JP2004152999A - Method and system for plasma processing - Google Patents

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JP2004152999A
JP2004152999A JP2002316391A JP2002316391A JP2004152999A JP 2004152999 A JP2004152999 A JP 2004152999A JP 2002316391 A JP2002316391 A JP 2002316391A JP 2002316391 A JP2002316391 A JP 2002316391A JP 2004152999 A JP2004152999 A JP 2004152999A
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Japan
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processing
plasma
impedance
plasma processing
chamber
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JP2002316391A
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Japanese (ja)
Inventor
Shiyuushin Amano
修臣 天野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a system for plasma processing in which a decision can be made in the early stage whether maintenance is performed normally or not, and the cause can be specified when the plasma processing rate is abnormal. <P>SOLUTION: When the normal system state and each element of chamber conditions, e.g. high frequency power conditions or gas conditions, are varied, impedance and processing rate under each state are measured and a variation curve (relation) is created previously for these measurements. Power conditions are measured after maintenance, and a decision is made whether the measurements fall within a predetermined range or not. Depending on the decision results, an abnormality is detected in the early stage and the cause of failure is specified. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置にかかり、特にそのメンテナンス後のチェック方法に関する。
【従来の技術】
【0002】
近年、半導体ウェハ特にシリコンウェハや液晶用ガラス基板などの大型化が急速に進んでいる。このため、半導体装置や液晶表示装置などの製造におけるプラズマ処理例えばエッチングや成膜に際しては、基板全面にわたって均一なエッチングあるいは成膜が極めて重要な課題となっている。
【0003】
特に半導体装置分野では、半導体装置の高集積化に伴い、半導体装置の微細化は進む一方である。このため、エッチングあるいは成膜の分野でも高品質で信頼性の高い工程を必要とするようになってきている。
【0004】
そこで、比較的低温で高精度の加工が可能な方法としてプラズマを用いたプラズマ処理がある。このようなプラズマ処理においても、高精度の加工を行うためにはプラズマ状態を常に安定な状態に維持しておく必要がある。そこで従来、プラズマ状態をモニタするために種々の方法が提案されている。
【0005】
(1)プラズマにレーザ光等をあて、特定スペクトルの原子吸光を利用してプラズマ状態を測定する方法
(2)質量分析器を用いて、真空容器内の分子を質量から判断して何が出ているかを測定する方法
(3)プラズマ状態内に測定プローブを突き出して、測定プローブに流れる電流でプラズマ状態を測定する方法
(4)高周波電力を測定する検出器を下部電極と整合器の間に挿入して、プラズマのインピーダンスからプラズマ状態を測定する方法などがある。
【0006】
なかでも、現在は、上記(3)や(4)の方法で、プラズマ状態のモニタリングを行う方法が主流である。
【0007】
しかしこのような方法で、大面積にわたり均一性をモニタするには、時間と労力に限界があり、短時間で効率よくモニタするための種々の方法が提案されている。
【0008】
例えば従来のプラズマエッチング装置では、装置の制御パラメータである高周波電力、チャンバー圧力、ガス流量、マッチングポジション、などをモニタし、パラメータごとにあらかじめ決められている所定の範囲から外れたときに、異常であると判断し、装置の動作を停止するインターロック方式が一般に採用されている。
またこのような測定値からマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定の値を超えたとき異常動作が発生したことを判定する方法が考案されている(特許文献1参照)。
【0009】
【特許文献1】
特願2000−114130号
【0010】
ところで従来のプラズマ処理装置は、図4に示すように、チャンバー101内の上部にとりつけられた上部電極102と、この上部電極102に相対向して設けられ被処理基板が設置される下部電極103と、チャンバー101内を真空排気する真空ポンプ(図示せず)と、チャンバー101内に所望の反応性ガスを供給するガス供給源(図示せず)と、前記上部電極102と下部電極103との間に高周波電圧を供給し、プラズマを発生する高周波電源107とを具備してなるものである。また、下部電極103は高周波整合器108を介して高周波電源107に接続されており、下部電極103と上部電極104との間にRF高周波(13.56MHz)を印加することにより、真空処理槽101内にプラズマを励起しエッチングあるいは成膜等の表面処理を行うように構成されている。
【0011】
