JP2005142582A - Semiconductor fabrication apparatus, and processing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はプラズマを用いて半導体ウエハを処理する半導体製造装置および処理方法、およびウエハ電位プローブに関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus and processing method for processing a semiconductor wafer using plasma, and a wafer potential probe.
近年の半導体素子の高集積化にともない回路パターンは微細化の一途をたどっており、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。また、生産性向上の目的でウエハサイズの大口径化が進んでいるほか、素子の性能を向上するめに新材料の適用や配線構造の変更が検討されている。また、これにともない新しいプロセス技術の開発が進められてきており、プロセス技術の開発は非常に困難かつコストのかかるものとなってきている。 As semiconductor devices have been highly integrated in recent years, circuit patterns have been increasingly miniaturized, and the required processing dimension accuracy has become increasingly severe. In addition to increasing the wafer size for the purpose of improving productivity, application of new materials and changes in the wiring structure are being studied in order to improve device performance. Along with this, development of new process technology has been promoted, and development of process technology has become very difficult and costly.
また、半導体製造装置のうちプラズマを用いてウエハの処理をおこなう装置、例えばプラズマエッチャやプラズマCVDなどでは、基板に入射するイオンのエネルギを正確に把握し制御することが非常に重要であり、ひいてはプロセス立ち上げ期間の短縮にもつながる。逆にイオンエネルギを正確に把握できないと製品の性能にばらつきが生じたり、歩留まりが低下するなどの問題が出てくる。 Further, in a semiconductor manufacturing apparatus that processes a wafer using plasma, such as a plasma etcher or plasma CVD, it is very important to accurately grasp and control the energy of ions incident on the substrate. As a result, the process start-up period can be shortened. Conversely, if the ion energy cannot be accurately grasped, problems such as variations in product performance and a decrease in yield arise.
このようなプラズマ処理中の基板に入射するイオンのエネルギをモニタし制御する方法の一例は、例えば特開平7−135180号に開示されている。この開示例では、処理を施す基板を積載する電極をコンデンサを介して接地し、このコンデンサと電極間の電位を測定するための電位測定手段を設けることにより処理中の基板の電位を測定する方法が開示されている。 An example of a method for monitoring and controlling the energy of ions incident on the substrate during such plasma processing is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-135180. In this disclosed example, an electrode on which a substrate to be processed is loaded is grounded via a capacitor, and a potential measuring means for measuring the potential between the capacitor and the electrode is provided to measure the potential of the substrate being processed. Is disclosed.
また、USP5808415およびUSP6061006にはプラズマに印加する電流と電圧を測定するプローブの製造方法と、プラズマチャンバ内のプラズマインピーダンスの求めかたが開示されている。 USP5808415 and USP6061006 disclose a method for manufacturing a probe for measuring the current and voltage applied to plasma, and how to determine the plasma impedance in the plasma chamber.
しかしながら、特開平7−135180号の開示例では基板へ入射するイオンのエネルギを制御するために基板の表面電位を測定する方法として、基板の積載された電極と、この電極に接続されたコンデンサの間の電圧を電圧計で測定しており、直接基板の電位を測定しているわけではないため問題となる場合がある。例えば、基板を静電チャックで吸着固定し、エッチング処理している場合、ウエハの処理枚数が増加するにつれて静電チャックの表面にデポ物が付着してしまう例が挙げられる。図10を用いて説明する。開示例では基板の表面電位Vgを求めるために容量が既知のコンデンサC1を基板を積載している電極に接続している。そしてあらかじめ基板の容量Cgを調べておき、開示例に示す手段により電位Vsを測定しVgをVs+(C1/Cg)*Vsで計算して求める方法を開示している。電極が静電チャック機能を有し、電極表面に誘電膜などがついている場合にはCgを誘電膜の容量を考慮して補正すればよいことになる。もし、エッチング処理を開始した直後に比べて誘電膜の表面にデポ物が付着すれば、容量Cgが変化してしまうため、結果的に基板の電位を正確に求めることができない。 However, in the disclosed example of Japanese Patent Laid-Open No. 7-135180, as a method for measuring the surface potential of the substrate in order to control the energy of ions incident on the substrate, an electrode on which the substrate is loaded and a capacitor connected to the electrode are used. Since the voltage between them is measured with a voltmeter and the potential of the substrate is not directly measured, it may cause a problem. For example, when the substrate is attracted and fixed by an electrostatic chuck and etching is performed, an example in which deposits adhere to the surface of the electrostatic chuck as the number of wafers processed increases. This will be described with reference to FIG. In the disclosed example, in order to obtain the surface potential Vg of the substrate, a capacitor C1 having a known capacitance is connected to the electrode on which the substrate is mounted. A method is disclosed in which the capacitance Cg of the substrate is examined in advance, the potential Vs is measured by the means shown in the disclosed example, and Vg is calculated by Vs + (C1 / Cg) * Vs. If the electrode has an electrostatic chuck function and a dielectric film or the like is attached to the electrode surface, Cg may be corrected in consideration of the capacitance of the dielectric film. If the deposit adheres to the surface of the dielectric film as compared to immediately after the etching process is started, the capacitance Cg changes, and as a result, the substrate potential cannot be obtained accurately.
また、実際の製造装置では電極に接続した端子は単に電極を介して電気的に基板と接続しているだけではなく、コンデンサ成分を介してアースに接続されている電気回路や、高周波電力を供給する給電ラインのインダクタンス成分が存在している。したがって、単純に電極に接続したコンデンサの両端の電位を測定したとしても実際の基板の電位を正確に測定しているわけではない。 In actual manufacturing equipment, the terminal connected to the electrode is not only electrically connected to the substrate via the electrode, but also supplies an electric circuit connected to the ground via a capacitor component and high-frequency power. There is an inductance component of the power supply line. Therefore, even if the potential across the capacitor connected to the electrode is simply measured, the actual potential of the substrate is not accurately measured.
また、例えばエッチング処理などにおいて、プラズマを閉じ込めている真空チャンバの内壁などに反応生成物などが付着してしまった場合、仮に開示例の方法により基板の電位が測定できたとしても、付着物によりプラズマの状態そのものが変化してしまった場合、基板の電圧を制御したとしても処理結果が変化してしまう可能性がある。 In addition, for example, in the etching process, when a reaction product or the like adheres to the inner wall of a vacuum chamber in which plasma is confined, even if the potential of the substrate can be measured by the method of the disclosed example, If the plasma state itself has changed, the processing result may change even if the substrate voltage is controlled.
一方、USP5808415ならびにUSP6061006の開示例ではプラズマチャンバのインピーダンスネットワークをチャンバ抵抗,電極インダクタンス,電極対接地点キャパシタンス、及び漂遊キャパシタンスで表現し、放電中に存在する電流および電圧波形から真のプラズマインピーダンスを求める方法が開示されている。しかしながら、この開示例ではプラズマ中で処理されているウエハの表面電位を求めることはできないため、ウエハに入射するイオンエネルギを制御することはできないという問題がある。 On the other hand, in the disclosed examples of USP5808415 and USP6061006, the plasma network impedance network is expressed by chamber resistance, electrode inductance, electrode-to-ground capacitance, and stray capacitance, and the true plasma impedance is obtained from the current and voltage waveforms present during discharge. A method is disclosed. However, in this disclosed example, since the surface potential of the wafer processed in plasma cannot be obtained, there is a problem that the ion energy incident on the wafer cannot be controlled.
これらの問題を解決するためには基板の電位とプラズマインピーダンスの両方を計測するかまたは計算により求め、場合によっては真空チャンバ内壁に付着した付着物のインピーダンスまでを計測するかまたは計算により求め、これらの情報をもとにエッチングパラメータを適切に制御することが必要となってくる。 In order to solve these problems, both the substrate potential and the plasma impedance are measured or calculated, and in some cases, the impedance of the deposit attached to the inner wall of the vacuum chamber is measured or calculated, and these are calculated. It is necessary to appropriately control the etching parameters based on the above information.
従って、本発明の第一の目的は、プラズマを用いた半導体製造装置において、処理中の基板の電位と基板からプラズマを介したアースまでのインピーダンスを計測するかまたは計算により求めるようにした半導体製造装置及び処理方法を提供することである。 Accordingly, a first object of the present invention is to manufacture a semiconductor device that measures or calculates the potential of the substrate being processed and the impedance from the substrate to the ground via the plasma in a semiconductor manufacturing apparatus using plasma. It is to provide an apparatus and a processing method.
本発明の第二の目的は、プラズマを用いた半導体製造装置において、処理中の基板の電位と基板からプラズマを介したアースまでのインピーダンスを計測するかまたは計算により求め、これらの情報をもとにエッチングパラメータを制御することができる半導体製造装置及び処理方法を提供することである。 The second object of the present invention is to measure or calculate the potential of the substrate being processed and the impedance from the substrate to the ground via the plasma in a semiconductor manufacturing apparatus using plasma, and based on these information. Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a processing method capable of controlling etching parameters.
本発明の第三の目的は、プラズマを用いた半導体製造装置において、処理室内壁に付着した膜の厚みをモニタすることにより、適切なクリーニング時期を容易に決定することができる半導体製造装置及び処理方法を提供することである。 A third object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a process capable of easily determining an appropriate cleaning time by monitoring the thickness of a film adhering to a processing chamber wall in a semiconductor manufacturing apparatus using plasma. Is to provide a method.
本発明の第四の目的は、プラズマを用いた半導体製造装置において、処理中の基板の電位と、基板を囲うように配置されたサセプタの電位と、処理中の基板上のプラズマを介したアースまでのインピーダンスと、サセプタ上のプラズマを介したアースまでのインピーダンスを計測するかまたは計算により求め、これらの情報をもとに基板とサセプタに印加するバイアス電圧を独立に制御することができる半導体製造装置及び処理方法を提供することである。 A fourth object of the present invention is a semiconductor manufacturing apparatus using plasma, in which a potential of a substrate being processed, a potential of a susceptor disposed so as to surround the substrate, and a ground via a plasma on the substrate being processed. Measure the impedance up to and the impedance to the ground through the plasma on the susceptor or obtain it by calculation, and based on this information, you can control the bias voltage applied to the substrate and susceptor independently It is to provide an apparatus and a processing method.
本発明の第5の目的は、処理中の基板及び基板を囲うように配置されたサセプタの電位を計測できるプローブを提供することである。 A fifth object of the present invention is to provide a probe capable of measuring the potential of a substrate being processed and a susceptor arranged so as to surround the substrate.
上記第一の目的は、例えば、プラズマを用いて半導体ウエハに処理を施す半導体製造装置において、半導体ウエハの裏面から該半導体ウエハの電圧を測定するウエハ電位プローブと、高周波電源からウエハステージに印加される電圧値と電流値の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブを有し、ウエハ電位プローブにより測定された前記半導体ウエハの電圧値と、電流・電圧プローブにより測定された電圧または電流値から、半導体ウエハ上のプラズマを介したアースまでのインピーダンスを計算することにより達成できる。 The first object is applied to a wafer stage from a wafer potential probe that measures the voltage of the semiconductor wafer from the back surface of the semiconductor wafer and a high-frequency power source, for example, in a semiconductor manufacturing apparatus that processes a semiconductor wafer using plasma. Having a current / voltage probe for measuring at least one of a voltage value and a current value, the semiconductor wafer voltage value measured by the wafer potential probe and the voltage or current value measured by the current / voltage probe from the semiconductor This can be accomplished by calculating the impedance to ground via plasma on the wafer.
