JP2005072614A

JP2005072614A - 試料処理装置及び試料処理システム

Info

Publication number: JP2005072614A
Application number: JP2004311646A
Authority: JP
Inventors: Shiyouji Ikuhara; 祥二幾原; Hideyuki Yamamoto; 秀之山本
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP4520820B2

Abstract

【課題】試料の処理状態のモニタ値等から試料の処理結果を推測する機能の精度向上を図り、予測の精度を向上させ、ひいては製品の歩留を向上させることができる真空処理装置および真空処理システムを提供する。
【解決手段】試料の処理パラメータをモニタする機能と、該モニタされたパラメータから前記試料の処理特性を推測する機能と、処理後の前記試料の処理状態を測定するための測定装置と通信する機能と、前記モニタによる情報から推測される前記試料の処理特性に応じて前記測定装置による測定条件を変更する機能とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、試料処理装置及び試料処理システムに係り、特に、処理の微細化が進んだ状態での処理プロセスに用いるのに適した試料処理装置及び試料処理システムに関する。

真空処理装置は、例えば、真空処理室内にエッチングガスを導入し、減圧下でプラズマ放電を発生させ、このプラズマ中に発生するラジカルあるいはイオンを、被処理物であるウエハ表面に反応させてエッチングをする装置が知られている。

このような処理を行うドライエッチング装置は、レシピと呼ばれる製造条件（ガス流量、ガス圧力、投入電力、エッチング時間等）のもとにエッチング処理を行う。前記レシピは半導体デバイスの特定の製造工程（同一プロセス）においては、常に一定に保持されている。なお、前記１つのプロセスを数ステップに分割して各ステップ毎に製造条件を変更する場合もある。半導体製造工程において、ドライエッチング装置があるプロセスを処理する場合、前述のようにレシピと呼ばれる製造条件をウエハ処理毎に毎回一定に設定してウエハ加工を行う。

また、試料のエッチング条件やエッチング状態をモニタすると共に、試料の実際の形状などを抜き取り、測定装置で検査し、その結果を試料処理装置にフィードバックすることも行われている。

最近の微細化が進んだ状態でのドライエッチングプロセスでは、ウエハとエッチングガスの反応生成物が処理室内壁に堆積し、この堆積物からアウトガスと呼ばれる不要なガスが発生し、このため処理室内の環境が経時変化する。さらに、処理室関連部品の温度変化、部品の消耗によっても処理室内環境は変化する。このようにドライエッチング装置には様々な外乱要因が存在する。

また、エッチングの前工程であるリソグラフィー工程で形成するマスクの形状寸法のばらつきも、エッチング結果に重要な影響を与える。すなわち、一定のレシピを用いてエッチング処理を行っても、種々の外乱により一定の性能を得ることは困難である。

さらに、測定装置によるウエハの抜き取り検査、測定は、測定点の多いほど、測定精度も高くなる。しかし、測定精度を高くすると測定に時間がかかり、スループットが低下する。

本発明は、試料の処理条件、例えばプラズマの状態の変化による影響を抑制することのできる真空処理装置および真空処理システムを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、試料の処理状態のモニタ値等から試料の処理結果を推測する機能の精度向上を図り、予測の精度を向上させ、ひいては製品の歩留を向上させることができる真空処理装置および真空処理システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、測定装置による試料検査を行いつつ、スループット向上を図ることができる真空処理装置および真空処理システムを提供することにある。

本発明の特徴は、試料の処理パラメータをモニタする機能と、該モニタされたパラメータから前記試料の処理特性を推測する機能と、処理後の前記試料の処理状態を測定するための測定装置と通信する機能と、前記モニタによる情報から推測される前記試料の処理特性に応じて前記測定装置による測定条件を変更する機能とを有することにある。

本発明の他の特徴は、エッチングパラメータをモニタする機能、またそれに加えてエッチング処理状態をモニタするセンサ機能を有し、エッチング処理後のエッチング特性を測定する測定装置と通信する機能を有するエッチング装置において、エッチングパラメータまたはセンサ情報により推測されるエッチング特性により、測定装置による測定点数を増減させる機能を有することにある。

本発明の他の特徴は、モニタされたエッチングパラメータ、センサ情報によりエッチング結果を推測する機能を有する判定プログラム及び判定するためのデータを蓄えるデータベースを有し、さらに新たな測定結果を追加し判定ルールを追加できることを特徴とする判定システムを有することにある。

