CN1527363A - 半导体处理装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

是在具有把包含真空处理容器、在该真空处理容器内生成等离子体的等离子体生成装置和所述真空处理室内的等离子体清洗的工艺制法保持一定对工艺加以控制的半导体处理装置的工艺控制方法，以所述半导体处理装置内配置的传感器检测的传感器数据为基础，检测所述工艺的异常，当检测到异常时，执行除去所述真空处理容器内堆积的堆积物的恢复步骤。

Description

半导体处理装置的控制方法

技术领域

本发明涉及半导体处理装置的控制方法，特别是涉及不变更制法就能以高运转率使用装置的半导体处理装置的控制方法。

背景技术

蚀刻处理装置等的半导体处理装置的处理性能随着反复进行晶片处理，随时间而变化。如果该经历时间变化，则例如由蚀刻处理取得的晶片面的加工形状变化，加工尺寸从管理基准值偏离。即发生工艺状态的异常(工艺异常)。

图9A、9B是说明工艺异常发生原因的图。图9A是表示湿清洗后的清净状态的处理容器(真空处理容器)的图，图9B是表示反复进行晶片处理，在处理容器内壁面上堆积了堆积物(沉积物)的状态的图。在图中，1是处理容器，2是安放被加工物即试料的试料安放电极，3是晶片等的试料，4是处理容器内生成的等离子体，5是处理容器内壁中堆积的堆积物(沉积物)。

如图9B所示，在反复进行晶片处理，在处理容器内壁面上堆积了堆积物(沉积物)的状态下，由于该堆积物和处理容器内生成的等离子体的相互作用，等离子体的状态变化，由于该等离子体状态的变化，晶片的加工形状(加工尺寸)变化。

该加工尺寸的变化是缓和的。可是，该经历时间的变化引起的加工形状的变化量不久就超过了允许范围，变为能引起晶片面上形成的半导体器件性能问题的大小。即发生所述工艺异常。

图10A、10B是说明发生所述工艺异常时进行处理的图，图10A是表示发生工艺异常时停止处理的例子的图，图10B是表示发生工艺异常时，变更后序晶片处理方法(制法)的例子的图。

在表示发生工艺异常时停止处理的例子中，如图10A所示，在晶片处理结束时(或晶片处理中)，根据监视工艺的监视器的检测数据来诊断处理结果的可否(步骤S1、S2)，当处理结果异常时，停止后序晶片处理(步骤S6)，当处理结果正常时，进行后序处理(步骤S3)。然后，对各晶片重复继续该动作(步骤S4、S5、S7)。

另外，在发生工艺异常时，变更后序晶片的处理方法(制法)的例子中，如图10B所示，在晶片处理结束时(或者晶片处理中)，根据监视器的检测数据来诊断处理结果的可否(步骤S1、S2)。当处理结果异常时，控制后序的晶片处理方法(变更制法)，处理后序晶片(步骤S6、S3)，当处理结果正常时，不变更制法，进行后序晶片处理(步骤S3)。然后，对各晶片重复继续该动作(步骤S4、S5、S7)。

发明内容

当发生工艺异常时停止处理的方法(图10A)，每当发现工艺异常时，停止半导体处理装置，实施清洗等的恢复措施。因此，会发生装置运转率显著下降的情形。为了防止装置运转率的下降，必须缓和地设定判断工艺异常的水平。

另外，当发生工艺异常时，变更后序的晶片处理方法(制法)的方法(10B)存在半导体处理装置运用上的问题。即制法是在设置半导体处理装置的工厂内承认(认证)的事项，因此有时在变更所述制法时需要认证。半导体处理装置与附属于它的制法是一体的，当不认证就变更制法时，无法向所述半导体处理装置的制造者追究处理结果的责任。

