すること
を特徴とする。
（作用） クリーニング中の電極間インピーダンスまたは処理室内
温度の特性における急変点がクリーニング終点であるこ
とが確認されており、上記インピーダンスまたは温度を
クリーニング中に実時間で精度良くモニタできるので、
精度良く終点判定を行うことが可能で、半導体製造装置
の稼働率を向上させることができる。また、クリーニン
グ中に放電電極に定電流または定電圧を供給し、安定な
プラズマ状態を得ることができ、同一条件でのクリーニ
ング処理の再現性が良くなり、結果としてクリーニング
所要時間が短くなる。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
第１図に示す平行平板電極型プラズマＣＶＤ装置におい
て、１は反応室、２は上部電極３は下部電極、４は下部
電極３上の半導体基板搭載部、５は反応ガス（例えばＣ
Ｆ４　＋０２　）供給路、６は排気口、７はロードロッ
ク室、８は半導体基板搬送系、９は不活性ガス（例えば
Ｎ２）供給路、１０は前記上部電極２を加熱するために
内蔵されたヒータである。そして、室外には、ヒータ加
熱用のヒータ電源１１、下部電極３を回転駆動するだめ
の駆動系１２、反応室排気系１３、ロードロック排気系
１４、たとえば４００ｋＨｚ程度の高周波電力発生用の
高周波電源１５、およびこの高周波電力を上部電極２に
供給結合するための結合用容量１６、上記高周波電源１
５から上部電極２への供給電流を検出する電流検出用ピ
ックアップ１７、上部電極２と下部電極３（接地される
）との間の電圧を検出する電圧検出用ピックアップ１８
、上記ピックアップ１７の検出出力に基づいて上部Ｎ極
２と下部電極３との間の１ｔｌｊ間インピーダンスを測
定する測定制御系１９、この測定制御系１９の測定結果
に基づいてクリーニング終点判定処理を行って高周波筒
ＩＩ！１５に動作停止制御信号を出力するようにプログ
ラムにしたがって動作するＣＰＬＪ　（中央処理ユニッ
ト）２０などと共に各種のガス供給源（図示せず）が設
けられている。なお、前記高周波電源１５は、出力電流
を一定にする定電流制御１機能を内蔵している。また、
Ａは反応室１内で半導体基板上にプラズマＣＶＤ膜（例
えば酸化シリコン膜や窒化シリコン族）を堆積したとき
に反応室１内の上部電極２や下部電極３や側壁部に堆積
したクリーニングの対象となるＣＶＤ膜であり、例えば
１０〜２０μｍの膜厚になるとパーティクルの発生を防
ぐために除去する必要がある。
次に、上記プラズマＣＶＤ装置において、プラズマＣＶ
Ｄ装置のバッチプロセスを何回か行った後、反応室１内
から半導体基板を取り去った状態でプラズマ放電を行っ
てドライエツチングにより反応室１内のクリーニングを
行う際の方法を説明する。反応室１内を所定の＾温にし
、減圧しながら反応性ガスを供給し、高周波電力を印加
することによってプラズマ放電を行わせる。このプラズ
マ放電中に高周波電源１５から定電流を供給し続け、電
極間インピーダンスとの整合状態を保つ。
そして、上記供給した注入電流を電流検出用ピックアッ
プ１７により検出し、電極間電圧を電圧検出用ピックア
ップ１８により検出し、電極間インピーダンスを測定１
１１ｔｌｌ系１９で測定する。ここで、第２図にプラズ
マ放Ｎ開始のための電源オン時からのクリーニング時間
に対する注入電流（定電流）と電極間電圧との関係につ
いて実測したデータの一例を示す。この因から、電極間
電圧はクリーニング時間の経過と共に緩やかに低下し、
ある時点から急激に低下し、やがである時点から再び緩
やかに低下するように変化することがわかる。この場合
、公知のプラズマ発光スペクトル分析法を併用して確認
した結果、あるいは反応室１内にサンプル用の半導体チ
ップを入れておいてチップ表面のＣＶＤＩＩＩのエッチ
オフ状態を顕微鏡で観察した結果、前記電圧が急激に変
化した２回目の時点Ｐでクリーニングが終了したことが
判明した。換言すれば、注入電流は一定であるから、上
記電極間電圧と同様に電極間インピーダンスが変化する
ので、このインピーダンス変化特性における２回目の急
激な変化点がクリーニング終了点である。
ＣＰＵ２０は、測定制御系１９の測定結果を取り込むと
共にドライクリーニング開始時点からの経過時間を計時
し、上記クリーニング終了点を判定すると、計時時間の
例えば２０％のオーバ時間を設定し、このオーバ時間経
過後に高周波電源１５の動作を停止させるように制御す
る。
なお、上記クリーニング時のエツチング条件の一興体例
としては、反応ガス　ＣＦ４１０２の比率は　９：１で
あり、各対応して　４５０１５０９　ＣＣＭ　ｓ室内圧