プラズマ処理に際しては、このチャンバー101内に対向して配置された電極に対して、上部電極102を接地電位(GND)に接続し、下部電極103に整合器108を介して高周波電源107を接続しておく。
【0012】
そしてまず、このチャンバー101内を真空ポンプで排気し所望の真空度となるまで減圧する。
次にプロセス処理に必要な反応性ガスを流してチャンバー101内を一定の圧力に保ち、高周波電源102から高周波電力を下部電極103に印加することによりプラズマを生起せしめる。ここで下部電極103に印加される高周波電力は、コイルや可変コンデンサで構成される整合器108によって整合をとっている。
【0013】
例えばエッチング処理に用いられる場合、エッチング処理が進行するに従い、反応生成物がチャンバー内壁に堆積していき、ある程度以上に達すると反応性生物はパーティクルとしてウェハ上に落下してしまう。このため、エッチング装置の場合はRF放電時間が所定の時間に達するとチャンバーを開いて、反応生成物の堆積したチャンバー内の拭き取りメンテナンスやパーツの交換などを実施している。
【0014】
例えば従来は、メンテナンス実施(ステップ1001)後の装置立ち上げの手順としては、そのプロセスの一例を図5に示すように、まず真空引き(ステップ1002)を数時間行い、次に、シーズニングを行い(ステップ1003)、メンテナンステストを行い(ステップ1006)、最後にエッチングレートおよびパーティクルの測定(ステップ1007)を行い、OKであるか否かを判断している(ステップ1005)。
【0015】
したがって、メンテナンス時などに、ボルトの締め忘れやパーツの上下逆取付けなどの間違いが発生した時には、最終のエッチングレート測定まで異常として発見されないことがある。
最終のエッチングレート測定時に異常が発見された場合、この後、修復を行い、再度メンテナンス(ステップ2008)を行わねばならない。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
このように、再メンテナンスにより更に生産停止時間が延び、これが生産性低下の要因となっている。また、レート測定で異常が発見されたときでもその要因特定が難しく、時間を要していた。
【0017】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、メンテナンスが正常に行われたか否かを早期に判別することのできるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【0018】
また、プラズマ処理レートに異常があったときの要因を特定することができるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、種々の実験の結果、本発明者らは、インピーダンスと処理速度との関係が、高周波電力の電力条件やガス条件など、チャンバー条件のうちの要素毎の変化に応じて、変化するのみならず、変化曲線が各要素に対応した傾きを持つという事実を発見し、本発明はその事実に着目してなされたものである。
【0020】
本発明では、正常な装置状態と、高周波電力の電力条件やガス条件など、チャンバー条件のうちの各要素を変化させたときの、状態毎のインピーダンスと処理速度を測定し、これらの関係についてあらかじめ変化曲線(関係式)を作成しておき、メンテナンス後に電力条件を測定し、測定値があらかじめ決められた範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に応じて、早期に異常を検出するとともに、不良要因を特定するようにしたことを特徴とする。
【0021】
すなわち本発明の第1では、真空排気されたチャンバー内に反応性ガスを導入し、高周波電力発生源から高周波電力を印加して、プラズマを励起し、被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、正常な処理状態におけるインピーダンスと、そのときの前記被処理基板の処理速度とを測定し、正常状態の範囲を規定する工程と、前記プラズマ処理を行うに先立ち、ダミーウェハを用いてインピーダンスと、前記ダミーウェハの処理速度を測定する測定工程と、前記測定工程において、前記処理条件が、前記範囲内にあるか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴とする。
【0022】
係る構成によれば、あらかじめ正常な処理状態におけるインピーダンスと処理速度とを測定しその範囲を規定しておくようにし、処理を行うに先立ち、ダミーウェハを用いてインピーダンスおよび処理速度を測定することにより、早期に異常を発見することができ、処理に要する時間の低減をはかることができる。ここでダミーウェハとしてはベアのシリコンウェハを使用するようにすれば、マスクパターンの形状など、他の要因に左右されることなく容易に処理を行うことが可能となる。なお、インピーダンスはプラズマ密度に対応している。すなわちインピーダンスが低いということはプラズマ中に電子、イオンが多く、プラズマ密度が高い。
【0023】
さらに、あらかじめ、正常な処理状態から、少なくとも2つの処理条件を変化させたときのそれぞれの処理条件変化に対するインピーダンス変化と、そのときの前記被処理基板の処理速度変化とに対して、変化曲線を作成する工程を具備し、前記判定工程で、前記範囲外にあると判定された場合には、前記ダミーウェハを用いた場合のインピーダンスおよび処理速度の測定値と、前記変化曲線とを比較照合することにより、原因を特定する工程とを含むことにより、容易に異常要因を特定することができ、作業性よく修復を行うことが可能となる。
【0024】
また望ましくは、この測定工程は、メンテナンス後、実行するようにすれば、ダミーウェハに対して早期に測定を行うことができ、作業性よく処理を行うことが可能となる。
【0025】
また、この測定工程は、所定の枚数のウェハを処理する度毎に、実行されるようにすれば、早期に異常発見を行うことが可能となる。
さらに前記インピーダンスは、電流および電圧を測定し、これらの値に基づいて算出するようにすれば、容易に検出可能である。
【0026】
本発明の第2では、真空排気され得るように形成されたチャンバーと、前記チャンバー内を所望の圧力となるまで真空排気する排気手段と、前記チャンバー内に反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段と、前記チャンバー内で相対向するように配設された2つの電極間に、高周波電力を発生して、前記反応性ガスをプラズマ励起する高周波電力発生源とを具備し、前記電極の一方に載置された被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記高周波電力の電流および電圧を検出する電流・電圧検出器と、前記電流・電圧検出器の出力からインピーダンスを算出する変換器と、前記プラズマ処理の処理速度を検出する速度検出器と、正常な処理状態における前記変換器および前記速度検出器の出力を基準値範囲とし、この基準値範囲を格納するとともに、正常な処理状態から、少なくとも2つの処理条件を変化させたときのそれぞれの処理条件変化に対するインピーダンス変化と、そのときの前記被処理基板の処理速度変化とに対して、変化曲線を作成し、この変化曲線を格納するデータベースと、前記速度検出器および変換器の出力を前記データベースから取り出されたデータとを比較照合する比較器と、前記比較器の比較結果から異常の原因を特定するように構成したことを特徴とする。