本发明是鉴于所述问题点而提出的，它提供不变更控制工艺的制法，就能以高运转率使用的半导体处理装置的控制方法。

本发明为了解决所述的课题，作为一个例子采用了以下的手段。

一种具有把包含真空处理容器、在该真空处理容器内生成等离子体的等离子体生成装置和所述真空处理室内的等离子体清洗的工艺制法保持一定对工艺加以控制的工艺控制装置的半导体处理装置的控制方法，所述工艺控制装置以所述半导体处理装置内配置的传感器检测的传感器数据为基础，检测所述工艺的异常，当检测到异常时，执行除去所述真空处理容器内堆积的堆积物的恢复步骤。

如上所述，根据本发明，能提供不变更控制工艺的制法，就能以高运转率使用的半导体处理装置的控制方法。

附图说明

下面简要说明附图。

图1是说明本发明的实施例的半导体处理装置的控制方法的图。

图2是说明判断有无工艺异常的方法的图。

图3A、3B是说明判定恢复步骤中清洗处理结束的方法的图。

图4是说明恢复步骤的细节的图。

图5是说明恢复步骤的细节的图。

图6是说明其他实施例的图。

图7是说明其他实施例的图。

图8A～8C是说明趋势预测的例子的图。

图9A、9B是说明发生工艺异常的原因的图。

图10A、10B是说明发生了工艺异常时的处理的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施例。如上所述，半导体处理装置的处理性能伴随着反复进行晶片处理，而发生经历时间的变化。随着该经历时间的变化，晶片面的加工尺寸就会从管理基准值偏移。即发生工艺异常。

如上所述，工艺异常的原因是因为在处理容器内部堆积了堆积物，该堆积物和等离子体相互作用的结果是等离子体中的游离基(活性化学物种)的平衡变化，它对加工形状造成影响。

当晶片处理时，通常用25块或13块晶片构成一批，以批单位进行处理。这时，为了防止所述堆积物的堆积，在每处理一批晶片或每处理一块晶片时插入清洗步骤。

清洗步骤是除去处理容器内堆积的堆积物的步骤，如果该清洗步骤的频率和它所需的处理时间长期化，半导体处理装置的运转率就会下降。

可是，所述堆积物的堆积速度虽然是一点一点的，但是经过一定时间，就会产生变化。因此，如果预先把每处理所述一批晶片或每处理一块晶片时插入的清洗步骤的清洗时间设定为一定，就会渐渐发生处理时间的严重不足。如果为了避免它而预先把清洗时间设定为稍微过剩，则构成处理容器的零件由于等离子体而消磨，表面变粗糙，会引起异物的产生或零件寿命的缩短。因此，预先设定几乎适当的清洗时间。这时，虽然是局部的，但是堆积物渐渐附着，伴随于此，加工形状渐渐变化。

因此，如上所述，当设定几乎适当的清洗时间，继续处理时，适合一边监视堆积物等引起的工艺异常，一边进行处理，在检测到工艺异常时，导入统一除去堆积的堆积物的恢复步骤。另外，所述恢复步骤并不一定都会成功，所以有必要判断是否恢复了，在确认了它的成功后，进入后序的晶片处理。

图1是说明本发明的实施例的半导体处理装置的控制方法的图。首先，把晶片搬入等离子体处理装置内，进行规定的处理(步骤S101)。这时，使用监视器监视工艺状态。当监视工艺状态时，例如使用分光器作为监视器，检测等离子体的发光频谱。另外，能使用探头等检测向等离子体处理装置供给的电压、电流、相位差等电学量。另外，也能使用其他的测定等离子体特性的传感器或测定处理容器的温度的传感器等。接着，把所述传感器的检测数据和标准处理时基准范围(允许范围)比较，判断工艺是否正常。该判断能在晶片处理结束后或处理中进行。

须指出的是，能使用OCD(光学CD)计测器等作为监视器来直接测量器件的线宽，判断工艺异常的有无(晶片处理是否合适)(步骤S102)。

在步骤2中，如果判断工艺状态为正常，就开始后序的晶片处理(步骤S103)。

另外，如果在步骤2中，判断工艺状态为异常，就进入恢复步骤。恢复步骤是除去堆积在处理容器内壁等上的堆积物的清洗步骤，在该步骤中，使用适合于所述堆积物的除去的处理气体。须指出的是，因为恢复步骤不是象批间清洗那样频繁进行的，所以即使用稍长的时间进行也不会使装置的运转率下降很多(步骤S106)。

