JP4320924B2

JP4320924B2 - パーティクル計測装置及び処理装置

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Publication number: JP4320924B2
Application number: JP2000177636A
Authority: JP
Inventors: 司松田; 恭子池田; 林大槻
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: US6532069B1; KR20010007385A; TW518671B; KR20070121614A; JP2001059808A; KR100935258B1; JP2008224689A; KR20070057116A; KR100882964B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハに対してガスを用いて成膜する処理装置に搭載され、この処理装置から排気された排気ガスに含まれるパーティクルの数を計測するパーティクル計測装置及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造する場合、被処理体となる半導体ウエハ（以下、ウエハと称する）に対して、膜堆積（ＣＶＤ）工程、熱酸化及び不純物拡散工程、エッチング工程、成膜（スパッタリング）工程、熱処理工程等の各製造工程において、種々の処理装置による処理が施されている。
膜成長工程においては、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）装置を用いて、ウエハ表面に絶縁層や絶縁膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）等の薄膜を堆積する。また、配線パターンや凹部の埋め込みとしては、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ）等の薄膜が堆積される。
【０００３】
これらの処理装置によりそれぞれの処理を行なう場合、製品の歩留り低下の原因となるパーティクルの発生は極力避けなければならない。
そのため、処理チャンバー内のパーティクル発生状況をリアルタイムでモニタするため、或いは処理チャンバーのクリーニングのタイミング時期を知るため等の理由より、処理装置にパーティクル計測装置が取り付けられている。特に、ＣＶＤ装置やスパッタリング装置等の成膜処理装置にあっては、これまでの成膜時に処理チャンバーの内壁やそのチャンバー内に配置された部品表面に付着した不要な膜が次の成膜時に剥がれるなどして、パーティクルが発生し易いので、成膜中のパーティクルの量をモニタすることは重要であった。
【０００４】
従来のパーティクル計測装置を有する処理装置の一例について、図１８を参照して説明する。
ほぼ円筒体状の処理チャンバー２の内部には、ウエハＷを載置するための載置台４と、チャンバー底部に石英ガラス製の透過窓６とが設けられている。この透過窓６の下方には、回転台８上に設けた複数の加熱ランプ１０が配置されており、この加熱ランプ１０から照射された加熱用光は、透過窓６を透過して、載置台４上のウエハＷを加熱する。
また、この載置台４に対向するチャンバー天井部には、処理チャンバー２内へ成膜ガス等の処理ガスを導入するためのシャワーヘッド部１２が設けられている。また、処理チャンバー２の底部周辺部には、略均等な間隙で配置された４つの排気口１４（図示例では２つのみ表す）が設けられており、この各排出口１４には下方向へ延びる排気管１６が接続されている。
【０００５】
それぞれの排気管１６の排出側は、１つに集合するように大口径の集合管２０の吸入側に接続されている。この集合管２０内部には、圧力調整用のバタフライバルブ１８が設けられている。また、この集合管２０の排出側には真空ポンプ２２が設けられており、さらに、この真空ポンプ２２の排出側に比較的径が大きい主排気管２４が接続される。この真空ポンプ２２により処理チャンバー２内の大気やガス等を排気する。この主排気管２４の途中には、排気ガス中に含まれるパーティクル数をカウントするためのパーティクル計測装置２６が設けられている。
【０００６】
図１９は、上記パーティクル計測装置２６を設けた主排気管２４の断面構成を示す図である。
このパーティクル計測装置２６は、レーザ光Ｌを発射するレーザ光照射部２８と、照射されたレーザ光Ｌを吸収するストッパ部材３２が主排気管２４の中心Ｏを通るように対向して配置されている。また、レーザ光Ｌの照射途中で、そのレーザ光ＬがパーティクルＰに当たることによって発生した散乱光ＳＬを検出する散乱光検出部３０が主排気管２４中心に向かって配置されている。
このような配置により、パーティクル測定の際には、レーザ光照射部２８から照射されたレーザ光Ｌが主排気管２４内を移動するパーティクルＰに当たった時に発生する散乱光ＳＬを散乱光検出部３０で検出することにより、排気ガス中のパーティクル数をカウントしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の処理装置においては、処理チャンバー２からの排気管１６を集合させた真空ポンプ２２の排出側となる主排気管２４にパーティクル計測装置２６を設けている。勿論、排気により処理チャンバー２からパーティクル計測装置２６までの排気管内壁や真空ポンプやバルブの羽根にも生成物などの異物が付着する。このため、これらの付着した異物が不定期的に剥がれて、新たにパーティクルとして発生する。
この不定期的に発生するパーティクルが、実際に処理チャンバー２内で発生して排気されてくるパーティクルに加算されているため、処理チャンバー２内で発生したパーティクルを正確に把握できないという問題があった。
【０００８】
さらに、真空ポンプ２２の排出口近傍における排気管内では、排気ガスが渦巻いている。そのため、同一のパーティクルが幾度もレーザ光を横切ることとなり、複数回カウントされてしまうことがあった。
このように、本来的には処理チャンバー２内の実際のパーティクル数とパーティクル計測装置２６の計測によるカウント数とは、強い相関関係があるべきであるが両者の相関関係は非常に低くなっている。このようなパーティクル計測装置では正確に処理チャンバー２内のパーティクル発生状況を把握することは困難であった。
【０００９】
