JP2007214254A - Manufacturing method for semiconductor device and plasma treatment equipment - Google Patents

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JP2007214254A JP2006030930A JP2006030930A JP2007214254A JP 2007214254 A JP2007214254 A JP 2007214254A JP 2006030930 A JP2006030930 A JP 2006030930A JP 2006030930 A JP2006030930 A JP 2006030930A JP 2007214254 A JP2007214254 A JP 2007214254A
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Hirotoshi Ise
博利 伊勢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide plasma treatment equipment capable of detecting the change of a plasma generating state with a high sensibility, and a manufacturing method for a semiconductor device using the plasma treatment equipment. <P>SOLUTION: The plasma treatment equipment generates a plasma in a chamber 11 through an impedance matching by a matching box 14 from an output from a high-frequency power supply 13. A semiconductor wafer W is plasma-treated while sampling the position voltages of variable capacitors C1 and C2 in the matching box 14 automatically adjusted with the impedance matching by using the plasma treatment equipment. The differential value of the position voltages among continuous sampling points is evaluated by a Δ monitor 18b while using the position voltage collected in a section actually conducting a device process in the position voltages collected at each sampling point as an object, and the standard deviation is evaluated in the position voltages collected by σ monitor section 18c. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ処理装置の監視を含んだ半導体装置の製造方法およびそれに用いられるプラズマ処理装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a plasma processing apparatus, and more particularly to a semiconductor device manufacturing method including monitoring of a plasma processing apparatus and a technique effective when applied to a plasma processing apparatus used therefor.

特開2005−259941号公報(特許文献1)には、マッチング機構における電気的物理量を用いて異常放電を検知するスパッタエッチング装置が記載されている。具体的には、各半導体ウエハの処理毎に、マッチング機構に含まれる高周波ロード電圧、RFチューン電圧、電極電圧の最大値と最小値を記録し、多数の半導体ウエハの処理に伴いこの最大値と最小値を随時平均化していき、その都度それぞれの平均値に所定電圧を上乗せした値を異常放電の判定基準となる電圧閾値として設定する。この電圧閾値を設定した後の半導体ウエハの処理時に、前述したマッチング機構の電気的物理量の最大値と最小値が、設定した電圧閾値を超えた場合が異常とみなされる。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-259941 (Patent Document 1) describes a sputter etching apparatus that detects abnormal discharge using an electrical physical quantity in a matching mechanism. Specifically, for each semiconductor wafer process, the maximum and minimum values of the high-frequency load voltage, RF tune voltage, and electrode voltage included in the matching mechanism are recorded. The minimum value is averaged as needed, and a value obtained by adding a predetermined voltage to each average value is set as a voltage threshold value that is a criterion for abnormal discharge determination. When the semiconductor wafer is processed after the voltage threshold is set, the case where the maximum and minimum values of the electrical physical quantity of the matching mechanism described above exceed the set voltage threshold is regarded as abnormal.

特開2003−234332号公報(特許文献2)には、プラズマ処理装置の上部電極や下部電極のバイアス電圧を監視し、このバイアス電圧の変化量によってプラズマの異常を検出するプラズマ処理装置の監視装置が記載されている。特開2004−363405号公報(特許文献3)には、各半導体ウエハ毎に高周波電源から出力された電気的信号の平均値を算出し、この平均値の変化を表す基準式や、各半導体ウエハの処理間の時間間隔を反映した補正式を算出することで、異常を検出するプラズマ処理装置の異常検出方法が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2003-234332 (Patent Document 2) monitors a bias voltage of an upper electrode and a lower electrode of a plasma processing apparatus, and detects a plasma abnormality based on a change amount of the bias voltage. Is described. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-363405 (Patent Document 3) calculates an average value of electrical signals output from a high-frequency power source for each semiconductor wafer, and represents a reference expression representing a change in the average value, and each semiconductor wafer. An abnormality detection method for a plasma processing apparatus that detects an abnormality by calculating a correction formula that reflects the time interval between the processes is described.

特開平10−74734号公報(特許文献4)には、プラズマのインピーダンスの変化を検出することで異常放電をモニタするプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法が記載されている。特開2001−319922号公報(特許文献5)には、プラズマの異常放電による発光をチャンバ壁部の窓からカメラ等で計測し、このカメラ等による二次元画像を処理手段により処理することで異常放電の発生およびその発生位置を特定する異常放電検出装置が記載されている。特開平7−326489号公報(特許文献6)には、スパッタリング装置のチャンバのプラズマ発生空間に浮遊電極を設け、この浮遊電極に発生した電位を電圧計等で計測することによりプラズマの異常を検出する放電検出機が記載されている。
特開2005−259941号公報 特開2003−234332号公報 特開2004−363405号公報 特開平10−74734号公報 特開2001−319922号公報 特開平7−326489号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-74734 (Patent Document 4) describes a plasma processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method for monitoring abnormal discharge by detecting a change in plasma impedance. In Japanese Patent Laid-Open No. 2001-319922 (Patent Document 5), light emission due to abnormal discharge of plasma is measured by a camera or the like from a window on a chamber wall, and a two-dimensional image by the camera or the like is processed by a processing means. An abnormal discharge detection device that specifies the occurrence of a discharge and the generation position thereof is described. In JP-A-7-326489 (Patent Document 6), a floating electrode is provided in a plasma generation space of a chamber of a sputtering apparatus, and the potential generated in the floating electrode is measured with a voltmeter or the like to detect an abnormality in the plasma. A discharge detector is described.
JP 2005-259941 A JP 2003-234332 A JP 2004-363405 A JP-A-10-74734 JP 2001-319922 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-326489

近年、半導体装置の微細化が進み、益々高精度なデバイスプロセスが求められている。デバイスプロセスでは、成膜、エッチング、アッシングといった処理が繰り返し行われ、これらの処理において、様々なプラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置では、使用期間の経過に伴いチャンバ内に付着物が発生したり、各種部品が消耗・劣化することなどによってプラズマ発生状態に変化が生じることが知られている。したがって、高精度なデバイスプロセスを実現するためには、このプラズマ発生状態の変化を高感度で検出することが求められる。   In recent years, miniaturization of semiconductor devices has progressed, and highly accurate device processes are required. In the device process, processes such as film formation, etching, and ashing are repeatedly performed, and various plasma processing apparatuses are used in these processes. In plasma processing apparatuses, it is known that deposits are generated in the chamber as the usage period elapses, and the plasma generation state changes due to consumption and deterioration of various components. Therefore, in order to realize a highly accurate device process, it is required to detect the change in the plasma generation state with high sensitivity.

また、プラズマ発生状態の変化に伴い、所謂異常放電と呼ばれるものが発生することがある。異常放電が発生すると、例えば半導体ウエハ上に異物が混入するなどの現象が起こり、これによって不良製品が作り込まれることになる。異常放電は、一度発生すると以降継続して発生する場合が多く、この発見が遅れると大量の不良製品を作り込み、甚大な被害を被ってしまう。このような不良製品の作り込みを防止するためには、プラズマ発生状態の変化を高感度で検出し、異常放電又はその予兆を早期に発見することが求められる。   Moreover, what is called abnormal discharge may occur with changes in the plasma generation state. When the abnormal discharge occurs, for example, a phenomenon such as foreign matters mixed on the semiconductor wafer occurs, and thereby a defective product is built. Abnormal discharges often occur once after they occur, and if this discovery is delayed, a large number of defective products are produced, resulting in considerable damage. In order to prevent the creation of such defective products, it is required to detect changes in the plasma generation state with high sensitivity and to detect abnormal discharges or their signs at an early stage.

このようなプラズマ発生状態の変化を検出するためには、例えば、前述した特許文献1〜6のような技術を用いることが考えられる。しかしながら、特許文献2の技術では、例えば、下部電極に備わった静電チャックの影響などによって、検出感度が低下することが懸念される。特許文献3の技術では、異常放電などが高周波電源の電気的信号からは検出できない可能性が考えられる。また、特許文献4の技術では、プラズマインピーダンスの変化(実際上は、チャンバからの反射波)を検出することになるが、実際上、この反射波は、ある程度以下の大きさだとマッチングボックスによって即座に打ち消されるため比較的小さい変化が検出されず、検出感度が低下する恐れがある。   In order to detect such a change in the plasma generation state, for example, it is conceivable to use the techniques described in Patent Documents 1 to 6 described above. However, in the technique of Patent Document 2, there is a concern that the detection sensitivity is lowered due to, for example, the influence of the electrostatic chuck provided in the lower electrode. In the technique of Patent Document 3, there is a possibility that abnormal discharge or the like cannot be detected from an electrical signal of a high-frequency power source. Further, in the technique of Patent Document 4, a change in plasma impedance (in practice, a reflected wave from the chamber) is detected, but in practice, this reflected wave is instantly detected by a matching box if the magnitude is below a certain level. Therefore, a relatively small change is not detected and the detection sensitivity may be reduced.

一方、特許文献1の技術では、マッチングボックスの電気的物理量を用いるため、高感度な検出が可能と考えられる。この技術では、各半導体ウエハの処理毎に高周波ロード電圧等の最大値と最小値が検出され、この2つの値によって各半導体ウエハの処理毎の良否が判定される。しかしながら、この最大値と最小値は、各半導体ウエハの処理内で実質的なデバイスプロセスを行わない時間帯での取得値になることも予想され、必ずしも、実質的なデバイスプロセスに対応したプラズマ発生状態を表したものになるとは限らない。また、最大値と最小値の2つの値によって各半導体ウエハの処理を評価した場合、明らかな異常放電は検出できる可能性が高いが、小さい異常放電や、又はデバイスプロセスの精度に影響を及ぼす程度のプラズマ発生状態の変化は検出困難となる恐れがある。   On the other hand, in the technique of Patent Document 1, it is considered that highly sensitive detection is possible because the electrical physical quantity of the matching box is used. In this technique, a maximum value and a minimum value such as a high-frequency load voltage are detected for each processing of each semiconductor wafer, and pass / fail for each processing of each semiconductor wafer is determined based on these two values. However, it is expected that the maximum and minimum values will be obtained values in a time zone during which no substantial device process is performed within the processing of each semiconductor wafer, and it is not always necessary to generate plasma corresponding to the substantial device process. It does not always represent the state. In addition, when the processing of each semiconductor wafer is evaluated by two values, the maximum value and the minimum value, it is highly possible that an obvious abnormal discharge can be detected, but the degree of influence that affects the small abnormal discharge or the accuracy of the device process. The change in the plasma generation state may be difficult to detect.