本発明の他の特徴は、上記エッチング状態をモニタする機能を用いてエッチング状態をモニタし、それを上記判定システムに入力し、判定結果から、上記通信機能により測定装置に対して測定点数の増減を指示し、その測定結果を受信し、受け取った結果を判定ルールおよびデータベースに反映することにより、ウエハのエッチング処理を行いながら自動的に判定システムを更新することにある。

本発明によれば、試料の処理条件や処理状態をモニタし、試料処理装置や試料測定装置にフィードバック制御あるいはフィードフォワード制御を行う、すなわち、試料の測定結果に応じて、判定プログラムの判定ルールやデータベースを更新するので、モニタ値等から試料の処理結果を推測する機能の精度向上を図る。これにより、判定プログラムによる予測の精度を向上させ、ひいては製品の歩留を向上させることができる。また、試料の処理条件に応じた測定精度とすることで、スループット向上を図ることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の試料処理システムをドライエッチング処理システムとした第１の実施形態の全体構成を示すブロック図である。図２は、システム全体の機能を示すブロック図である。試料処理システム１００の真空処理装置１は、２つのプラズマ処理室２ａ、２ｂと真空搬送室３とロック室４ａ、４ｂとから成る。真空搬送室３の周りにはプラズマ処理室２ａ、２ｂ及びロック室４ａ、４ｂが配置されている。真空処理装置１のロック室４ａ、４ｂ側には、搬送ロボット６を有する搬送装置５が配置され、さらに試料の搬送装置５を挟んでカセット８を複数個配置可能なカセット台７が配置される。また、搬送装置５には真空処理装置１とともに測定装置９及び通信機能１１が併設してある。また、測定装置９による測定結果は制御装置１０に取り込まれ、制御装置１０は、通信回線１２を経由して測定結果をホストコンピュータ５０に送信する。ホストコンピュータ５０もしくはコンピュータを具備した制御装置１０のいずれかが、図２に示したようなエッチング特性推測機能１１０と測定調整機能１２０を備えている。また、これらの機能の一部を測定装置９のコンピュータで分担しても良い。

エッチング特性推測機能１１０により推測されたエッチング特性に応じて、プラズマ処理室２ａ、２ｂでのウエハ３２の処理条件が調整される。また、エッチング特性推測機能１１０の情報を受けて、測定調整機能１２０は測定装置９による測定点数の増減等を制御する。６０は、ホストコンピュータ５０で制御される他の処理装置を示す。

真空処理装置システム１００は、エッチング特性推測機能１１０を実現するために、制御装置１０、測定装置９もしくはホストコンピュータ５０のいずれかに、エッチングパラメータ制御及びモニタ機能１１１と、エッチング状態モニタ用センサ１１２、エッチング特性格納データベース１１３、エッチング状態判定装置１１４を備えている。

エッチング状態モニタ用センサ１１２として、形状測定機能を持った測長ＳＥＭ装置、オプティカルＣＤ測定装置、プロープ検査（電気的特性検査）装置等が考えられる。エッチング状態判定装置１１４は、判定システムとして、モニタされたエッチングパラメータ、センサ情報によりエッチング結果を推測する機能を有する判定プログラム及び判定するためのデータを蓄えるデータベースを有し、さらに新たな測定結果を追加し判定ルールを追加できるように構成されている。

各機能の配置構成例として、例えば、真空処理装置１のエッチングパラメータ制御及びモニタ機能１１１によりエッチング状態をモニタし、それをホストコンピュータ５０のエッチング状態判定装置１１４の判定システムに入力する。その判定結果から、ホストコンピュータ５０の測定調整機能１２０が、処理装置１にウエハ面内の測定条件の変更を指示する。真空処理装置１は、この測定結果を受信し、新たな判定ルールを追加し測定装置９に対して測定条件の変更、例えば点数の増減を指示すると共に、受け取った結果を判定ルールおよびデータベースに反映することにより、ウエハ３２のエッチング処理を行う。他方、ホストコンピュータ５０は、予め設定された条件に従い自動的に判定システムを更新する。

図３は、本発明の試料処理システムに採用されるエッチング装置としての真空処理装置の縦断面を示した図である。この真空処理装置は、電磁波をアンテナより放射し、磁場との相互作用によって真空処理室２０にプラズマを生成するＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置の例である。真空処理室２０の上部には誘電体窓２１を介してＡｌ製のアンテナ２２が配置されている。アンテナ２２には、同軸導波管２３および整合器２４を介して、この場合、周波数４５０ＭＨｚのＵＨＦ電磁波を発生させる高周波電源２５が接続されている。真空処理室２０とアンテナ２２との間に設けた誘電体窓２１は高周波電源２５からの電磁波を透過可能である。真空処理室２０の外周部には、真空処理室２０内に磁場を形成するための磁場コイル２６（この場合、２段コイル）が巻装されている。真空処理室２０内のアンテナ２２の下方には試料であるウエハ３２を配置するための試料台としての下部電極２７が設けられている。誘電体窓２１と下部電極２７との間の処理空間にプラズマが生成される。

