JP2002134376A - 半導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】単体で加工処理装置を管理するよりも加工処理
状態を詳細に分析し、不良処理や機差の原因特定とその
対策を容易にし、生産性の向上や歩留まり向上を図る。
また、加工処理に大きく影響する処理条件因子を把握
し、これをよりよく制御することで、不良処理、機差を
低減し、またより精度の高い加工処理を行う。 【解決手段】複数の加工処理装置による加工処理状態や
加工処理結果の比較を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体の製造方法
に関し、特にプロズマ処理工程における製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体の加工処理においては、加
工処理に応じた加工処理装置（製造装置）と、必要によ
り応じた検査装置の組み合わせにより構成されている。
ここで、生産性を確保するために同一の工程に複数の加
工処理装置を用いることが一般的に行われている。たと
えばシリコン酸化膜のエッチング処理工程に、３〜２０
台程度の酸化膜用エッチング装置を用いてスループット
を確保している。

【０００３】それぞれの加工処理装置では不良処理を出
さないように、あらかじめ設定された加工処理条件をモ
ニタし、設定範囲内で加工処理条件が制御されているこ
とを確認したり、加工処理装置が正常に稼働しているこ
とを確認している。また、特公平6−16475号公報のよう
に物品の処理履歴を、加工処理のモニター及びその加工
処理の検査装置から把握し、シミュレーション、統計デ
ータ、ＡＩ機能により前工程のばらつきを検知し、次工
程以降でばらつきの影響をオンラインで修正するような
ライン全体での制御方法も示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
運用管理を行い、加工処理条件が設定範囲に収まってい
ても不良処理が起こる場合がある。

【０００５】特にプラズマ処理装置では、ガスの圧力や
流量、投入電力といった設定条件は制御出来るが、プラ
ズマ自体の理論的な解析が不十分なため、プラズマ処理
状態を完全に把握できず、上記のような問題が起こりや
すい。

【０００６】また、同じような構成の複数の装置を同じ
ように運営しているにもかかわらず、一部の装置だけが
不良処理を起こしやすい、稼働率が低いという場合があ
り、これを機差と呼ぶ。機差は装置を構成している部品
の僅かな寸法差・性能差、一部の構成の違い、処理順序
の違いなどにより起ると考えられているが、具体的な原
因を特定することが難しい。従って、対策も試行錯誤に
なって時間がかかり、生産性が低下するという問題があ
る。また、不良処理の発生は製品の歩留まりを低下させ
る。

【０００７】プラズマ処理装置では上述したように、プ
ラズマ処理状態を完全に把握できないため、機差を生じ
易い。

【０００８】本発明は上記問題を解決するもので、不良
処理、機差を低減するように複数の加工処理装置を運用
・制御し、不良処理、機差が起こった場合でも不良処
理、機差の原因特定とその改善を容易にして、高生産性
で歩留まりよく半導体を製造する製造方法及び製造シス
テムを得ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、複数の加工
処理装置を用いて半導体の加工処理を行う場合に、複数
の加工処理装置の稼働状況やその加工処理状態を検査
し、加工処理が終わった後の半導体の検査を行い、所望
のデータの蓄積、データ処理を行い、複数の加工処理装
置による加工処理状態や加工処理結果の比較、分類を行
い、これに基づいて、複数の加工処理装置を管理するシ
ステムを備える。

【００１０】特に加工処理装置がプラズマ処理装置の場
合には、半導体の検査に少なくともパーティクル計数検
査が含まれている事が望ましい。これは、経験上パーテ
ィクルが不良処理、機差に対する影響が大きいためであ
る。

【００１１】また、プラズマ処理状態の検査として少な
くともプラズマの分光分析を行う事が望ましい。これ
は、プラズマに対する影響がなく、非常に簡便にプラズ
マの状態を調べることができるからである。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明の第一の実施例を図１により
説明する。

【００１３】図１は本発明における一実施例を示し、複
数のプラズマエッチング装置によるウェハのエッチング
方法を示したものである。

【００１４】１はライン管理システムであり、ライン全
体の管理、制御、各加工処理装置を管理しているコンピ
ュータとのデータの通信を行う。

【００１５】１０ａ〜１０ｃはプラズマエッチング装置
でありガスの圧力、流量、投入電力や電圧、電流、ウェ
ハ温度、処理時間などの処理条件や装置稼働時間、稼働
率などの稼働状況を監視するモニタが付属している。

【００１６】２０ａ〜２０ｃはプラズマエッチング装置
１０ａ〜１０ｃのエッチング処理状態を検査するモニタ
ユニットであり、分光分析機２１、壁面温度センサ２２
から構成している。分光分析機２１はエッチング中のプ
ラズマ状態を、壁面温度センサ２２はエッチング装置の
処理室内の壁面温度をモニタするものである。