そこで、本発明の目的の一つは、プラズマ発生状態の変化を高感度に検出可能なプラズマ処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Accordingly, one object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of detecting a change in plasma generation state with high sensitivity and a method for manufacturing a semiconductor device using the plasma processing apparatus. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明による半導体装置の製造方法は、ウエハ処理容器、高周波電源およびインピーダンス整合を担うマッチングボックスなどを含んだプラズマ処理装置を用いて半導体装置の処理を行うものである。この半導体装置の処理に際しては、マッチングボックスがインピーダンス整合を行う際に自動調整する電気的パラメータを時系列的に取得し、更に、評価開始時点と評価終了時点を決定し、この評価開始時点と評価終了時点の間に取得した時系列的な電気的パラメータを評価対象としてプラズマの発生状態の評価を行う。   The semiconductor device manufacturing method according to the present invention performs processing of a semiconductor device using a plasma processing apparatus including a wafer processing container, a high-frequency power source, and a matching box for impedance matching. When processing this semiconductor device, electrical parameters that are automatically adjusted when the matching box performs impedance matching are acquired in time series, and further, an evaluation start point and an evaluation end point are determined. The plasma generation state is evaluated using the time-series electrical parameters acquired during the end point as evaluation targets.

このように、マッチングボックスの電気的パラメータを用いて評価を行うことでプラズマ発生状態の変化を高感度に検出することが可能となる。更に、評価開始時点と評価終了時点を決定することで、例えば、実際にデバイスプロセスが行われている部分のみを対象にプラズマの発生状態を評価できるため、高精度または信頼性が高い評価が実現可能となる。   In this way, it is possible to detect the change in the plasma generation state with high sensitivity by performing the evaluation using the electrical parameters of the matching box. Furthermore, by determining the evaluation start time and evaluation end time, for example, it is possible to evaluate the plasma generation state only for the part where the device process is actually performed, thus realizing highly accurate or highly reliable evaluation. It becomes possible.

ここで、プラズマの発生状態を評価する際には、例えば、サンプリング周期に基づいて時系列的に取得した各電気的パラメータの値に対して、これらの標準偏差や、連続するサンプリングポイント間での電気的パラメータの変動値(差分値)などを算出し、これらの算出値と予め設定した規格値とを比較判定するとよい。これによって、デバイスプロセス内での大規模な異常放電のみならず、例えば小規模な異常放電などの様々な異常を高感度に検知することが可能となる。   Here, when evaluating the plasma generation state, for example, with respect to the values of each electrical parameter acquired in time series based on the sampling period, these standard deviations or between successive sampling points are used. It is preferable to calculate fluctuation values (difference values) of electrical parameters and to compare and determine these calculated values and preset standard values. As a result, not only large-scale abnormal discharge in the device process but also various abnormalities such as small-scale abnormal discharge can be detected with high sensitivity.

また、プラズマ処理装置の中には、静電チャック機構を備えたものが多いが、このような機構を備えた装置に対しても、前述したような手法を用いることでプラズマの発生状態の変化を高感度に検出することができる。   In addition, many plasma processing apparatuses are equipped with an electrostatic chuck mechanism. However, even with apparatuses equipped with such a mechanism, the plasma generation state can be changed by using the method described above. Can be detected with high sensitivity.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

プラズマ処理装置におけるマッチングボックスの電気的パラメータの値を時系列的に取得し、この取得値の内、評価開始時点と評価終了時点の間の取得値を評価対象とし、この評価対象となる取得値に対して標準偏差や時系列的な差分値を算出して評価することで、プラズマ発生状態の変化を高感度に検出することが可能となる。   The electrical parameter value of the matching box in the plasma processing apparatus is acquired in time series, and the acquired value between the evaluation start time and the evaluation end time among the acquired values is set as the evaluation target. By calculating and evaluating a standard deviation and a time-series difference value, it is possible to detect a change in plasma generation state with high sensitivity.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1によるプラズマ処理装置において、その構成の一例を示す概略図である。図1に示すプラズマ処理装置は、半導体ウエハに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理部10と、このプラズマ処理部10の状態を監視し、監視結果に応じた所望の処理を行う異常監視部18から構成される。プラズマ処理部10は、ウエハ処理容器となるチャンバ11と、チャンバ11内でプラズマを発生させるための高周波電源13(例えば13.56MHz)およびマッチングボックス14と、マッチングボックス14の電気的パラメータを観測するC1ポジションモニタ部15aおよびC2ポジションモニタ部15bなどを含む。更に、プラズマ処理部10は、高周波電源13に向けた反射波を観測するための反射電力(Pr)検出部16と、Pr検出部16で観測結果の異常が発生した際に各種処理を行うエラー処理部17などを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The plasma processing apparatus shown in FIG. 1 includes a plasma processing unit 10 that performs plasma processing on a semiconductor wafer, and an abnormality monitoring unit 18 that monitors the state of the plasma processing unit 10 and performs desired processing according to the monitoring result. Composed. The plasma processing unit 10 observes electrical parameters of a chamber 11 serving as a wafer processing container, a high-frequency power source 13 (for example, 13.56 MHz) for generating plasma in the chamber 11, a matching box 14, and the matching box 14. A C1 position monitor unit 15a and a C2 position monitor unit 15b are included. Further, the plasma processing unit 10 includes a reflected power (Pr) detection unit 16 for observing a reflected wave toward the high frequency power supply 13 and an error for performing various processes when an abnormality in the observation result occurs in the Pr detection unit 16. A processing unit 17 and the like are provided.

チャンバ11は、真空ポンプ(図示せず)に接続される排気口11bや、処理ガスが導入されるガス流入口11aを備え、チャンバ11内には、上部電極12aおよび下部電極12bが設けられる。ここでは、下部電極12bが接地電位GNDに接続され、上部電極12aがマッチングボックス14を介して高周波電源13に接続される構成を例としている。このような構成では、上部電極12aと下部電極12b間にプラズマを発生し、下部電極12b上に搭載した半導体ウエハWに対して所望の処理を行う。このようなプラズマ発生機構は、一般的に容量結合型または平行平板型などと呼ばれている。   The chamber 11 includes an exhaust port 11b connected to a vacuum pump (not shown) and a gas inlet 11a into which a processing gas is introduced. In the chamber 11, an upper electrode 12a and a lower electrode 12b are provided. Here, a configuration in which the lower electrode 12b is connected to the ground potential GND and the upper electrode 12a is connected to the high frequency power source 13 via the matching box 14 is taken as an example. In such a configuration, plasma is generated between the upper electrode 12a and the lower electrode 12b, and a desired process is performed on the semiconductor wafer W mounted on the lower electrode 12b. Such a plasma generation mechanism is generally called a capacitive coupling type or a parallel plate type.

なお、プラズマ発生機構には、平行平板型以外にも様々なものが存在し、代表的なものとして、例えば、誘電コイルを用いる誘電結合型(ICP型)や、2.45GHz等のマイクロ波を用いるECR(Electron Cyclotron Resonance)型などが挙げられる。また、平行平板型においても、高周波電源13が上部電極12aに接続されたものに限らず、下部電極12bに接続されたものもある。本実施の形態1のプラズマ処理装置は、その構成内にマッチングボックス14を備えていればよく、前述したような電極構成やプラズマ発生機構が異なったものに対しても同様に適用可能である。   In addition to the parallel plate type, there are various types of plasma generation mechanisms. Typical examples include a dielectric coupling type (ICP type) using a dielectric coil and a microwave of 2.45 GHz. Examples include ECR (Electron Cyclotron Resonance) type. Further, the parallel plate type is not limited to the high frequency power supply 13 connected to the upper electrode 12a, but may be connected to the lower electrode 12b. The plasma processing apparatus of the first embodiment only needs to include the matching box 14 in its configuration, and can be similarly applied to devices having different electrode configurations and plasma generation mechanisms as described above.

マッチングボックス14は、例えば、高周波電源13の出力と上部電極12aの間に直列接続された可変容量C2およびインダクタL1と、高周波電源13の出力と接地電位GNDの間に接続された可変容量C1とを備える。可変容量C1,C2は、通常、一方が粗調整用であり、他方が微調整用となっている。ここでは、可変容量としたが、例えば、並列の容量は直列のインダクタで置換することが可能であるため、可変インダクタを用いることも可能である。   The matching box 14 includes, for example, a variable capacitor C2 and an inductor L1 connected in series between the output of the high frequency power supply 13 and the upper electrode 12a, and a variable capacitor C1 connected between the output of the high frequency power supply 13 and the ground potential GND. Is provided. In general, one of the variable capacitors C1 and C2 is for coarse adjustment, and the other is for fine adjustment. Although a variable capacitor is used here, for example, a parallel inductor can be replaced with a series inductor, so a variable inductor can also be used.

可変容量C1,C2の大きさ(ここでは、C1値をマッチング値、C2値をチューン値とする)は、高周波電源13によって上部電極12aおよび下部電極12b間にプラズマが発生した際に、そのプラズマからの反射波をPr検出部16で検出し、この反射波を無くすような値に自動で調整される。すなわち、プラズマ部分に効率的に電力を供給するため、プラズマ部分とインピーダンス整合が取れるような値に自動的に調整される。なお、この際に、Pr検出部16で検出した反射波が大きく、可変容量C1,C2の調整範囲では反射波を抑えきれないような場合には、エラー処理部17によってエラー処理が行われる。このエラー処理としては、例えば、警報の発信やインターロック(装置の停止処理)などが挙げられる。   The sizes of the variable capacitors C1 and C2 (here, the C1 value is a matching value and the C2 value is a tune value) are determined when the plasma is generated between the upper electrode 12a and the lower electrode 12b by the high frequency power source 13. The reflected wave from is detected by the Pr detector 16 and automatically adjusted to a value that eliminates the reflected wave. That is, in order to efficiently supply power to the plasma portion, the value is automatically adjusted to a value that allows impedance matching with the plasma portion. At this time, if the reflected wave detected by the Pr detection unit 16 is large and the reflected wave cannot be suppressed in the adjustment range of the variable capacitors C1 and C2, error processing is performed by the error processing unit 17. Examples of the error processing include alarm transmission and interlock (device stop processing).

C1ポジションモニタ部15aおよびC2ポジションモニタ部15bは、マッチングボックス14内の可変容量C1,C2のポジションをそれぞれ電圧信号としてモニタする。このモニタされた電圧信号は、異常監視部18に出力される。異常監視部18は、例えば、シーケンス制御部18aと、Δ監視部18bと、σ監視部18cなどから構成される。この異常監視部18の処理内容について、図2を用いて説明する。   The C1 position monitor unit 15a and the C2 position monitor unit 15b monitor the positions of the variable capacitors C1 and C2 in the matching box 14 as voltage signals, respectively. The monitored voltage signal is output to the abnormality monitoring unit 18. The abnormality monitoring unit 18 includes, for example, a sequence control unit 18a, a Δ monitoring unit 18b, a σ monitoring unit 18c, and the like. The processing contents of the abnormality monitoring unit 18 will be described with reference to FIG.