下部電極２７には、プラズマ中のイオンにウエハ３２への入射エネルギを与えるための高周波バイアス電源２８と、ウエハ３２を下部電極２７に静電吸着させるためのＥＳＣ電源２９とが接続されている。高周波バイアス電源２８の周波数に特に制限はないが、通常では２００ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲が用いられている。この場合、高周波バイアス電源２８の周波数は４００ｋＨｚが用いられている。

真空処理室２０の下部には、排気装置に接続された排気口３０が設けられている。３１は真空処理室２０内に処理ガスを供給するガス供給装置であり、誘電体窓２１に設けられた多数のガス供給孔につながっている。

エッチングパラメータ制御及びモニタ機能１１１を実現するものとして、エッチングパラメータをモニタするためのセンサ群がある。これらは、真空処理装置に供給するガス流量、ガス流量、ガス圧力、投入電力等の処理中のプロセス量をモニタするためのセンサ群からなる。これらのセンサは、通常ドライエッチング装置に標準装備されるものであり、ここでは図示を省略する。

また、エッチング処理状態をモニタするセンサ群も設けられている。例えば、真空処理室２０の処理空間となるプラズマ生成部に対応してプラズマ光を採光する採光窓を設け、採光窓に光ファイバーを介して接続し採光したプラズマ光の発光スペクトルを測定するセンサとして発光モニタ３４（ＯＥＳ：ＯｐｔｉｃａｌＥｍｉｓｓｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を設ける。また、他のセンサとして、プラズマ粒子の質量を分析するための４重極質量分析装置（ＱＭＳ：ＱｕａｄｒｕｐｏｌｅＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を設けても良い。これらのセンサ群によって測定した発光スペクトル等を電気信号化して制御装置１０に入力する。

なお、エッチングの形状がウエハ毎に変化する原因としては、塩化Ｓｉなどの反応生成物が真空処理室２０の内壁に付着してプラズマの状態が変ることがある。例えば、内壁に付着した反応生成物が再放出されてウエハに付着すると加工線幅の設計値からの太り量（以下、「ＣＤゲイン」と呼ぶ。）は大きくなる。同時に、プラズマ発光強度を光の波長に対して測定する、すなわち、発光スペクトルを測定すると、反応生成物の増加に対応した変化が測定される。変化の様相はガス組成やエッチングされる物質によって異なるが、ＣＤゲインとプラズマの発光スペクトルとの関係をあらかじめ測定しておき、このデータを制御装置１０の記憶装置に記録、保持しておく。

次に、本発明の真空処理装置システムの動作を説明する。真空処理装置１でエッチング処理されたウエハは、搬送ロボット６によってロック室４ａまたは４ｂから測長走査型電子顕微鏡（以下、「測長ＳＥＭ」と呼ぶ。）等の加工線幅を測定する測定装置９に送られる。測定装置９では測長ＳＥＭによってＣＤゲインが測定される。この測定は、必要に応じてウエハ１枚毎または所定の枚数毎に行われ、制御装置１０内の記憶装置にデータが蓄積される。また、ＣＤゲインには所定の許容値があり、初期エッチング条件、すなわち、ロット処理開始時のエッチング処理条件はＣＤゲインがこの許容値内に収まるように設定されている。ここで、何枚ものウエハを連続処理し、もしＣＤゲインが許容値を超えた場合は、このデータ信号を制御装置１０に送り、制御装置１０またはよってＣＤゲインが許容値内に収まるようにエッチング条件を自動調整して、制御装置１０によって真空処理装置のプラズマ処理室２ａまたは２ｂでのエッチング処理条件を変更・調整する。制御装置１０は、フィードバック（ＦＢ）制御系またはフィードフォワード（ＦＦ）制御系の制御を行う。制御装置１０はまた、エッチング特性格納データベース１１３の一部として、処理中のプロセス量をレシピあるいは生産管理情報（ロット番号、ウエハＩＤ等）と結合して保存するデータベースも備えている。