また、第二の目的は、例えば、更にこの求めたインピーダンスとウエハの電位の少なくとも一方をもとに各種の処理パラメータを制御することにより達成できる。 The second object can be achieved, for example, by controlling various processing parameters based on at least one of the obtained impedance and wafer potential.
また、例えば、電流・電圧プローブで測定された電圧と電流からインピーダンスを計算し、このインピーダンスと事前に求めておいた高周波電源(正確には電流・電圧プローブ)からプラズマを介したアースまでの等価回路モデルの合成インピーダンスの演算処理により、ウエハからプラズマを介したアースまでのインピーダンスとウエハの電位を計算し、このインピーダンスとウエハの電位をもとに各種の処理パラメータを制御することにより達成できる。 In addition, for example, the impedance is calculated from the voltage and current measured by the current / voltage probe, and this impedance and the equivalent from the high-frequency power source (precisely the current / voltage probe) obtained in advance to the ground via the plasma. This can be achieved by calculating the impedance from the wafer to the ground via the plasma and the potential of the wafer by calculating the synthetic impedance of the circuit model and controlling various processing parameters based on this impedance and the potential of the wafer.
また、例えば、真空処理室内壁に付着した膜の膜厚を計測可能な膜厚プローブを設け、このプローブにより測定した膜厚のインピーダンスを計算すれば、ウエハから処理室内壁に付着した膜の表面までのインピーダンス(プラズマインピーダンス)が正確に計算できるため、この情報をもとに各種のパラメータを制御すればより精度よくエッチングを制御可能となる。 Further, for example, if a film thickness probe capable of measuring the film thickness of the film attached to the inner wall of the vacuum processing chamber is provided and the impedance of the film thickness measured by this probe is calculated, the surface of the film attached to the processing chamber wall from the wafer is calculated. Since the impedance up to (the plasma impedance) can be accurately calculated, the etching can be controlled more accurately by controlling various parameters based on this information.
上記第三の目的は、例えば、プラズマを用いて半導体ウエハに処理を施す半導体製造装置において、真空処理室内壁に付着した膜の膜厚を測定可能な手段を設け、処理中の膜厚を監視することにより達成できる。 The third object is, for example, to provide a means for measuring the thickness of a film attached to the inner wall of a vacuum processing chamber in a semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer using plasma, and monitor the film thickness during processing. This can be achieved.
上記第四の目的は、例えば、プラズマを用いて半導体ウエハに処理を施す半導体製造装置において、半導体ウエハの裏面から該半導体ウエハの電圧を測定するウエハ電位プローブと、高周波電源からウエハステージに印加される電圧と電流値の少なくとも一方を測定する電流・電圧プローブと、半導体ウエハを囲うように配置されたサセプタの電圧を測定するサセプタ電位プローブを有し、ウエハ電位プローブにより測定された前記半導体ウエハの電圧値と、電流・電圧プローブにより測定された電圧または電流値と、サセプタ電位プローブにより測定されたサセプタの電圧値から、半導体ウエハ上のプラズマを介したアースまでのインピーダンスとサセプタ上のプラズマを介したアースまでのインピーダンスを計算し、半導体ウエハとサセプタに印加する高周波電圧を独立に制御することにより達成できる。 The fourth object is applied to a wafer stage from a wafer potential probe that measures the voltage of the semiconductor wafer from the back surface of the semiconductor wafer and a high-frequency power source, for example, in a semiconductor manufacturing apparatus that processes a semiconductor wafer using plasma. A current / voltage probe for measuring at least one of a voltage and a current value, and a susceptor potential probe for measuring a voltage of a susceptor arranged so as to surround the semiconductor wafer, the semiconductor wafer measured by the wafer potential probe The voltage value, the voltage or current value measured by the current / voltage probe, and the impedance from the susceptor voltage value measured by the susceptor potential probe to the ground via the plasma on the semiconductor wafer and the plasma on the susceptor. Calculate the impedance to the ground, and It can be achieved by controlling the RF voltage applied to the motor independently.
また、例えば、真空処理室内壁に付着した膜の膜厚を計測可能な膜厚プローブを設け、このプローブにより測定した膜厚のインピーダンスを計算すれば、ウエハから処理室内壁に付着した膜の表面までのインピーダンスとサセプタから処理室内壁に付着した膜の表面までのインピーダンスが計算できるため、この情報をもとに各種のパラメータを制御すればより精度よくエッチングを制御可能となる。 Further, for example, if a film thickness probe capable of measuring the film thickness of the film attached to the inner wall of the vacuum processing chamber is provided and the impedance of the film thickness measured by this probe is calculated, the surface of the film attached to the processing chamber wall from the wafer is calculated. Since the impedance from the susceptor to the surface of the film attached to the processing chamber wall can be calculated, the etching can be controlled more accurately by controlling various parameters based on this information.
上記第五の目的は、例えば、電圧を測定すべき半導体ウエハの裏面に接触させる電気導電性を有する触針を、電気導電性を有する弾性部材により支持し、この弾性部材は真空チャンバに固定するためのフランジから電気的に絶縁した状態で大気側に露出させ、この部分の電圧を測定することにより達成できる。 The fifth object is to support, for example, an electrically conductive stylus that is brought into contact with the back surface of the semiconductor wafer whose voltage is to be measured by an elastic member having electrical conductivity, and this elastic member is fixed to the vacuum chamber. It can be achieved by exposing to the atmosphere side while being electrically insulated from the flange for measuring the voltage of this portion.
また、例えば、触針の高さ方向の位置は大気側から調節可能にすることにより再現性よく測定可能となる。また、触針の材質をウエハ裏面に存在するシリコン酸化物の硬度よりも硬くすればより再現性よく測定可能となる。 In addition, for example, the position in the height direction of the stylus can be measured with good reproducibility by enabling adjustment from the atmosphere side. Further, if the material of the stylus is harder than the hardness of the silicon oxide existing on the back surface of the wafer, measurement can be performed with higher reproducibility.
以上のように本発明によれば、プラズマで処理中のウエハの電位とプラズマに流れている電流を測定することができるので、正確にウエハ電位とプラズマインピーダンスを求めることができ、この情報をもとにエッチングパラメータを制御しイオンエネルギを制御することにより再現性の良いエッチングを達成し、歩留まりの低下を防止することができる。すなわち、製造コストの低い半導体製造装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, since the potential of the wafer being processed with plasma and the current flowing in the plasma can be measured, the wafer potential and the plasma impedance can be accurately obtained. In addition, by controlling the etching parameters and controlling the ion energy, it is possible to achieve etching with good reproducibility and prevent the yield from decreasing. That is, a semiconductor manufacturing apparatus with low manufacturing cost can be provided.
また、処理中のウエハの電位を直接モニタすることができるので、ウエハ電位の急激な変化を観測した場合にはエッチング異常が起こっているという判断をすばやく行うことができ、ウエハの無駄を最小限に押さえる、すなわち製造コストを低くする効果を期待できる。 In addition, since the potential of the wafer being processed can be directly monitored, if a rapid change in the wafer potential is observed, it is possible to quickly determine that an etching abnormality has occurred and minimize wafer waste. It can be expected that the manufacturing cost can be reduced.
また本発明によれば、プラズマで処理中のウエハ電位とウエハ周囲に配置されたシリコンサセプタの電位,ウエハからプラズマに流れ込む電流,シリコンサセプタからプラズマに流れ込む電流を測定することができるので、ウエハ上のプラズマインピーダンスとシリコンサセプタ上のプラズマインピーダンスを計算することができる。したがって、ウエハ電位とプラズマインピーダンスの情報をもとにエッチング条件を制御することにより、再現性のよいエッチングのできる半導体製造装置を提供することができる。 Further, according to the present invention, the potential of the wafer being processed with plasma, the potential of the silicon susceptor disposed around the wafer, the current flowing from the wafer into the plasma, and the current flowing into the plasma from the silicon susceptor can be measured. And the plasma impedance on the silicon susceptor can be calculated. Therefore, by controlling the etching conditions based on the information on the wafer potential and plasma impedance, it is possible to provide a semiconductor manufacturing apparatus that can perform etching with good reproducibility.
また、本発明によればウエハに印加する高周波電圧とシリコンプレートに印加する高周波電圧を分配できるので、ウエハに入射するプラズマの分布を制御できる。よって、ウエハ面内のエッチング分布が制御可能な半導体製造装置を提供できる。 In addition, according to the present invention, since the high frequency voltage applied to the wafer and the high frequency voltage applied to the silicon plate can be distributed, the distribution of plasma incident on the wafer can be controlled. Therefore, a semiconductor manufacturing apparatus capable of controlling the etching distribution in the wafer surface can be provided.
さらに、本発明によればプラズマで処理中のウエハ電位をウエハ裏面から測定可能なプローブを提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a probe capable of measuring the wafer potential during processing with plasma from the back surface of the wafer.
以下、本発明をプラズマエッチング装置に適用した実施例について説明する。 Embodiments in which the present invention is applied to a plasma etching apparatus will be described below.
先ず、本発明の第1実施例について図1ないし図3を用いて説明する。なお、以下の説明において、第1実施例の構成要素と同一の機能を有する構成要素については、第1実施例と同一の符号を付してその説明を省略する。 First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, components having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof is omitted.