如果恢复步骤结束，就以所述传感器数据等为基础，判断所述恢复(清洗处理)是否成功了(步骤S107)。当判断为恢复失败时，停止半导体处理装置的运转，使所述处理装置向大气开放，执行清扫等维护。这时，能在该装置的显示器上显示半导体处理装置处理恢复失败的状态，或者通过通讯网络通知用户(步骤S108、S109)。

当判断为恢复成功时，开始后序的晶片处理，然后对各晶片反复继续所述动作(步骤S103、S104、S105)。

图2是说明判断工艺异常有无的方法的图。图2是表示当通过半导体处理装置在晶片面上形成FET时，晶片面的处理时得到的发光光谱为基础而推断的栅电极的加工尺寸的指标(●标记)(推断值)和实测值(×标记)的例子的图。如图所示，因为指标与实测值很一致，所以能根据指标容易地管理实际的加工尺寸。在图中，作为加工尺寸的基准范围(允许范围)，把加工尺寸的相对值设定为2～5。在该图中，可知道批的最后晶片的处理结果勉强在允许范围中。

当使用分光器作为传感器时，当传感器的数量非常多时，很难把这些传感器的输出数据分别与标准处理时的基准范围(允许范围)比较。这时，例如通过主成分分析压缩所述传感器数据，生成少数的指标即主成分分数，可以把生成的主成分分数代替传感器数据使用。另外，通过组合主成分分数，能生成与处理后的加工尺寸相关的高指标。根据该方法，即使分光器输出2000个波长的数据时，也可以只把数个指标与所述基准范围(允许值)比较。

图3A、3B是说明判定恢复步骤中的清洗处理的结束的方法的图。在图3A、3B所示的恢复步骤中，组合特性不同的两个等离子体清洗处理(图3A所示的清洗1和图3B所示的清洗2)而执行。

如果通过基于恢复步骤的等离子体清洗，除去处理容器内壁的堆积物，则等离子体中的游离基的状态渐渐变化。通过进行清洗，直到该发光光谱的变化消失，或变为微小，就能判断除去了几乎所有的堆积物。

即在基于恢复步骤的清洗处理的结束判定时，首先通过传感器检测传感器发光的光谱，生成以检测的发光光谱为基础生成的主成分分数，以该主成分分数为基础检测清洗的进行程度即恢复的进行程度。当主成分分数在基准范围内，并且所述主成分分数的变动在给定值以下时，判断为清洗结束。当图中的例子时，清洗1的结束后，实施与清洗1特性不同的清洗2。

须指出的是，在清洗进行了预先设定的一定时间后，通过例如所述传感器确认它的结果，如果不充分，可以再次重复所述清洗。

可是，会存在无法用所述恢复步骤中的等离子体清洗除去的堆积物。这时，即使重复执行所述恢复步骤，传感器数据也会有在所述基准范围外不变化的时候。这时，因为恢复是不可能的，所以停止清洗处理。

图4、5是说明恢复步骤的细节的图，图4说明加热难以清洗的构件的例子的图。在图4中，8是加热器等的加热部件，6是等离子体清洗中难以除去的处理容器1的下部壁部分，7是处理容器1的上部壁部分。所述加热部件5配置在所述处理容器1的下部壁部分或安放电极2的侧壁上。须指出的是，在图中，对于与图9所示的部分相同的部分采用了相同的符号，省略了对它的说明。

如图4所示，通过加热器等加热部件8一边加热用通常的等离子体清洗难以清洗的构件例如处理容器1的下部壁部分，一边进行等离子体清洗。因为处理容器的加热需要时间，所以在通常的清洗中，这样的加热处理在事实上接近不可能。而恢复步骤能用1～3小时左右的时间进行，通过加热处理容器，能高效地除去堆积物。须指出的是，能进行冷却，代替所述加热。