エッチングパラメータをモニタするためのセンサ群、エッチング処理状態をモニタするセンサ群で得られる情報とその内容の一覧を、表１に示す。

エッチング装置１においてウエハに対してエッチング処理がなされ、処理済みのウエハは測定装置９へ搬送される。そして、エッチング装置１の制御装置１０から測定装置９へ処理済みウエハの測定依頼がなされ、その測定装置９からエッチング装置１の制御装置１０へ測定結果が送られる。制御装置１０では、この測定結果を解析し、製造ラインのホストコンピュータに送信する。ホストコンピュータではこの測定結果に基づいた所定の処理を行い、測定装置９による測定条件の変更を指示する。一方、測定の終了したウエハは、次の工程へ搬送される。

測定条件の変更の例として、例えば、図４の（ａ）は、一枚のウエハ面内における測定点の増加の例を示している。測定点が多いほど、ウエハ面内のエッチング特性の分布、例えば冷却温度の差などが良く分かる。また、図４の（ｂ）は、ウエハの加工形状の測定に関して、いずれかの上記測定点における測定位置を一点から多点に変更している。多点測定によればＣＤゲインの状態が良く分かる。

このように、測定装置９によるウエハの測定は、ウエハ面内における測定点や加工形状に関する測定位置の多いほど、測定精度が高くなる。しかし、測定精度を高くすると測定に時間がかかり、スループットが低下する。そこで、エッチング開始直後はできるだけ低い測定精度で処理してスループットの向上を図り、処理室内の環境の経時変化等をモニタし、必要に応じて適宜、測定精度を高くするのが望ましい。

［実施例１］
本発明のより具体的な実施例を、実施例１として図５の制御フロー及び図６のＯ_２成分量特性データベース１１６（エッチング特性格納データベース１１３の一部）で説明する。一般に、Ｐｏｌｙ‐ＳｉエッチングにおいてＯ_２成分量がエッチングの形状に影響を及ぼすと言われている。そこで、Ｏ_２成分量と形状の関係を予めデータベース化しておく。ウエハのエッチング処理中に（５０２）、発光モニタＯＥＳによりプラズマ発光を調ベ（５０４）、その中のＯ_２成分量の変動を測定する（５０６）。これによりエッチング形状の仕上がりが予想できる。そして、図６に示すＯ_２成分量と形状の関係のデータベース１１６を参照し（５０８）、エッチング中の発光量より形状が規格外になったか否かを判定し（５１０）、規格外になったと思われるウエハに関してその形状測定を測定装置９に依頼する（５１２）。また、ウエハが規格外でなくても、抜き取り検査などによりルーチンワークとしての検査も行う（５１４）。測定装置９の各ウエハに関する情報は、必要に応じて次工程においても利用される。

Ｏ_２成分量特性データベース１１６中のＯ_２成分量は、標準状態からの相対値を表すものとする。測定装置９における測定結果は通信により受け取る（５１６、５１８）。そして、測定結果が正常か否かを判定する（５２０）。図６のＯ_２成分量特性データベース１１６中、太枠部分が許容範囲である。もし、異常であれば、この例ではＨＯＳＴコンピュータに報告を行い（５２２）、ＨＯＳＴコンピュータ５０からは例えばこの処理装置の着工停止及びクリーニング実施といった処置が命令される。

また、測定装置９での測定結果は正常であれ異常であれ、また、エッチング装置１から依頼した場合でも、通常の抜き取り検査結果も全て、図６のデータベース１０６に反映される（５２４）。すなわち、測定結果に応じて、判定プログラムの判定ルールやデータベースを更新することにより、モニタされたエッチングパラメータ、センサ情報からエッチング結果を推測する機能の精度向上を図る。これにより、判定プログラムによる予測の精度を向上させ、ひいては製品の歩留を向上させることができる。また、エッチング条件に応じた測定精度とすることで、ウエハ処理のスループット向上を図ることができる。

この実施例では、上記データベース及び予測機能をエッチング装置に持たせているが、この機能はＨＯＳＴコンピュータ側で実現してもよい。あるいは、予測機能及びデータベースをセンサと一体化し、ライン監視装置という形で実現してもよい。
［実施例２］
本発明の実施例２を、図７の制御フロー及び図８の誘電正接特性データベース１１８（エッチング特性格納データベース１１３の一部）で説明する。

一般にＵＨＦプラズマエッチング装置では、ＵＨＦ電力値がエッチング均一性（ウエハ面内の分布特性）に影響を及ぼすといわれている。通常、電力値は一定制御されているのであるが、その出力が全てプラズマ生成に寄与しているのではなく、一部の電力は反射等により処理室内に入射されない。この効率を表す指標として図８のデータベースに示す誘電正接（ｔａｎδ）がよく用いられる。このｔａｎδも通常ほぼ一定であるが、装置状態の変動によりその値が変化する。そこで、ウエハのエッチング処理中にｔａｎδを測定することによりエッチング均一性が予想できる。