図2は、図1のプラズマ処理装置において、その異常監視部の処理内容の一例を説明する概略図である。図2では、横軸を時間軸として、1回のウエハプロセス内の各時間帯における、反射電力Prの変動と、可変容量C1,C2のポジション電圧の変動の様子を示している。高周波電源13がオンすると、図2のように、通常はPr検出部16によって大きな反射電力Prが検出され、これを受けて、マッチングボックス14内の可変容量C1,C2が未動作区間から変動区間へと移行する。変動区間内では、反射電力Prが低減するように可変容量C1,C2の値が自動的に変動し、インピーダンス整合が取れた時点で動作安定区間となる。通常、動作安定区間では、C1,C2値は、プラズマ状態に異常が生じない限り、さほど変化することはない。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of processing contents of the abnormality monitoring unit in the plasma processing apparatus of FIG. In FIG. 2, the horizontal axis is the time axis, and the reflected power Pr and the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 are changed in each time zone in one wafer process. When the high-frequency power supply 13 is turned on, as shown in FIG. 2, normally, the large reflected power Pr is detected by the Pr detector 16, and the variable capacitors C1 and C2 in the matching box 14 are received from the non-operating section to the changing section. Migrate to Within the fluctuation section, the values of the variable capacitors C1 and C2 automatically change so that the reflected power Pr is reduced, and when the impedance matching is achieved, the operation stable section is reached. Normally, in the stable operation period, the C1 and C2 values do not change so much unless an abnormality occurs in the plasma state.

このような処理において、異常監視部18内のシーケンス制御部18aは、C1,C2を時系列的に取得する時間間隔(すなわち、サンプリング周期)の設定や、その取得した値を評価する時間帯の設定や、Δ監視部18bおよびσ監視部18cの制御などを行う。具体的に、シーケンス制御部18aは、C1,C2の値を評価する時間帯として、プラズマ発生後、プラズマ放電が安定した以降の時間帯(すなわち、動作安定区間)STを設定する。そして、この時間帯STの中で最初のサンプリングポイントの値をV0とし、以降、サンプリング周期毎にV1,V2,…,Vn−1,Vnという具合に時系列的に値を取得していく。なお、サンプリング周期は、任意に設定可能であるが、できるだけ短い方が高精度なプラズマ評価を実現できる。現実的には、例えば0.01ms程度の値が設定可能である。   In such processing, the sequence control unit 18a in the abnormality monitoring unit 18 sets a time interval (that is, a sampling cycle) for acquiring C1 and C2 in time series, and sets a time zone for evaluating the acquired value. Settings and control of the Δ monitoring unit 18b and the σ monitoring unit 18c are performed. Specifically, the sequence control unit 18a sets a time zone (that is, an operation stable interval) ST after the plasma discharge is stabilized after plasma generation as a time zone for evaluating the values of C1 and C2. Then, the value of the first sampling point in this time zone ST is set to V0, and thereafter, values are acquired in time series such as V1, V2,..., Vn−1, Vn for each sampling period. The sampling period can be set arbitrarily, but a shorter one can realize highly accurate plasma evaluation. Actually, for example, a value of about 0.01 ms can be set.

異常監視部18内のΔ監視部18bは、各サンプリング周期毎の取得値の差分値Δを演算する。すなわち、Δ[1]=|V1−V0|,Δ[2]=|V2−V1|,…,Δ[n]=|Vn−(Vn−1)|を演算する。そして、シーケンス制御部18aの制御を受けて、この各差分値Δが、予め設定した規格値を超えていないかを検証する。異常監視部18内のσ監視部18cは、各サンプリング周期毎の取得値の標準偏差σを演算する。すなわち、V0,V1,…,Vnの標準偏差を算出する。そして、シーケンス制御部18aの制御を受けて、この標準偏差σが、予め設定した規格値を超えていないかを検証する。なお、各検証結果が規格値を超えていた場合は、図1のエラー処理部17に通知し、これによって警報の発信や装置停止等の処理が行われる。   The Δ monitoring unit 18b in the abnormality monitoring unit 18 calculates a difference value Δ of acquired values for each sampling period. That is, Δ [1] = | V1-V0 |, Δ [2] = | V2-V1 |,..., Δ [n] = | Vn− (Vn−1) | Then, under the control of the sequence control unit 18a, it is verified whether or not each difference value Δ exceeds a preset standard value. The σ monitoring unit 18c in the abnormality monitoring unit 18 calculates the standard deviation σ of the acquired value for each sampling period. That is, the standard deviation of V0, V1,..., Vn is calculated. Then, under the control of the sequence control unit 18a, it is verified whether or not the standard deviation σ exceeds a preset standard value. If each verification result exceeds the standard value, the error processing unit 17 shown in FIG. 1 is notified, and processing such as alarm transmission and device stop is performed.

図3は、図1のプラズマ処理装置において、そのσ監視部の監視結果の一例を示すグラフであり、(a)は正常動作時の一例、(b)は異常動作時の一例を示すものである。図3(a)では、各ウエハプロセス間で(枚葉式の場合は各ウエハ毎に)、標準偏差σの値にぱらつきが生じている箇所があるが、規格値は超えていない。一方、図3(b)では、各ウエハプロセス間で、標準偏差σの値にばらつきが大きい箇所があり、規格値を超えている箇所がある。この箇所に該当する半導体ウエハは、異常監視部18によって異常と判定される。この場合、当該半導体ウエハに対して、例えば異常放電の発生による異物や、デバイス精度の低下などが調査される。また、場合によってはチャンバ11内の調査なども行う必要がある。   FIG. 3 is a graph showing an example of the monitoring result of the σ monitoring unit in the plasma processing apparatus of FIG. 1, wherein (a) shows an example during normal operation, and (b) shows an example during abnormal operation. is there. In FIG. 3A, there is a portion where the value of the standard deviation σ varies between wafer processes (for each wafer in the case of a single wafer type), but the standard value is not exceeded. On the other hand, in FIG. 3B, there are locations where the standard deviation σ varies greatly between the wafer processes, and there are locations where the standard value is exceeded. The semiconductor wafer corresponding to this location is determined to be abnormal by the abnormality monitoring unit 18. In this case, the semiconductor wafer is examined for, for example, a foreign matter due to the occurrence of abnormal discharge or a decrease in device accuracy. In some cases, it is also necessary to investigate the inside of the chamber 11.

以上、本実施の形態1のプラズマ処理装置を用いることで、例えば次のような効果が得られる。   As described above, for example, the following effects can be obtained by using the plasma processing apparatus of the first embodiment.

(1)プラズマ発生状態の評価にマッチングボックスの電気的パラメータ(例えばC1,C2の値)を用いることで、プラズマ発生状態の変化を高感度に検出し、高精度な評価が実現可能となる。そして、この際に、実質的にデバイスプロセスが行われる区間(図2の動作安定区間ST)を設定してC1,C2の値を評価することで、より厳密な評価が実現できる。すなわち、プラズマの発生当初の不安定な時間帯での値を除外することで、評価の精度および信頼性を高めることができる。   (1) By using the electrical parameters of the matching box (for example, the values of C1 and C2) for the evaluation of the plasma generation state, it is possible to detect a change in the plasma generation state with high sensitivity and realize a highly accurate evaluation. At this time, a stricter evaluation can be realized by setting a section where the device process is substantially performed (operation stable section ST in FIG. 2) and evaluating the values of C1 and C2. That is, the accuracy and reliability of the evaluation can be improved by excluding values in an unstable time zone at the beginning of plasma generation.

(2)各半導体ウエハのプロセス内におけるC1,C2の時系列的な取得値を、差分値Δや標準偏差σによって評価することで、より高精度な評価が実現できる。すなわち、例えば、比較的短期間のみにC1,C2値のばらつきが発生した場合は、差分値Δによって異常を高感度に検出でき、各サンプリングポイント間でのばらつきが比較的小さくても、それが長期間に渡って発生した場合には標準偏差σによって異常を高感度に検出できる。これによって、各半導体ウエハのプロセス内で、大規模の異常放電のみならず小規模の異常放電が生じた場合や、プラズマ状態の不安定などによりデバイス加工精度に影響を及ぼす程度の異常が生じた場合などでも高感度に検出可能となる。   (2) A highly accurate evaluation can be realized by evaluating the time-series acquired values of C1 and C2 in the process of each semiconductor wafer based on the difference value Δ and the standard deviation σ. That is, for example, when the C1 and C2 values vary only for a relatively short period, the abnormality can be detected with high sensitivity by the difference value Δ, and even if the variation between the sampling points is relatively small, When it occurs over a long period of time, the abnormality can be detected with high sensitivity by the standard deviation σ. As a result, in the process of each semiconductor wafer, not only large-scale abnormal discharge but also small-scale abnormal discharge occurred, and abnormalities that affect device processing accuracy due to instability of the plasma state occurred. Even in cases, it can be detected with high sensitivity.

(3)前述した(1),(2)によって、不良製品の作り込み防止などによるコスト低減や、デバイス加工精度の向上や、装置メンテナンス時期の最適な把握による製造効率の向上などが実現可能となる。   (3) By the above (1) and (2), it is possible to realize cost reduction by preventing the creation of defective products, improvement of device processing accuracy, and improvement of manufacturing efficiency by optimally grasping device maintenance time. Become.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2によるプラズマ処理装置において、その構成の一例を示す概略図である。図4に示すプラズマ処理装置は、半導体ウエハに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理部40と、このプラズマ処理部40の状態を監視し、監視結果に応じた所望の処理を行う異常監視部48から構成される。図4のプラズマ処理装置は、実施の形態1で示した図1のプラズマ処理装置とは、プラズマ処理部40の構成が若干異なっている。異常監視部48は、図1に示した異常監視部18と構成および動作共に同様であり、シーケンス制御部48a、Δ監視部48bおよびσ監視部48cを備えている。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. The plasma processing apparatus shown in FIG. 4 includes a plasma processing unit 40 that performs plasma processing on a semiconductor wafer, and an abnormality monitoring unit 48 that monitors the state of the plasma processing unit 40 and performs desired processing according to the monitoring result. Composed. The plasma processing apparatus shown in FIG. 4 is slightly different from the plasma processing apparatus shown in FIG. The abnormality monitoring unit 48 has the same configuration and operation as the abnormality monitoring unit 18 shown in FIG. 1, and includes a sequence control unit 48a, a Δ monitoring unit 48b, and a σ monitoring unit 48c.

プラズマ処理部40は、図1の構成と同様に、チャンバ41と、高周波電源43およびマッチングボックス44と、C1ポジションモニタ部45aおよびC2ポジションモニタ部45bと、反射電力(Pr)検出部46と、エラー処理部47などを備えている。チャンバ41も、図1の構成と同様に、排気口41bとガス流入口41aを備え、チャンバ41内には、上部電極42aおよび下部電極42bが設けられる。   As in the configuration of FIG. 1, the plasma processing unit 40 includes a chamber 41, a high frequency power supply 43 and a matching box 44, a C1 position monitor unit 45a and a C2 position monitor unit 45b, a reflected power (Pr) detection unit 46, An error processing unit 47 is provided. The chamber 41 also includes an exhaust port 41b and a gas inflow port 41a, as in the configuration of FIG. 1, and an upper electrode 42a and a lower electrode 42b are provided in the chamber 41.