そこで本発明は、処理チャンバーで発生し排出されたパーティクルを正確にカウントすることにより、高い相関関係からパーティクル発生状況を把握することができるパーティクル計測装置及び処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、被処理体に対して処理を施す処理装置の処理チャンバーの排気口に、前記処理チャンバー内の大気若しくはガスを真空ポンプにより排気するために連結された排気管に設けられて、前記排気管内に前記処理チャンバーの外周方向へ向かう慣性力をそのまま作用させて流下させるように流れる排気ガス中に含まれるパーティクルの数を計測するためのパーティクル計測装置において、前記パーティクル計測装置は、前記パーティクルに向かってレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光を受光するように配置されるストッパ部と、前記レーザ光に照射されたパーティクルの散乱光を検出する散乱光検出部と、を備え、前記レーザ光照射部は、前記レーザ光が前記排気管の横断面中心を通ると共に前記処理チャンバーの中心軸と前記排気管の中心軸の断面中心点を結ぶ線分に沿って照射されるように配置され、前記散乱光検出部の中心は、前記排気管の横断面中心から前記排気ガスが前記処理チャンバーの外周方向へ向かう前記慣性力が作用する方向へ離れてオフセットされた領域に向けられていることを特徴とするパーティクル計測装置である。
【００１１】
これにより、処理チャンバーとパーティクル測定装置との間に余計な構成部位が含まれなくなるため、正確なパーティクル計測が可能となり、処理チャンバー内の実際に発生するパーティクル量とパーティクル計測装置による計測値との相関関係を高くすることができる。
【００１２】
また、パーティクルの密度が高い部分にレーザ光を照射できるため、上記相関関係を一層高くすることが可能となる。
【００１３】
請求項２に規定するように、例えば前記散乱光検出部の中心は、前記処理チャンバーの中心を上下方向に通る中心軸が位置する方向に対して反対方向へ所定の距離だけオフセットした領域に向けられるように設定されている。これによれば、パーティクルの密度の高い部分に散乱光検出部の中心を向けることができるので、上記相関関係を一層高くすることが可能となる。
【００１４】
請求項３に規定する発明は、被処理体に対して処理を施す処理装置の処理チャンバーの排気口に、前記処理チャンバー内の大気若しくはガスを真空ポンプにより排気するために連結された排気管に設けられて、前記排気管内に前記処理チャンバーの外周方向へ向かう慣性力をそのまま作用させて流下させるように流れる排気ガス中に含まれるパーティクルの数を計測するためのパーティクル計測装置において、前記パーティクル計測装置は、前記パーティクルに向かってレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光を受光するように配置されるストッパ部と、前記レーザ光に照射されたパーティクルの散乱光を検出する散乱光検出部と、を備え、前記レーザ光照射部は、前記排気管の断面中心から前記排気ガスが前記処理チャンバーの外周方向へ向かう前記慣性力が作用する方向へ離れてオフセットした領域を通過するようにレーザ光を照射するように配置されていると共に、前記散乱光検出部の中心は、前記オフセットされた領域と前記排気管の断面中心とを結ぶ線分に沿った方向に向けられていることを特徴とするパーティクル計測装置である。
請求項４に規定するように、前記レーザ光照射部は、前記排気管内を排気される排気ガスに含まれる前記パーティクルの密度が高い部分にレーザ光を照射するように設定されている。これによれば、パーティクルの密度の高い部分にレーザ光を照射できるので、上記相関関係を一層高くすることが可能となる。
請求項５に規定するように、例えば前記オフセットされる距離の最大値は、前記排気管の内径の０．７５倍とするのがよい。
【００１５】
請求項６に規定するように、前記オフセットの距離は、前記処理装置及び製造プロセスに関するパラメータを用いて行ったシミュレーションの結果により求められる。
請求項７に規定するように、例えば前記所定の距離だけオフセットする方向は、前記処理チャンバーの中心を上下方向に通る中心軸が位置する方向に対して反対方向に向けられる。
請求項８に規定するように、前記散乱光検出部は、前記パーティクルの密度が高い部分に検出方向を指向する。
請求項９に規定するように、前記散乱光検出部は、前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光の照射方向に対して略直交方向に設けられる。
【００１６】
請求項１０に規定するように、前記処理装置は、成膜装置、エッチング装置、スパッタリング装置、アニール装置、真空ロードロック室又は真空処理装置のいずれか１つである。
請求項１１に規定するように、前記排気口は、前記処理チャンバーの底部周辺部に配置されている。
請求項１２に規定するように、前記レーザ光照射部と前記ストッパ部と前記散乱光検出部とを配置したマニホールドを有する。
請求項１３の発明は、被処理体に対して処理を施す処理装置において、前記被処理体を収容して排気口を有する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内で前記被処理体を載置する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記処理チャンバー内の雰囲気を排気する真空ポンプを有する排気系と、を備え、前記排気系は、前記処理容器の前記排気口に接続された排気管を有し、該排気管には請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置を設けたことを特徴とする処理装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るパーティクル計測装置を搭載する処理装置の構成例を示す図である。本実施形態では、処理装置として、被処理体となる半導体ウエハ（以下、ウエハと称する）に対して成膜処理を施すＣＶＤ装置を一例にとって説明する。勿論、他にもスパッタリング装置やエッチング装置等の処理装置についても同様に適用できる。
【００１８】