图5是说明向难以清洗的构件例如处理容器1的下部壁部分提供电位的例子的图。在图中，9是用于向难以清洗的构件(处理容器1的下部壁部分)供给高频电力，使所述构件的附近产生等离子体的等离子体发生电极，10是向所述电极8供给电力的等离子体发生用高频电源。须指出的是，关于与图9和图1所示的部分相同的部分采用了相同的符号，省略了对其的说明。

如图5所示，通过高频电源9向配置在用通常的等离子体清洗难以清洗的构件的附近的等离子体发生电极6外加高频电压，进行等离子体清洗。这样，通过向难以清洗的构件附近供给高频电力，在所述构件的附近产生高频等离子体。据此，能高效地除去所述构件表面的堆积物。

恢复步骤是以在晶片的处理时间中的工艺制法保持一定的状态下，控制工艺，并且对以批单位处理晶片的每批或以晶片单位处理晶片的每片实施通常的等离子体清洗的真空处理装置为前提，监视这样的真空处理装置中经历时间而发生的工艺异常，在检测到工艺异常的时刻执行的清洗步骤。通过该步骤，能统一除去通过通常的等离子体清洗而无法除去的堆积物。

通常的等离子体清洗一般使用SF₆、O₂、Cl₂气体或它们的混合气体生成等离子体，据此，除去处理容器内壁等上堆积的堆积物。清理时间因为生产能力的关系，通常是至少几十分钟。而所述恢复步骤是可以恢复处理容器的状态的清理步骤。因此，用与所述通常的等离子体清洗不同的方法实施清洗。即所述恢复步骤以以下的(1)～(4)的任意一项为特征的清洗步骤。

(1)是使用如果在所述通常的等离子体清洗中反复使用，就会对处理容器内部的构件带来损害的气体(例如氯气)，长时间进行的等离子体清洗。

(2)是一边加热或冷却处理容器全体或用通常的等离子体清洗难以清洗的一部分的构件，一边进行的等离子体清洗。因为处理容器的加热或冷却需要花费时间，所以在通常的清洗中无法进行这样的加热处理。恢复步骤能花费1～3小时左右的时间进行处理，通过处理容器的加热或冷却，能高效地除去堆积物。

(3)是向用通常的等离子体清洗难以清洗的构件供给高频电力而进行的等离子体清洗。通过向难以清洗的构件供给高频电力，在所述构件的附近产生高频等离子体。据此，能高效地除去所述构件表面的堆积物(参照图5)。

(4)是向用通常的等离子体清洗难以清洗的构件(例如处理容器1的下部壁部分)供给偏压电位而进行的等离子体清洗。通过向难以清洗的构件供给偏压电位，能把等离子体中的离子导入所述构件。据此，导入所述构件中的离子的能量增大，能高效地除去所述构件表面的堆积物。

(5)是让用通常的等离子体清洗难以清洗的构件附近的等离子体密度上升而进行的等离子体清洗。据此，能高效地除去所述构件表面的堆积物。通过控制处理容器内形成的磁场的分布，能进行所述等离子体密度的控制。例如在ECR等离子体蚀刻装置中，控制磁场分布，使ECR面变为构件附近。

须指出的是，在所述图1所示的步骤1等中，当判断为工艺异常时，可以从所述多个恢复步骤中，选择适合于此时的工艺的恢复步骤来应用。

图6是说明本发明的其他实施例的图。在该例子中，在某一特定的晶片的处理后，当判断为工艺异常时，等到该晶片所属的批的处理结束后，转移到恢复步骤。

在所述的实施例中，判断各晶片的工艺异常的有无，当发生工艺异常时，插入恢复步骤。因此，在批处理中，插入恢复步骤。

可是，因为一批通常是统一处理的，所以，如果中断批处理，插入恢复步骤，则晶片的加工形状不连续地变化。因此，即使在批的处理中检测到工艺异常，也继续执行该批的处理，在批处理结束后，执行恢复步骤后，再进行后序的批处理。