ここで、図1の構成例との違いは、この下部電極42b上に静電チャック42cが設けられ、静電チャック42cに対して直流電圧源49による電圧印加が可能な構成となっていることである。更に、上部電極42a側が接地電位GNDに接続され、下部電極42b側に高周波電源43からマッチングボックス44を介して高周波信号を印加する構成となっていることである。代表的なものとして、例えば、成膜を行うプラズマCVD装置などでは、通常、図1のように上部電極に高周波信号が印加され、エッチングを行うRIE(Reactive Ion Etching)装置などでは、図4のように下部電極に高周波信号が印加される。   Here, the difference from the configuration example of FIG. 1 is that an electrostatic chuck 42c is provided on the lower electrode 42b, and a voltage can be applied to the electrostatic chuck 42c by the DC voltage source 49. It is. Further, the upper electrode 42a side is connected to the ground potential GND, and a high frequency signal is applied to the lower electrode 42b side from the high frequency power supply 43 via the matching box 44. As a typical example, for example, in a plasma CVD apparatus for forming a film, a high-frequency signal is normally applied to the upper electrode as shown in FIG. 1, and in a RIE (Reactive Ion Etching) apparatus for performing etching, as shown in FIG. Thus, a high frequency signal is applied to the lower electrode.

静電チャック42cは、例えば、誘電体または絶縁材料からなり、内部に導体パターンが埋め込まれた構成となっている。このような構成では、この静電チャック機構42c上に半導体ウエハWを搭載し、直流電圧源49から静電チャック42c内部の導体パターンに対して電圧を印加することで、クローン力を利用して半導体ウエハWを吸着させる。また、絶縁材料に流れる微小電流によって電気的吸着力を発生させるというジョンソンラベック力を利用して半導体ウエハWを吸着させることも可能である。なお、本実施の形態2のプラズマ処理装置は、静電チャック42cとマッチングボックス44を備えていればよく、実施の形態1の場合と同様に電極構成やプラズマ発生機構が異なったものに対しても同様に適用可能である。   The electrostatic chuck 42c is made of, for example, a dielectric material or an insulating material, and has a configuration in which a conductor pattern is embedded therein. In such a configuration, the semiconductor wafer W is mounted on the electrostatic chuck mechanism 42c, and a voltage is applied from the DC voltage source 49 to the conductor pattern inside the electrostatic chuck 42c, thereby using the clone force. The semiconductor wafer W is adsorbed. In addition, the semiconductor wafer W can be adsorbed by using a Johnson labeling force that generates an electric adsorption force by a minute current flowing through the insulating material. Note that the plasma processing apparatus of the second embodiment is only required to include the electrostatic chuck 42c and the matching box 44. As in the case of the first embodiment, the plasma processing apparatus has a different electrode configuration and plasma generation mechanism. Is equally applicable.

このような静電チャック42cを備えたプラズマ処理装置では、静電チャック部分の絶縁成分が影響するため、前述した特許文献2に示されるような下部電極42bのバイアス電圧Vdcを計測する方式では、計測精度または感度が低下する恐れがある。また、静電チャック部分の絶縁成分に加え、デバイスプロセス内で発生した付着物などによっても絶縁成分が変化する恐れがあるため、安定した計測が困難となることが予想される。一方、図4のように、マッチングボックス44の電気的パラメータを計測する方式では、このような問題が生じない。   In the plasma processing apparatus provided with such an electrostatic chuck 42c, since the insulating component of the electrostatic chuck portion influences, in the method of measuring the bias voltage Vdc of the lower electrode 42b as shown in Patent Document 2 described above, Measurement accuracy or sensitivity may be reduced. Further, in addition to the insulating component of the electrostatic chuck portion, the insulating component may change due to the deposits generated in the device process, so that stable measurement is expected to be difficult. On the other hand, such a problem does not occur in the method of measuring the electrical parameters of the matching box 44 as shown in FIG.

したがって、本実施の形態2のプラズマ処理装置を用いることで、実施の形態1で述べた(1)〜(3)のような効果に加えて更に、広く用いられている静電チャックを備えたプラズマ処理装置に対しても、プラズマ発生状態の変化を高感度に検出することが可能となる。   Therefore, by using the plasma processing apparatus of the second embodiment, in addition to the effects (1) to (3) described in the first embodiment, a widely used electrostatic chuck is provided. Also for the plasma processing apparatus, it is possible to detect the change in the plasma generation state with high sensitivity.

(実施の形態3)
本実施の形態3では、実施の形態1,2で述べたようなプラズマ処理装置が例えばプラズマCVD装置であるものとして、この装置を用いて成膜工程を行った場合の処理内容について説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, assuming that the plasma processing apparatus as described in the first and second embodiments is, for example, a plasma CVD apparatus, processing contents when a film forming process is performed using this apparatus will be described.

図5は、本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。図6は、図5のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図7〜図9のそれぞれは、図5のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。以下では、図1のプラズマ処理装置に基づいて説明を行うが、図4の場合でも同様である。   FIG. 5 is a flowchart showing an example of processing contents in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the state of the matching box of the plasma processing apparatus, corresponding to the flowchart of FIG. Each of FIGS. 7 to 9 is a device cross-sectional view showing a configuration example of a part of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. Hereinafter, the description will be made based on the plasma processing apparatus of FIG. 1, but the same applies to the case of FIG.

図5の処理フローにおいて、図1のプラズマ処理部10では、まず、半導体ウエハWがチャンバ11内に搬入され、下部電極12b上に搭載および吸着される(S501)。ここでは、この初期状態における半導体ウエハWの構成の一部を、例えば図7のようなものと想定する。図7に示す半導体ウエハ(半導体装置)Wは、例えば図示しない半導体基板の上層部分にSiOなどの絶縁層70が形成され、絶縁層70上に、TiN/Tiなどのバリア層71、Al−Cuなどのメタル層72、TiNなどの反射防止層73が順に形成されている。これは、例えば、多層配線工程内でのデバイス状態である。 In the processing flow of FIG. 5, in the plasma processing unit 10 of FIG. 1, first, the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 11 and mounted and adsorbed on the lower electrode 12b (S501). Here, it is assumed that a part of the configuration of the semiconductor wafer W in this initial state is, for example, as shown in FIG. In the semiconductor wafer (semiconductor device) W shown in FIG. 7, for example, an insulating layer 70 such as SiO 2 is formed on an upper layer portion of a semiconductor substrate (not shown), a barrier layer 71 such as TiN / Ti is formed on the insulating layer 70, Al— A metal layer 72 such as Cu and an antireflection layer 73 such as TiN are sequentially formed. This is, for example, a device state in a multilayer wiring process.

次に、チャンバ11内が十分に真空となった状態で、ガス流入口11aよりTEOS/Oガスを導入する(S502)。その後、ガスの流入が安定した状態で高周波電源13の出力をオンにする。そうすると、上部電極12aと下部電極12b間にプラズマが発生し、また、マッチングボックス14によって自動的にインピーダンス整合が行われる(S504)。すなわち、マッチングボックス14内の可変容量C1,C2の値(ポジション電圧)が変動し、インピーダンス整合が取れる最適なポジションに自動的に調整される(S505)。インピーダンス整合が行われると、プラズマが安定放電領域となり、図8に示すように半導体ウエハWの主面部分でTEOSとOが反応することにより、図9のように半導体ウエハW上にp−TEOS SiOといった層間絶縁層74が形成される。所望の膜厚となるように層間絶縁層74を形成したら、高周波電源13の出力をオフにする(S507)。 Next, TEOS / O 2 gas is introduced from the gas inlet 11a in a state where the chamber 11 is sufficiently evacuated (S502). Thereafter, the output of the high-frequency power supply 13 is turned on while the gas inflow is stable. Then, plasma is generated between the upper electrode 12a and the lower electrode 12b, and impedance matching is automatically performed by the matching box 14 (S504). That is, the values (position voltages) of the variable capacitors C1 and C2 in the matching box 14 change and are automatically adjusted to an optimal position where impedance matching can be achieved (S505). When impedance matching is performed, the plasma becomes a stable discharge region, and TEOS and O 2 react with each other on the main surface portion of the semiconductor wafer W as shown in FIG. An interlayer insulating layer 74 such as TEOS SiO 2 is formed. When the interlayer insulating layer 74 is formed to have a desired film thickness, the output of the high frequency power supply 13 is turned off (S507).

このような一連の処理において、マッチングボックス14内の可変容量C1,C2のポジション電圧Vは、例えば、図6のように変動する。図6では、横軸に時間、縦軸に可変容量C1,C2のポジション電圧Vを示している。高周波電源13の出力がオンとなった際、図5のS504,S505の処理に伴い可変容量C1,C2のポジション電圧が不特定のポジション電圧から変動を開始する。そして、インピーダンス整合が取れた際に、このポジション電圧の変動が停止する。この開始から停止までの区間を変動区間と呼ぶことにする。変動区間を経た以降は、図5のS506で述べた安定放電領域となる。この安定放電領域では、プラズマ発生状態が安定しており、通常、図6のように可変容量C1,C2のポジション電圧は殆ど変動しない。   In such a series of processes, the position voltage V of the variable capacitors C1 and C2 in the matching box 14 varies as shown in FIG. 6, for example. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the position voltage V of the variable capacitors C1 and C2. When the output of the high frequency power supply 13 is turned on, the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 start to fluctuate from an unspecified position voltage in accordance with the processing of S504 and S505 in FIG. When the impedance matching is achieved, the position voltage fluctuation stops. This section from the start to the stop will be referred to as a fluctuation section. After the fluctuation section, the stable discharge region described in S506 of FIG. In this stable discharge region, the plasma generation state is stable, and normally the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 hardly change as shown in FIG.

一方、前述したようなプラズマ処理部10の処理と並行して、異常監視部18では、図5の右側に示すような処理が行われる。まず、S503での高周波電源13の出力のオンを受けて、シーケンス制御部18aに対してスタート信号が通知される(S511)。スタート信号が通知されると、シーケンス制御部18aは、可変容量C1,C2のポジション電圧に対する評価開始時点を設定する(S517)。ここで、評価開始時点とは、実質的にデバイスプロセスが行われる区間内で、プラズマ発生状態の評価を開始する時点のことである。このS517での処理は、具体的には例えば下記S512〜S516のように行われる。   On the other hand, in parallel with the processing of the plasma processing unit 10 as described above, the abnormality monitoring unit 18 performs processing as shown on the right side of FIG. First, in response to the output of the high frequency power supply 13 being turned on in S503, a start signal is notified to the sequence control unit 18a (S511). When the start signal is notified, the sequence control unit 18a sets the evaluation start point for the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 (S517). Here, the evaluation start time point is a time point at which the evaluation of the plasma generation state is started within a section where the device process is substantially performed. Specifically, the processing in S517 is performed as in S512 to S516 below, for example.