【0027】
かかる装置によれば、早期に異常検出を行うことができると共に、容易に異常要因を検出することが可能となる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施形態のプラズマ処理装置は、エッチング装置であり、図3に示した従来例のプラズマ処理装置に、高周波電源107に接続されたインピーダンス整合器108と、電極103との間に、電圧および電流を検出する電流・電圧検出器109を配設し、この電流・電圧検出器109で検出された電流・電圧から、電流・電圧に加え位相およびインピーダンスに変換する変換器110と、変換器110の出力を、あらかじめ当該装置における正常状態のインピーダンスと処理速度に関するデータおよび、ガス条件、電力条件等のチャンバー条件の要素を変化させたときの各要素毎の変化曲線の関係データを格納した装置データベース112と、実際の測定値とこの装置データベースから読み出した変化曲線との関係を比較照合する比較照合装置111とを付加し、早期にメンテナンス不良およびその要因を検出できるようにしたことを特徴とするものである。他の部分については図3に示した従来例のプラズマ処理装置と同様に形成されている。
【0029】
なお、このチャンバー101内には、図3に示した従来のプラズマ処理装置と同様に、平行平板電極が配置されている。下部電極103は、エッチング処理をする被処理基板104としての半導体ウエハを載置するステージとなり、上部電極102は下部電極103に対向している。下部電極103と上部電極102には、高周波電源107によって高周波電力が印加されるようになっている。高周波電源107と下部電極103との間には、下部電極103上の半導体ウェハに印加される高周波電力の整合をとるために整合器108が設けられている。
【0030】
整合器108は、直列に配線される可変コイルと、可変コンデンサとから構成されている。チャンバー101の上部にはガス供給系(図示せず)が接続されている。チャンバー101には真空ポンプ(図示せず)が接続されている。一定流量のエッチング処理用ガスを流し、真空ポンプ10により真空排気をして真空容器1内を一定圧力にして、高周波電源107より下部電極103に高周波電力を印加し、整合器108で整合をとって良好なプラズマ状態を生起する。
【0031】
以下、前記プラズマ処理装置を用いてドライエッチングを行う方法について図2のフローチャートを参照しつつ説明する。
【0032】
まず、実際の操作に先立ちデータベースの作成を行う。
データベースの作成に際しては、まず搬出入手段によりベアの半導体ウェハを被処理基板104としてチャンバー101に搬入し、下部電極103上に載置する。
【0033】
そして、チャンバー101内に反応性ガス導入手段によりガスを導入すると共に、排気手段(図示せず)によりチャンバー101内の気体を排出し、圧力制御手段102により、チャンバー101の内部を所定の圧力に維持する。
【0034】
次に高周波電源107から高周波電力を下部電極103に印加する。
下部電極103に印加される高周波電力によりチャンバー101内の気体がプラズマ化され、プラズマ中の電子およびラジカルにより被処理基板104上の被エッチング膜をプラズマエッチングする。
【0035】
ここで排気ガス成分やエッチング反応により生じた反応生成物は、図示しない排気手段により排気される。
【0036】
この操作により、高周波電力の印加条件を変更し、電流・電圧検出器109の測定値とエッチング速度との関係式を作成する。ここではガス流量やRF電力などの夫々について標準条件に対して±10%程度変動させたときの測定値とエッチング速度とを測定し、関係式を作成する。ここで半導体ウェハとしてはベアのシリコンを使用して変動要因をできるだけ小さくしてエッチング速度を検出した。このようにして装置データベース112を作成しておく。このデータベースの一部を図3に示す。縦軸はエッチング速度(四角ドット)、インピーダンス(三角ドット)、横軸はCの流量変化、酸素Oの流量変化、下部電極温度BTM、上部電極温度TOP、チャンバー内圧力Pre、室温B.tempを示す。
【0037】
この状態で、エッチングを開始し、所定期間経過後、メンテナンスを実施する(ステップ1001)。
【0038】
まず搬出入手段により被処理基板104としてのダミーの半導体ウェハをチャンバー101に搬入し、同様にして下部電極103上に載置する。チャンバー101内に反応性ガス導入手段によりガスを導入すると共に、排気手段(図示せず)によりチャンバー101内の気体を排出し、圧力制御手段102により、チャンバー101の内部を所定の圧力に維持する(ステップ1002)。
【0039】
次に高周波電源107から高周波電力を下部電極103に印加する。
下部電極103に印加される高周波電力によりチャンバー101内の気体がプラズマ化され、プラズマ中の電子およびラジカルによりダミー基板上の被エッチング膜をプラズマエッチングするとともに、このときのインピーダンスとエッチング速度(処理速度)を検出する(ステップ1003S)。
【0040】
そして装置データベースとの比較照合を行う(ステップ1004)。ここでは電流電圧検出器109で検出された検出値から変換器110により電流・電圧を位相およびインピーダンスに変換し、装置データベース112と照合することによりメンテナンスの良否判定を行う。
【0041】
そしてOKであるか否かを判断し(ステップ1005)、OKであれば、メンテナンスを行う(ステップ1006)。ここではプラズマ処理のためのガス流量、圧力、チャンバーリークの有無などを検出する。
【0042】
そしてエッチング速度、およびパーティクルの測定を行い(ステップ1006)、次のバッチのエッチング処理工程を実行する。
前記判断ステップ1005でメンテナンスに問題があると判断された場合は要因に対する処置を行う(ステップ1008)。このときデータベースの照合により要因がガス流量のずれなのか圧力のずれなのかパーツ組み付けミスであるのかなど原因を特定することができる。
例えば、インピーダンスが105.9オーム、エッチング速度が410nm/minであったとき、この値がエッチング速度395nm/min、インピーダンス106.55オームを外れており、異常であると判断する。さらにこの点は図3の曲線上のどの上にあるかを判断し、要因を調べる。