如图6所示，首先把晶片搬入等离子体处理装置内，进行规定的处理(步骤S201)。这时，使用监视器监视工艺状态。在监视工艺状态时，使用例如分光器作为监视器，检测等离子体的发光光谱。另外，能使用探头等检测向等离子体处理装置供给的电压、电流、相位差等电学量。另外，也能使用其他的测定等离子体特性的传感器或测定处理容器的温度的传感器等。接着，把所述传感器的检测数据和标准处理时的基准范围(允许范围)比较，判断工艺是否正常。该判断能在晶片处理结束后或处理中进行(步骤S202)。

在步骤S202中，如果判断工艺状态为正常，就开始后序的晶片处理(步骤S203)。另外，在步骤2中，如果判断工艺状态为异常，就把判断结果存储到存储器中。这时，不中断处理，进入后序的晶片处理步骤即步骤203。然后，对各晶片重复所述动作，直到一批的处理结束(步骤S204、S205、S206)。

在一批的处理结束后，判断在该一批的处理中是否发生了工艺异常(步骤S207)，当工艺异常时，执行所述恢复步骤。如果恢复步骤结束，就以所述传感器数据等为基础，判断所述恢复(清洗处理)是否成功。当判断为恢复失败时，停止半导体处理装置的运转，把所述处理装置对大气开放，执行清扫等的维护。这时，能在该装置的显示器上显示半导体处理装置为恢复失败的状态，或者通过通讯网络通知用户(步骤S208、S209、S210、S211)。

当在步骤S207中判断为恢复成功时，就开始下一批的处理，然后对各批重复所述动作(步骤S212～S217)。须指出的是，因为恢复步骤S208、判断是否恢复了的步骤S209与图1中说明的恢复步骤S106、判断是否恢复了的步骤S107是同样的，所以省略了详细的说明。

图7、图8A～8C是说明其他实施例的图。在该例子中，预测趋势即在下一批的处理中是否会发生工艺异常，当预测为会发生工艺异常时，执行恢复步骤。

在本例子中，在批的处理中或处理后，从监视处理状态的分光器等监视器的数据对各晶片计算用于判断工艺异常的有无的指标。该指标为代表的传感器数据、加工传感器数据后得到的主成分分数等的数据。接着，使用所述指标，预测趋势即在接着的处理中是否为发生工艺异常。当趋势预测的结果为会发生工艺异常时，就执行恢复步骤，当恢复成功时，就开始下一批的处理。而当恢复处理失败时，停止装置，发出要进行维护的警告。

如图7所示，首先，把晶片搬入等离子体处理装置内，进行规定的处理(步骤S301)。这时，使用分光器等监视器来监视工艺状态。接着，从所述分光器等的监视数据对各晶片计算用于判断工艺异常的有无的指标。须指出的是，能使用探头等检测向等离子体处理装置供给的电压、电流、相位差等电学量。另外，也能使用其他的测定等离子体特性的传感器或测定处理容器的温度的传感器等。接着，把所述传感器的检测数据和标准处理时的基准范围(允许范围)比较，判断工艺是否正常。该判断能在晶片处理结束后或处理中进行(步骤S302)。

在步骤S302中，如果判断为工艺状态正常，就开始后序的晶片处理(步骤S303)。另外，在步骤2中，如果判断工艺状态为异常，就把判断结果存储到存储器中。这时，不中断处理，进入后序的晶片处理步骤即步骤303。然后，对各晶片重复所述动作，直到一批的处理结束(步骤S304、S305、S306)。

接着，把用所述传感器的检测数据为基础算出的指标为依据，预测趋势即在下一批的处理中是否会发生工艺异常(步骤S307)。当趋势预测的结果为会发生工艺异常时，执行恢复步骤(步骤S308、S309)，当预测为不会发生工艺异常时，开始下一批的处理(步骤S313～S318)。如果恢复步骤S309结束，就判断恢复的成否，当判断为恢复失败时，停止半导体处理装置的运转，把所述处理装置对大气开放，执行清扫等的维护。这时，能在该装置的显示器上显示半导体处理装置为恢复失败的状态，或者通过通讯网络通知用户(步骤S310、S311、S312)。