力は０．２５Ｔｏｒｒ、９内温度は３００℃、プラズマ
供給電流は４．ＯＡ　（一定）である。
上記実施例のクリーニング終点判定方法によれば、クリ
ーニング中に電源からの注入電流を一定にし、電源イン
ピーダンスを固定しないで電極間インピーダンスとの整
合をとっているので、プラズマ状態が安定であり、従来
の電力計測法に比べて同一条件におけるクリーニング所
要時間のばらつきが少なく、結果的に所要時間を短縮で
きる。
また、クリーニング中に電極間インピーダンスの変化を
実時間でモニタし、上記インピーダンスの急変点を検出
し、検出時点をクリ−ニゲ終点と判定するので、終点を
Ｍ度良く判定でき、従来の時間制御法に比べてプラズマ
ＣＶＤ装置の稼動率が向上し、スルーブツトが向上する
。ここで、スルーブツトの向上について具体的に述べる
。まず、クリーニング終点を正確に判定できるので、オ
ーバーエッチ量も２０％程度と短くて良い。例えば、ク
リーニング終点までの所要時間が７００分であるとすれ
ば、従来の時間制御法ではオーバーエツチング時間が４
０％として、７００分Ｘ０．４−２８０分必要であるの
に対して、上記実施例ではオーバーエツチング時間が２
０％として、７００分Ｘ０，２−１４０分であるので、
オーバーエツチング時間を含むクリーニング時間として
約１５％短縮している。また、上記したようにオーバー
エツチング時間が短いので、クリーニング中におけるＣ
Ｆ４系ガスによる電極表面へのカーボン系汚染層の形成
も少なくなり、反応室内状態の安定性が崩れるおそれは
少ない。従って、例えばプレデポジション膜を１．０μ
ｍの厚さに形成した後に、プラズマ酸化シリコン膜を１
．０μｍ堆積するバッチプロセスを１５回行う毎にドラ
イクリーニングを行い、このドライクリーニングを５回
行う毎に反応室内の分解クリーニングを行う場合、プラ
ズマ酸化シリコン膜の膜厚として±５％以内の均一性を
得るために反応室内状態の安定化を計るべく行うダミー
基板上への堆積処理（カラ堆積〉の回数が少なくなる。
すなわち、第３図に示すように、従来の時間ＩＩＩ　ｌ
法ではドライクリーニングの１回目以降でそれぞれ行う
必要があったのに対して、上記実施例では４回目のドラ
イクリーニングの後の１回だけ約３．０μｍの堆積を行
うだけで支障がないことが確認された。この点でも、上
記実施例は時間制御法に比べてスルーブツトが一層向上
することがわかる。
なお、前記実施例は、平行平板電極型のプラズマＣＶＤ
装置を示したが、フローティング電極を有するチューブ
型のプラズマＣＶ［）装置の場合には、間欠的に印加さ
れる電圧および電流値は一定であり、一般に電流の印加
時間によりプラズマの制動を行っており、印加電圧と時
間積分電流の関係をモニタすれば、上記実施例と同様に
インピーダンスの変化特性に基づいてクリーニング終点
を判定することが可能であることは言うまでもない。
また、前記実施例では、プラズマ放電によるクリーニン
グ中における電極間インピーダンスの変化をモニタした
が、これに代えてクリーニング中における反応室内の変
化をモニタしてクリーニング終点を判定するようにして
も良い。このためには、第４図に示すプラズマＣＶＤ装
置に示すように、下部電極３の近くに例えば熱雷対のよ
うな濃度センサ４１を設けておき、前記実施例と同様な
条件で低電流供給によるプラズマ放電を行わせていると
きの温度センサ４１の出力を測定制御系４２で測定処理
し、この測定結果をＣＰＵ４３に取り込んでクリーニン
グ終点判定を行い、所定のオーバーエツチング後に高周
波電源１５の動作を停止させるようにすれば良い。なお
、第４図中、第１図中と同一部分には同一符号を付して
いる。
また、上記温度センサ４１は、熱容量の小さいものが望
ましく、電極の一部、反応室内側壁の一部、その他の被
エツチング模が付着する部分あるいは付着しない部分に
設置するようにしてもよい。第５図は、ドライクリーニ
ング時間に対する反応室内温度の実測データの一例を示
す。この図から、室内温度はクリーニング時間の経過と
共に上昇し、ある時点Ｐから急激に低下することがわか
る。この場合、公知のプラズマ発光スペクトル分析法に
より確認した結果、あるいはサンプルチップのエッチオ
フ状態を観察した結果、温度が極大値になった前記時点
Ｐでクリーニングが終了したことが判明した。ただし、
上記極大値を示す時点Ｐ（クリーニング開始からの経過
時間）は、プラズマ状態や反応ガス流の状態や反応室形
状などにより、反応室内の熱の伝導や拡散条件が異なる
ことで実際のエツチング終点で若干のずれが生じること
