JP2004296633A

JP2004296633A - プラズマモニタリング方法およびプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2004296633A
Application number: JP2003085081A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Teranishi; 正俊寺西; Shiyuushin Amano; 修臣天野; Michio Morita; 倫生森田; Akihiko Ueda; 壮彦上田; Katsuhiko Onishi; 克彦大西; Yoji Bito; 陽二尾藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】生産工程や生産情報等を管理する生産管理装置がない場合や、プロセス開発段階で生産ロット情報等を管理する生産管理装置がない場合には、装置単体で計測データを分類することが困難であった。
【解決手段】センシング工程で計測された計測データが予め設定された設定値より大きい時間と設定値以下である時間とで構成される計測データの時間間隔パターンを抽出するパターン抽出ステップ（Ｓ２）と、予め設定された複数の時間間隔パターンと前記抽出されたパターンとを照合する照合ステップ（Ｓ３）と、前記照合ステップの照合結果により前記抽出されたパターンを分類する分類ステップ（Ｓ４）とを有することにより、装置単体で計測データを抽出、分類し、管理することが可能となり、高精度なプロセス状態の判定が可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や液晶等の薄膜デバイスの製造工程におけるプラズマモニタリング方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマモニタリング方法について、図３を用いて説明する。
【０００３】
図３は従来のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【０００４】
図３において、１はプラズマを発生させてプラズマ処理をするための反応室であるチャンバー、２はチャンバー１内の上部に取り付けられた上部電極、３はチャンバー１内で上部電極２と対向して取り付けられた下部電極、４は下部電極３上に設置された処理対象物、５はチャンバー１内の上部電極２と下部電極３の間にプラズマを発生させるための高周波電力を供給する高周波電源、６は下部電極３と高周波電源５の間に設置されプラズマの発生を安定させる高周波整合器、７は下部電極３と高周波整合器６の間に設置され高周波電源５から下部電極３へ印加された電流と電圧を計測するセンサー、８はセンサー７で計測したデータを取り込み処理するデータ処理装置である。
【０００５】
従来のプラズマ処理は、チャンバー１内を真空排気する真空ポンプ（図示せず）にて真空状態にし、チャンバー１内にガス供給源（図示せず）より所望のガスを供給し、高周波電源５から高周波電力を供給し、高周波整合器６にてインピーダンス整合をし、上部電極２と下部電極３との間に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、チャンバー１内にプラズマを励起し、処理対象物４である半導体や液晶等の薄膜デバイスにエッチングあるいは成膜等の表面処理を行っていた。
【０００６】
また、センサー７により電流および電圧を計測し、センサー７で計測されたデータをデータ処理装置８に取り込み、高周波電力印加状態の異常判定を行っていた。高周波電力印加状態の異常判定を行うことにより、高周波整合器６に整合異常が発生し、投入された高周波電力が１００％の効率で電極に伝達されない場合に、電流、電圧の監視を行うことにより高周波電力の異常を検出することが可能であり、投入電力異常による加工不良を防止することが可能であった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら、近年、シリコンウェハや液晶用ガラス基板等の配線パターンの微細化、大型化が急速に進んでおり、半導体や液晶等の薄膜デバイス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きている。特に半導体デバイス分野では半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの微細化は進む一方であり、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処理工程を必要とするようになってきており、比較的低温処理が可能で高精度加工が可能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った。さらに、プラズマエッチング加工の微細化に伴い、プラズマ状態をエッチング加工途中で把握し、より精度良く加工形状をコントロールすることが必要であり、ウェハの処理状態やウェハ処理に用いるプラズマの状態を１ウェハ単位で管理する必要がでてきた。
【０００８】
また、一つのプラズマ処理装置で複数の品種が処理されるような場合に、同一品種毎のデータのみを抽出し、品種に依存するプロセス異常やプロセス変化等のプロセス現象を把握する必要がでてきた。
【０００９】
ここで、従来のプラズマ処理装置における、計測データを品種毎に分類する方法について説明する。
【００１０】
まず、計測データにデータの計測を開始した時刻を付加する。
【００１１】
次に、プラズマ処理装置と接続している生産管理装置にある生産情報、例えば、処理条件、ロット名称、品種名称と、プラズマ処理装置が処理履歴として記録保存しているウェハ処理の開始時刻や処理枚数等をもとに、品種毎の処理開始時刻を求める。
【００１２】
次に、求めた品種毎の処理開始時刻とデータの計測を開始した時刻とを比較し、計測データを品種毎に分類していた。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−１２５６６０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記に示したような従来の方法では、生産工程や生産情報等を管理する生産管理装置がない場合や、プロセス開発段階で生産ロット情報等を管理する生産管理装置がない場合には、装置単体で計測データを分類することが困難であった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、反応室にプラズマを発生させる高周波電源から出力される電流と電圧の少なくとも一方を計測するセンシング工程と、前記センシング工程で計測された計測データが予め設定された設定値より大きい時間と設定値以下である時間とで構成される計測データの時間間隔パターンを抽出するパターン抽出ステップと、予め設定された複数の時間間隔パターンと前記抽出されたパターンとを照合する照合ステップと、前記照合ステップの照合結果により前記抽出されたパターンを分類する分類ステップとを有することにより、装置単体で計測データを抽出、分類し、管理することが可能となり、高精度なプロセス状態の判定が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について、図１から図２を用いて説明する。
【００１７】
本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置は、図３に示す従来のプラズマ処理装置と同様の装置を用いる。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態におけるフローチャートである。
【００１９】
まず、センサー７により高周波電源５から下部電極３へ印加された電流および電圧を計測し、計測されたデータをデータ処理装置８に取り込む（Ｓ１）。
【００２０】
次に、計測されたデータ、例えば、電流値が予め設定された設定値より大きい時間と設定値以下である時間で構成される計測データの時間間隔パターンを抽出する（Ｓ２）。
【００２１】
図２は抽出された計測データのパターンを示す図である。
【００２２】
計測データが設定値より大きい時間間隔ｔ０、ｔ２および計測データが設定値以下である時間間隔ｔ１、ｔ３の（ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３）で構成される数列が抽出される時間間隔パターンとなる。
【００２３】
また、パターンの抽出は、プラズマの電気伝導度が設定値より大きい時間と設定値以下である時間としてもよい。
【００２４】
ここで、プラズマの電気伝導度について説明する。
【００２５】
センサー７により計測された電流と電圧は、例えば１３．５６ＭＨｚの交流波形で取り込まれ、電流をＩ、電圧をＶとすると、電流Ｉと電圧Ｖは下記の計算式（数１）で表すことができる。
【００２６】
【数１】