この場合は、図3の曲線上の点Aにもっとも近く、従ってC5F8流量増加時の変化と類似していると判断し、異常要因がC5F8の流量増大によるものであると判断する。
またインピーダンスが105.5オーム、エッチング速度が400nm/minであったとき、同様にして、異常の有無および、要因を調べる。
この場合は、図3の曲線上の点Bにあり、圧力低下時の変化と類似していると判断し、異常要因が圧力低下によるものであると判断する。
【0043】
このようにして、上記特定された要因を修復し、再度チャンバーの真空引きステップ1002に戻り再度良否判定を行う。
この方法によれば、メンテナンステストを行うに先立ちメンテナンスの良否が判定されるため、早期に異常が発見されるため、処理を効率化することが可能となる。
【0044】
このモニタリングにより、プラズマ処理のためのガス温度、圧力、チャンバーリークの有無などを、早期に効率よく異常を発見することができるため、長期にわたって作業性よく高精度で安定した測定を行うことができる。
【0045】
なお前記実施の形態では、エッチング処理について説明したが、プラズマCVD,プラズマスパッタリングなどの成膜工程でも適用可能であることはいうまでもない。
【0046】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、メンテナンス後に検出された電流、電圧、位相およびインピーダンスがあらかじめ決められた所定の範囲内にあるか否かを判定し、範囲外の時にはあらかじめ作成された関係式と比較照合することにより、メンテナンスが正常に行われたか否かを早期に判別することができ、かつ要因を、特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のプラズマ処理装置を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態のプラズマ処理工程のフローチャートを示す図である。
【図3】本発明の実施の形態で用いられるデータベースのインピーダンス、エッチング速度の変化曲線データを示す説明図である。
【図4】従来例のプラズマ処理装置を示す図である。
【図5】従来例のプラズマ処理工程のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
101 チャンバー
102 上部電極
103 下部電極
104 被処理基板
107 高周波電源
108 整合器
109 電流・電圧検出器
110 変換器
111 比較照合器
112 装置データベース
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus, and more particularly to a check method after maintenance.
[Prior art]
[0002]
In recent years, the size of semiconductor wafers, especially silicon wafers, glass substrates for liquid crystals, and the like has been rapidly increasing. For this reason, in plasma processing such as etching and film formation in the manufacture of semiconductor devices and liquid crystal display devices, uniform etching or film formation over the entire surface of the substrate has become a very important issue.
[0003]
In particular, in the field of semiconductor devices, as semiconductor devices become more highly integrated, the miniaturization of semiconductor devices continues to increase. For this reason, high quality and highly reliable processes are required in the field of etching or film formation.
[0004]
Therefore, there is a plasma treatment using plasma as a method capable of performing high-precision processing at a relatively low temperature. Even in such plasma processing, it is necessary to always maintain a stable plasma state in order to perform high-precision processing. Therefore, conventionally, various methods have been proposed for monitoring the plasma state.
[0005]
(1) A method in which a laser beam or the like is applied to the plasma to measure the state of the plasma using atomic absorption of a specific spectrum. (2) Using a mass analyzer, the molecules in the vacuum vessel are judged based on the mass and what is output. (3) A method in which a measuring probe is protruded into a plasma state and a plasma state is measured with a current flowing through the measuring probe (4) A detector for measuring high-frequency power is provided between a lower electrode and a matching device. There is a method of measuring the plasma state from the impedance of the plasma by inserting it.