S512では、S511でのスタート信号を受けて、可変容量C1,C2のポジション電圧のサンプリング収集を開始する。S513では、各サンプリングポイント毎に、取得したポジション電圧値と一つ前のサンプリングポイントで取得したポジション電圧値との差分を、Δ監視部18bを用いて算出する。そして、この算出した差分値が0(又は0に近い値に任意設定することも可能)であるかを判定する(S514)。この判定結果が0であった場合は、その時点を、可変容量C1,C2のポジション電圧の評価開始時点として設定し、評価開始時点での可変容量C1,C2のポジション電圧を初期値V0として決定する(S515)。一方、判定結果が0でなかった場合には、不必要となる取得値(すなわち、一つ前のサンプリングポイントで取得したポジション電圧値)を消去するなどして(S516)、S512に移行し、次のサンプリングポイントでのポジション電圧値を取得する。   In S512, in response to the start signal in S511, sampling collection of the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 is started. In S513, for each sampling point, the difference between the acquired position voltage value and the position voltage value acquired at the previous sampling point is calculated using the Δ monitoring unit 18b. Then, it is determined whether the calculated difference value is 0 (or can be arbitrarily set to a value close to 0) (S514). If this determination result is 0, the time is set as the evaluation start time of the position voltages of the variable capacitors C1 and C2, and the position voltage of the variable capacitors C1 and C2 at the start of evaluation is determined as the initial value V0. (S515). On the other hand, if the determination result is not 0, an unnecessary acquired value (that is, a position voltage value acquired at the previous sampling point) is deleted (S516), and the process proceeds to S512. Gets the position voltage value at the next sampling point.

ここでの処理は、図6における変動区間での処理に該当する。すなわち、可変容量C1,C2のポジション電圧Vを所定のサンプリング周期で取得し、各サンプリング周期において取得値の差分が0となるまでS512〜S514およびS516の処理を繰り返すことになる。取得値の差分が0(つまり、図6でポジション電圧Vの傾きが0)となった時点で、その時点を評価開始時点とし、可変容量C1のポジション電圧の初期値V0(C1)および可変容量C2のポジション電圧の初期値V0(C2)を決定する。   The processing here corresponds to the processing in the fluctuation section in FIG. That is, the position voltages V of the variable capacitors C1 and C2 are acquired at a predetermined sampling period, and the processes of S512 to S514 and S516 are repeated until the difference between the acquired values becomes 0 in each sampling period. When the difference between the acquired values becomes 0 (that is, when the slope of the position voltage V is 0 in FIG. 6), that time is set as the evaluation start time, and the initial value V0 (C1) of the position voltage of the variable capacitor C1 and the variable capacitor An initial value V0 (C2) of the position voltage of C2 is determined.

なお、S517では、可変容量C1,C2のポジション電圧の差分から、実質的にデバイスプロセスが行われる区間となる安定放電領域の開始時点を検出する方式を示したが、スタート信号から安定放電領域に至るまでの時間は、およそ一定であるため、S517での評価開始時点の決定処理をタイマなどによって実現することも可能である。   In S517, the method of detecting the start point of the stable discharge region, which is the section in which the device process is substantially performed, from the difference between the position voltages of the variable capacitors C1 and C2, is shown. Since the time until the time is approximately constant, the determination process at the evaluation start time in S517 can be realized by a timer or the like.

S515において、可変容量C1,C2のポジション電圧の初期値が決定されると、以降継続してサンプリング周期に基づくポジション電圧値の収集が行われる(S518)。各サンプリングポイントでのポジション電圧の取得値は、初期値であるV0を含めて、それぞれ、V1,V2,…,Vn(nはサンプリングポイントNo)として保存される。ここでは、可変容量C1,C2のポジション電圧の評価終了時点を、高周波電源13の出力がオフした時点とする。この場合、前述したS507における高周波電源13の出力のオフを受けて、シーケンス制御部18aがポジション電圧の収集を停止する(S519)。なお、このポジション電圧の評価終了時点も、前述した評価開始時点と同様にタイマなどを用いて設定することも可能である。   When the initial values of the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 are determined in S515, the position voltage values are continuously collected based on the sampling period (S518). The acquired value of the position voltage at each sampling point is stored as V1, V2,..., Vn (n is a sampling point No.) including the initial value V0. Here, the time point when the evaluation of the position voltage of the variable capacitors C1 and C2 ends is the time point when the output of the high frequency power supply 13 is turned off. In this case, in response to the output of the high-frequency power source 13 being turned off in S507 described above, the sequence control unit 18a stops collecting the position voltage (S519). Note that the position voltage evaluation end time can also be set using a timer or the like, similar to the above-described evaluation start time.

このようにして収集されたポジション電圧の取得値は、記憶装置となる収集データバッファに保管される(S520)。S521では、Δ監視部18bが、この収集データバッファからデータを読み出し、それぞれ前後の関係となるサンプリングポイントで取得したポジション電圧の差分値Δ=|Vn−(Vn−1)|を演算する。そして、Δ監視部18bは、このΔが予め設定しておいた規格値Jを超えていないかを判定する(S522)。ここで、超えていない場合には、正常と判定し、演算で得られた差分値Δを、正常データとして識別できる状態で記憶装置に保管する(S523)。   The acquired value of the position voltage collected in this way is stored in a collected data buffer serving as a storage device (S520). In S521, the Δ monitoring unit 18b reads the data from the collected data buffer, and calculates the difference value Δ = | Vn− (Vn−1) | Then, the Δ monitoring unit 18b determines whether this Δ exceeds the preset standard value J (S522). Here, if not exceeding, it is determined as normal, and the difference value Δ obtained by the calculation is stored in the storage device in a state where it can be identified as normal data (S523).

一方、超えていた場合には、異常と判定し、異常データとして識別できる状態で記憶装置に保管する(S524)。なお、S522での正常/異常の判定に際しては、例えば積算回数などを設定してもよい。すなわち、例えば積算回数を2回と設定した場合は、連続するΔ[n−1](=|(Vn−1)−(Vn−2)|)とΔ[n](=|Vn−(Vn−1)|が共に規格値Jを超えた場合を異常とする。S522において、差分値Δが異常と判定された場合、S524でデータを保管するとともに、図1のエラー処理部17に通知される。そして、エラー処理部17によって、例えば警報の発信や装置停止など所望の処理が行われる(S529)。また、S523,S524での正常時/異常時に対応するΔの保管値は、それを蓄積することで、規格値Jを適切に定めるために用いられる。   On the other hand, if it has exceeded, it is determined as abnormal and stored in the storage device in a state where it can be identified as abnormal data (S524). Note that the number of integrations may be set in the normal / abnormal determination at S522, for example. That is, for example, when the number of times of integration is set to 2, continuous Δ [n−1] (= | (Vn−1) − (Vn−2) |) and Δ [n] (= | Vn− (Vn -1) If both | exceed the standard value J, it is determined as abnormal. If it is determined in S522 that the difference value Δ is abnormal, the data is stored in S524 and notified to the error processing unit 17 in FIG. Then, the error processing unit 17 performs a desired process such as sending an alarm or stopping the apparatus (S529), and the stored value of Δ corresponding to the normal / abnormal time in S523 and S524 is the same as that. By accumulating, it is used to appropriately determine the standard value J.

S522において、差分値Δが正常と判定された場合は、S523でデータ保管処理を行う一方、S525において、図1のσ監視部18cが、各サンプリングポイントで取得したポジション電圧値(V0,…,Vn)に対する標準偏差σの演算を行う。そして、σ監視部18cは、この標準偏差σが予め設定した規格値Kを超えていないかを判定する(S526)。ここで、超えていない場合には、正常と判定し、演算で得られた標準偏差σを、正常データとして識別できる状態で記憶装置に保管する(S527)。そして、通常は、S501に戻って次の半導体ウエハに対する処理が行われる。   If the difference value Δ is determined to be normal in S522, the data storage process is performed in S523, while the position voltage value (V0,..., V0,..., Acquired by the σ monitoring unit 18c in FIG. The standard deviation σ is calculated for Vn). And the (sigma) monitoring part 18c determines whether this standard deviation (sigma) exceeds the preset standard value K (S526). Here, if it does not exceed, it is determined as normal, and the standard deviation σ obtained by the calculation is stored in the storage device in a state where it can be identified as normal data (S527). Then, usually, the process returns to S501 and the next semiconductor wafer is processed.

一方、超えていた場合には、異常と判定し、異常データとして識別できる状態で記憶装置に保管する(S528)。なお、S526での正常/異常の判定に際しては、差分値Δと同様に積算回数などを設定してもよい。ただし、標準偏差σの場合には、1回のデバイスプロセス(枚葉式の場合は1枚の半導体ウエハプロセス)に対して1つの演算結果が得られることになるので、例えば積算回数を2回と設定した場合は、連続する2回のデバイスプロセスにおいて規格値Kを超えた場合に異常と判定することになる。S526において異常と判定された場合、前述したS529によって所望のエラー処理が行われる。また、S527,S528での正常時/異常時に対応するσの保管値は、それを蓄積することで、規格値Kを適切に定めるために用いられる。   On the other hand, if it has exceeded, it is determined as abnormal and stored in the storage device in a state where it can be identified as abnormal data (S528). It should be noted that, in the normal / abnormal determination in S526, the number of integrations may be set in the same manner as the difference value Δ. However, in the case of the standard deviation σ, one calculation result is obtained for one device process (one semiconductor wafer process in the case of a single wafer type). In the case where the standard value K is exceeded in two consecutive device processes, it is determined that there is an abnormality. If it is determined that there is an abnormality in S526, desired error processing is performed in S529 described above. Further, the storage value of σ corresponding to normal / abnormal in S527 and S528 is used to appropriately determine the standard value K by accumulating the stored value.

図10は、図5のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図10に示すように、安定放電領域において、プラズマ発生状態に異常が生じた場合には、インピーダンスのマッチング状態が乱れ、これに応じて自動的にマッチング動作が行われるため可変容量C1,C2のポジション電圧Vが変動する。この変動波形は、異常の状況に応じて様々の形状を取り得るが、図5の処理フローのように差分値Δと標準偏差σを評価することで、大規模な異常放電は言うまでもなく、小規模な異常放電や、デバイス加工精度に影響を及ぼす程度の異常を含めて殆どの異常は検出可能と考えられる。なお、大規模な異常放電が発生した場合には、例えば、図11に示すようなデバイス状態となってしまう。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the state of the matching box of the plasma processing apparatus when an abnormality occurs, corresponding to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 10, in the stable discharge region, when an abnormality occurs in the plasma generation state, the impedance matching state is disturbed, and the matching operation is automatically performed according to this, so that the variable capacitors C1 and C2 The position voltage V varies. Although this fluctuation waveform can take various shapes depending on the abnormal situation, it is obvious that a large-scale abnormal discharge can be obtained by evaluating the difference value Δ and the standard deviation σ as in the processing flow of FIG. It is considered that most abnormalities can be detected, including abnormal discharges on a scale and abnormalities that affect device processing accuracy. When a large-scale abnormal discharge occurs, for example, a device state as shown in FIG. 11 is obtained.