図1に本発明の第一の実施例であるプラズマエッチング装置の例を示す。処理室内に導入された処理ガス1は、高周波電源2に接続され両端に高周波電圧を印加されたコイル3の作る磁場と電界により、それぞれ誘導結合と容量結合しプラズマ4状態となっている。半導体ウエハ5はウエハステージ6上に積載されている。ウエハステージ6は表面にセラミックス製の誘電膜7が付けられており、静電チャック機能を有している。ウエハステージ6は電極8上にボルトで固定されており、絶縁板9により真空チャンバ10と電気的に絶縁されている。また、ウエハステージ6と電気的に接続している電極8は、フランジ
11から電気的に絶縁されている給電棒12と接続してあり、この給電棒12を用い外部の電源から給電できるようになっている。本実施例では、プラズマ中のイオンをウエハに効果的に引き込むためにウエハにバイアス電圧を印加するため、周波数が800kHzの高周波電源13をマッチングボックス14を介してウエハステージに接続している。15と16はインピーダンス整合用のコイルと容量可変コンデンサである。マッチングボックス14の出口の電圧と電流値は電流・電圧プローブ17によりモニタされており、外部のコンピュータ18に入力されている。コンピュータ18は、測定された電圧値または電流値等に基づき、半導体ウエハからプラズマを介したアースまでのインピーダンス等を求める算出部と、求めたインピーダンス等に基づく処理(例えば、表示処理,パラメータ制御処理等)を行う処理部を有する。また、給電棒12には静電チャックを機能させるための直流電源19も接続している。この直流電源は高周波電圧をカットするためのコイル20を介して接続してあり、プラズマ4が着火している状態でウエハステージに直流電圧を印加するとウエハ7は、真空チャンバに接触しているために接地電位となっているプラズマを介して直流電圧回路が形成され、ウエハ7と電極8間に電位差が発生し誘電膜7に電荷がチャージしてクーロン力により吸着される。21は電極8とウエハステージ6の外周をプラズマから保護するためのカバーである。22,23は処理ガスや反応生成物の排気用のターボ分子ポンプとドライポンプである。24はプラズマ処理中のウエハの電位を測定するためのウエハ電位プローブである。表示部80はコンピュータにより求めたインピーダンス等を表示し、モニタするためのもので、例えば、CRT等である。また、パラメータ制御装置82は、コンピュータ18からの指示に従い、半導体製造装置(プラズマエッチング装置)の各種パラメータを制御する。
FIG. 1 shows an example of a plasma etching apparatus according to the first embodiment of the present invention. The
図2にウエハ電位プローブ24の詳細構成図を示す。図2において、ウエハ電位プローブ24は、符号5−10で示す構成要素以外の構成要素で構成される。本発明で使用される、ウエハ電位プローブは、測定すべき半導体ウエハの裏面に接触する、電気導電性を有する触針36と、該触針を支持する電気導電性を有する弾性部材35と、該弾性部材を支持しつつフランジ構造を有する電流導入端子27とを備え、前記触針の電位は大気側で測定可能であり、かつ前記触針の高さ方向の位置は大気側から調節可能であるように構成される。以下に、その構成の詳細を説明する。
FIG. 2 shows a detailed configuration diagram of the wafer
真空チャンバ10と絶縁板9,電極8,ウエハステージ6に同軸の貫通穴が設けてあり、この貫通穴の中にはプローブを電極やウエハステージから電気的に絶縁するためのセラミックス製の絶縁パイプ68が埋め込まれている。ウエハ電位プローブは真空チャンバに取り付け可能なようにフランジ25構造をしており、Oリング70で真空封じしている。このフランジの中央には貫通穴が設けてあり、この貫通穴の一部はメスネジ26が設けてある。この貫通穴にはウエハの電圧を測定するための端子27が取り付けられている。端子27は内部に中空の絶縁パイプ71が埋め込まれており、さらに内部には導電性の芯線69が埋め込まれた構造をしている。この端子27の外周の一部はオスネジ28構造となっており、フランジに設けられたメスネジ26に取り付けられる。また、端子の上部にはOリング29が設けてあり、フランジ25上部の内面30をシールすることができる構成となっている。端子の芯線の真空側の終端には、導電性を有する連結棒32が設けてある。この連結棒32は、一端が芯線に迎合するようにソケット33構造となっており、もう一方の一端にはばね止め34を用いてコイルばね35が取り付けられている。このコイルばね35の上部には連結棒に沿って上下に駆動可能なように触針36が設けている。触針はウエハステージ面よりも先端が突出するように取り付けられ、ウエハが乗ると重みで下方へ移動する。この突出量はコイルばねのばね定数との兼ね合いで決定される。望ましくは半導体ウエハがウエハステージに積載された場合に、自重で完全にウエハステージまで沈み込む程度であればよい。また、触針は導電性の材料で構成されており、その先端は半導体ウエハの裏面に存在する酸化膜や窒化膜を突き破る程度の曲率半径および硬度を有している。本実施例では触針の材質はタングステンカーバイトであるが、その他例えば導電性ダイヤモンドなども利用可能である。この曲率半径の値はコイルばねのばね定数と触針の突出量、すなわちばねの変形量によって決定されるべきものであり、実際に測定対象となる半導体ウエハの状態によって適宜決定される。一例として、コイルばね35のばね定数がk、突出量がL、で8インチウエハの裏面に厚みtの酸化膜がついている場合に必要な曲率半径Rを示す。8インチウエハの重量をWとおき、触針のヤング率とポアソン比をそれぞれEn,νnとおき、酸化膜のヤング率とポアソン比をそれぞれEw,νWとおいた場合、触針の先端とウエハ裏面の酸化膜の接触円の半径aは(1)式で表せる。
a={3WR((1−νn 2)/En+(1−νW 2)/Ew)/4}1/3 (1)式
この時の接触部中心の圧力は(2)式で計算される。
p=3W/2πa2 (2)式
この圧力pが酸化膜の硬さよりも大きければ触針は酸化膜を突き破り導電性のあるシリコンと電気的に接触し、ウエハの電位を測定することが可能となる。つまり、酸化膜のビッカース硬さをHvとすると、(3)式を満たす曲率半径Rであればよいことがわかる。
Hv<p (3)式
ウエハが載っていない状態での触針36の突出量は、先に説明した端子27の位置を調整して行う。触針の先端がウエハステージ7から突出する量を大気側から判定しやすいように、端子の大気側に目盛りを添付しておけば作業がより容易になる。端子27の大気側にはナット31を取り付けて触針の位置を決定後固定することができ、端子の上下方向の位置を任意に設定することができる。したがって、処理中のウエハの電位とほぼ同じ電位が端子の芯線で観測することができるので、この芯線の電圧を電圧計で測定することによりウエハの電位を測定することができる。また、62はプローブをウエハステージ,電極,絶縁体から電気的に絶縁するための絶縁筒である。
The
a = {3WR ((1−ν n 2 ) / E n + (1−ν W 2 ) / E w ) / 4} 1/3 (1) Formula (2) Calculated by
p = 3W / 2πa 2 (2) Equation If the pressure p is larger than the hardness of the oxide film, the stylus penetrates the oxide film and makes electrical contact with conductive silicon, and the potential of the wafer can be measured. It becomes. That is, when the Vickers hardness of the oxide film is Hv, it can be understood that any curvature radius R satisfying the expression (3) is sufficient.
Hv <p (3) Formula The amount of protrusion of the stylus 36 when the wafer is not placed is adjusted by adjusting the position of the terminal 27 described above. If a scale is attached to the atmosphere side of the terminal so that the amount of the tip of the stylus protruding from the
続いてウエハからプラズマを介してアースまでのインピーダンス(プラズマインピーダンス)の求め方について説明する。図3に本発明の第一の実施例における、高周波電源
(正確には電流・電圧プローブ)からウエハステージを介したアースまでの等価回路モデルを示す。この等価回路モデルはインピーダンス測定機などによりあらかじめ調べておけばよい。図中の番号を説明すると、37は真空チャンバ10の電位を表わしておりアースである。38はウエハ上のプラズマインピーダンス、39は誘電膜7の抵抗成分、40は誘電膜7の容量成分、41はブロッキングコンデンサであり、その他は前述の通りである。ウエハ電位プローブ24で測定されたウエハの電位42Vwとマッチングボックスの出口に連結した電極の電圧43Veと電極に流れ込む電流44Ieの測定値はコンピュータに取り込まれる。プラズマインピーダンス38をZpと置いた場合、ある時間にZpに印加している電圧はウエハ電位プローブ24の出力電圧すなわちウエハ電位Vwであり、
Zpに流れる電流は電極に流れ込む電流44Ieであるので、ZpはVw/Ieで計算できる。このZpの値はコンピュータ内で逐一演算処理され読みとることができる。本実施例ではZpを求めるために、電圧値としてマッチングボックス出口の電圧すなわち電極の電位43Veではなく実際に処理中のウエハの電位42Vwを測定している。その理由は、本実施例ではウエハステージの表面に静電チャック機能を持たせる目的で誘電膜7を取り付けており、この部分で電圧降下が発生し、マッチングボックス出口の電圧、すなわち電極の電圧Veがウエハの電圧とならないためである。つまり、プラズマインピーダンスの値を求めるために、マッチングボックス出口で測定された電圧値Veを用いVe/Ieで計算すると実際のプラズマインピーダンスとはならないのである。
Next, how to obtain the impedance (plasma impedance) from the wafer to the ground through plasma will be described. FIG. 3 shows an equivalent circuit model from the high frequency power source (more precisely, current / voltage probe) to the ground via the wafer stage in the first embodiment of the present invention. This equivalent circuit model may be examined in advance with an impedance measuring machine or the like. In the figure,
Since the current flowing through Zp is the current 44Ie flowing into the electrode, Zp can be calculated by Vw / Ie. The value of Zp can be read after being processed one by one in the computer. In this embodiment, in order to obtain Zp, the voltage at the outlet of the matching box, that is, the electrode potential 43Ve is measured as the voltage value, but the potential 42Vw of the wafer actually being processed is measured. The reason is that in this embodiment, the
プラズマインピーダンスをVe/Ieで計算した場合の問題の一例を挙げると、ウエハの処理枚数が増加していくにつれてウエハステージ上の誘電膜の表面にデポ膜が付着した場合が考えられる。デポ性の膜が付着して誘電膜の容量が低下するとインピーダンスが増加するために、マッチングボックスの出口の電圧は上昇する。したがって、プラズマ状態は何も変化していないにもかかわらず、あたかもプラズマインピーダンスが上昇したような判断を下してしまう。この情報をもとにしてエッチングレートを一定に保つために電極の電圧Veを下げてしまうと、エッチングレートは低下してしまうことになり、エッチング不良を引き起こす。逆にプラズマインピーダンスを低下させるために、プラズマ生成用の高周波電源の投入電力を増加させてしまうと、エッチングレートが上がりすぎでオーバーエッチングにつながってしまう。結果、エッチング不良を引き起こしてしまう。 As an example of a problem when the plasma impedance is calculated by Ve / Ie, it is conceivable that a deposition film adheres to the surface of the dielectric film on the wafer stage as the number of processed wafers increases. When the deposition film adheres and the capacitance of the dielectric film decreases, the impedance increases, so the voltage at the exit of the matching box increases. Therefore, even though the plasma state has not changed, it is judged as if the plasma impedance has increased. If the voltage Ve of the electrode is lowered in order to keep the etching rate constant based on this information, the etching rate will be lowered, resulting in an etching failure. Conversely, if the input power of the high-frequency power source for generating plasma is increased in order to reduce the plasma impedance, the etching rate increases too much, leading to over-etching. As a result, etching failure is caused.
これに対して、本実施例の構成でプラズマインピーダンスZpを求めた場合、プラズマインピーダンスを計算するためにウエハの電圧を直接測定した結果を利用するので、より正確なインピーダンスとウエハの電位を測定または計算により求めることができるので、例えば処理中のウエハへ入射するイオンエネルギ、すなわちウエハのバイアス電圧を適宜調節することができ、エッチング不良を防止することができる。 On the other hand, when the plasma impedance Zp is obtained with the configuration of the present embodiment, the result of directly measuring the wafer voltage is used to calculate the plasma impedance, so that more accurate impedance and wafer potential can be measured or Since it can be obtained by calculation, for example, the ion energy incident on the wafer being processed, that is, the bias voltage of the wafer can be appropriately adjusted, and etching defects can be prevented.