このＣＶＤ装置４０は、大別して、ウエハＷに対して成膜ガスによる成膜処理を行う処理ユニット４２と、この処理ユニット４２内の大気や成膜ガスを排気する排気系４４とで構成され、この排気系４４を流れる排気ガス中のパーティクル数を計測するパーティクル計測装置４６が搭載されている。このパーティクル計測装置４６は、制御・処理部４１により制御され、演算処理等を行う。また、処理結果やシミュレーションに用いる数式や種々のパラメータを表示するための表示部４３が設けられている。この制御・処理部４１は、処理装置全体を制御するシステム制御部に組み込まれていてもよいし、別個であってもよい。
【００１９】
この処理ユニット４２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等により円筒状或いは箱状に成形された処理チャンバー４８を有している。この処理チャンバー４８内には、処理チャンバー底部から上方に延びる円筒状のリフレクタ５０を配置し、さらに、このリフレクタ５０上にウエハＷを装着する載置台５２が取り付けられている。このリフレクタ５０は、熱線反射性の材料として例えば、アルミニウムにより形成されており、また載置台５２は厚さ１mm程度のカーボン素材や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のアルミニウム合金等により形成されている。
【００２０】
この載置台５２の下方には、同時に上下移動する複数本、例えば３本のリフタピン５４（図示例では２本のみ示す）が配置されており、図示しない駆動系により、リフタピン５４を載置台５２に設けたリフタピン穴５８を通り抜けてウエハＷを下面から持ち上げるようになっている。このウエハＷは、これらのリフタピン５４にリフトアップされ、図示しないアーム等を有する搬送機構との受け渡しにより、処理チャンバー内外への搬送が行われている。
また載置台５２の周縁部には、ウエハ表面に堆積する膜の面内均一性を保証するリング状のシールドリング６０が設けられている。
【００２１】
さらに、載置台５２直下の処理チャンバー底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓６２がチャンバー内を気密するように設けられている。さらにその下方には、透過窓６２を囲むように箱状の加熱室６４が設けられている。
この加熱室６４内には、加熱源として複数個の加熱ランプ６６が反射鏡も兼ねる回転台６８上に取り付けられている。この回転台６８は、回転軸によりモータ７０へ連結されており、モータ７０の回転に従い回転される。この回転により、ウエハＷへの加熱を均一的に行うことができる。
【００２２】
この加熱ランプ６６より放出された加熱用光は、透過窓６２を透過して載置台５２の下面側から照射して、ウエハＷ裏面を加熱する。尚、加熱源としては、加熱ランプ６６に換わって、載置台５２に抵抗加熱ヒータを埋め込んでもよいし、加熱したガス等の熱媒体を載置台５２に吹き付ける加熱方法でもよい。
また載置台５２と対向する処理チャンバー天井部には、成膜ガス等の処理ガスを処理チャンバー４８内へ導入するための多数のガス噴射孔７８を有するシャワーヘッド部７２が設けられている。このシャワーヘッド部７２は、例えばアルミニウム等により円形箱状に成形され、図示しないガス導入系に接続してガス供給を行うためのガス導入口７６が設けられている。
また、載置台５２の外周側には、多数の整流孔８０を有するリング状の整流板８２が、環状に成形された支持コラム８４により上下方向で支持されている。この整流板８２の下方のチャンバー底部には、複数の排気口８６が設けられる。
【００２３】
図２には、図１のＡ−Ａにおける処理チャンバー内の透過窓と排気口との位置関係を示す平面図である。この図２に示すように、本実施形態では、排気口８６が底部周辺部に沿って略均等な間隙で４つ配置されており、各排気口８６には排気ポート８８が設けられている。
そして、この排気ポート８８は、図示しないカップリングによりガスケットを介在させて排気系４４の一部となる各排気管９０へ気密に接続される。
これらの排気管９０は、立ち上がり部分が直管形状となっており、排出側が１つに集合されて比較的直径が大きい集合管９４に接続される。この集合管９４内には、処理チャンバー４８内の圧力を調整するために例えばバタフライバルブ９６が設けられている。この集合管９４の排出側には、ターボモリキュラポンプ等の真空ポンプ９８が接続され、さらにこの真空ポンプ９８の排出側には、比較的直径が大きい主排気管１００が接続される。チャンバー内の大気や成膜ガス等は、この真空ポンプ９８でチャンバーから主排気管１００を通じて外部へ排出される。
【００２４】
そして、このようなＣＶＤ装置の４つの排気管９０のうちの１本或いは複数本の途中にそれぞれ、パーティクル計測装置４６を取り付けている。
次に、この実施形態のＣＶＤ装置による成膜処理について説明する。
まず、処理チャンバー４８の側壁に設けたゲートバルブＧを開いて図示しない搬送アームにより処理チャンバー４８内にウエハＷを搬入し、上昇されたリフタピン５４にウエハＷを受け渡す。そして、リフタピン５４を降下させてウエハＷを載置台５２上に載置した後、搬送アームを退去させてゲートバルブＧを閉じる。その後、処理チャンバー４８内の大気を排気系４４で排気する。
【００２５】
次に、図示しない処理ガス源から処理ガスとして、例えば、ＷＦ₆ （原料ガス）、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 、Ａｒ等のガスをシャワーヘッド部７２へ所定量ずつ供給して混合し成膜ガスとして、ガス噴射孔７８から処理チャンバー４８内へ略均等に供給する。
この供給された成膜ガスも各排気口８６から排気系４４側へ吸引排気されて、処理チャンバー４８内を所定の真空度に設定される。且つ回転台６８を回転させながら加熱ランプ６６を発光させて、載置台５２の裏面側からウエハＷに加熱用光を照射して、ウエハＷを迅速に所定の温度まで昇温させて維持する。
【００２６】
このような処理チャンバー４８内の雰囲気において、成膜ガスは所定の化学反応が生じ、例えばタングステンシリサイドがウエハＷ表面に堆積する。
また、処理チャンバー４８内の成膜ガスは、排気ガスとして各排気口８６から排気管９０内を流下して集合管９４内で全て合流し、更に、バタフライバルブ９６で圧力調整されながら真空ポンプ９８を通過して、主排気管１００より系外へ排出される。ここで、排気ガス中に含まれるパーティクル数は、パーティクル計測装置４６により計測される。
【００２７】
次に、パーティクル計測装置４６について説明する。