がある。そこで、ＣＰＬＪ４３が測定結果を取込むと共
にクリーニング開始時点からの経過時間を経時し、上記
クリーニング終点を判定すると経時時間の少なくとも１
０％程度（例えば２０％）のオーバーエッチ時間を設定
し、このオーバーエッチ時間の経過後に高周波電源１５
の動作を停止させて制御するようなプログラムを与える
ことによって、前記実施例と同様な効果が得られる。
なお、エツチング条件や被エツチング膜の種類によって
は、クリーニング終点で室内温度が極小値を示す場合が
あり、この場合には上記極小値を示すときの温度急変を
検出したときに終点と判定するようにすればよい。
また、前記各実施例は、プラズマＣＶＤ装置のクリーニ
ング処理について説明したが、プラズマ放電によるクリ
ーニングを行うその他の半導体製造装置（例えば減圧ｃ
ｖｏｉ置、酸化膜スパッタ装置など）にも本発明方法を
適用することができる。
さらに、前記実施例では、高周波電源から放電電極に定
電流を供給することによってプラズマ放電させた場合に
ついて説明したが、定電流に代えて定電圧を供給するこ
とによってプラズマ放電させる場合にも適用できる。
［発明の効果］ 上記したように本発明の半導体製造装置のクリーニング
終点判定方法によれば、クリーニング終点を実時間で精
度良く判定でき、クリーニング所要時間が短くて半導体
製造装置の稼働率を向上できるなどの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の半導体製造装置のクリーニング終点判
定方法の一実施例が適用される平行平板電極型プラズマ
ｃｖｏ装置を示す構成説明図、第２図は第１図の装置に
おけるクリーニング時間と電橋間電圧、電極注入電流と
の関係を示す特性図、第３図は本発明方法を採用した場
合のバッチプロセスにおけるクリーニング回数とカラ堆
積によるダミー基板上の堆積膜の膜厚との関係を示す図
、第４図は本発明方法の他の実施例が適用されるプラズ
マＣＶＤ装置を示す構成説明図、第５図は第４図の装置
におけるクリーニング時間と室内温度との関係を示す特
性図である。 １・・・・・・反応室、２．３・・・・・・電極、１５
・・・・・・高周波電源、１７・・・・・・電流検出用
ピックアップ、１８・・・・・・電圧検出用ピックアッ
プ、１９．４２・・・・・・測定制御系、２０．４３・
・・・・・ＣＰＵ、４１・・・・・・温度センサ。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第１　図 □２リー二二）ｓｒｒ＋ 第４　図 （０Ｃ） 第５　ロ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体製造装置の半導体基板処理室の内部をプラ
    ズマ放電によるドライエッチングによりクリーニングす
    る際、高周波電源から放電電極に定電流または定電圧を
    供給し、電極間インピーダンスもしくは処理室内温度を
    モニタし、上記インピーダンスの変化特性または濃度の
    変化特性が急変する時点に基づいてクリーニング終点を
    判定することを特徴とする半導体製造装置のクリーニン
    グ終点判定方法。
  2. （２）前記半導体製造装置は平行平板電極型プラズマＣ
    ＶＤ装置であり、前記電極間インピーダンスをモニタす
    るために電極間電圧および電極注入電流を測定すること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体製造装
    置のクリーニング終点判定方法。
  3. （３）前記半導体製造装置は平行平板電極型プラズマＣ
    ＶＤ装置であり、前記室内温度をモニタするために反応
    室内に温度センサを設けておくことを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の半導体製造装置のクリーニング終
    点判定方法。
  4. （４）前記クリーニング終点を判定した後、所定のオー
    バーエッチングを行つてからクリーニングを終了するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体製造
    装置のクリーニング終点判定方法。
JP62078505A 1987-03-31 1987-03-31 半導体製造装置のクリ−ニング終点判定方法 Expired - Fee Related JPH0630351B2 (ja)

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