[0006]
Above all, currently, the method of monitoring the state of plasma by the methods (3) and (4) is mainly used.
[0007]
However, there is a limit in time and labor to monitor the uniformity over a large area by such a method, and various methods have been proposed for efficient monitoring in a short time.
[0008]
For example, in a conventional plasma etching apparatus, high-frequency power, chamber pressure, gas flow rate, matching position, and the like, which are control parameters of the apparatus, are monitored. An interlock system that determines that there is a device and stops the operation of the device is generally employed.
Further, a method has been devised in which a Mahalanobis distance is calculated from such measured values, and when the Mahalanobis distance exceeds a predetermined value, it is determined that an abnormal operation has occurred (see Patent Document 1).
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2000-114130 [0010]
As shown in FIG. 4, a conventional plasma processing apparatus includes an upper electrode 102 mounted on an upper portion of a chamber 101 and a lower electrode 103 provided opposite to the upper electrode 102 and provided with a substrate to be processed. A vacuum pump (not shown) for evacuating the chamber 101, a gas supply source (not shown) for supplying a desired reactive gas into the chamber 101, and the upper electrode 102 and the lower electrode 103. A high-frequency power supply 107 for supplying a high-frequency voltage between them and generating plasma. The lower electrode 103 is connected to a high-frequency power source 107 via a high-frequency matching device 108. By applying an RF high-frequency (13.56 MHz) between the lower electrode 103 and the upper electrode 104, the vacuum processing tank 101 is formed. It is configured to excite plasma inside and perform surface treatment such as etching or film formation.
[0011]
At the time of the plasma processing, the upper electrode 102 is connected to a ground potential (GND) and the high-frequency power source 107 is connected to the lower electrode 103 via the matching unit 108 with respect to the electrode arranged inside the chamber 101. Keep it.
[0012]
First, the inside of the chamber 101 is evacuated by a vacuum pump and the pressure is reduced until a desired degree of vacuum is obtained.
Next, a reactive gas required for the process is flowed to keep the inside of the chamber 101 at a constant pressure, and high-frequency power is applied from the high-frequency power source 102 to the lower electrode 103 to generate plasma. Here, the high-frequency power applied to the lower electrode 103 is matched by a matching unit 108 including a coil and a variable capacitor.
[0013]
For example, when used in an etching process, as the etching process proceeds, a reaction product accumulates on the inner wall of the chamber, and when the reaction product reaches a certain degree or more, the reactive product drops as particles on the wafer. For this reason, in the case of the etching apparatus, when the RF discharge time reaches a predetermined time, the chamber is opened, and wiping maintenance and replacement of parts in the chamber where the reaction product is deposited are performed.
[0014]
For example, conventionally, as an example of the procedure for starting up the apparatus after the maintenance (step 1001), as shown in FIG. 5, an example of the process is as follows. First, vacuum evacuation (step 1002) is performed for several hours, and then seasoning is performed. (Step 1003), a maintenance test is performed (Step 1006), and finally, an etching rate and a particle are measured (Step 1007), and it is determined whether or not it is OK (Step 1005).
[0015]
Therefore, when an error such as forgetting to tighten a bolt or mounting a part upside down occurs during maintenance or the like, an error may not be found until the final etching rate measurement.
If an abnormality is found during the final measurement of the etching rate, it must be repaired and the maintenance (step 2008) performed again.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the re-maintenance further extends the production stop time, which is a factor in reducing productivity. Further, even when an abnormality is found in the rate measurement, it is difficult to identify the cause, and it takes time.
[0017]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of early determining whether maintenance has been performed normally.
[0018]
It is another object of the present invention to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of specifying a cause when there is an abnormality in a plasma processing rate.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various experiments, the present inventors have found that the relationship between the impedance and the processing speed depends on the change of each element in the chamber conditions, such as the power condition and the gas condition of the high-frequency power, in order to achieve the above object. The present invention has been made by focusing on the fact that the change curve not only changes but also has a slope corresponding to each element.
[0020]
In the present invention, the impedance and the processing speed for each state when the normal apparatus state and each of the chamber conditions such as the power condition and the gas condition of the high-frequency power are changed are measured, and the relationship between these conditions is determined in advance. Create a change curve (relational expression), measure the power condition after maintenance, judge whether the measured value is within a predetermined range, and detect abnormalities early according to the judgment result And the cause of the failure is specified.
[0021]
That is, in the first aspect of the present invention, a plasma processing method for introducing a reactive gas into an evacuated chamber, applying high-frequency power from a high-frequency power generation source to excite plasma, and performing plasma processing on a substrate to be processed. In, the impedance in a normal processing state, and measuring the processing speed of the substrate to be processed at that time, and defining a range of the normal state, prior to performing the plasma processing, impedance using a dummy wafer, A measuring step of measuring a processing speed of the dummy wafer; and a determining step of determining whether the processing condition is within the range in the measuring step.