このパーティクル計測装置４６は、図３に示すように、非常に細いビーム状のレーザ光Ｌを照射するレーザ素子を有するレーザ光照射部１０２と、排気管９０の中心軸９１を通ってレーザ光照射部１０２と対向する側に配置されるストッパ部材１０４と、レーザ光Ｌの照射方向に対して略直交する方向の管壁に設けられた受光素子等よりなる散乱光検出部１０６とで構成される。ここで、前記レーザ素子は、小型化されたGaAlAs等の半導体レーザ素子を用いており、その出力は数Ｗ〜数十Ｗの出力のものが適正である。
【００２８】
このレーザ光照射部１０２は、照射するレーザ光Ｌがチャンバー中心軸９２とこの排気管９０の中心軸９１（図１参照）の断面中心点Ｏを結ぶ線分に沿うように管壁に設けられている。
また、照射されたレーザ光Ｌが断面中心点Ｏを通過してチャンバー中心軸９２の位置する方向に向かうのであれば、照射方向はどの方向でもよい。但し、散乱光検出部１０６との相対的な位置関係は維持される。
そして、ストッパ部材１０４は、レーザ光Ｌを吸収することにより、レーザ光Ｌが排気管９０内への例えば乱反射が発生しないようにしている。
【００２９】
そして、図３に示すようにレーザ光Ｌの照射方向に対して略直交する方向の管壁には、例えば受光素子等よりなる散乱光検出部１０６が設けられており、排気ガス中に含まれるパーティクルＰ（１０８）にレーザ光Ｌが照射されることにより発生する散乱光ＳＬを受光し得るようになっている。尚、後述するように散乱光検出部１０６の中心は、断面中心点Ｏに向かわず、図３に示すようにオフセットされたオフセット距離Ｈ３に配置される。
排気管９０へのパーティクル計測装置４６の取り付け位置Ｈ２は、図４に示すようなフローチャートに従ったコンピュータシミュレーションを行い、決定する。以下、その一例について説明する。
【００３０】
まず、処理装置の概要を計画する。具体的には、チャンバー容量、排気能力、成膜用ガス種、ガス供給系、排気管長及びその径などの基礎的な装置設計（プロセス条件）を決定する。次に、後述する数値シミュレーションにより、パーティクル計測装置４６の取り付け距離Ｈ２やオフセット距離Ｈ３を算出して、実際の処理装置に搭載する試作を行い、パーティクル計測を実測する。この実測による評価において、シミュレーション結果と異なる場合や求められた性能が得られなかった場合には、その結果に基づく修正や最適化を基礎的な装置設計に対して行う。即ち、パーティクル計測装置４６の取り付け位置等の変更を含む設計見直しを行う。
【００３１】
また、実測による評価がよければ、パーティクル計測装置４６の取り付け位置やオフセット位置等を製造ライン上の製品（処理装置）に反映させる。
次に、図５に示すフローチャートを参照して、数値シミュレーションについて説明する。
まず、計算用のコンピュータソフトウエア（例えば、フルーエントアジアパシフィック社製ＧＡＭＢＩＴ）を用いて、計算モデル（メッシュモデル）を作成し、例えば、フルーエントアジアパシフィック社製ＦＬＵＥＮＴを用いて、前述した様な基礎的な装置設計（プロセス条件）に基づく、境界条件（例えば、排気管の壁面温度や圧力、排気するガスの種類等）を設定した計算式を作成する。そして、その計算を実行させる。その算出結果を実機（試験機）に反映させて、即ち、算出された位置にパーティクル計測装置４６の取り付けて評価を行う。この評価がよければ、生産機の設計へ適用する。
【００３２】
このようなシミュレーションにより、本実施形態においては、例えば、ＮＷ４０の排気管９０において、垂直方向の長さＨ１を例えば４３０mmとした場合、排気口８６からパーティクル計測装置４６までの取り付け距離Ｈ２が例えば、１３０mm程度の所が最適としてしている。勿論、このシミュレーションによれば、チャンバー内に構成部位の配置及び形状、排気口の形状及びその取り付け位置、排気管形状等により、異なる結果が得られることは当然であり、本実施形態に示す取り付け位置は、その一例である。
パーティクル計測装置４６の取り付け位置が最適とされる条件としては、処理チャンバーの排気口部分に可能な限り近いこと、処理チャンバーで発生する光、例えば、加熱用光（加熱源がランプヒータの場合）やプラズマ光等のまわり込みが無いこと、取り付けるために周辺にスペースがあること、排気管内でパーティクルが拡散せずに比較的密度の高い部分であることである。
【００３３】
特に、排気される成膜ガスは、ガス種（粒子の径や重さ）、排気管の引き廻し形状、排気管径、排気速度及び重力の影響により排気管内におけるガスの流れの密度が異なるため、必ずしも排気管の中心がパーティクル密度が高いわけではない。以下、この点について説明する。
排気管９０内を流れる排気ガス中のパーティクルは、ガス中に均等に分散するのではなく、処理チャンバー４８の中心軸９２から遠ざかる方向に偏在する傾向にある。
この理由は、シャワーヘッド部７２より処理チャンバー４８内に供給された成膜ガスは、下方へ流下しつつそのまま容器周辺部に拡散して各排気口８６へ吸引されて排気管９０を流下することになるが、パーティクルには拡散方向、すなわち処理チャンバー４８の半径方向外方へ向かう慣性力がそのまま作用しているからであると思われる。
【００３４】
従って、排気管９０中を流下する排気ガス中のパーティクルは、図６中において中心軸９２から遠ざかる方向に偏在することとなり、図３中ではパーティクル密度が最も高い点が断面中心点０よりも下方へオフセット距離Ｈ３程度移動することになる。
例えば、図６は、前述したシミュレーションを行なった時の処理チャンバー内と排気管のモデルを示す一例である。図中において、シャワーヘッド部７２から噴射した成膜ガスがウエハＷの表面に当たってその周囲に拡散し、各排気口８６を介して排気管９０内を流下して行く。ここでは、排気管９０の長さＨ１を４０ｃｍとし、その下端よりも距離Ｈ５が３０ｃｍの位置の断面のパーティクル分布を見ている。また、排気管９０の内径は４０ｍｍである。
【００３５】
この例では、成膜ガスが排気管９０を流下する際に、処理チャンバー４８の外周方向へ向かう慣性力がそのまま作用して流下しているため、排気管内では、処理チャンバーの外側への密度が高くなると想定される。本実施形態では下方向に配管した例であるが、勿論、限定されるものではなく、この排気管の取り付け位置により排気管が上方向や横方向又は斜め方向に配管される場合もあり、排気方向はそれぞれに異なっている。それぞれにシュミレーションを行うものとする。
【００３６】
従って、図３に示すように、散乱光検出部１０６の検出方向中心は、排気管断面中心点Ｏよりも、チャンバー中心軸９２から外側方向に所定のオフセット距離Ｈ３だけ移動させた点Ｐ（この点Ｐは、後述するようにパーティクル密度が略最も高くなる点である）に向けられる。