以上本発明の第一の実施例のウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを求め、利用するまでの処理の流れを示すフローチャートを図11に示す。なお、以下の図11から図16までの処理は図1,図4,図6,図8に示すコンピュータ18内のプログラムにより実行される。まず、第一実施例における、高周波電源(正確には電流・電圧プローブ)からウエハステージを介したアースまでの等価回路モデルを図3に示すように決定する
(ステップ110)。次に、ウエハ電位プローブと電流・電圧プローブを用いてウエハ電位Vw,ウエハステージの電流Ie,電圧Veを測定する(ステップ111)。次に、測定結果を取り込んだコンピュータ18によりプラズマインピーダンスZpを計算する(ステップ112)。最終的には、利用者の判断により決定されるべきものであるが、ウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを監視する場合には表示部80に表示する(ステップ113)。また、得られたインピーダンス等に基づきプロセスパラメータを制御する場合には、コンピュータ18からプロセスパラメータの制御装置82に信号,情報等を送り、制御装置82から制御信号をパラメータ制御の対象となる個所、例えば、高周波電源
13等に送り各種パラメータを制御する(ステップ114)。
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of processing until the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp according to the first embodiment of the present invention are obtained and used. The following processing from FIG. 11 to FIG. 16 is executed by a program in the
なお、プラズマ処理により処理室内壁の状態が変化しない条件か、もしくはクリーニングにより一定の条件を保たれている(処理室内壁にデポ膜が無い)場合には、上記の算出したインピーダンスを半導体ウエハからプラズマを介した真空処理室内壁までのインピーダンスとし、該算出したインピーダンスをもとに各種の処理パラメータを制御することにより、プラズマで処理中の半導体ウエハを処理することができる。 If the condition of the inner wall of the processing chamber does not change due to the plasma processing or if a certain condition is maintained by cleaning (there is no deposit film on the inner wall of the processing chamber), the calculated impedance is calculated from the semiconductor wafer. By setting the impedance to the vacuum processing chamber wall through plasma and controlling various processing parameters based on the calculated impedance, it is possible to process a semiconductor wafer being processed with plasma.
以上のように本発明によれば、プラズマインピーダンスによりプラズマの状態をモニタしつつ、ウエハの電位を正確に測定しながら処理することができるので、これらの結果をもとにウエハの電位を制御すれば正確にウエハへ入射するイオンエネルギを利用することができるので、再現性の良いエッチングを達成し、歩留まりの低下を防止することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform processing while accurately measuring the potential of the wafer while monitoring the plasma state based on the plasma impedance. Therefore, the potential of the wafer can be controlled based on these results. Thus, since ion energy incident on the wafer can be used accurately, etching with good reproducibility can be achieved, and a decrease in yield can be prevented.
本実施例ではプラズマインピーダンスを用いて制御したパラメータとしてバイアス電圧を制御した場合を説明したが、必ずしもこれだけに限るわけではない。その他の制御パラメータとしては例えば、プラズマを発生させるための高周波電源の周波数または電力,ウエハステージに印加する高周波電源の周波数または電圧または電力,真空チャンバの壁の温度や温度分布,ウエハの温度や温度分布,処理圧力,処理ガスのガス種や流量や混合比,プラズマに印加する磁場の強度及び強度分布,エッチング時間、などが挙げられる。またこれらのパラメータを複数個組み合わせて制御することも考えられる。 In this embodiment, the case where the bias voltage is controlled as a parameter controlled using the plasma impedance has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this. Other control parameters include, for example, the frequency or power of a high-frequency power source for generating plasma, the frequency or voltage or power of a high-frequency power source applied to the wafer stage, the temperature and temperature distribution of the vacuum chamber wall, and the temperature and temperature of the wafer. Examples include distribution, processing pressure, gas type and flow rate and mixing ratio of processing gas, intensity and intensity distribution of magnetic field applied to plasma, etching time, and the like. It is also conceivable to control by combining a plurality of these parameters.
また、本実施例に記載された処理方法で記載された半導体製品には、本実施例の方法を適用しないで製造された製品に比べて重要な利点がある。それは、常にウエハの処理が一定の条件の範囲で行われるために非常に再現性の良い処理を施されるため、製品間の性能のばらつきがない、すなわち信頼性が高い製品となるのである。したがって、製造時の歩留まりもよいためコストが低く、低価格の製品となる。 In addition, the semiconductor product described by the processing method described in this embodiment has an important advantage over a product manufactured without applying the method of this embodiment. This is because the processing of the wafer is always performed within a certain range of conditions, so that processing with very good reproducibility is performed, so that there is no variation in performance between products, that is, the product is highly reliable. Therefore, since the yield at the time of manufacture is good, the cost is low and the product is inexpensive.
本実施例ではプラズマインピーダンスをウエハの電位とマッチングボックス出口の電圧と電流値をもとに計算により求め、この結果をもとにエッチングパラメータを制御していたが、実際の利用法としては必ずしもエッチングパラメータを制御するばかりではない。例えば、エッチング状態の監視としてプラズマインピーダンスを利用することも考えられるし、場合によってはウエハの電位やマッチングボックスの出口の電圧や電流をモニタし、この変化の情報で装置停止や装置メンテナンスの時期を決定することも考えられる。例えば、ウエハ電位をモニタしながらエッチング処理枚数を重ねていき、ある処理中に急激なウエハ電位の変化を認めた場合、何らかの異常が起きたと容易に予想できる。つまり、エッチング処理が正常に進行しているかどうかのモニタとしても利用可能であり、この場合装置に異常が発生したことが即座に判断できるのでウエハの無駄を最小限に押さえることができる。 In this embodiment, the plasma impedance is obtained by calculation based on the wafer potential and the voltage and current value at the matching box outlet, and the etching parameters are controlled based on this result. Not just controlling parameters. For example, the plasma impedance may be used to monitor the etching state. In some cases, the potential of the wafer or the voltage or current at the exit of the matching box is monitored, and this change information can be used to determine when to stop or maintain the device. It can also be decided. For example, if the number of etching processes is repeated while monitoring the wafer potential, and a sudden change in wafer potential is observed during a certain process, it can be easily predicted that some abnormality has occurred. In other words, it can also be used as a monitor for checking whether or not the etching process is proceeding normally. In this case, since it is possible to immediately determine that an abnormality has occurred in the apparatus, it is possible to minimize the waste of the wafer.
また、本実施例では触針を支持する弾性部材としてコイルばねを有する棒体を利用したが必ずしもそうである必要はなく、板ばねを利用してもよい。重要な点は触針が上下方向に弾性を有することと、触針全体の位置を上下方向に本体側から任意に調節可能である点である。 In this embodiment, a rod body having a coil spring is used as the elastic member for supporting the stylus. However, it is not always necessary, and a leaf spring may be used. The important points are that the stylus has elasticity in the vertical direction and that the position of the entire stylus can be arbitrarily adjusted in the vertical direction from the main body side.
さらに、本実施例ではウエハの電位を測定するプローブはウエハ裏面に直接接触させるタイプのプローブを使用したが、必ずしもこれだけに限るものではない。例えば、静電容量型の非接触の電位計をウエハステージに埋め込んでおき、これによりウエハの電位を測定する方法も考えられる。ただし、この場合にも電位計の取り付け位置によりウエハの電圧の絶対値が変化することが考えられるので、本実施例のように真空チャンバの外部から取り付け位置を調整できる構成とする必要がある。 Furthermore, in this embodiment, the probe for measuring the potential of the wafer is a probe of the type that is in direct contact with the back surface of the wafer. However, the present invention is not limited to this. For example, a method of measuring the potential of the wafer by embedding a capacitance type non-contact electrometer in the wafer stage is also conceivable. However, in this case as well, it is conceivable that the absolute value of the voltage of the wafer changes depending on the attachment position of the electrometer. Therefore, it is necessary to adjust the attachment position from the outside of the vacuum chamber as in this embodiment.
また、本実施例ではウエハからプラズマを介したアースまでのインピーダンス(プラズマインピーダンス)を求めるためにウエハの電圧を実測していた。しかしながら、インピーダンスやウエハの電圧を、等価回路モデルとマッチングボックスの出口に連結した電極の電圧43Veと電極に流れ込む電流44Ieから計算で求めることも可能である。この方法は、ウエハ電位プローブ24の触針がウエハ裏面で接触,摺動することにより発生するウエハ裏面からの摩耗紛(異物)によるクリーン度をも問題とするようなプロセスで有効な方法である。例えば、ウエハ裏面に付着した異物がプラズマプロセスの次に行われる処理(例えばウエット洗浄など)でウエハの表面に転写されてしまう場合などがこれにあたる。以下説明する。
In the present embodiment, the voltage of the wafer is measured in order to obtain the impedance (plasma impedance) from the wafer to the ground via plasma. However, it is also possible to calculate the impedance and the wafer voltage from the equivalent circuit model, the voltage 43Ve of the electrode connected to the outlet of the matching box, and the current 44Ie flowing into the electrode. This method is effective in a process in which the cleanliness due to wear powder (foreign matter) from the back surface of the wafer, which is generated when the stylus of the wafer
まず、電極の電圧43Veの時間変化にともなう波形Ve(t)と電流44Ieの時間変化にともなう波形Ie(t)から取り込んだコンピュータの演算処理により位相差θを求めておく。このときマッチングボックス出口のインピーダンスを虚数表示してa+bjとおく。ここで、
a=Z/(1+(tanθ)2)0.5、
b=Z*tanθ/(1+(tanθ)2)0.5、
Z=Ve/Ie
となる。同様に、プラズマインピーダンスを虚数表示してc+djとおく。前述のプラズマインピーダンスZpは虚数表示されたc+djの大きさであり、この場合(c2+
d2)0.5 となる。このとき、マッチングボックス出口からプラズマを介してアースまでの合成インピーダンスZtotalは、抵抗成分39(R(Ω)とおく)と容量成分40(Xc(Ω)とおく) を用いて下式で表せる。
Ztotal=(c+R*Xc2/(R2+Xc2))
+ (d−R2*Xc/(R2+Xc2))j
この合成インピーダンスZtotalはマッチングボックス出口でのインピーダンスa+
bjと等しいので実数成分と虚数成分を比較して下の式からc,dの値を求めることができる。
Z/(1+(tanθ)2)0.5=c+R*Xc2/(R2+Xc2)
Z*tanθ/(1+(tanθ)2)0.5=d−R2*Xc/(R2+Xc2)
c,dの値が求められれば、プラズマインピーダンスZpとウエハ電位Vwは下式で計算される。
Zp=(c2+d2)0.5
Vw=Ie*Zp
このような手順で計算することにより、ウエハの電圧Vwをプローブ24で測定する必要がなくなる。従って、ウエハ電位プローブ24の触針がウエハ裏面で接触,摺動することによりウエハ裏面からの摩耗紛(異物)が発生し、それによりクリーン度が低下するということがなくなる。ただし、本実施例ではデポ膜がウエハステージ上に付着していくような場合には等価回路モデルの値そのものが変化してしまうことになるので正確でなくなるという問題がある。しかし、ウエハステージの表面をプラズマでクリーニングしながら処理を行うような、コンディションが一定に保てるような条件ではクリーンなプラズマインピーダンスのモニタ方法として利用できる。
First, the phase difference θ is obtained by a computer calculation process that is taken from the waveform Ve (t) accompanying the time change of the electrode voltage 43Ve and the waveform Ie (t) accompanying the time change of the current 44Ie. At this time, the impedance at the matching box outlet is displayed as an imaginary number and set to a + bj. here,
a = Z / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 ,
b = Z * tanθ / (1+ (tanθ) 2 ) 0.5
Z = Ve / Ie
It becomes. Similarly, the plasma impedance is expressed as an imaginary number and set as c + dj. The aforementioned plasma impedance Zp has a magnitude of c + dj expressed in an imaginary number. In this case, (c 2 +
d 2 ) 0.5 At this time, the combined impedance Ztotal from the matching box outlet to the ground through the plasma can be expressed by the following equation using a resistance component 39 (denoted as R (Ω)) and a capacitive component 40 (denoted as Xc (Ω)).