[0022]
According to such a configuration, the impedance and the processing speed in a normal processing state are measured in advance, and the range is defined.Before performing the processing, the impedance and the processing speed are measured using a dummy wafer. An abnormality can be found at an early stage, and the time required for processing can be reduced. Here, if a bare silicon wafer is used as the dummy wafer, the processing can be easily performed without being influenced by other factors such as the shape of the mask pattern. Note that the impedance corresponds to the plasma density. That is, the low impedance means that the plasma contains many electrons and ions and the plasma density is high.
[0023]
Further, in advance, a change curve is formed for an impedance change with respect to each processing condition change when at least two processing conditions are changed from a normal processing state and a processing speed change of the substrate to be processed at that time. Comprising a step of creating, and when it is determined in the determination step that the value is out of the range, the measured value of the impedance and the processing speed when using the dummy wafer is compared with the change curve. Accordingly, by including the step of specifying the cause, the cause of the abnormality can be easily specified, and the repair can be performed with good workability.
[0024]
Desirably, if this measurement step is performed after maintenance, the measurement can be performed on the dummy wafer at an early stage, and the processing can be performed with good workability.
[0025]
In addition, if this measurement step is performed every time a predetermined number of wafers are processed, it is possible to quickly detect an abnormality.
Furthermore, the impedance can be easily detected by measuring the current and the voltage and calculating based on these values.
[0026]
In a second aspect of the present invention, a chamber formed so as to be evacuated, exhaust means for evacuating the chamber to a desired pressure, and reactive gas introduction for introducing a reactive gas into the chamber Means, and a high-frequency power generation source for generating high-frequency power between two electrodes disposed so as to face each other in the chamber to excite the reactive gas into plasma, one of the electrodes. A plasma processing apparatus for performing plasma processing of a substrate to be processed mounted on a current / voltage detector for detecting a current and a voltage of the high-frequency power, and a converter for calculating impedance from an output of the current / voltage detector A speed detector for detecting a processing speed of the plasma processing; and an output of the converter and the speed detector in a normal processing state as a reference value range. A value range is stored, and from a normal processing state, an impedance change with respect to each processing condition change when at least two processing conditions are changed, and a processing speed change of the substrate to be processed at that time, A change curve is created, a database storing the change curve, a comparator for comparing and comparing the outputs of the speed detector and the converter with the data extracted from the database, and an abnormality of the comparison result of the comparator. It is characterized in that the cause is specified.
[0027]
According to such a device, abnormality detection can be performed at an early stage, and an abnormality factor can be easily detected.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention is an etching apparatus. A voltage is applied between the electrode 103 and the impedance matching unit 108 connected to the high-frequency power supply 107 in the conventional plasma processing apparatus shown in FIG. And a current / voltage detector 109 for detecting current and voltage, a converter 110 for converting the current / voltage detected by the current / voltage detector 109 into a phase and impedance in addition to current / voltage, and a converter An apparatus in which the output of 110 is stored in advance with data on impedance and processing speed in a normal state in the apparatus and relation data of a change curve for each element when elements of chamber conditions such as gas conditions and power conditions are changed. Comparison for comparing and collating the relationship between the database 112 and the actual measured value and the change curve read out from this device database Adding a coupling device 111, it is characterized in that to be able to detect the maintenance failure and cause early. Other portions are formed in the same manner as the conventional plasma processing apparatus shown in FIG.
[0029]
In this chamber 101, parallel plate electrodes are arranged as in the conventional plasma processing apparatus shown in FIG. The lower electrode 103 serves as a stage on which a semiconductor wafer as a substrate to be processed 104 to be etched is placed, and the upper electrode 102 faces the lower electrode 103. High frequency power is applied to the lower electrode 103 and the upper electrode 102 by a high frequency power supply 107. A matching device 108 is provided between the high-frequency power supply 107 and the lower electrode 103 to match high-frequency power applied to the semiconductor wafer on the lower electrode 103.
[0030]
The matching unit 108 includes a variable coil wired in series and a variable capacitor. A gas supply system (not shown) is connected to an upper part of the chamber 101. A vacuum pump (not shown) is connected to the chamber 101. A constant flow rate of an etching gas is flowed, the interior of the vacuum vessel 1 is evacuated to a constant pressure by evacuating the vacuum vessel 10, high-frequency power is applied to the lower electrode 103 from a high-frequency power supply 107, and matching is performed by a matching unit 108. To produce good plasma conditions.
[0031]
Hereinafter, a method of performing dry etching using the plasma processing apparatus will be described with reference to a flowchart of FIG.
[0032]
First, a database is created prior to the actual operation.
When creating a database, first, a bare semiconductor wafer is loaded into the chamber 101 as the substrate to be processed 104 by the loading / unloading means, and is placed on the lower electrode 103.