図11は、図5の処理フロー内で大規模な異常放電が発生した場合における半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。図11に示すように、大規模な異常放電が発生した場合には、チャンバ11内の付着物が剥がれ落ちることなどにより半導体ウエハW上に多数の異物75が付着したり、また層間絶縁層74が剥がれ落ちたり、更には正常に層間絶縁層74が形成できなかったりなど製品不良に繋がる様々な問題が生じる。図5の処理フローを用いると、このような問題が生じた半導体ウエハWを確実に検出でき、これに伴い装置点検などを行うことによって、以降の不良品の作り込みを確実に防止できる。   FIG. 11 is a device cross-sectional view showing a configuration example of a part of the semiconductor device when a large-scale abnormal discharge occurs in the processing flow of FIG. As shown in FIG. 11, when a large-scale abnormal discharge occurs, a large number of foreign matters 75 adhere to the semiconductor wafer W due to peeling off of the deposits in the chamber 11 or the interlayer insulating layer 74. There are various problems that lead to product defects such as peeling off, and failure to form the interlayer insulating layer 74 normally. If the processing flow of FIG. 5 is used, the semiconductor wafer W in which such a problem has occurred can be reliably detected, and the subsequent inspection of the apparatus and the like can reliably prevent the formation of defective products thereafter.

以上、本実施の形態3による半導体装置の製造方法を用いることで、前述した実施の形態1および実施の形態2で述べたような各種効果を伴った成膜工程を実現できる。また、差分値Δや標準偏差σの規格値を厳密に管理することによって、例えば高精度が要求される成膜工程などに対しても、そのプロセス精度を十分に管理することが可能となる。なお、図5の処理フローでは、半導体ウエハの処理の終了時に差分値Δや標準偏差σの判定を行ったが、半導体ウエハの処理の最中に逐次判定を行い、異常が生じた段階で即座にエラー処理を行うようなことも可能である。   As described above, by using the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, it is possible to realize a film forming process with various effects as described in the first and second embodiments. Further, by strictly managing the standard values of the difference value Δ and the standard deviation σ, it is possible to sufficiently manage the process accuracy even for a film forming process that requires high accuracy, for example. In the processing flow of FIG. 5, the difference value Δ and the standard deviation σ are determined at the end of the processing of the semiconductor wafer. However, the determination is performed sequentially during the processing of the semiconductor wafer, and immediately when an abnormality occurs. It is also possible to perform error processing.

(実施の形態4)
本実施の形態4では、実施の形態1,2で述べたようなプラズマ処理装置が例えばRIE装置であるものとして、この装置を用いてエッチング工程を行った場合の処理内容について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, assuming that the plasma processing apparatus as described in the first and second embodiments is, for example, an RIE apparatus, processing contents when an etching process is performed using this apparatus will be described.

図12は、本発明の実施の形態4による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。図13は、図12のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図14〜図16のそれぞれは、図12のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。以下では、図4のプラズマ処理装置に基づいて説明を行うが、図1の場合でも同様である。   FIG. 12 is a flowchart showing an example of processing contents in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 13 is an explanatory view showing a state example of the matching box of the plasma processing apparatus corresponding to the flowchart of FIG. Each of FIG. 14 to FIG. 16 is a device sectional view showing a configuration example of a part of a semiconductor device formed in accordance with the flowchart of FIG. In the following, description will be made based on the plasma processing apparatus of FIG. 4, but the same applies to the case of FIG.

図12の処理フローにおいて、図4のプラズマ処理部40では、まず、半導体ウエハWがチャンバ41内に搬入され、静電チャック42c上に搭載される。そして直流電圧源49による電圧印加によって静電チャック42c上に半導体ウエハWが吸着される(S1201)。ここでは、この初期状態における半導体ウエハWの構成の一部を、例えば図14のようなものと想定する。図14に示す半導体ウエハ(半導体装置)Wは、例えば図示しない半導体基板の上層部分にSiOなどの絶縁層140が形成され、絶縁層140上に、TiN/Tiなどのバリア層141、Al−Cuなどのメタル層142、TiNなどの反射防止層143が順に形成されている。また、反射防止層143上には、パターンニングのためのレジスト144が塗布されている。これは、例えば、多層配線工程内でのデバイス状態である。 In the processing flow of FIG. 12, in the plasma processing unit 40 of FIG. 4, first, the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 41 and mounted on the electrostatic chuck 42c. Then, the semiconductor wafer W is attracted onto the electrostatic chuck 42c by applying a voltage from the DC voltage source 49 (S1201). Here, it is assumed that a part of the configuration of the semiconductor wafer W in this initial state is as shown in FIG. 14, for example. In the semiconductor wafer (semiconductor device) W shown in FIG. 14, for example, an insulating layer 140 such as SiO 2 is formed on an upper layer portion of a semiconductor substrate (not shown), a barrier layer 141 such as TiN / Ti is formed on the insulating layer 140, Al− A metal layer 142 such as Cu and an antireflection layer 143 such as TiN are sequentially formed. A resist 144 for patterning is applied on the antireflection layer 143. This is, for example, a device state in a multilayer wiring process.

次に、チャンバ41内が十分に真空となった状態で、ガス流入口41aよりBCl/Clガスを導入する(S1202)。その後、ガスの流入が安定した状態で高周波電源43の出力をオンにする。そうすると、上部電極42aと下部電極42b間にプラズマが発生し、また、マッチングボックス44によって自動的にインピーダンス整合が行われる(S1204)。すなわち、マッチングボックス44内の可変容量C1,C2の値(ポジション電圧)が変動し、インピーダンス整合が取れる最適なポジションに自動的に調整される(S1205)。 Next, BCl 3 / Cl 2 gas is introduced from the gas inlet 41a while the chamber 41 is sufficiently evacuated (S1202). Thereafter, the output of the high frequency power supply 43 is turned on in a state where the gas inflow is stable. Then, plasma is generated between the upper electrode 42a and the lower electrode 42b, and impedance matching is automatically performed by the matching box 44 (S1204). In other words, the values (position voltages) of the variable capacitors C1 and C2 in the matching box 44 change and are automatically adjusted to an optimum position where impedance matching can be achieved (S1205).

インピーダンス整合が行われると、プラズマが安定放電領域となり、図15に示すように半導体ウエハWの主面部分でClイオン等やClラジカルが活性化し、半導体ウエハWから反応生成物AlClやレジストの分解生成物CClが排出される。このようにしてエッチングが行われることにより、図16のようにバリア層141、メタル層142および反射防止層143からなる所望の形状の配線パターンが形成される。絶縁層140に達する程度までエッチングが行われたら、高周波電源43の出力をオフにする(S1207)。 When impedance matching is performed, the plasma becomes a stable discharge region, and Cl ions and Cl radicals are activated on the main surface portion of the semiconductor wafer W as shown in FIG. 15, and reaction products Al X Cl Y and Resist decomposition products C X Cl Y are discharged. By performing the etching in this manner, a wiring pattern having a desired shape including the barrier layer 141, the metal layer 142, and the antireflection layer 143 is formed as shown in FIG. When the etching is performed to the extent that it reaches the insulating layer 140, the output of the high frequency power supply 43 is turned off (S1207).

このような一連の処理において、マッチングボックス44内の可変容量C1,C2のポジション電圧Vは、例えば、図13のように変動する。図6では、横軸に時間、縦軸に可変容量C1,C2のポジション電圧Vを示している。高周波電源43の出力がオンとなった際、図12のS1204,S1205の処理に伴い可変容量C1,C2のポジション電圧が不特定のポジション電圧から変動を開始する。そして、インピーダンス整合が取れた際に、このポジション電圧の変動が停止する。その後は、安定放電区間となり、反射防止膜143、メタル層142、バリア層141、絶縁層140の順にエッチングが行われる。ただし、実際には、エッチングの対象となる層に依存してプラズマ発生状態(プラズマインピーダンス)が若干異なることがあり、この場合、この層の切り替わり部分において、可変容量C1,C2のポジション電圧がシフトすることになる。   In such a series of processes, the position voltage V of the variable capacitors C1 and C2 in the matching box 44 varies as shown in FIG. 13, for example. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the position voltage V of the variable capacitors C1 and C2. When the output of the high frequency power supply 43 is turned on, the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 start to fluctuate from an unspecified position voltage in accordance with the processing of S1204 and S1205 in FIG. When the impedance matching is achieved, the position voltage fluctuation stops. Thereafter, a stable discharge section is reached, and the antireflection film 143, the metal layer 142, the barrier layer 141, and the insulating layer 140 are etched in this order. However, in reality, the plasma generation state (plasma impedance) may be slightly different depending on the layer to be etched. In this case, the position voltage of the variable capacitors C1 and C2 shifts at the switching portion of this layer. Will do.

一方、前述したようなプラズマ処理部40の処理と並行して、異常監視部48では、図12の右側に示すような処理が行われる。この図12における異常監視部48の処理は、図5で述べた異常監視部の処理とほぼ同様であるが、図13で述べた各層の切り替わりによるポジション電圧のシフトに伴い、評価開始時点と評価終了時点の決定方法を考慮する必要がある。そこで、ここでは、図12のS1217における評価開始時点の決定処理をS1212〜S1215のようにタイマを利用して行うものとする。   On the other hand, in parallel with the processing of the plasma processing unit 40 as described above, the abnormality monitoring unit 48 performs processing as shown on the right side of FIG. The processing of the abnormality monitoring unit 48 in FIG. 12 is substantially the same as the processing of the abnormality monitoring unit described in FIG. 5, but with the shift of the position voltage due to switching of each layer described in FIG. It is necessary to consider how to determine the end point. Therefore, here, the determination process of the evaluation start time in S1217 of FIG. 12 is performed using a timer as in S1212 to S1215.

すなわち、S1203での高周波電源43の出力オンを受けて、異常監視部48のシーケンス制御部48aに対してスタート信号が通知されると(S1211)、S1212において、予め設定したサンプリング周期でポジション電圧のサンプリング収集を開始する。また、S1213においてS1211でのスタート信号の通知を起点に予め設定した時間待機し、この設定時間を経過した時点を評価開始時点とする。S1215において、この評価開始時点に最も近いサンプリングポジションで取得した可変容量C1,C2のポジション電圧を、それぞれ初期値V0(C1),V0(C2)として決定する。これによって、例えば、図13に示したようにメタル層142のエッチング工程に評価の焦点を置くことができる。   That is, when the start signal is notified to the sequence control unit 48a of the abnormality monitoring unit 48 in response to the output of the high-frequency power source 43 being turned on in S1203 (S1211), the position voltage is updated at a preset sampling cycle in S1212. Start sampling collection. In step S1213, the apparatus waits for a preset time starting from the notification of the start signal in step S1211, and sets the time when the set time has elapsed as the evaluation start time. In S1215, the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 acquired at the sampling position closest to the evaluation start time are determined as initial values V0 (C1) and V0 (C2), respectively. Thereby, for example, as shown in FIG. 13, the evaluation can be focused on the etching process of the metal layer 142.