Ztotal = (c + R * Xc 2 / (R 2 + Xc 2 ))
+ (D−R 2 * Xc / (R 2 + Xc 2 )) j
This combined impedance Ztotal is the impedance a + at the matching box exit
Since it is equal to bj, the real component and the imaginary component are compared, and the values of c and d can be obtained from the following equations.
Z / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 = c + R * Xc 2 / (R 2 + Xc 2 )
Z * tanθ / (1+ (tanθ) 2 ) 0.5 = d−R 2 * Xc / (R 2 + Xc 2 )
If the values of c and d are obtained, the plasma impedance Zp and the wafer potential Vw are calculated by the following equations.
Zp = (c 2 + d 2 ) 0.5
Vw = Ie * Zp
By calculating in such a procedure, it is not necessary to measure the wafer voltage Vw with the
以上の方法によりウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを求め、利用するまでの流れを示すフローチャートを図12に示す。まず、本実施例における、高周波電源(正確には電流・電圧プローブ)からウエハステージを介したアースまでの等価回路モデルを図3に示すように決定する(ステップ120)。次に、電流・電圧プローブからプラズマを介してアースまでの合成インピーダンスを計算する(ステップ121)。次に、電流・電圧プローブを用いてウエハ電位の波形Vw(t),ウエハステージの電流の波形Ie(t)を測定し、位相差を求める(ステップ122)。次に、これらの値に基づき、電流・電圧プローブの位置でのインピーダンスを計算する(ステップ123)。次に、先に計算しておいた合成インピーダンスとステップ123で求めたインピーダンスを比較してプラズマインピーダンスZp,ウエハ電位Vwを計算する(ステップ124)。最終的には、利用者の判断により決定されるべきものであるが、ウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを監視する場合にはそれらを表示部80に表示し(ステップ125)、プロセスパラメータを制御する場合にはプロセスパラメータの制御装置82に情報を送りプロセスパラメータを制御する(ステップ126)。
FIG. 12 is a flowchart showing the flow from obtaining the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp by the above method to using them. First, an equivalent circuit model from the high frequency power source (more precisely, current / voltage probe) to the ground via the wafer stage in this embodiment is determined as shown in FIG. 3 (step 120). Next, the combined impedance from the current / voltage probe to the ground through the plasma is calculated (step 121). Next, using a current / voltage probe, the waveform Vw (t) of the wafer potential and the waveform Ie (t) of the wafer stage current are measured to obtain the phase difference (step 122). Next, based on these values, the impedance at the position of the current / voltage probe is calculated (step 123). Next, the plasma impedance Zp and the wafer potential Vw are calculated by comparing the previously calculated synthetic impedance and the impedance obtained in step 123 (step 124). Eventually, it should be determined by the user's judgment, but when the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp are monitored, they are displayed on the display unit 80 (step 125) to control the process parameters. In this case, information is sent to the
以上の方法では、電極に流れ込む電流Ieを必ず測定することになるが、Ieを計算により求めプラズマインピーダンスを計算することも可能である。この場合には、ウエハ電位プローブでウエハの電圧波形Vw(t)と電極の電圧波形Ve(t)を求め、誘電膜部のインピーダンスZmから回路を流れる電流波形Ie(t)を計算すればよい。この時、誘電膜部のインピーダンスZdと電流波形Ie(t)は下式で計算できる。
Zd=RXc2/(Xc2+R2)−jXcR2/(Xc2+R2)
Ie(t)=(Vw(t)−Ve(t))/Zd
この結果から、プラズマインピーダンスZpは下式で計算される。
Zp=Vw/Ie
以上プラズマインピーダンスの計算の方法を3通り示したが、いずれの手法によるかはプロセスなどに応じて適宜選択すればよい。
In the above method, the current Ie flowing into the electrode is always measured, but it is also possible to calculate the plasma impedance by obtaining Ie by calculation. In this case, the wafer voltage waveform Vw (t) and the electrode voltage waveform Ve (t) are obtained by the wafer potential probe, and the current waveform Ie (t) flowing through the circuit is calculated from the impedance Zm of the dielectric film portion. . At this time, the impedance Zd of the dielectric film portion and the current waveform Ie (t) can be calculated by the following equations.
Zd = RXc 2 / (Xc 2 + R 2 ) −jXcR 2 / (Xc 2 + R 2 )
Ie (t) = (Vw (t) −Ve (t)) / Zd
From this result, the plasma impedance Zp is calculated by the following equation.
Zp = Vw / Ie
Although three methods for calculating the plasma impedance have been described above, which method is to be used may be appropriately selected according to the process.
以上の方法によりウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを求め、利用するまでの流れを示すフローチャートを図14に示す。まず、等価回路モデルを図3のように決定する(ステップ140)。次に、ウエハ電位プローブと電流・電圧プローブによりウエハの電圧波形Vw(t)とウエハステージの電圧波形Ve(t)を測定する(ステップ141)。次に、等価回路モデルとステップ141で求めた電圧波形からウエハステージの電流の波形Ie(t)を計算する(ステップ142)。次に、プラズマインピーダンスZpを計算する(ステップ143)。最終的には、利用者の判断により決定されるべきものであるが、ウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを監視する場合には表示部80に表示し(ステップ145)、プロセスパラメータを制御する場合にはプロセスパラメータの制御装置82に情報を送りプロセスパラメータを制御する(ステップ146)。
FIG. 14 is a flowchart showing a flow from obtaining the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp by the above method to using them. First, an equivalent circuit model is determined as shown in FIG. 3 (step 140). Next, the wafer voltage waveform Vw (t) and the wafer stage voltage waveform Ve (t) are measured by the wafer potential probe and the current / voltage probe (step 141). Next, the wafer stage current waveform Ie (t) is calculated from the equivalent circuit model and the voltage waveform obtained in step 141 (step 142). Next, the plasma impedance Zp is calculated (step 143). Eventually, it should be determined by the user's judgment, but when the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp are monitored, they are displayed on the display unit 80 (step 145), and the process parameters are controlled. Sends information to the
また、逆にウエハ電位プローブによりウエハの電位を実測しながら、前述した等価回路モデルによりウエハの電位を計算すれば、ウエハステージの誘電膜表面のデポの状態を表示部80することが可能となる。図13を用いて手順を説明する。まず、ウエハ電位プローブでウエハ電位Vwを測定する(ステップ130)。次に、電流・電圧プローブでウエハステージの電流波形Ie(t)と電圧波形Ve(t)を測定し、位相差θを求める(ステップ131)。次に、図3の等価回路モデルを用いてIe,Ve,θからウエハの電圧Vw′を計算する(ステップ132)。次に、先にウエハ電位プローブで測定したウエハ電圧
Vwと計算で求めたウエハ電圧Vw′の差Vw−Vw′を求める(ステップ133)。もし、誘電膜の表面にデポ膜が付着したり、誘電膜の表面がエッチングされて減少しているということがなく、問題がない状態であれば、ウエハ電位プローブで測定されたウエハの電位と等価回路により計算で求めたウエハ電位はほぼ一致するのでVw−Vw′は0に近い値となる。具体的にはあらかじめVw−Vw′の値の範囲を決めておき、一定の範囲内であればウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを出力する。この場合、誘電膜は問題無いことがわかる。もし、誘電膜表面にデポ膜が付着して膜厚が増加したり、エッチングされて膜厚が減少している場合、VwとVw′の差は一定の範囲を超えた値となる。この場合は、等価回路モデルの誘電膜の容量40の値CをΔCだけ変化させて(ステップ134)、この変化させた誘電膜の容量40の値C′(=C+ΔC)に基づき再度Vw′を計算しVw−Vw′を求める(ステップ132)。この再度求めた値Vw′が前述したようにあらかじめ決めておいた範囲内に入った場合、ΔCとVwとZpを得て、判定を行う(ステップ135)。即ち、この場合のΔCの値が正の場合は、誘電膜の表面がエッチングされて膜厚が減少した場合であり、ΔCの値が負の値の場合には誘電膜の表面にデポ膜が付着して膜厚が厚くなったと判断できる。以上のように、誘電膜のデポ膜モニタとして利用することも可能である。なお、この処理は図6の実施例においても適用可能である。また、本実施例では等価回路モデルとしてウエハステージの誘電膜の抵抗成分と容量成分のみを考慮したが必ずしもこれに限るものでなく、ウエハステージと高周波電源間のインダクタンス成分や、ウエハステージと例えば真空チャンバの壁の間の容量成分などを盛り込んでもよい。この場合、より詳細なプラズマインピーダンスの計算を行うことができ、結果的にプラズマ処理のモニタの精度や再現性の向上につながる効果が期待できる。
Conversely, if the wafer potential is calculated using the above-described equivalent circuit model while actually measuring the wafer potential using the wafer potential probe, the
以上、第一の実施例は、プラズマ処理により処理室内壁の状態が変化しない条件か、もしくはクリーニングにより一定の条件を保たれている場合には成立するが、処理室内壁にデポ膜などが形成されるような条件では問題となる場合がある。しかし、そのような場合でも本実施例を発展させた構成とすることにより問題を回避することができる。以下に説明する。 As described above, the first embodiment is established when the condition of the inner wall of the processing chamber is not changed by the plasma processing or when a certain condition is maintained by the cleaning, but a deposition film or the like is formed on the inner wall of the processing chamber. It can be a problem under certain conditions. However, even in such a case, the problem can be avoided by adopting a configuration obtained by developing the present embodiment. This will be described below.