【００１７】３０はエッチング処理後のウェハを検査す
る検査装置ユニットであり、外観検査装置３１、パーテ
ィング計数器３２から構成している。

【００１８】４０は分析装置ユニットであり、走査型電
子顕微鏡４１、ＸＰＳ４２、原子力間顕微鏡４３、全反
射蛍光Ｘ線装置４４から構成しており、ウェハの配線パ
ターンの形状や表面状態、ウェハに付着しているパーテ
ィクルやプラズマエッチング装置の内壁に堆積した反応
生成物などの組成、結合状態などの分析を行う。

【００１９】これらの検査、分析装置ユニットは必要に
応じて膜厚測定器などの装置を加えたり、使用頻度の低
くなった装置を外すなど構成を変えても良いし、独立し
て存在する必要はなく、エッチング装置に付属させて一
体化しても良い。また、エッチング処理を終えたウェハ
をすべて検査、分析する必要はなく、必要に応じて検
査、分析を行えば良い。

【００２０】５０はコンピュータであり、少なくとも装
置運転制御部５１、データ蓄積・処理部５２、判断部５
３がある。装置運転制御部５１はプラズマエッチング装
置１０ａ〜１０ｃのエッチング処理手順や処理条件、モ
ニタユニット２０ａ〜２０ｃへの検査頻度、分析装置ユ
ニット４０への分析内容の指示などを行う。

【００２１】データ蓄積・処理部５２はプラズマエッチ
ング装置１０ａ〜１０ｃの稼働状態を監視するモニタか
らのデータ・モニタ２０ａ〜２０ｃや検査装置ユニット
３０、分析装置ユニット４０から送られてくるデータの
収集・蓄積と必要なデータの検索・蓄積されたデータか
ら必要に応じたデータの処理を行う部分である。データ
蓄積・検処理部５２にはモニタ、検査結果のデータだけ
ではなく、装置の履歴、使用ガスの物理定数、化学特性
電離エネルギ、処理室内部で使われている部品の形状・
寸法・表面粗さ・材質とその物理定数・化学特性・使用
時間・交換頻度などのデータも蓄積している。また、過
去に起きた不良処理、機差とその原因・改善事例、実験
より得られたプラズマ密度・分布などのデータが蓄積さ
れている。これらのデータは人に分かり易い形式にして
出力することが出来る。また、シミュレータを有し、プ
ロセスシミュレーション、プラズマの電磁界分布のシミ
ュレーションを行うことが出来る。

【００２２】データ処理としては、蓄積されていたデー
タやモニタなどから送られてきたデータを基に、各装置
でのエッチング状態の違いを比較する装置間比較デー
タ、エッチング状態とエッチング結果を関係づけるエッ
チング処理データを作成する。これらのデータの作成に
おいては差分、平均、標準偏差、分散、最小、最大、相
関分析、回帰分析などの相関、統計解析処理、パーティ
クルやプラズマエッチング装置の内壁に堆積した物質の
組成分類などの処理を行う。上記処理されたデータは、
複数の数式または数値、文字、記号より構成され、デー
タ蓄積・処理部５２に蓄積される。装置間比較データに
は閾値が設定され、この閾値を越えた場合はエッチング
処理が不良とみなされる。この閾値は必要に応じて更新
されるようになっている。

【００２３】判断部５３は、上記データ処理の結果に基
づきエッチング装置１０ａ〜１０ｃの運用を判断する部
分である。具体的にはエッチング処理に不良や機差が起
きないように処理条件の設定を決定したり、エッチング
処理に不良や機差があった場合は、不良処理や機差の原
因特定とその改善を行ったり、それが出来ないときは可
能な範囲で原因や改善の方法を作業者に示す。

【００２４】例えば装置間比較データ結果と検査装置ユ
ニットのデータ結果が表１のように

【００２５】

【表１】

【００２６】なった場合、ケース（１）では、データ蓄
積・処理部５２に蓄積されている不良処理事例から、同
一の例がないかを検索する。同一した不良事例があれ
ば、その対策内容を実行するか、作業者にその内容を提
示する。類似した不良事例があった場合は、まずその内
容を作業者に提示する。

【００２７】同一の不良処理が無かった場合、正常に処
理を行っている装置と不良処理をだした装置との装置間
比較データから、偏差が大きい条件を抽出する。また、
処理室内部で使用されている部品の形状・寸法・表面粗
さ・材質とその物理定数・化学特性で異なる部分を抽出
する。この抽出されたデータをパラメータとしてプロセ
スシミュレータによりシミュレーションを行い、どのパ
ラメータにより不良処理が起こるかを特定したり、プラ
ズマの電磁界分布のシミュレーションを行いプラズマの
分布などに偏りが起きないか調べる。また、この結果の
内容と消順部品の交換や処理条件の変更を作業者に提示
する。