続いて、S1218において、図5のS518と同様に各サンプリングポイントでポジション電圧の収集を継続した後、S1219において、ポジション電圧の収集を停止する。この停止時点(すなわち評価終了時点)は、評価開始時点と同様にタイマを利用して決定する。これ以降のS1220〜S1229の処理は、前述した図5のS520〜S529の処理と同様に行われ、規格値に対する差分値Δや標準偏差σの判定結果に基づいて各種処理が行われる。   Subsequently, in S1218, the position voltage is continuously collected at each sampling point as in S518 of FIG. 5, and then the collection of the position voltage is stopped in S1219. This stop time (that is, evaluation end time) is determined using a timer in the same manner as the evaluation start time. The subsequent processing of S1220 to S1229 is performed in the same manner as the processing of S520 to S529 of FIG. 5 described above, and various processing is performed based on the determination result of the difference value Δ and the standard deviation σ with respect to the standard value.

なお、ここでは、S1217およびS1219における評価開始時点および評価終了時点の決定処理を、タイマを用いて行ったが、図5のS512〜S516のような処理を応用することで、この決定処理を実現することも可能である。すなわち、前述したS512〜S516のような処理を用いることで、図13におけるエッチング対象となる層の切り替わり部分を検出できるため、例えばメタル層142のエッチングを評価したい場合には、2回目切り替わりが生じた以降からデータ収集を開始し、3回目の切り替わりが生じる前までのデータを有効データとして取り扱えばよい。   Here, the determination process of the evaluation start time and the evaluation end time in S1217 and S1219 is performed using a timer, but this determination process is realized by applying processes such as S512 to S516 in FIG. It is also possible to do. That is, by using the processing such as S512 to S516 described above, the switching portion of the layer to be etched in FIG. 13 can be detected. For example, when it is desired to evaluate the etching of the metal layer 142, the second switching occurs. After that, data collection is started and data up to the time before the third switching occurs may be handled as valid data.

図17は、図12のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図17に示すように、例えばメタル層142のエッチング工程において、プラズマ発生状態に異常が生じた場合には、可変容量C1,C2のポジション電圧Vが変動する。この変動波形は、異常の状況に応じて様々の形状を取り得るが、図12の処理フローのように差分値Δと標準偏差σを評価することで、大規模な異常放電は言うまでもなく、小規模な異常放電や、デバイス加工精度に影響を及ぼす程度の異常を含めて殆どの異常は検出可能と考えられる。なお、大規模な異常放電が発生した場合には、例えば、図18に示すようなデバイス状態となってしまう。   FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of the state of the matching box of the plasma processing apparatus when an abnormality has occurred, corresponding to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 17, for example, in the etching process of the metal layer 142, when an abnormality occurs in the plasma generation state, the position voltage V of the variable capacitors C1 and C2 varies. Although this fluctuation waveform can take various shapes depending on the abnormal situation, it is needless to say that a large-scale abnormal discharge can be obtained by evaluating the difference value Δ and the standard deviation σ as in the processing flow of FIG. It is considered that most abnormalities can be detected, including abnormal discharges on a scale and abnormalities that affect device processing accuracy. If a large-scale abnormal discharge occurs, for example, a device state as shown in FIG. 18 is obtained.

図18は、図12の処理フロー内で大規模な異常放電が発生した場合における半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。大規模な異常放電が発生した場合には、例えば、図18に示すように、レジスト144などを剥離してメタル層142部分のオーバーエッチングが生じたり、あるいは逆にエッチング残りが生じたり、もしくは異物が多発したりなどにより、配線の断線またはショートといった製品不良に繋がる様々な問題が生じる。図12の処理フローを用いると、このような問題が生じた半導体ウエハWを確実に検出でき、これに伴い装置点検などを行うことによって、以降の不良品の作り込みを確実に防止できる。   FIG. 18 is a device cross-sectional view showing a configuration example of a part of the semiconductor device when a large-scale abnormal discharge occurs in the processing flow of FIG. When a large-scale abnormal discharge occurs, for example, as shown in FIG. 18, the resist 144 or the like is removed to cause over-etching of the metal layer 142 portion, or conversely, an etching residue occurs or foreign matter is generated. As a result of frequent occurrences, various problems that lead to product defects such as disconnection or short-circuiting of wiring occur. When the processing flow of FIG. 12 is used, the semiconductor wafer W in which such a problem has occurred can be reliably detected, and subsequent inspection of the apparatus or the like can surely prevent the formation of defective products thereafter.

以上、本実施の形態4による半導体装置の製造方法を用いることで、前述した実施の形態1および実施の形態2で述べたような各種効果を伴ったエッチング工程を実現できる。また、差分値Δや標準偏差σの規格値を厳密に管理することによって、例えば高精度な配線加工が要求されるエッチング工程などに対しても、そのプロセス精度を十分に管理することが可能となる。なお、図12の処理フローでは、半導体ウエハの処理の終了時に差分値Δや標準偏差σの判定を行っているが、半導体ウエハの処理の最中に逐次判定を行い、異常が生じた段階で即座にエラー処理を行うようなことも可能である。   As described above, by using the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment, an etching process with various effects as described in the first and second embodiments can be realized. In addition, by strictly managing the standard values of the difference value Δ and the standard deviation σ, it is possible to sufficiently manage the process accuracy, for example, for an etching process that requires high-precision wiring processing. Become. In the processing flow of FIG. 12, the difference value Δ and the standard deviation σ are determined at the end of the processing of the semiconductor wafer. However, the determination is performed sequentially during the processing of the semiconductor wafer, and an abnormality occurs. It is also possible to perform error processing immediately.

(実施の形態5)
本実施の形態5では、実施の形態1,2で述べたようなプラズマ処理装置が例えばスパッタエッチング装置であるものとして、この装置を用いてスパッタエッチング工程を行った場合の処理内容について説明する。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, assuming that the plasma processing apparatus as described in the first and second embodiments is, for example, a sputter etching apparatus, processing contents when a sputter etching process is performed using this apparatus will be described.

図19は、本発明の実施の形態5による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。図20は、図19のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図21、図22のそれぞれは、図19のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。以下では、図4のプラズマ処理装置に基づいて説明を行うが、図1の場合でも同様である。   FIG. 19 is a flowchart showing an example of the processing contents in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 20 is an explanatory view showing a state example of the matching box of the plasma processing apparatus corresponding to the flowchart of FIG. Each of FIGS. 21 and 22 is a device cross-sectional view illustrating a configuration example of a part of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 19. Hereinafter, the description will be made based on the plasma processing apparatus of FIG. 4, but the same applies to the case of FIG. 1.

図19の処理フローにおいて、図4のプラズマ処理部40では、まず、半導体ウエハWがチャンバ41内に搬入され、静電チャック42c上に搭載される。そして直流電圧源49による電圧印加によって静電チャック42c上に半導体ウエハWが吸着される(S1901)。ここでは、この初期状態における半導体ウエハWの構成の一部を、例えば図21のようなものと想定する。図21に示す半導体ウエハ(半導体装置)Wは、例えば図示しない半導体基板の上層部分にSiOなどの絶縁層210が形成されている。 In the processing flow of FIG. 19, in the plasma processing unit 40 of FIG. 4, first, the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 41 and mounted on the electrostatic chuck 42c. Then, the semiconductor wafer W is attracted onto the electrostatic chuck 42c by applying a voltage from the DC voltage source 49 (S1901). Here, it is assumed that a part of the configuration of the semiconductor wafer W in this initial state is as shown in FIG. In the semiconductor wafer (semiconductor device) W shown in FIG. 21, for example, an insulating layer 210 such as SiO 2 is formed on an upper layer portion of a semiconductor substrate (not shown).

次に、チャンバ41内が十分に真空となった状態で、ガス流入口41aよりArガスを導入する(S1902)。その後、ガスの流入が安定した状態で高周波電源43の出力をオンにする。そうすると、上部電極42aと下部電極42b間にプラズマが発生し、また、マッチングボックス44によって自動的にインピーダンス整合が行われる(S1904)。すなわち、マッチングボックス44内の可変容量C1,C2の値(ポジション電圧)が変動し、インピーダンス整合が取れる最適なポジションに自動的に調整される(S1905)。インピーダンス整合が行われると、プラズマが安定放電領域となり、図22に示すように絶縁層210の表面にArイオンが衝突することにより、絶縁層210の表面処理が行われる。表面処理を一定時間行ったら、高周波電源43の出力をオフにする(S1907)。 Next, Ar gas is introduced from the gas inlet 41a in a state where the inside of the chamber 41 is sufficiently evacuated (S1902). Thereafter, the output of the high frequency power supply 43 is turned on in a state where the gas inflow is stable. Then, plasma is generated between the upper electrode 42a and the lower electrode 42b, and impedance matching is automatically performed by the matching box 44 (S1904). That is, the values (position voltages) of the variable capacitors C1 and C2 in the matching box 44 change and are automatically adjusted to an optimum position where impedance matching can be achieved (S1905). When the impedance matching is performed, the plasma becomes a stable discharge region, and Ar + ions collide with the surface of the insulating layer 210 as shown in FIG. 22, whereby the surface treatment of the insulating layer 210 is performed. When the surface treatment is performed for a certain time, the output of the high frequency power supply 43 is turned off (S1907).

このような一連の処理において、マッチングボックス14内の可変容量C1,C2のポジション電圧Vは、例えば、図20のように変動する。図20では、横軸に時間、縦軸に可変容量C1,C2のポジション電圧Vを示している。高周波電源43の出力がオンとなった際、図19のS1904,S1905の処理に伴い可変容量C1,C2のポジション電圧が不特定のポジション電圧から変動を開始する。そして、インピーダンス整合が取れた際に、このポジション電圧の変動が停止する。このような変動区間を経た以降は、安定放電領域となり、この領域では、プラズマ発生状態が安定しており、通常、図20のように可変容量C1,C2のポジション電圧は殆ど変動しない。   In such a series of processes, the position voltage V of the variable capacitors C1 and C2 in the matching box 14 varies as shown in FIG. 20, for example. In FIG. 20, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the position voltage V of the variable capacitors C1 and C2. When the output of the high frequency power supply 43 is turned on, the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 start to fluctuate from an unspecified position voltage in accordance with the processing of S1904 and S1905 in FIG. When the impedance matching is achieved, the position voltage fluctuation stops. After passing through such a fluctuation section, it becomes a stable discharge region, and in this region, the plasma generation state is stable, and the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 hardly change as shown in FIG.