根据该方法，因为在转移到批处理之前判断是否发生工艺异常，所以能避免在工艺异常的状态下继续晶片处理。

图8是说明趋势预测的例子的图。图8A是描绘了属于某特定的批X的各晶片(晶片编号1～15)和该晶片的处理结果(加工尺寸的相对值)的图，图8(B)是描绘了属于接着所述批X而处理的批X+1的各晶片(晶片编号1～15)和该晶片的处理结果(加工尺寸的相对值)的图。这里，批X的指标的平均值是3.5，批X+1的指标的平均值为4.2。

在该例子中，当从批X的处理转移到批X+1的处理时，批内的指标的平均值上升了+0.7。因此，能推测接着的批X+2的处理中，批内的指标的平均值变为4.9。这时，如果假定批内的所述相对值的分布与批X+1的分布是同等的，则如图8(C)所示，在批X+1的各晶片的指标加上0.7而得到的值成为批X+2的指标的预测值。在图8C的例子中，从批X+2第五块晶片开始，所述指标的预测值超过基准范围。因此，在开始批X+2之前，实施恢复步骤。

在以上的说明中，说明以清洗处理为前提进行了恢复步骤。但是，根据半导体处理装置或该处理装置的处理工艺，能实施其他的处理。例如，能蚀刻硅(Si)的假晶片，在处理容器的内壁等堆积硅。另外，可以蚀刻搭载了铝(Al)等的材料的假晶片，在处理容器的内壁等堆积铝。根据这些处理，能把处理容器内初始化为与处理工艺对应的适当的状态。

Claims (15)

1.一种半导体处理装置的工艺控制方法，把包含真空处理容器、在该真空处理容器内生成等离子体的等离子体生成装置和所述真空处理室内的等离子体清洗的工艺制法保持一定对工艺加以控制，所述工艺控制方法包含以下的步骤：

以所述半导体处理装置内配置的传感器检测的传感器数据为基础，检测所述工艺的异常；当检测到所述工艺的异常时，执行除去所述真空处理容器内堆积的堆积物的恢复步骤。

2.根据权利要求1所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：当在特定试料的处理后检测到工艺上的异常时，在包含该试料的批的处理结束后，执行所述恢复步骤。

3.根据权利要求1所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置加热部件。

4.根据权利要求1所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置等离子体发生电极。

5.根据权利要求1所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置供给偏压电位的电极。

6.一种半导体处理装置的工艺控制方法，把包含真空处理容器、在该真空处理容器内生成等离子体的等离子体生成装置和所述真空处理室内的等离子体清洗的工艺制法保持一定对工艺加以控制，所述工艺控制方法包含以下的步骤：

以根据主成分分析而压缩包含所述半导体处理装置内配置的多个传感器检测的所述等离子体的发光光谱特性的传感器数据而生成的主成分分数为基础，检测所述工艺的异常；当检测到所述工艺的异常时，执行除去所述真空处理容器内堆积的堆积物的恢复步骤。

7.根据权利要求6所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：当在特定试料的处理后检测到工艺上的异常时，在包含该试料的批的处理结束后，执行所述恢复步骤。

8.根据权利要求6所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置加热部件。

9.根据权利要求6所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置等离子体发生电极。

10.根据权利要求6所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置供给偏压电位的电极。

11.一种半导体处理装置的工艺控制方法，把包含真空处理容器、在该真空处理容器内生成等离子体的等离子体生成装置和所述真空处理室内的等离子体清洗的工艺制法保持一定对工艺加以控制，所述工艺控制方法包含以下的步骤：

以包含所述半导体处理装置内配置的多个传感器检测的所述等离子体的发光光谱特性的传感器数据为基础，在后序的试料处理时，预测是否会发生工艺异常的趋势，当判断为会发生工艺异常时，执行除去所述真空处理容器内堆积的堆积物的恢复步骤。

12.根据权利要求11所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：当在特定试料的处理后检测到工艺上的异常时，在包含该试料的批的处理结束后，执行所述恢复步骤。

13.根据权利要求11所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置加热部件。

14.根据权利要求11所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置等离子体发生电极。

15.根据权利要求11所述的半导体处理装置的工艺控制方法，其中：在真空处理容器的下部壁部分设置供给偏压电位的电极。

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