この場合、散乱光検出部１０６の指向性は、ある程度の開き角θを有しているが、オフセット位置Ｈ３だけ移動させて配置することにより、パーティクルの密度が略最も高い領域を検出することができる。
このオフセットされるオフセット距離Ｈ３の最大値は、プロセス条件にもよるが後述するように排気管９０の半径の０．７５倍程度であり、従って、散乱光検出部１０６の中心を、断面中心点Ｏから距離Ｈ３で示される点１０８までの範囲内の領域の一点に向けるように設定することになる。
【００３７】
ここでは、例えば８インチウエハを処理する処理チャンバー４８内の直径が４４０ｍｍ程度、排気管４６の内径Ｈ４を４０ｍｍ程度とすると、オフセット距離Ｈ３は１０ｍｍ程度に設定される。
以上のことから、本実施形態では、このパーティクル計測装置４６は真空ポンプ９８よりも上流側の排気管９０に設けてあることから、処理チャンバー４８とパーティクル計測装置４６の取り付け位置との間のガス流路距離が短くなるため、余分なパーティクルを検出することなく、図３に示すようにレーザ光ＬがパーティクルPに照射されることによって発生する散乱光ＳＬを散乱光検出部１０６によって正確に捉えることができる。
【００３８】
従って、処理チャンバー４８内の実際のパーティクル量と高い相関関係でパーティクル数をモニタすることができる。
本実施形態では、図３に示すように、レーザ光照射部１０２から照射されたレーザ光Ｌは、パーティクルが最も集まる傾向にある領域を通って、しかも、パーティクル密度が最も高くなる点Ｐを通って照射されており、更に、散乱光検出部１０６の中心は、パーティクル密度が最も高くなる点Ｐに向けられているので、密集したパーティクルに対して効率的にレーザ光Ｌを照射することができる。しかも、発生した散乱光ＳＬを効率的に検出することができる。
【００３９】
図７は、処理チャンバー内の実際のパーティクル数と本実施形態のパーティクル計測装置により計測したパーティクル数との相関関係を示すグラフである。ここでは測定可能なパーティクルの径は０．２μｍ以上であり、処理チャンバー内のパーティクル数は、処理チャンバー４２内に設置したモニタウエハ表面のパーティクル数を計測することにより求めた。また、プロセス圧力は０．７Torr（９３．３Ｐａ）である。このグラフから明らかなように、両者の相関係数Ｒ２は、０．６８９４であり、かなり高い値を得ることができる事が判明した。
従って、処理チャンバー４８内の実際のパーティクル量と更に高い相関関係でパーティクル数を検出することが可能となる。この場合、散乱光検出部１０６の指向性はある程度の開き角θを有しているので、散乱光検出部１０６の中心を、点Ｐから外れた点、例えば断面中心点０に向けても高い相関関係でパーティクル数を検出することができる。
【００４０】
これらのシミュレーションとして、図８（ａ）乃至（ｃ）は、処理チャンバー４２内の圧力が０．７Torr（９３．３Pa）、成膜温度が５２０℃時の排気管内のパーティクル分布を示し、図９（ａ）乃至（ｃ）は処理チャンバー４２内の圧力が４．５Torr（５９９．８Pa）、成膜温度が５８０℃の時のパーティクル分布を示している。ここでは、成膜ガスとして共にＷＦ₆ 、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 、Ａｒを流している。尚、各図において、処理チャンバー中心軸９２が位置する方向は、上方に設定されている。
図８（ａ）乃至（ｃ）に示すように圧力が０．７Torr（９３．３Pa）の場合には、パーティクルは、処理チャンバー中心軸９２の位置する方向に対して反対方向（図中、下方）に比較的多く集まっており、特に、排気管の断面中心点Ｏよりも下方、即ち、処理チャンバー中心軸９２よりも遠ざかる方向に位置している。
【００４１】
この傾向は、パーティクルの粒径が０．２μｍ［図８（ａ）］、０．５μｍ［図８（ｂ）］及び１．０μｍ［図８（ｃ）］の場合も同じである。この時、排気管の断面中心点Ｏとパーティクル密度が最高となる点１１０との間の距離は、略１０ｍｍ程度である。
また、図９（ａ）乃至（ｃ）に示すように圧力が４．５Torr（５９９．８Pa）の場合にもパーティクルは処理チャンバー中心軸９２の位置する方向に対して反対方向（図中、下方）に比較的多く集まっており、特に、排気管の断面中心点Ｏよりも下方、すなわち処理チャンバー中心軸９２よりも遠ざかる方向に位置している。この傾向は、パーティクルの粒径が０.２μｍ［図９（ａ）］、０．５μ ｍ［図９（ｂ）］及び１．０μｍ［図９（ｃ）］の場合も同じである。この時、断面中心点Ｏとパーティクル密度が最高となる点１１２との間の距離は、略１５ｍｍ程度である。
すなわち、パーティクル密度の中心点は、図８（ａ）乃至（ｃ）に示す場合よりも、図中、僅かに下方へ移行している。
【００４２】
尚、各シミュレーションは、ＷＳｉ₂ 、Ｃ、Ａｌの各パーティクル材料について行なったが略同じような分布を示した。このように、プロセス条件にもよるが、排気管９０の断面中心点Ｏと、これよりも図中下方へ最大１５ｍｍ程度離れた点で挟まれる領域内にパーティクル高密度領域が存在し、その領域内に散乱光検出部１０６（図３参照）の中心を向けるようにすれば、散乱光を効率的に検出できる。ここで、最大距離１５ｍｍは、排気管９０の直径を４０ｍｍ（半径は２０ｍｍ）とすると、その半径の０．７５倍に相当するものである。
【００４３】
尚、本実施形態では、レーザ光照射部１０２から放射されるレーザ光Ｌは、排気管９０の断面中心点Ｏを通って処理チャンバー中心軸９２の方向へ向かうように設定されたが、これに限定されず、レーザ光Ｌがパーティクル密度が高くなる領域を通過するように設定すれば、レーザ光Ｌはどのような方向でもよい。
例えば、図１０に示すように、レーザ光照射部１０２を、排気管９０の断面中心点Ｏよりも、処理チャンバー中心軸９２が位置する方向に対して反対方向へ所定のオフセット距離Ｈ６だけ移動した点Ｐをレーザ光Ｌが通過するようにレーザ光照射部１０２を設ける。ここでは、レーザ光Ｌの照射方向は、断面中心点Ｏから処理チャンバー中心軸９２に向かう方向に対して略直交する方向に沿っている。そして、散乱光検出部１０６は、レーザ光Ｌの照射方向に対して略直交する方向に設置されており、また、その中心はパーティクル密度が高い点Ｐに向けている。尚、前述したようにオフセット距離Ｈ６は、”０”からその最大値は排気管の半径の０．７５倍であり、ここでは例えばオフセット距離Ｈ６は１２ｍｍ程度に設定されている。