【００２７】
ここで、Ｉ０は電流の振幅、φは電流の位相角、Ｖ０は電圧の振幅、θは電圧の位相角である。プラズマの電気伝導度をＲｃとすると、電気伝導度Ｒｃは上記の計算式（数１）より下記の計算式（数２）で求めることができる。
【００２８】
【数２】

【００２９】
次に、予め設定された複数の時間間隔パターンと時間間隔パターン抽出ステップ（Ｓ２）で抽出された時間間隔パターンとを照合する（Ｓ３）。
【００３０】
次に、時間間隔パターン照合ステップ（Ｓ３）の結果により、抽出された時間間隔パターンを品種毎に分類する（Ｓ４）。例えば、（表１）に示すような時間間隔パターンを予め設定する。時間間隔パターン抽出ステップ（Ｓ２）で抽出された時間間隔パターンが（１０、１０、６０、１２）とすると、（表１）と照合すれば、抽出された時間間隔パターンはパターン２に分類される。
【００３１】
【表１】

【００３２】
次に、時間間隔パターン分類ステップ（Ｓ４）で分類されたデータを演算処理し、演算処理後のデータと管理基準値とを比較する（Ｓ５）。例えば、パターン２において、ｔ０部分で反射防止膜（例えば保護膜）の加工を行い、ｔ２部分で目的とする膜（例えば酸化膜）の加工を行い、ｔ１部分とｔ３部分で条件の切り替えを行う場合、プラズマ状態の管理上、最重要な部分はｔ２部分である。そこで、ｔ２部分で計測された計測データの平均値を算出し、管理基準値と比較する。比較した結果、異常状態であればブザーやシグナルタワー等の警報として外部出力し、処理を停止したり、あるいは自動で装置を停止させたりする。ここで、管理基準値は、事前に実験等でプロセス異常状態をつくり出して、正常状態との境界値として予め求めた値でよい。
【００３３】
以上のように本発明の一実施の形態によれば、装置単体で計測データを抽出、分類し、プラズマ状態をモニタする方法および装置を実現する。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、装置単体で計測データを抽出、分類し、プラズマ状態をモニタする方法および装置を実現する。
【００３５】
また、装置のモニタ部分のみで計測データの抽出、分類が可能であるため、既存の装置への展開等が容易であり、プラズマ処理装置の複雑化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるフローチャート
【図２】本発明の一実施の形態における計測データを示す図
【図３】従来のプラズマ処理装置の概略構成図
【符号の説明】
Ｓ１データ計測
Ｓ２時間間隔パターン抽出
Ｓ３時間間隔パターン照合
Ｓ４時間間隔パターン分類
Ｓ５管理基準値比較

Claims

反応室にプラズマを発生させる高周波電源から出力される電流と電圧の少なくとも一方を計測するセンシング工程と、前記センシング工程で計測された計測データが予め設定された設定値より大きい時間と設定値以下である時間とで構成される計測データの時間間隔パターンを抽出するパターン抽出ステップと、予め設定された複数の時間間隔パターンと前記抽出されたパターンとを照合する照合ステップと、前記照合ステップの照合結果により前記抽出されたパターンを分類する分類ステップとを有することを特徴とするプラズマモニタリング方法。
分類ステップにより分類された時間間隔パターンについて、予め設定した判定基準によりプラズマ状態の異常判定をすることを特徴とする請求項１記載のプラズマモニタリング方法。
センシング工程で計測された電流と電圧とを用いてプラズマの電気伝導度を算出し、パターン抽出ステップにおいて、前記プラズマの電気伝導度を用いて時間間隔パターンを抽出することを特徴とする請求項１または２記載のプラズマモニタリング方法。
反応室にプラズマを発生させる高周波電源と、前記高周波電源から出力される電流と電圧の少なくとも一方を計測するセンサーと、前記センサーで計測された計測データが予め設定された設定値より大きい時間と設定値以下である時間とで構成される計測データの時間間隔パターンを抽出するパターン抽出手段と、予め設定された複数の時間間隔パターンと前記抽出されたパターンとを照合する照合手段と、前記照合手段の照合結果により前記抽出されたパターンを分類する分類手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
分類手段により分類された時間間隔パターンについて、予め設定した判定基準によりプラズマ状態の異常判定をする判定手段を備えたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。