【００２８】（２）の場合は、エッチング処理後の検査
では不良を検知できていない可能性があるので、そのウ
ェハについては次工程以降の検査結果を収集して、本当
に不良処理がないか確認を行う。不良が無い場合、装置
間比較データから不良と判断する閾値の設定を校正す
る。不良があった場合は、検査装置の感度などの見直
し、校正を行う。

【００２９】（３）の場合は、エッチング処理以前の工
程で問題が発生している可能性があるので、エッチング
処理以前の工程で不良処理が起きていないかチェックを
指示する。前工程で不良処理が無い場合、装置間比較デ
ータから良と判断する閾値の設定を校正するといった処
理を行う。もちろんこれは簡単な例であり、エッチング
処理データや蓄積されたデータの経時変化の比較などか
ら、更に高度な処理を行わせることが出来る。

【００３０】また機差が生じた場合のデータ処理例を次
に示す。

【００３１】シリコン酸化膜をエッチングする工程Ａ，
Ｂ（ＡとＢでは処理条件が異なっている）を３台のプラ
ズマエッチング装置で使用していた。それぞれの装置を
装置１、装置２、装置３と表すと、パーティクル数のエ
ラーによるメンテナンスが必要となるまでの時間（メン
テナンス間隔）が表２に示すようになっていた。装置３
では装置１と装置２の平均である24.5時間でメンテナン
スが必要と考えられるにもかかわらず、約倍の50時間ま
でメンテナンス間隔が伸長しており、機差が発生してい
た。

【００３２】

【表２】

【００３３】コンピュータのデータ蓄積・処理部５２で
はパーティクルの組成（ＸＰＳから送られてきたデータ
を使用）と、あらかじめ蓄積されている各装置で使用し
ている工程・工程で使用しているガス・エッチング装置
の処理室を構成している部品の材質・ウェハ表面の材質
との対比、分類を行う処理がある。この例ではパーティ
クルの組成の蓄積データは表３に、工程で使用している
ガスの蓄積データは表４に、エッチング装置の処理を構
成している部品の材質の蓄積データは表５に、ウェハ表
面の材質の蓄積データは表６に示すようになっていた。

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】これらの対比から表７に示すようなデータ
が作成された。

【００３９】

【表７】

【００４０】このデータを基に、判断部５３は表７の結
果と、装置のメンテナンス時に部材１と部材２の表面状
態を調べることを作業者に提示した。これに従い作業者
が部材１と部材２の表面状態を検査したところ、表８の
ような状態であった。

【００４１】

【表８】

【００４２】表７と表８から次のように機差の原因が特
定された。

【００４３】装置１パーティクルの原因は部材に堆積し
た反応生成物の剥離であり、装置２は部材１が削られた
ためである。従って、工程Ａは部材に対して堆積性であ
り、工程Ｂはスパッタ性である。装置３では工程Ａ、Ｂ
を同程度処理しているため、堆積性とスパッタ性が相殺
され部材１の表面に堆積量が減少し、メンテナンスの間
隔が伸長した。

【００４４】この場合はメンテナンス間隔は伸長した方
が望ましいため（稼働率が増加する）、装置１、２でも
工程Ｂを処理するようにしたところ、メンテナンス間隔
が３台とも50時間前後となった。

【００４５】このように複数の装置に対して、比較、分
類などのデータ処理をすることにより、機差の原因特
定、機差を改善が容易になり生産性の向上を図ることが
できる。