【００４４】
また、レーザ光Ｌの照射方向は、断面中心点Ｏ（９１）と点Ｐ（１１４）との間の領域を通るならば、その方向は特に限定されず、例えば図１１に示すように図１０に示す方向に比較して斜め方向からレーザ光Ｌを照射するようにしてもよい。ここで、図１０に示すパーティクル測定装置の一例に基づいて、パーティクル数測定の評価を行なったので、その結果を図１２，１７を参照して説明する。
図１２は、図１０に示した本実施形態によるパーティクル測定装置において排気管内のパーティクル密度の高い部分（点Ｐ）にレーザ光を通した時のパーティクル数測定の評価結果を示すグラフであり、図１７は、図１８に示した従来のパーティクル測定装置において、排気管９０にレーザ光を通した時のパーティクル数測定の評価結果を示すグラフである。ここでは、共に直径が０．２３μｍ以上のパーティクルについて測定している。
【００４５】
図１２に示すように本実施形態によれば、相関関係Ｒ２は０．７８６４となり、非常に高い良好な値を示している。これに対して、図１７に示すように従来のパーティクル測定装置によれば、相関関係Ｒ２は０．００３１となって非常に低い値を示している。
本実施形態のようにパーティクル密度の高い部分にレーザ光を通した場合には相関係数を大幅に改善できることが判明した。尚、ここでは、ランプ加熱式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、抵抗加熱式やプラズマを用いた成膜装置、或いは成膜装置以外の酸化拡散、エッチング、アニール等の各種の処理装置も、さらに処理装置に設けられるロードロック等の真空排気系においても本発明を適用できるのは勿論である。また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できる。
【００４６】
以上説明したように、本発明の処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、パーティクル計測装置を真空ポンプよりも上流側の排気管に設けるようにしたので、処理チャンバーとパーティクル計測装置との間のガス流路距離が非常に短くなる。
従って、従来の処理装置とは異なって配管の壁や真空ポンプの羽根、壁等から剥がれ落ちる異物を計測することがなくなり、処理チャンバー内の実際のパーティクル数とパーティクル計測装置の計測値との相関関係を高くすることができる。
また、レーザ光の照射方向を、排気管の断面中心点と処理チャンバー中心軸とを結ぶ方向に沿うように設定すれば、パーティクルの密度の高い部分にレーザ光を照射することができるのでパーティクル量を正確に捉えることができ、上記相関関係を一層高くすることができる。
【００４７】
さらに、散乱光検出部の中心を、排気管の断面中心点よりも所定の距離だけ特定の方向にオフセットさせて設けることにより、パーティクルの密度の高い部分に散乱光検出部の中心を向けることができ、上記相関係を一層高めることができる。
また、排気管の断面中心点よりも所定の距離だけ特定の方向にオフセットした位置にレーザ光を通過するようにすればパーティクル密度の高い部分にレーザ光を照射できるので、上記相関関係を高くすることができる。
【００４８】
図１３には、第２の実施形態として、取り付けられた配管に対して、回動可能なパーティクル計測装置の構成例を示す。図１３に示す構成において、図１に示した構成部位と同等の部位には、同じ参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
このパーティクル計測装置１１０は、前述したパーティクル計測装置４６と同様に排気管９０に取り付けられている。
このパーティクル計測装置１１０は、図１４（ａ）に示すように、レーザ光照射部１１２と対向する側に配置されると、レーザ光Ｌの照射方向に対して略直交する方向の管壁に設けられた受光素子等よりなる散乱光検出部１１６とで構成される。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＤ−Ｄの縦断面の構成を示す図である。
【００４９】
このレーザ光照射部１１２は、マニホールド１１８の径方向に気密に設けられた透明部材からなるウインドウ１２０の外側（大気側）に配置され、そのウインドウ１２０に沿ってガイド機構１２２が設けられ、モータ若しくはリニアモータを備えるドライバ１２４によってガイド機構１２０内を移動される。
このマニホールド１１８は、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、又は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムやアルミニウム合金のいずれかにより形成される。またウインドウ１２０は、石英ガラスや耐食性のあるサファイヤガラス等がなり、以下に記載するウインドウについても同様である。
【００５０】
さらに、ストッパ部材１１４においても、ウインドウ１２８の外側に配置され、ガイド機構１３０に沿って常にレーザ光照射部１１２が照射したレーザ光を受光する位置にモータ若しくはリニアモータを備えるドライバ１３２により移動される。
また、散乱光検出部１１６においても、マニホールド１１８に設けられたウインドウ１３４の外側にレーザ光照射部１１２によるレーザ光の照射方向と基本的に直交する位置になるように２次元的（上下左右の方向）に移動する。尚、パーティクルの密度の高い部分を測定するためにレーザ光とは直交しない位置に移動する場合もある。この散乱光検出部１１６は、ガイド機構１３６に囲まれた領域をモータ若しくはリニアモータを備えるドライバ１３８によりウインドウ１３４上を２次元的に移動される。
【００５１】
また図１３に示すように、このパーティクル計測装置１１０は、排気管９０の径方向に沿って回動するように構成されている。具体的には、真空状態を維持する周知な磁性流体真空シール（magnetic fluid vacuum seal）１４０を両端のフランジ側に配置して、それぞれ排気管９０と回動可能になるようにパーティクル計測装置１１０を取り付けている。この回動は、回動ドライバ１４２により行われる。例えば、排気管９０側にギヤ歯を設けて、これにかみ合うギヤにモータを連結して、モータの回転に従ってパーティクル計測装置１１０全体が回動するようにしてもよい。また、マグネットを利用して磁気力による回動をさせてもよい。