[0033]
Then, a gas is introduced into the chamber 101 by a reactive gas introduction unit, and a gas in the chamber 101 is exhausted by an exhaust unit (not shown), and the inside of the chamber 101 is adjusted to a predetermined pressure by a pressure control unit 102. maintain.
[0034]
Next, high frequency power is applied to the lower electrode 103 from the high frequency power supply 107.
The gas in the chamber 101 is turned into plasma by the high-frequency power applied to the lower electrode 103, and the film to be etched on the substrate to be processed 104 is plasma-etched by the electrons and radicals in the plasma.
[0035]
Here, exhaust gas components and reaction products generated by the etching reaction are exhausted by exhaust means (not shown).
[0036]
With this operation, the application condition of the high-frequency power is changed, and a relational expression between the measured value of the current / voltage detector 109 and the etching rate is created. Here, a measurement value and an etching rate when each of the gas flow rate, the RF power, and the like is changed by about ± 10% with respect to the standard condition are measured, and a relational expression is created. Here, bare silicon was used as the semiconductor wafer, and the variation factor was reduced as much as possible to detect the etching rate. The device database 112 is created in this way. A part of this database is shown in FIG. The vertical axis indicates the etching rate (square dot), the impedance (triangular dot), and the horizontal axis indicates the change in the flow rate of C 5 F 8 , the change in the flow rate of oxygen O 2 , the lower electrode temperature BTM, the upper electrode temperature TOP, the chamber internal pressure Pre, and the room temperature. B. Indicates temp.
[0037]
In this state, etching is started, and maintenance is performed after a predetermined period has elapsed (step 1001).
[0038]
First, a dummy semiconductor wafer as the substrate to be processed 104 is loaded into the chamber 101 by the loading / unloading means, and is placed on the lower electrode 103 in the same manner. A gas is introduced into the chamber 101 by the reactive gas introduction unit, the gas in the chamber 101 is exhausted by the exhaust unit (not shown), and the inside of the chamber 101 is maintained at a predetermined pressure by the pressure control unit 102. (Step 1002).
[0039]
Next, high frequency power is applied to the lower electrode 103 from the high frequency power supply 107.
The gas in the chamber 101 is turned into plasma by the high-frequency power applied to the lower electrode 103, and the film to be etched on the dummy substrate is plasma-etched by the electrons and radicals in the plasma. ) Is detected (step 1003S).
[0040]
Then, comparison and collation with the device database are performed (step 1004). Here, the converter 110 converts the current / voltage into a phase and an impedance from the detection value detected by the current / voltage detector 109, and compares the current / voltage with the device database 112 to determine the maintenance quality.
[0041]
Then, it is determined whether or not it is OK (step 1005). If it is OK, maintenance is performed (step 1006). Here, the gas flow rate, pressure, presence / absence of chamber leak, and the like for plasma processing are detected.
[0042]
Then, the etching rate and the particles are measured (step 1006), and the etching process of the next batch is executed.
If it is determined in the determination step 1005 that there is a problem with the maintenance, a measure is taken for the cause (step 1008). At this time, by collating the database, it is possible to specify the cause such as whether the cause is a gas flow deviation, a pressure deviation, or a part assembly error.
For example, when the impedance is 105.9 ohms and the etching rate is 410 nm / min, this value is out of the etching rate of 395 nm / min and the impedance of 106.55 ohms, and it is determined that there is an abnormality. Further, this point is determined on the curve in FIG. 3 and the cause is examined.
In this case, it is determined that it is closest to the point A on the curve in FIG. 3 and is therefore similar to the change when the flow rate of C5F8 is increased, and it is determined that the abnormal factor is caused by the increase in the flow rate of C5F8.
When the impedance is 105.5 ohms and the etching rate is 400 nm / min, the presence / absence of an abnormality and the factor are similarly examined.
In this case, it is located at point B on the curve in FIG. 3 and is determined to be similar to the change at the time of pressure drop, and it is determined that the abnormal factor is due to the pressure drop.
[0043]
In this way, the above identified factors are restored, and the process returns to the chamber evacuation step 1002 again to make a pass / fail judgment.
According to this method, the quality of the maintenance is determined before the maintenance test is performed, so that an abnormality is found at an early stage, so that the processing can be made more efficient.
[0044]
This monitoring enables efficient and early detection of abnormalities such as gas temperature, pressure, and the presence or absence of chamber leaks for plasma processing, so that high-precision and stable measurement can be performed over a long period with good workability. .
[0045]
In the above embodiment, the etching process has been described. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a film forming process such as plasma CVD and plasma sputtering.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is determined whether the current, voltage, phase, and impedance detected after maintenance are within a predetermined range. By comparing and collating with the relational expression, it can be determined at an early stage whether or not the maintenance has been performed normally, and the cause can be specified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a flowchart of a plasma processing step according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing impedance and etching rate change curve data of a database used in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a conventional plasma processing apparatus.