図4に本発明の第二の実施例の構成を示す。図5は、第二実施例における、高周波電源(正確には電流・電圧プローブ)からウエハステージを介したアースまでの等価回路モデルを示す。本実施例では真空チャンバの内壁に付着膜65が付着するプロセスにおいて実施している。この付着膜のために、ウエハからアースまでのインピーダンスが変化するため、第一の実施例の方法ではプラズマインピーダンスを正確に求めることができない。そこで本実施例では付着膜のインピーダンスを求めるため、第一の実施例の装置構成に加え、処理中のプラズマの電位を測定する膜厚プローブ63,膜厚プローブ63により測定された電位等の信号に基づき膜厚を計算する演算回路64を設けている。膜厚プローブ63と演算回路64で膜厚プローブ部を構成する。なお、演算回路64はコンピュータ18内に設けても良い。膜厚プローブとしては、例えば水晶振動子式膜厚測定器や干渉波等を利用した光学式膜厚測定器などが挙げられる。膜厚プローブを用いれば真空チャンバ内壁に付着している膜の厚みを測定することができ、この膜の厚さから付着膜の静電容量67とインピーダンスを計算することができる。例えば、比誘電率がεの付着膜が厚みTで面積Sの領域に付着している場合、真空の誘電率をε0 とすると、容量Cmはεε0S/T となる。高周波電源13の周波数がfの場合、膜のインピーダンスZmは1/2πfCmとなる。このときのプラズマインピーダンスZpをc+djとおくと、ウエハからアースまでの合成インピーダンスはc+(d−Zm)jとおける。等価回路モデルより抵抗成分39(R(Ω)とおく)と容量成分40(Xc(Ω)とおく)との合成インピーダンスZtotal は下式で表せる。
Ztotal=(c+R*Xc2/(R2+Xc2))
+(d−Zm−R2*Xc/(R2+Xc2))j
これが電流・電圧プローブで測定されたインピーダンスと同じであるので、実数成分と虚数成分を比較して下式よりc,dの値を求めることができる。マッチングボックス出口のインピーダンスは第一の実施例と同様にa+bjと表記した場合以下のように表せる。
a=Z/(1+(tanθ)2)0.5、
b=Z*tanθ/(1+(tanθ)2)0.5、
Z=Ve/Ie
したがって、実数成分と虚数成分を比較し低下の式を解くことによりc,dが求められる。
Z/(1+(tanθ)2)0.5=c+R*Xc2/(R2+Xc2)
Z*tanθ/(1+(tanθ)2)0.5=d−Zm−R2*Xc/(R2+Xc2)
この時のプラズマインピーダンスの大きさは(c2+d2)0.5 で計算することができる。したがって、第一の実施例に加え付着膜の厚みを計測する機能を付加すれば、処理室内壁に付着物が付着してしまいプラズマの状態が変化してしまう場合であっても正確にプラズマインピーダンスを計算することができ、プラズマの状態をモニタすることができる。また、ウエハの電位はウエハ電位プローブにより直接測定するか、電流・電圧プローブの測定結果と等価回路モデルにより計算で求めることができるために、これらの情報にもとづきウエハの電位を制御すればウエハに入射するイオンのエネルギを制御することができる。
FIG. 4 shows the configuration of the second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows an equivalent circuit model from the high frequency power source (more precisely, current / voltage probe) to the ground via the wafer stage in the second embodiment. In this embodiment, the process is performed in a process in which the adhesion film 65 adheres to the inner wall of the vacuum chamber. Because of the adhesion film, the impedance from the wafer to the ground changes, so that the plasma impedance cannot be accurately obtained by the method of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, in order to obtain the impedance of the deposited film, in addition to the apparatus configuration of the first embodiment, a film thickness probe 63 for measuring the plasma potential during processing, and a signal such as a potential measured by the film thickness probe 63. Is provided with an arithmetic circuit 64 for calculating the film thickness based on the above. The film thickness probe 63 and the arithmetic circuit 64 constitute a film thickness probe unit. Note that the arithmetic circuit 64 may be provided in the
Ztotal = (c + R * Xc 2 / (R 2 + Xc 2 ))
+ (D−Zm−R 2 * Xc / (R 2 + Xc 2 )) j
Since this is the same as the impedance measured by the current / voltage probe, the real and imaginary components can be compared to obtain the values of c and d from the following equations. The impedance at the exit of the matching box can be expressed as follows when expressed as a + bj as in the first embodiment.
a = Z / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 ,
b = Z * tanθ / (1+ (tanθ) 2 ) 0.5
Z = Ve / Ie
Therefore, c and d are obtained by comparing the real number component and the imaginary number component and solving the lowering equation.
Z / (1+ (tan θ) 2 ) 0.5 = c + R * Xc 2 / (R 2 + Xc 2 )
Z * tanθ / (1+ (tanθ) 2 ) 0.5 = d−Zm−R 2 * Xc / (R 2 + Xc 2 )
The magnitude of the plasma impedance at this time can be calculated by (c 2 + d 2 ) 0.5 . Therefore, by adding the function of measuring the thickness of the deposited film in addition to the first embodiment, the plasma impedance can be accurately measured even when the deposits adhere to the processing chamber wall and the plasma state changes. Can be calculated and the state of the plasma can be monitored. In addition, the potential of the wafer can be directly measured by the wafer potential probe or can be obtained by calculation based on the measurement result of the current / voltage probe and the equivalent circuit model. Therefore, if the potential of the wafer is controlled based on this information, the wafer potential can be controlled. The energy of incident ions can be controlled.
以上の方法によりウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを求め、利用するまでの流れを示すフローチャートを図15に示す。まず、膜厚プローブ63の出力に基づき、処理室内壁に付着したデポ膜の厚みを測定する(ステップ150)。次に、デポ膜のインピーダンスを計算する(ステップ151)。次に、等価回路モデルを決定するステップ
152)。次に、電流・電圧プローブからプラズマ,デポ膜を介してアースまでの合成インピーダンスを計算する(ステップ153)。次に、電流・電圧プローブを用いてウエハ電位の波形Vw(t),ウエハステージの電流の波形Ie(t)を測定し、位相差を求める
(ステップ154)。次に、電流・電圧プローブの位置でのインピーダンスを計算する
(ステップ155)。次に、先に計算しておいた合成インピーダンスとステップ155で求めたインピーダンスを比較してプラズマインピーダンスZp、ウエハ電位Vwを計算する(ステップ156)。最終的には、利用者の判断により決定されるべきものであるが、ウエハ電位VwとプラズマインピーダンスZpを監視する場合には表示部80に表示し
(ステップ157)、プロセスパラメータを制御する場合にはプロセスパラメータの制御装置82に情報を送りプロセスパラメータを制御する(ステップ158)。
FIG. 15 is a flowchart showing a flow from obtaining the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp by the above method to using them. First, based on the output of the film thickness probe 63, the thickness of the deposition film adhering to the processing chamber inner wall is measured (step 150). Next, the impedance of the deposition film is calculated (step 151). Next, an equivalent circuit model is determined (step 152). Next, the combined impedance from the current / voltage probe to the ground through the plasma and deposition film is calculated (step 153). Next, a wafer potential waveform Vw (t) and a wafer stage current waveform Ie (t) are measured using a current / voltage probe to obtain a phase difference (step 154). Next, the impedance at the position of the current / voltage probe is calculated (step 155). Next, the plasma impedance Zp and the wafer potential Vw are calculated by comparing the previously calculated synthetic impedance and the impedance obtained in step 155 (step 156). Eventually, it should be determined by the user's judgment. When the wafer potential Vw and the plasma impedance Zp are monitored, they are displayed on the display unit 80 (step 157), and the process parameters are controlled. Sends information to the
したがって、本実施例では第一の実施例と同様にプラズマインピーダンスをもとに各種の処理パラメータを制御することができ、再現性の良い製造装置を提供することができる。また、この処理方法で製造された製品は第一の実施例同様、低価格で性能が安定しているという特徴がある。 Therefore, in this embodiment, various processing parameters can be controlled based on the plasma impedance as in the first embodiment, and a manufacturing apparatus with good reproducibility can be provided. In addition, the product manufactured by this processing method is characterized by low price and stable performance as in the first embodiment.
さらに、本実施例の場合に期待できる第一の実施例とは異なる効果を説明する。処理室内壁に膜が付着するプロセスでは、処理を重ねていくと膜の厚みが徐々に厚くなっていく。この膜はある一定の厚みに達すると膜応力により剥がれ落ち、これがウエハ上に乗ると製品不良を引き起こすことがあり問題となる。これに対して、本実施例に示す方法で付着膜の厚みを監視すれば、クリーニング時期を容易に決定可能となり、異物により製品不良を出さずにすむ効果がある。 Furthermore, effects different from those of the first embodiment that can be expected in the case of this embodiment will be described. In a process in which a film adheres to the inner wall of the processing chamber, the thickness of the film gradually increases as the processing is repeated. When this film reaches a certain thickness, it peels off due to the film stress, and when this film gets on the wafer, it may cause a product defect. On the other hand, if the thickness of the adhesion film is monitored by the method shown in this embodiment, the cleaning time can be easily determined, and there is an effect that the product defect is not caused by the foreign matter.
次に図6に本発明の第三の実施例の構成を示す。本実施例では、第一の実施例のウエハステージの周囲を囲うようにサセプタ45を配置した構成となっている。このサセプタ
45はセラミックス製のカバーの表面にドーナツ状のシリコンプレート46をプラズマ4に対向する面に取り付けた構成となっている。また、シリコンプレート46は他の部品と電気的に絶縁47された給電棒48に接続されており、真空チャンバの外部に設けられた容量可変コンデンサ49を介してマッチングボックス14出口の給電部に接続されている。また、シリコンプレートの裏面側には電気的に接続した端子50が設けてあり、この端子50は他の部品と電気的に絶縁されたソケット部51を有するサセプタ電位プローブ
66に連結し、真空チャンバの外側に引き出され第一の実施例同様コンピュータ18に取り込まれる。したがって、このサセプタ電位プローブの芯線の電位を電圧計で計測すれば処理中のシリコンプレート46の電圧を測定することができる。また、シリコンプレートの電圧を測定するためにはこのような構成とするほかに、シリコンプレートに連結した給電棒48の電圧を計測してもよい。サセプタ表面にシリコンプレートを配置する理由は、酸化膜のエッチング処理などでフッ素系のガスを使用した場合に、ウエハ面内に発生するフッ素ラジカル分布の不均一を解消するためである。すなわち、プラズマ中のフッ素ラジカルがウエハ中のシリコンと反応してエッチングが進行しているわけであるが、実際にウエハが存在している領域とサセプタのようにシリコンが存在していない領域では消費されるフッ素ラジカルの量に差があるため、ウエハの中心付近と外周付近ではフッ素ラジカルの量が異なりエッチングレートに差が出てしまうのである。そこで、サセプタ上にもシリコンを配置することにより、フッ素ラジカルをウエハの存在する領域と同程度消費して均一分布とするのである。52は給電棒に高周波電圧を印加したことにより異常放電が発生しないようにするためのアース部材である。
Next, FIG. 6 shows the configuration of the third embodiment of the present invention. In this embodiment, a susceptor 45 is arranged so as to surround the periphery of the wafer stage of the first embodiment. The susceptor 45 has a structure in which a donut-shaped silicon plate 46 is attached to the surface facing the
本実施例ではウエハ中心領域と外周付近のフッ素ラジカルの分布を積極的に制御するために、コンデンサ49の容量を変化させてマッチングボックスから供給されるバイアス電力をウエハステージとサセプタ上のシリコンプレートに適切に分配している。以下に本実施例でのウエハ上のプラズマインピーダンスの求めかたと、バイアス電力の分配方法を説明する。
In this embodiment, in order to positively control the distribution of fluorine radicals in the wafer central region and the outer periphery, the bias power supplied from the matching box by changing the capacitance of the
図7に本発明の第三の実施例の等価回路モデル図を示す。本等価回路モデルではアース部材52やシリコンプレート46を追加したために第一の実施例の等価回路モデルよりも若干複雑になっている。例えば、53は電極とアース部材間に存在している空間の静電容量成分、54はシリコンプレートに連結した容量可変のコンデンサ49の容量成分、55はウエハとシリコンプレート46間の静電容量成分である。これらの静電容量成分40,53,55の値は実際の装置構成で、ウエハステージに印加するバイアス電圧と同じ周波数の高周波電圧を印加した場合について容量センサを用いて実験により求めることができる。本実施例では実際に容量を測定したところ、800kHz時には40は3nF、53は0.3nF、55は0.1nFであった。このような等価回路をあらかじめ把握している場合、ウエハ上のプラズマインピーダンス56Zwとシリコンプレート上のプラズマインピーダンス57Zsは以下に示す手順で計算できる。まず、マッチングボックスの出口と電極の間に設けられた電流・電圧プローブ17により、電極の電圧(この場合はウエハステージの電位に等しい)43の波形Ve(t)とマッチングボックスから流れ出ている電流44の波形Ie(t)を測定する。次に、第一の実施例のプローブと同一のウエハ電位プローブ24を用いて処理中のウエハ電圧波形Vw(t)を測定する。また、端子50の電圧を電圧計により測定することで処理中のシリコンプレートの電位58の波形Vs(t)が求まる。電流44Ie(t)の内、シリコンプレート側に流れ込む電流59Is(t)は、コンデンサ54のインピーダンスをZcとすると下式で求められる。
Is(t)=(Vs(t)−Ve(t))/Zc
ここで、インピーダンスZcはバイアス電圧の周波数とコンデンサ54の容量から容易に計算できる。また、容量53を介してアースに流れる電流は、容量53のインピーダンスをZとすると、Ve(t)/Zで計算できる。
FIG. 7 shows an equivalent circuit model diagram of the third embodiment of the present invention. In this equivalent circuit model, since the ground member 52 and the silicon plate 46 are added, the equivalent circuit model is slightly more complicated than the equivalent circuit model of the first embodiment. For example, 53 is a capacitance component of the space existing between the electrode and the ground member, 54 is a capacitance component of the
Is (t) = (Vs (t) −Ve (t)) / Zc
Here, the impedance Zc can be easily calculated from the frequency of the bias voltage and the capacitance of the
したがって、電流44Ie(t)の内、ウエハ側に流れる電流値60Iw(t)は下式で求められる。
Iw(t)=Ie(t)−Is(t)−Ve(t)/Z
また、ウエハとシリコンプレート間で流れる電流61Iws(t)はウエハとシリコンプレート間のインピーダンスをZwsとすると下式で求められる。
Iws(t)=(Vw(t)−Vs(t))/Zws
以上より、ウエハ上のプラズマインピーダンス56Zwとシリコンプレート上のプラズマインピーダンス57Zsに流れ込む電流値62Izw(t),63Izs(t)は下式のように求められる。
Izw(t)=Iw(t)−Iws(t)
Izs(t)=Is(t)+Iws(t)
また、電圧Vw(t),Vs(t)はそれぞれ測定されているので、Zw,Zsはそれぞれ下式で求められる。
Zw=Vw(t)/Izw(t)
Zs=Vs(t)/Izs(t)
また、本構成では容量可変コンデンサ54の容量を変化させることによりウエハとシリコンプレートに印加されるバイアス電力を任意に変化させることができる。したがって、酸化膜のエッチングではフッ素ラジカルの消費を制御することができるのでエッチングのウエハ面内分布を制御することができる。また、処理中のウエハとシリコンプレートの電位とプラズマを介したアースまでのインピーダンスを同時に計測することできるので、この信号をもとにエッチング条件を制御することが可能となる。
Accordingly, the current value 60Iw (t) flowing on the wafer side in the current 44Ie (t) is obtained by the following equation.