【００５２】
これらのレーザ光照射部１１２、ストッパ部材１１４、散乱光検出部１１６の位置調整は、それぞれの部位に図示しない位置センサを設けて検出し、検出された位置信号に従い、位置調整部１４４が各ドライバを駆動する。また、この位置調整部１４４には、シミュレーションによるデータを入力して、最適ポイントの検索に役立てることができる。
【００５３】
例えば、図１５には、前述したコンピュータシミュレーションによる粒子分布状態の一例を示し説明する。
このシミュレーションは、重力を考慮して、チャンバー内圧力が０．７Torr （９３．３Ｐａ）でＷＳiプロセスにおけるＷＦ₆／ＤＣＳ／Ａｒ：４／１５０／４５０sccmのプロセスガスを排気した例であり、集合配管に接続する屈曲した排気管の中心からの距離Ｈ３が３００mmの位置におけるデータ結果である。
図１６に示すように、このシミュレーションのデータを位置調整部１４４に入力して、各ドライバを駆動する。この例においては、レーザ光照射部１１２によるレーザ光が粒子（パーティクル）の一番密度が高い領域を通過するようにレーザ光照射部１１２とストッパ部材１１４を移動させる。また、そのレーザ光と直交する位置に散乱光検出部１１６を移動させる。
【００５４】
そして、制御・処理部４１は、レーザ光照射部１１２、散乱光検出部１１６を制御して、パーティクルに関する測定データを入力して演算処理等を行う。この制御・処理部４１は、処理装置全体を制御するシステム制御部に組み込まれていてもよいし、別個であってもよい。処理結果やシミュレーションに用いる数式や種々のパラメータを表示するための表示部４３が設けられている。
尚、制御・処理部４１及び位置調整部１４４は、ユーザが操作可能な図示しない制御部、例えばパーソナルコンピュータ等を接続して、ソフトウエアによる制御や管理を行うことができる。
【００５５】
尚、ここで示したシミュレーションにおいて、排気管内の量子分布は、その排気口の形状や排気口前にガスの流れを阻害する、例えば、載置台や排気多孔板などが存在すると、そのガスの流れが排気管内の流れ分布に影響して、粒子密度においても影響を与えている。
従って、本実施形態においては、処理装置及び製造プロセスに関するパラメータでシミュレーションを行い、得られたシミュレーションデータに基づき、位置調整部１４４により自動的にレーザ光照射部１１２、ストッパ部材１１４及び散乱光検出部１１６を移動させて、パーティクルの密度の高い部分にレーザ光を照射させてパーティクルを測定することができる。特に、パーティクルの種類、又はそのパーティクルを含む排気ガスの種類や、それらの排気速度に応じてシミュレーションと実測を行い、適正な測定位置を設定することができる。
従って、設計時の定点の測定ではなく、そのときの状況に応じた適正な測定点を見いだし測定できる自由度と正確性を実現できる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパーティクル計測装置及び処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、パーティクル計測装置を真空ポンプよりも上流側の排気管に設けるようにしたので、処理チャンバーとパーティクル計測装置との間のガス流路距離が非常に短くなり、従って、従来装置とは異なって配管の壁や真空ポンプの羽根、壁等から剥がれ落ちる異物を計測することがなくなり、処理チャンバー内の実際のパーティクル数とパーティクル計測装置の計測値との相関関係を高くすることができる。
【００５７】
また、レーザ光照射部を、これより出射されるレーザ光が排気管の断面中心を通ると共に処理チャンバーの中心軸と排気管の中心軸の断面中心点を結ぶ線分に沿って照射されるように設置し、散乱光検出部の中心が、排気管の断面中心よりも排気ガスが処理チャンバーの外周方向へ向かう慣性力が作用する方向へ離れてオフセットされた領域に向けられるように散乱光検出部を配置することにより、パーティクルの密度の高い部分に散乱光検出部の中心を向けることができ、上記相関係を一層高めることができる。
その際、シミュレーションを用いてパーティクル密度の高い部分を求め、その部分にレーザ光が照射されるようにレーザ光照射部、ストッパ部、散乱光検出部を配置するように設定することにより、パーティクル発生状況に対応し最適な状態でパーティクルを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパーティクル計測装置が搭載される処理装置の構成図である。
【図２】図１に示した処理チャンバー内の透過窓と排気口との位置関係を示す平面図である。
【図３】パーティクル計測装置の取り付け状態を示す図である。
【図４】パーティクル計測装置を搭載する処理装置の製造について説明するためのフローチャートである。
【図５】処理装置へのパーティクル計測装置の取り付け位置を算出するための数値シミュレーションについて説明するためのフローチャートである。
【図６】シミュレーションを行なった時の処理チャンバー内と排気管のモデルを示す図である。
【図７】処理チャンバー内のパーティクル数とパーティクル計測装置で計測したパーティクル数との相関関係を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）乃至８（ｃ）は、本実施形態におけるシミュレーションによるパーティクル分布の第１の例を示す図である。
【図９】図９（ａ）乃至９（ｃ）は、本実施形態におけるシミュレーションによるパーティクル分布の第２の例を示す図である。
【図１０】第１の実施形態におけるパーティクル計測装置の取り付け態様の変形例を示す図である。
【図１１】第１の実施形態においてパーティクル計測装置の取り付け態様の他の変形例を示す図である。
【図１２】図１０に示した実施形態によるパーティクル測定装置において排気管内のパーティクル密度の高い部分（点Ｐ）にレーザ光を通した時のパーティクル数測定の評価結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るパーティクル計測装置が搭載される処理装置の構成図である。
【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態のパーティクル計測装置の詳細な構成を示す図である。
【図１５】第２の実施形態におけるシミュレーションにより得られた粒子分布状態の一例を示す図である。