FIG. 5 is a view showing a flowchart of a conventional plasma processing step.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 101 Chamber 102 Upper electrode 103 Lower electrode 104 Substrate to be processed 107 High frequency power supply 108 Matching device 109 Current / voltage detector 110 Transformer 111 Comparative matching device 112 Device database

Claims (6)

真空排気されたチャンバー内に反応性ガスを導入し、高周波電力発生源から高周波電力を印加して、プラズマを励起し、被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
正常な処理状態におけるインピーダンスと、そのときの前記被処理基板の処理速度とを測定し、正常状態の範囲を規定する工程と、
前記プラズマ処理を行うに先立ち、ダミーウェハを用いてインピーダンスと、前記ダミーウェハの処理速度を測定する測定工程と、
前記測定工程において、前記処理条件が、前記範囲内にあるか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
In a plasma processing method of introducing a reactive gas into a vacuum-evacuated chamber, applying high-frequency power from a high-frequency power generation source, exciting plasma, and performing plasma processing on a substrate to be processed,
Measuring the impedance in a normal processing state and the processing speed of the substrate to be processed at that time, and defining a range of the normal state;
Prior to performing the plasma processing, impedance using a dummy wafer, a measuring step of measuring the processing speed of the dummy wafer,
A determining step of determining whether the processing condition is within the range in the measuring step.
さらに、あらかじめ、正常な処理状態から、少なくとも2つの処理条件を変化させたときのそれぞれの処理条件変化に対するインピーダンス変化と、そのときの前記被処理基板の処理速度変化とに対して、変化曲線を作成する工程を具備し、
前記判定工程で、前記範囲外にあると判定された場合には、前記ダミーウェハを用いた場合のインピーダンスおよび処理速度の測定値と、前記変化曲線とを比較照合することにより、原因を特定する工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
Further, in advance, a change curve is formed for an impedance change with respect to each processing condition change when at least two processing conditions are changed from a normal processing state and a processing speed change of the substrate to be processed at that time. Including the step of creating,
In the determining step, when it is determined that the value is out of the range, the measured value of the impedance and the processing speed when the dummy wafer is used, and comparing and comparing the change curve, to identify the cause 2. The plasma processing method according to claim 1, comprising:
前記測定工程は、メンテナンス後、実行されることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。The method according to claim 1, wherein the measuring step is performed after maintenance. 前記測定工程は、所定の枚数のウェハを処理する度ごとに、実行されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のプラズマ処理方法。4. The plasma processing method according to claim 1, wherein the measuring step is performed every time a predetermined number of wafers are processed. 前記インピーダンスは、電流および電圧を測定し、これらの値に基づいて算出されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のプラズマ処理方法。The plasma processing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the impedance is obtained by measuring a current and a voltage and calculating based on these values. 真空排気され得るように形成されたチャンバーと、
前記チャンバー内を所望の圧力となるまで真空排気する排気手段と、
前記チャンバー内に反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段と、
前記チャンバー内で相対向するように配設された2つの電極間に、高周波電力を発生して、前記反応性ガスをプラズマ励起する高周波電力発生源とを具備し、前記電極の一方に載置された被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記高周波電力の電流および電圧を検出する電流・電圧検出器と、
前記電流・電圧検出器の出力からインピーダンスを算出する変換器と、
前記プラズマ処理の処理速度を検出する速度検出器と、
正常な処理状態における前記変換器および前記速度検出器の出力を基準値範囲とし、この基準値範囲を格納するとともに、正常な処理状態から、少なくとも2つの処理条件を変化させたときのそれぞれの処理条件変化に対するインピーダンス変化と、そのときの前記被処理基板の処理速度変化とに対して、変化曲線を作成し、この変化曲線を格納するデータベースと、
前記速度検出器および変換器の出力を前記データベースから取り出されたデータとを比較照合する比較器と、
前記比較器の比較結果から異常の原因を特定するように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
A chamber formed to be evacuated,
Exhaust means for evacuating the chamber to a desired pressure,
Reactive gas introduction means for introducing a reactive gas into the chamber,
A high-frequency power generation source that generates high-frequency power and excites the reactive gas into plasma between two electrodes disposed so as to face each other in the chamber, and is mounted on one of the electrodes; In the plasma processing apparatus for performing the plasma processing of the substrate to be processed,
A current / voltage detector for detecting a current and a voltage of the high-frequency power,
A converter for calculating impedance from the output of the current / voltage detector,
A speed detector for detecting a processing speed of the plasma processing,
The output of the converter and the speed detector in a normal processing state is set as a reference value range, and this reference value range is stored, and each processing when at least two processing conditions are changed from the normal processing state For a change in impedance with respect to a change in condition and a change in processing speed of the substrate at that time, a change curve is created, and a database storing the change curve
A comparator for comparing the output of the speed detector and the converter with data retrieved from the database;
A plasma processing apparatus characterized in that the cause of the abnormality is specified from the comparison result of the comparator.
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