【００４６】次に本実施例によるウェハのプラズマエッ
チング方法について説明する。

【００４７】プラズマエッチング装置１０ａまたは１０
ｂまたは１０ｃにウェハが搬送されてくると、装置運転
制御部５１は自動または手動で入力された処理手順と処
理条件に従いウェハをエッチングする。このとき、エッ
チング装置はガスの圧力や投入電力といった処理条件や
装置の稼働時間等の運転状況をモニタしている。また、
プラズマの状態を分光分析機２１で、エッチング処理室
の壁面の温度を壁面温度センサ２２でモニタしている。
エッチング処理が終わったウェハは検査装置ユニット３
０に搬送し、パターン形状などを外観検査装置３１で、
パーティクルの付着数をパーティクル計数器３２で検査
してエッチング処理が良好に行われたかを検査し、必要
に応じて分析装置ユニット４０にウェハを搬送し、分析
を行なう。装置の処理条件、状態のモニタ結果や検査装
置による検査結果、分析結果は、通信回線を通してコン
ピュータ５０のデータ蓄積・処理部５２に送られ蓄積さ
れる。データ蓄積・処理部５２では送られてきたデータ
と蓄積されていたデータから、装置によるエッチング状
態の違いを比較する装置間比較データ、エッチング状態
とエッチング結果を関係づけるエッチング処理データを
作成する。作成したデータも逐次蓄積されていく。そし
て、この処理データの結果を基に判断部５３でエッチン
グ処理に影響の大きい処理条件因子を把握し、これを精
度良く制御することで不良処理や機差を低減でき、また
より高精度なエッチング処理を行うことが出来る。不良
処理や機差が起こった場合は過去の事例と突き合わせ、
同じ事例があればその対策を実行するか、作業者にその
内容を提示する。類似した事例があればその内容を作業
者に提示する。同じまたは類似した事例がない場合は、
蓄積されたデータ、装置間比較データからプロセスシミ
ュレーションやプラズマの電磁界分布シミュレーション
を行い、不良処理や機差の原因となるものを作業者に分
かり易い形式で提示する。不良処理や機差の原因、改善
内容は逐次データ蓄積・処理部５２に蓄積され、以降に
同一の不良処理、機差が起こった場合に活用する。

【００４８】このように複数のプラズマエッチング装置
によるエッチング処理状態や結果の比較や分類を行うこ
とで、単体でプラズマエッチング装置を管理するより
も、エッチング処理状態を詳細に分析することができ、
不良処理や機差が起きた場合でも、その原因特定と改善
が容易になり、生産性の向上や歩留まり向上を図れる。
また、エッチング処理に大きく影響する処理条件因子を
把握でき、これをよりよく制御することで不良処理や機
差を低減でき、またより精度の高いエッチング処理を行
うことが出来る。

【００４９】本実施例ではすべてのプラズマエッチング
装置にモニタを付けているが、すべてのプラズマエッチ
ング装置にモニタを付ける必要はない。プラズマエッチ
ング装置の台数よりもモニタの台数が少ない場合は、モ
ニタを取り外し可能な構造としておき、定期的に付け変
えることにより、総てのプラズマエッチング装置のエッ
チング状態をモニタすることも可能である。また、複数
のプラズマエッチング装置を一つのコンピュータで管
理、制御しているが、複数台のコンピュータを用いても
良いし、ライン管理システムがコンピュータの機能を備
えていてもよい。また、本実施例ではプラズマエッチン
グ装置によるウェハのエッチング加工処理について説明
したが、他の加工処理についても上記実施例と同様な効
果がある。

【００５０】

【発明の効果】複数の加工処理装置による加工処理状態
や加工処理結果の比較を行うことで、単体で加工処理装
置を管理するよりも加工処理状態を詳細に分析すること
ができ、不良処理や機差の原因特定とその対策が容易に
なり、生産性の向上や歩留まり向上を図れる。また、加
工処理に大きく影響する処理条件因子を把握でき、これ
をよりよく制御することで、不良処理、機差を低減で
き、またより精度の高い加工処理を行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であり、複数のプラズマエッ
チング装置によるエッチング処理方法を説明するための
図。

【符号の説明】

１…ライン管理システム、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…エ
ッチング装置、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…モニタユニッ
ト、２１…発光分析機、２２…壁面温度センサ、３０…
検査装置ユニット、３１…外観検査装置、３２…パーテ
ィクル計数器、４０…分析装置ユニット、４１…走査型
電子顕微鏡、４２…ＸＰＳ、４３…原子力間顕微鏡、４
４…全反射蛍光Ｘ線装置、５０…コンピュータ、５１…
装置運転制御部、５２…データ蓄積・処理部、５３…判
断部。

フロントページの続き (72)発明者 角田 茂 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA16 CB02 CB12 DA16 DA23 DB03 DB09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体の製造方法において、 複数の加工処理装置を用いて半導体の加工処理を行う場
   合に、 複数の加工処理装置の稼働状況やその加工処理状態を検
   査し、 加工処理が終わった後の半導体の検査を行い、 所望のデータの蓄積、データ処理を行い、 複数の加工処理装置による加工処理状態や加工処理結果
   の比較を行い、 これに基づいて、複数の加工処理装置を管理するシステ
   ムを備えた事を特徴とする半導体の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体製造方法におい
   て、加工処理装置がプラズマ処理装置であることを特徴
   とする半導体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体製造方法におい
   て、プラズマ処理装置がプラズマエッチング装置である
   ことを特徴とする半導体の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２，３に記載の半導体製造方法に
   おいて、プラズマ処理状態の検査として少なくともプラ
   ズマの分光分析を行う事を特徴とする半導体の製造方
   法。
5. 【請求項５】 請求項２，３に記載の半導体製造方法に
   おいて、半導体の検査に少なくともパーティクル計数検
   査が含まれている事を特徴とする半導体の製造方法。