すなわち、ウエハのエッチング処理中に（７０２）、高周波電源の誘電正接（ｔａｎδ）の測定を行う（７０４）。これによりエッチング形状の仕上がりが予想できる。そしてｔａｎδと均一性の関係を、図８の誘電正接特性データベース１１８を参照し（７０６）、エッチング中の誘電正接ｔａｎδより均一性が許容範囲外となったか否かを判定する（７０８）。図８の誘電正接特性データベース１１８中、太枠内が許容範囲である。許容範囲外になったと思われるウエハに関しては、その分布測定を測定装置９に依頼する（７１０）。また、規格外でなくても、ウエハの抜き取り検査などによりルーチンワークとしての検査も行う（７１２）。

分布測定は、通常の測定点に加えて、ウエハ面内の測定個所を増やすことにより実施される。制御装置１０は測定結果を受け取り（７１４〜７１６）、測定結果が正常か否かを判定し（７１８）、再度、図８の誘電正接特性データベース１１８を参照して均一性が否かを判定する。異常であれば、この例ではＨＯＳＴコンピュータに報告を行い（７２０）、ＨＯＳＴコンピュータからは例えばこの処理装置の着工停止、クリーニング実施といった処置が命令される。

また、測定装置９での測定結果は正常であれ異常であれ、また、エッチング装置１から依頼した場合でも、通常の抜き取り検査結果も全て、データベースに反映され、予測の精度を向上させるのに利用される（７２２）。

本発明は、プラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、アッシング装置、イオン打ち込み装置等の他の試料処理装置にも適用することができることは言うまでもない。

本発明の一実施例になる試料処理システムの全体構成を示すブロック図である。図１の実施例における機能ブロック図である。図１の実施例に採用されるエッチング装置の縦断面図である。図１の実施例におけるウエハに対する測定自要件の変更例の説明図である。本発明の具体的な実施例１の御フローを示す明図である。実施例１のデータベースの例を示す明図である。本発明の具体的な実施例２の制御フローを示す明図である。実施例２のデータベースの例を示す明図である。

符号の説明

１…真空処理装置、２…プラズマ処理室、３…真空搬送室、５…搬送装置、７…カセット台、９…測定装置、１０…制御装置、５０…ホストコンピュータ、１０１…エッチングパラメータ制御及びモニタ機能、１０２…エッチング状態モニタ用センサ、１０３…エッチング特性格納データベース、１０４…エッチング状態判定装置、１０５…測定調整機能、１０６…通信機能。

Claims

試料の処理パラメータをモニタする機能と、該モニタされたパラメータから前記試料の処理特性を推測する機能と、処理後の前記試料の処理状態を測定するための測定装置と通信する機能と、前記モニタによる情報から推測される前記試料の処理特性に応じて前記測定装置による測定条件を変更する機能とを有する試料処理装置。
試料の処理パラメータをモニタする機能と、前記試料の処理状態をモニタするセンサ機能と、該モニタされたパラメータ及び処理状態から前記試料の処理特性を推測する機能と、前記試料の処理後の特性を測定するための測定装置と通信する機能と、前記処理パラメータ及び前記センサ情報により推測される処理特性により前記測定装置による測定条件を変更する機能とを有する試料処理装置。
通信回線を介して相互に接続された、試料処理装置と測定装置とホストコンピュータとを備えた試料処理システムであって、
前記試料処理装置における処理状態をモニタする機能と、判定ルールおよびデータベースに基づき前記モニタ結果を判定する判定システムとを備えており、
前記判定システムは、前記試料処理装置における前記試料の処理状態をモニタして判定した結果に基づき前記測定装置に対して測定条件の変更を指示し、該変更後の測定結果を受け取り前記判定ルールおよびデータベースに反映することにより、前記試料の処理を行いながら自動的に前記判定システムを更新する試料処理システム。
前記エッチング状態をモニタする機能を用いて前記試料処理装置におけるエッチング状態をモニタし、該モニタ結果を前記判定システムに入力し、該判定結果から前記通信機能により前記測定装置に対して測定条件の変更を指示し、その測定結果を受信し、該受け取った測定結果を前記判定ルールおよびデータベースに反映することにより、前記試料のエッチング処理を行いながら自動的に前記判定システムを更新する請求項３に記載の試料処理システム。