Iw (t) = Ie (t) −Is (t) −Ve (t) / Z
Further, the current 61Iws (t) flowing between the wafer and the silicon plate can be obtained by the following equation when the impedance between the wafer and the silicon plate is Zws.
Iws (t) = (Vw (t) −Vs (t)) / Zws
From the above, the current values 62Izw (t) and 63Izs (t) flowing into the plasma impedance 56Zw on the wafer and the plasma impedance 57Zs on the silicon plate can be obtained as follows.
Izw (t) = Iw (t) −Iws (t)
Izs (t) = Is (t) + Iws (t)
Further, since the voltages Vw (t) and Vs (t) are measured, Zw and Zs can be obtained by the following equations, respectively.
Zw = Vw (t) / Izw (t)
Zs = Vs (t) / Izs (t)
In the present configuration, the bias power applied to the wafer and the silicon plate can be arbitrarily changed by changing the capacitance of the
以上の方法によりプラズマインピーダンスZwとZs、およびウエハ電位Vwとサセプタ電位Vsを求め、利用するまでの流れを示すフローチャートを図16に示す。まず、図7に示す本実施例における等価回路モデルを決定する(ステップ160)。次に、ウエハ電位プローブとサセプタ電位プローブ、および電流・電圧プローブによりウエハの電圧波形Vw(t)とサセプタの電圧波形Vs(t)、およびウエハステージの電流波形Ie(t),電圧波形Ve(t)を測定する(ステップ161)。次に、ウエハからプラズマに流れ込む電流波形Izw(t)とサセプタからプラズマに流れ込む電流波形Izs(t)を計算する
(ステップ162)。次に、プラズマインピーダンスZw,Zsを計算する(ステップ
163)。最終的には、利用者の判断により決定されるべきものであるが、ウエハ電位
Vwとサセプタ電位Vs、およびプラズマインピーダンスZw,Zsを監視する場合には表示部80に表示し(ステップ165)、プロセスパラメータを制御する場合にはプロセスパラメータの制御装置82に情報を送りプロセスパラメータを制御する(ステップ166)。
FIG. 16 is a flowchart showing the flow from obtaining the plasma impedances Zw and Zs, the wafer potential Vw and the susceptor potential Vs by the above method until they are used. First, an equivalent circuit model in this embodiment shown in FIG. 7 is determined (step 160). Next, a wafer voltage waveform Vw (t), a susceptor voltage waveform Vs (t), a wafer stage current waveform Ie (t), and a voltage waveform Ve () by a wafer potential probe, a susceptor potential probe, and a current / voltage probe. t) is measured (step 161). Next, a current waveform Izw (t) flowing from the wafer into the plasma and a current waveform Izs (t) flowing from the susceptor into the plasma are calculated (step 162). Next, plasma impedances Zw and Zs are calculated (step 163). Eventually, it should be determined by the user's judgment, but when the wafer potential Vw, the susceptor potential Vs, and the plasma impedances Zw and Zs are monitored, they are displayed on the display unit 80 (step 165). When the process parameters are controlled, information is sent to the process
フッ素系のガスを用いて酸化膜のエッチングを行っていた場合に、実際に適用した一例を説明する。処理中のウエハ電位,シリコンプレート電位,ウエハ上のプラズマインピーダンス,シリコンプレート上のプラズマインピーダンスを同時にモニタしながらエッチング処理を連続して行っていたところ、ある処理枚数経過後からシリコンプレートの電位が徐々に上昇する現象がみられた。過去の経験から、電位が上昇しはじめた処理枚数程度ではシリコンプレートに僅かずつではあるがデポ物が付着している可能性が高いことがわかっていたので、この場合容量可変コンデンサの容量を大きくして、電極に印加した高周波バイアスの内シリコンプレートにより大きな電力を投入させてデポ物をクリーニングした。その結果、通常の処理条件にすばやく復帰することができた。この例では、従来の方法ではエッチング不良が発生してから初めて原因を調査し、対策するという手順を踏んでいたために、時間がかかるほか無駄になったウエハのコストが製造コストに影響する問題があったが、本実施例ではエッチングをしながらエッチングの進行状況を把握することができ、すばやく対応できる利点がある。したがって、装置稼働率が高く製造コストも低く押さえることが可能となる。 An example of actual application when an oxide film is etched using a fluorine-based gas will be described. The wafer potential during processing, the silicon plate potential, the plasma impedance on the wafer, and the plasma impedance on the silicon plate were monitored at the same time, and the etching process was performed continuously. Ascending phenomenon was observed. From past experience, it has been known that there is a high possibility that deposits are attached to the silicon plate even if the number of treatments starts to increase, but in this case the capacitance of the variable capacitor is increased. Then, a large amount of electric power was applied to the silicon plate of the high frequency bias applied to the electrode to clean the deposit. As a result, it was possible to quickly return to normal processing conditions. In this example, in the conventional method, the cause was investigated for the first time after the occurrence of etching failure, and the procedure to take countermeasures was taken, so it took time and the cost of wasted wafers affected the manufacturing cost. However, in this embodiment, there is an advantage that the progress of etching can be grasped while performing the etching, and it can be dealt with quickly. Therefore, the apparatus operating rate is high and the manufacturing cost can be kept low.
さらに、エッチング中のプラズマインピーダンスや、ウエハやシリコンサセプタの電圧をモニタしていて急激な変化を観察した場合には何らかの問題が発生している可能性が高いが、このような場合にもすぐに装置を停止させるなどの処置を行うことができるのでウエハの無駄を最小限に押さえることができる。すなわち装置稼働率を向上させ、製造コストを低減する効果を期待することができる。 Furthermore, if the plasma impedance during etching or the voltage of the wafer or silicon susceptor is monitored and abrupt changes are observed, there is a high possibility that some problem has occurred. Since measures such as stopping the apparatus can be performed, it is possible to minimize the waste of the wafer. That is, it is possible to expect an effect of improving the apparatus operating rate and reducing the manufacturing cost.
本実施例ではマッチングボックス出口からのウエハステージとシリコンプレートへのバイアス電力の分配量を制御するのに、容量可変式のコンデンサを使用しているが必ずしもそうである必要はない。例えば、ウエハステージへバイアス電圧を印加する電源とは異なる別の電源を用いてバイアス電圧を印加することも可能である。ただし、プロセス制御の観点からウエハステージに印加するバイアス電圧とシリコンプレートに印加するバイアス電圧の位相をそろえる必要がある場合には、別に位相制御器を設けて位相を一致させることも可能である。 In this embodiment, a variable-capacitance type capacitor is used to control the amount of bias power distributed from the matching box outlet to the wafer stage and the silicon plate, but this need not necessarily be the case. For example, it is possible to apply the bias voltage using a power source different from the power source that applies the bias voltage to the wafer stage. However, if it is necessary to align the phases of the bias voltage applied to the wafer stage and the bias voltage applied to the silicon plate from the viewpoint of process control, it is possible to provide a phase controller and match the phases.
以上の実施例の説明では、ウエハの電位もしくはウエハからアースまでのインピーダンス、もしくはサセプタの電圧とサセプタからアースまでのインピーダンスをモニタし、異常発生の検出やウエハステージとサセプタ上のシリコンプレートのいずれか、もしくは両方に印加する高周波電力を制御していたが、必ずしもこれに限られるわけではない。例えば、エッチングレートやウエハ面内のエッチングレート分布,真空チャンバに堆積したデポ膜の厚み,ウエハの静電チャックによる吸着の状態,素子ダメージの発生、などの現象とウエハ電位やプラズマインピーダンスとの相関をあらかじめ把握しておけば、ウエハの処理中のウエハ電位やプラズマインピーダンスと逐一比較することにより積極的にエッチングパラメータを変更したり、クリーニング時期を決定することができる。したがって、歩留まりの向上,製造コスト低減の効果が期待できる。 In the description of the above embodiments, either the wafer potential or the impedance from the wafer to the earth, or the susceptor voltage and the impedance from the susceptor to the earth is monitored, and any of the silicon plate on the wafer stage and the susceptor is detected. Alternatively, the high-frequency power applied to both is controlled, but the present invention is not necessarily limited to this. For example, the correlation between the wafer potential and plasma impedance, such as the etching rate, the etching rate distribution in the wafer surface, the thickness of the deposited film deposited in the vacuum chamber, the state of adsorption of the wafer by the electrostatic chuck, the occurrence of device damage, etc. As a result, it is possible to positively change the etching parameters and determine the cleaning time by comparing with the wafer potential and plasma impedance during the wafer processing. Therefore, it can be expected to improve the yield and reduce the manufacturing cost.