【図１６】シミュレーションデータを第２の実施形態に適用した場合のレーザ光照射部とストッパ部材と散乱光検出部の位置関係を示す図である。
【図１７】図１９に示した従来のパーティクル測定装置において、排気管内にレーザ光を通した時のパーティクル数測定の評価結果を示すグラフである
【図１８】従来のパーティクル計測装置が搭載される処理装置の一実施形態を示す構成図である。
【図１９】従来のパーティクル計測装置の取り付け状態を示す図である。
【符号の説明】
４０…成膜処理装置（ＣＶＤ装置）
４２…処理ユニット
４４…排気系
４６…パーティクル計測装置
４８…処理チャンバー
８６…排気口
９０…排気管
９２…中心軸
９４…集合管
９８…真空ポンプ
１００…主排気管
１０４…ストップ部材
１０６…散乱光検出部
Ｌ…レーザ光
Ｏ…断面中心点
Ｐ…パーティクル
ＳＬ…散乱光
Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）

Claims

被処理体に対して処理を施す処理装置の処理チャンバーの排気口に、前記処理チャンバー内の大気若しくはガスを真空ポンプにより排気するために連結された排気管に設けられて、前記排気管内に前記処理チャンバーの外周方向へ向かう慣性力をそのまま作用させて流下させるように流れる排気ガス中に含まれるパーティクルの数を計測するためのパーティクル計測装置において、
前記パーティクル計測装置は、
前記パーティクルに向かってレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光を受光するように配置されるストッパ部と、
前記レーザ光に照射されたパーティクルの散乱光を検出する散乱光検出部と、を備え、
前記レーザ光照射部は、前記レーザ光が前記排気管の横断面中心を通ると共に前記処理チャンバーの中心軸と前記排気管の中心軸の断面中心点を結ぶ線分に沿って照射されるように配置され、前記散乱光検出部の中心は、前記排気管の横断面中心から前記排気ガスが前記処理チャンバーの外周方向へ向かう前記慣性力が作用する方向へ離れてオフセットされた領域に向けられていることを特徴とするパーティクル計測装置。
前記散乱光検出部の中心は、前記処理チャンバーの中心を上下方向に通る中心軸が位置する方向に対して反対方向へ所定の距離だけオフセットした領域に向けられるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のパーティクル計測装置。
被処理体に対して処理を施す処理装置の処理チャンバーの排気口に、前記処理チャンバー内の大気若しくはガスを真空ポンプにより排気するために連結された排気管に設けられて、前記排気管内に前記処理チャンバーの外周方向へ向かう慣性力をそのまま作用させて流下させるように流れる排気ガス中に含まれるパーティクルの数を計測するためのパーティクル計測装置において、
前記パーティクル計測装置は、
前記パーティクルに向かってレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光を受光するように配置されるストッパ部と、
前記レーザ光に照射されたパーティクルの散乱光を検出する散乱光検出部と、を備え、
前記レーザ光照射部は、前記排気管の断面中心から前記排気ガスが前記処理チャンバーの外周方向へ向かう前記慣性力が作用する方向へ離れてオフセットした領域を通過するようにレーザ光を照射するように配置されていると共に、前記散乱光検出部の中心は、前記オフセットされた領域と前記排気管の断面中心とを結ぶ線分に沿った方向に向けられていることを特徴とするパーティクル計測装置。
前記レーザ光照射部は、前記排気管内を排気される排気ガスに含まれる前記パーティクルの密度が高い部分にレーザ光を照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
前記オフセットされる距離の最大値は、前記排気管の内径の０．７５倍であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
前記オフセットの距離は、前記処理装置及び製造プロセスに関するパラメータを用いて行ったシミュレーションの結果により求められることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
前記所定の距離だけオフセットする方向は、前記処理チャンバーの中心を上下方向に通る中心軸が位置する方向に対して反対方向に向けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
前記散乱光検出部は、前記パーティクルの密度が高い部分に検出方向を指向することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
前記散乱光検出部は、前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光の照射方向に対して略直交方向に設けられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
前記処理装置は、成膜装置、エッチング装置、スパッタリング装置、アニール装置、真空ロードロック室又は真空処理装置のいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
前記排気口は、前記処理チャンバーの底部周辺部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
前記レーザ光照射部と前記ストッパ部と前記散乱光検出部とを配置したマニホールドを有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置。
被処理体に対して処理を施す処理装置において、
前記被処理体を収容して排気口を有する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内で前記被処理体を載置する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記処理チャンバー内の雰囲気を排気する真空ポンプを有する排気系と、を備え、
前記排気系は、前記処理容器の前記排気口に接続された排気管を有し、該排気管には請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のパーティクル計測装置を設けたことを特徴とする処理装置。