なお本実施例では、第一の実施例や第二の実施例で示したように、Zs,Zwを裏面から電圧42,58を測定することなく等価回路モデルから計算で求めることはできない。理由はZwとZsの実数成分,虚数成分が2個ずつ合計4個あるのに対し、Ve43と
Ie44を測定したポイントの実数成分と虚数成分が各1個ずつしか得られないためである。しかし、実用上は例えばZwとZsをプラズマに対向する面積の比で配分するなどの仮定をすることにより簡易的に計算することができる。この場合第一,第二の実施例で説明したように全体の合成インピーダンスを計算でもとめ、これをVe,Ieの測定ポイントでのインピーダンスと比較することで計算できる。このようにすれば、ウエハの電圧やシリコンプレートの電圧を直接測定する必要がないのでよりクリーンなモニタ方法を提供することができる。
In this embodiment, as shown in the first and second embodiments, Zs and Zw cannot be calculated from the equivalent circuit model without measuring the voltages 42 and 58 from the back surface. The reason is that there are a total of four real components and two imaginary components of Zw and Zs, whereas only one real component and one imaginary component of the points at which Ve43 and Ie44 are measured can be obtained. However, practically, it can be simply calculated by assuming that, for example, Zw and Zs are distributed by the ratio of the area facing the plasma. In this case, as described in the first and second embodiments, the total combined impedance can be calculated and compared with the impedances at the measurement points Ve and Ie. In this way, since it is not necessary to directly measure the voltage of the wafer or the voltage of the silicon plate, a cleaner monitoring method can be provided.
図8に本発明の第四の実施例の構成を示す。図9は、第四実施例における、高周波電源(正確には電流・電圧プローブ)からウエハステージを介したアースまでの等価回路モデルを示す。本実施例では真空チャンバの内壁に第二の実施例と同様に付着膜65が付着するプロセスを実施している。そこで第二の実施例と同様の理由で、本実施例では付着膜のインピーダンスを求めるため、第三の実施例の装置構成に加え、真空チャンバ内壁に付着した膜の膜厚を測定する膜厚プローブ63,演算回路64を設けている。膜厚プローブを用いれば膜厚を測定することができ、第二の実施例で説明したのと同じ手順により容量
CmとインピーダンスZmを計算することができる。したがって、第三の実施例の等価回路モデルに容量Cmを追加して計算することにより、ウエハ上のプラズマインピーダンスとサセプタ上のプラズマインピーダンスを計算することができる。
FIG. 8 shows the configuration of the fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 shows an equivalent circuit model from the high frequency power source (more precisely, current / voltage probe) to the ground via the wafer stage in the fourth embodiment. In this embodiment, a process is performed in which the adhesion film 65 adheres to the inner wall of the vacuum chamber as in the second embodiment. Therefore, for the same reason as in the second embodiment, in this embodiment, in order to determine the impedance of the deposited film, in addition to the apparatus configuration of the third embodiment, the thickness of the film deposited on the inner wall of the vacuum chamber is measured. A probe 63 and an arithmetic circuit 64 are provided. If a film thickness probe is used, the film thickness can be measured, and the capacitance Cm and impedance Zm can be calculated by the same procedure as described in the second embodiment. Therefore, the plasma impedance on the wafer and the plasma impedance on the susceptor can be calculated by adding the capacitance Cm to the equivalent circuit model of the third embodiment.
したがって、付着膜の厚みを計測する機能を付加すれば、処理室内壁に付着物が付着してしまいプラズマの状態が変化してしまう場合であっても正確にプラズマインピーダンスを計算することができ、プラズマの状態をモニタすることができる。また、ウエハの電位とサセプタの電位は電位プローブにより直接測定するか、電流・電圧プローブの測定結果と等価回路モデルにより計算で求めることができるために、ウエハに入射するイオンのエネルギを制御することができる。 Therefore, if the function of measuring the thickness of the deposited film is added, the plasma impedance can be accurately calculated even when the deposits adhere to the processing chamber wall and the plasma state changes. The state of the plasma can be monitored. In addition, the wafer potential and the susceptor potential can be measured directly with a potential probe, or can be obtained by calculation using the measurement results of an electric current / voltage probe and an equivalent circuit model, so that the energy of ions incident on the wafer can be controlled. Can do.
これまで本発明をドライエッチャに適用した例を用いて説明してきたが、プラズマCVD装置に適用した場合にも大きな効果を期待することができる。例えば、プラズマCVD装置ではウエハ上にプラズマを用いて成膜するために、真空チャンバの内壁にもデポ物が大量に付着する。このデポ物はある一定の厚みを超えると、チャンバ内壁からはがれウエハの異物汚染を引き起こす問題がある。しかし本実施例の方法により処理室内壁に付着した膜の厚みを予測することができるので製品不良をだす前にクリーニング時期を決定することができる。この場合、ウエハを無駄にすることがないので製造コストを低く押さえることが可能となる。また、ウエハ電位とプラズマインピーダンスを精度よくモニタできるので、これをもとに印加する高周波電圧を制御すればウエハに入射するイオンエネルギを制御できるので再現性の良いエッチングを実現することができる。これにより、歩留まりの向上が期待でき、結果コストの削減の効果がある。 Although the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to a dry etcher, a great effect can be expected when applied to a plasma CVD apparatus. For example, since a plasma CVD apparatus forms a film on a wafer using plasma, a large amount of deposits adhere to the inner wall of the vacuum chamber. If this deposit exceeds a certain thickness, there is a problem that it peels off the inner wall of the chamber and causes contamination of the wafer. However, since the thickness of the film adhering to the processing chamber wall can be predicted by the method of this embodiment, the cleaning time can be determined before the product defect is produced. In this case, since the wafer is not wasted, the manufacturing cost can be kept low. In addition, since the wafer potential and plasma impedance can be accurately monitored, the ion energy incident on the wafer can be controlled by controlling the high-frequency voltage applied based on this, so that etching with good reproducibility can be realized. As a result, an improvement in yield can be expected, and the resulting cost can be reduced.
1…処理ガス、2…高周波電源、3…コイル、4…プラズマ、5…半導体ウエハ、6…ウエハステージ、7…誘電膜、8…電極、9…絶縁板、10…真空チャンバ、11…フランジ、12,48…給電棒、13…高周波電源、14…マッチングボックス、15,20…コイル、16…容量可変コンデンサ、17…電流・電圧プローブ、18…コンピュータ、19…直流電源、21…カバー、22…ターボ分子ポンプ、23…ドライポンプ、24…ウエハ電位プローブ、25…フランジ、26…メスネジ、27…端子、28…オスネジ、29,70…Oリング、30…フランジ上部内面、31…ナット、32…連結棒、33…ソケット、34…ばね止め、35…コイルばね、36…触針、37…アース、38…プラズマインピーダンス、39…誘電膜の抵抗成分、40…誘電膜の容量成分、41…ブロッキングコンデンサ、42…ウエハの電位、43…電極の電圧、44,59,60,61,72,73…電流、45…サセプタ、46…シリコンプレート、47…絶縁、49…容量可変コンデンサ、50…端子、51…ソケット、52…アース部材、53…電極とアース部材間の静電容量、54…容量可変コンデンサ、55…ウエハとシリコンプレート間の静電容量、56…ウエハ上のプラズマインピーダンス、57…シリコンプレート上のプラズマインピーダンス、58…シリコンプレート電位、62…絶縁筒、63…膜厚プローブ、64…演算回路、65…付着膜、66…サセプタ電位プローブ、67…付着膜の静電容量、68…絶縁パイプ、69…芯線、71…絶縁パイプ、80…表示部、82…パラメータの制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
真空処理室内にプラズマを発生させるユニットと、
前記真空処理室内に導入する半導体ウエハを保持するためのウエハステージと、
前記ウエハステージに高周波電圧を印加するための高周波電源と、
前記高周波電源からウエハステージに印加される電圧と電流を測定する電流・電圧プローブと、
前記電流・電圧プローブを用いて前記半導体ウエハの電位の波形と前記ウエハステージの電流波形とを測定し位相差を求めることにより前記電流・電圧プローブの位置でのインピーダンスを求め、該求めたインピーダンスとあらかじめ用意しておいた前記電流・電圧プローブから前記ウエハステージを介したアースまでの等価回路モデルの合成インピーダンスとを演算処理して、前記半導体ウエハからプラズマを介したアースまでのインピーダンスを算出する算出部と、
該算出したインピーダンスに基づく処理を行う処理部とを備えることを特徴とする半導体製造装置。 In a semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer,
A unit for generating plasma in the vacuum processing chamber;
A wafer stage for holding a semiconductor wafer to be introduced into the vacuum processing chamber;
A high-frequency power source for applying a high-frequency voltage to the wafer stage;
A current / voltage probe for measuring the voltage and current applied to the wafer stage from the high-frequency power source;
The impedance at the position of the current / voltage probe is determined by measuring the waveform of the potential of the semiconductor wafer and the current waveform of the wafer stage using the current / voltage probe to obtain a phase difference, and the obtained impedance Calculation to calculate the impedance from the semiconductor wafer to the ground via the plasma by processing the synthesized impedance of the equivalent circuit model from the current / voltage probe to the ground via the wafer stage prepared in advance And
A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a processing unit that performs processing based on the calculated impedance.
電流・電圧プローブを用いて前記半導体ウエハの電位の波形と前記ウエハステージの電流波形とを測定し位相差を求めることにより前記電流・電圧プローブの位置でのインピーダンスを求め、該求めたインピーダンスとあらかじめ用意しておいた前記電流・電圧プローブから前記ウエハステージを介したアースまでの等価回路モデルの合成インピーダンスとを演算処理して、前記半導体ウエハからプラズマを介したアースまでのインピーダンスを算出するステップと、
該算出したインピーダンスに基づく処理を行うステップとを備えることを特徴とする半導体処理方法。
In a semiconductor manufacturing apparatus comprising a unit for generating plasma in a vacuum processing chamber, a wafer stage for holding a semiconductor wafer introduced into the vacuum processing chamber, and a high-frequency power source for applying a high-frequency voltage to the wafer stage, A method for processing a semiconductor wafer includes:
The current / voltage probe is used to measure the potential waveform of the semiconductor wafer and the current waveform of the wafer stage, and the phase difference is obtained to obtain the impedance at the position of the current / voltage probe. Calculating the impedance from the semiconductor wafer to the ground via the plasma by performing arithmetic processing on the synthesized impedance of the equivalent circuit model from the prepared current / voltage probe to the ground via the wafer stage; and ,
And a step of performing processing based on the calculated impedance.
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