一方、前述したようなプラズマ処理部40の処理と並行して、異常監視部48では、図19の右側に示すような処理が行われる。ここでのS1911〜S1929の処理は、図5のS511〜S529の処理と同様であるため詳細な説明は省略し、簡単に概要を説明する。まず、S1911〜S1915において、高周波電源43の出力のオンを受けて、可変容量C1,C2のポジション電圧のサンプリング収集を開始し、初期のマッチングに伴うポジション電圧が安定し、安定放電領域となったところでポジション電圧の初期値V0(C1),V0(C2)を決定する。   On the other hand, in parallel with the processing of the plasma processing unit 40 as described above, the abnormality monitoring unit 48 performs processing as shown on the right side of FIG. Since the processing of S1911 to S1929 here is the same as the processing of S511 to S529 of FIG. 5, a detailed description thereof will be omitted, and a brief description will be given. First, in S1911 to S1915, when the output of the high frequency power supply 43 is turned on, sampling of the position voltages of the variable capacitors C1 and C2 is started, the position voltage accompanying the initial matching is stabilized, and the stable discharge region is entered. By the way, initial values V0 (C1) and V0 (C2) of the position voltage are determined.

次いで、S1918,S1919において、ポジション電圧のサンプリング収集を継続し、高周波電源43の出力のオフを受けてこの収集を停止する。その後、S1920〜S1929において、収集したポジション電圧に対する標準偏差σや、各サンプリングポイント間でのポジション電圧の差分値Δを演算し、これらを予め設定した規格値と比較することで正常/異常の判定を行う。正常であった場合には、次の半導体ウエハの搬入などを行い、異常であった場合には、警報の発信や装置停止などといったエラー処理を行う。   Next, in S1918 and S1919, the sampling collection of the position voltage is continued, and this collection is stopped in response to the output of the high frequency power supply 43 being turned off. Thereafter, in S1920 to S1929, the standard deviation σ with respect to the collected position voltage and the difference value Δ of the position voltage between the sampling points are calculated, and these are compared with a preset standard value to determine normality / abnormality. I do. If it is normal, the next semiconductor wafer is carried in, and if it is abnormal, error processing such as sending an alarm or stopping the apparatus is performed.

図23は、図19のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図23に示すように、安定放電領域において、プラズマ発生状態に異常が生じた場合には、インピーダンスのマッチング状態が乱れ、可変容量C1,C2のポジション電圧Vが変動する。この変動波形は、異常の状況に応じて様々の形状を取り得るが、図23の処理フローのように差分値Δと標準偏差σを評価することで、大規模な異常放電は言うまでもなく、小規模な異常放電や、デバイス加工精度に影響を及ぼす程度の異常を含めて殆どの異常は検出可能と考えられる。   FIG. 23 is an explanatory diagram showing an example of the state of the matching box of the plasma processing apparatus when an abnormality has occurred, corresponding to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 23, when an abnormality occurs in the plasma generation state in the stable discharge region, the impedance matching state is disturbed, and the position voltage V of the variable capacitors C1 and C2 varies. Although this fluctuation waveform can take various shapes depending on the abnormal situation, it is obvious that a large-scale abnormal discharge can be obtained by evaluating the difference value Δ and the standard deviation σ as in the processing flow of FIG. It is considered that most abnormalities can be detected, including abnormal discharges on a scale and abnormalities that affect device processing accuracy.

なお、大規模な異常放電が発生した場合には、例えば、絶縁層210の表面に異物が付着することなどにより、以降の工程(例えば絶縁膜上に配線層を形成)が仮に正常に行われたとしても、最終的には当該半導体ウエハが不良品となる可能性が高い。また、次の半導体ウエハに対するスパッタエッチング工程においても、同様に不良を作り込んでしまう恐れがある。図19の処理フローを用いると、このような問題が生じた半導体ウエハWを確実に検出でき、これに伴い装置点検などを行うことによって、以降の不良品の作り込みを確実に防止できる。   If a large-scale abnormal discharge occurs, for example, a foreign substance adheres to the surface of the insulating layer 210, so that the subsequent steps (for example, formation of a wiring layer on the insulating film) are normally performed. Even so, there is a high possibility that the semiconductor wafer will eventually become a defective product. Further, in the sputter etching process for the next semiconductor wafer, there is a possibility that a defect is similarly formed. If the processing flow of FIG. 19 is used, the semiconductor wafer W in which such a problem has occurred can be reliably detected, and the subsequent inspection of the apparatus and the like can reliably prevent the formation of defective products thereafter.

以上、本実施の形態5による半導体装置の製造方法を用いることで、前述した実施の形態1および実施の形態2で述べたような各種効果を伴ったスパッタエッチング工程を実現できる。なお、図19の処理フローでは、半導体ウエハの処理の終了時に差分値Δや標準偏差σの判定を行ったが、半導体ウエハの処理の最中に逐次判定を行い、異常が生じた段階で即座にエラー処理を行うようなことも可能である。   As described above, by using the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment, the sputter etching process with various effects as described in the first and second embodiments can be realized. In the processing flow of FIG. 19, the difference value Δ and the standard deviation σ are determined at the end of the processing of the semiconductor wafer. However, the determination is performed sequentially during the processing of the semiconductor wafer, and immediately when an abnormality occurs. It is also possible to perform error processing.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明による半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置は、プラズマCVD装置、RIE装置、スパッタエッチング装置などを代表とする各種プラズマ処理装置と、このような装置の監視を伴う半導体装置の製造工程に対して広く適用可能である。   A semiconductor device manufacturing method and a plasma processing apparatus according to the present invention are applicable to various plasma processing apparatuses represented by plasma CVD apparatuses, RIE apparatuses, sputter etching apparatuses, and the like, and semiconductor device manufacturing processes involving monitoring of such apparatuses. And widely applicable.

本発明の実施の形態1によるプラズマ処理装置において、その構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the structure in the plasma processing apparatus by Embodiment 1 of this invention. 図1のプラズマ処理装置において、その異常監視部の処理内容の一例を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of processing contents of an abnormality monitoring unit in the plasma processing apparatus of FIG. 1. 図1のプラズマ処理装置において、そのσ監視部の監視結果の一例を示すグラフであり、(a)は正常動作時の一例、(b)は異常動作時の一例を示すものである。In the plasma processing apparatus of FIG. 1, it is a graph which shows an example of the monitoring result of the (sigma) monitoring part, (a) shows an example at the time of normal operation, (b) shows an example at the time of abnormal operation. 本発明の実施の形態2によるプラズマ処理装置において、その構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the structure in the plasma processing apparatus by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。In the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 3 of this invention, it is a flowchart which shows an example of the processing content. 図5のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a state example of a matching box of the plasma processing apparatus corresponding to the flowchart of FIG. 5. 図5のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 6 is a device cross-sectional view illustrating a configuration example of a part of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 5. 図5のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 6 is a device cross-sectional view illustrating a configuration example of a part of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 5. 図5のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 6 is a device cross-sectional view illustrating a configuration example of a part of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 5. 図5のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the state of the matching box of the plasma processing apparatus when an abnormality has occurred, corresponding to the flowchart of FIG. 5. 図5の処理フロー内で大規模な異常放電が発生した場合における半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 6 is a device cross-sectional view illustrating a configuration example of a part of a semiconductor device when a large-scale abnormal discharge occurs in the processing flow of FIG. 5. 本発明の実施の形態4による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。In the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 4 of this invention, it is a flowchart which shows an example of the processing content. 図12のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example of the matching box of a plasma processing apparatus corresponding to the flowchart of FIG. 図12のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 13 is a device cross-sectional view illustrating a partial configuration example of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 12. 図12のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 13 is a device cross-sectional view illustrating a partial configuration example of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 12. 図12のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 13 is a device cross-sectional view illustrating a partial configuration example of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 12. 図12のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of a state of a matching box of the plasma processing apparatus when an abnormality occurs, corresponding to the flowchart of FIG. 12. 図12の処理フロー内で大規模な異常放電が発生した場合における半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 13 is a device cross-sectional view illustrating a partial configuration example of a semiconductor device when a large-scale abnormal discharge occurs in the processing flow of FIG. 12. 本発明の実施の形態5による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。In the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 5 of this invention, it is a flowchart which shows an example of the processing content. 図19のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example of the matching box of a plasma processing apparatus corresponding to the flowchart of FIG. 図19のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 20 is a device cross-sectional view illustrating a partial configuration example of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 19. 図19のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。FIG. 20 is a device cross-sectional view illustrating a partial configuration example of a semiconductor device formed with the flowchart of FIG. 19. 図19のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating a state example of a matching box of the plasma processing apparatus when an abnormality occurs, corresponding to the flowchart of FIG. 19.

符号の説明Explanation of symbols

10,40 プラズマ処理部
11,41 チャンバ
11a,41a ガス流入口
11b,41b 排気口
12a,42a 上部電極
12b,42b 下部電極
13,43 高周波電源
14,44 マッチングボックス
15a,45a C1ポジションモニタ部
15b,45b C2ポジションモニタ部
16,46 Pr検出部
17,47 エラー処理部
18,48 異常監視部
18a,48a シーケンス制御部
18b,48b Δ監視部
18c,48c σ監視部
42c 静電チャック
49 直流電圧源
70,140,210 絶縁層
71,141 バリア層
72,142 メタル層
73,143 反射防止層
74 層間絶縁層
75 異物
144 レジスト
C1,C2 可変容量
L1 インダクタ
W 半導体ウエハ
10, 40 Plasma processing unit 11, 41 Chamber 11a, 41a Gas inlet 11b, 41b Exhaust port 12a, 42a Upper electrode 12b, 42b Lower electrode 13, 43 High frequency power supply 14, 44 Matching box 15a, 45a C1 position monitor unit 15b, 45b C2 position monitoring unit 16, 46 Pr detection unit 17, 47 Error processing unit 18, 48 Abnormality monitoring unit 18a, 48a Sequence control unit 18b, 48b Δ monitoring unit 18c, 48c σ monitoring unit 42c Electrostatic chuck 49 DC voltage source 70 , 140, 210 Insulating layer 71, 141 Barrier layer 72, 142 Metal layer 73, 143 Antireflection layer 74 Interlayer insulating layer 75 Foreign material 144 Resist C1, C2 Variable capacitance L1 Inductor W Semiconductor wafer

Claims (16)

以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)ウエハ処理容器と、高周波電源と、前記高周波電源の出力と前記ウエハ処理容器内に生成するプラズマとの間でインピーダンス整合を行うために電気的パラメータが可変調整可能なマッチングボックスとを備えたプラズマ処理装置を用意する工程、
(b)前記ウエハ処理容器内に半導体装置を搬入する工程、
(c)前記ウエハ処理容器内に前記高周波電源の出力を用いてプラズマを生成する工程、
(d)前記生成したプラズマの状態を検出し、前記マッチングボックスが前記検出した結果に応じて前記電気的パラメータを自動的に調整する工程、
(e)前記生成したプラズマを用いて前記半導体装置の処理を行う工程、
(f)前記マッチングボックスによって調整される前記電気的パラメータの値を時系列的に取得する工程、
(g)前記時系列的に取得された前記電気的パラメータの値を用いて前記生成したプラズマの状態を評価する工程、
ここで、前記(g)工程は、前記生成したプラズマの状態の評価を開始する評価開始時点と、前記生成したプラズマの状態の評価を終了する評価終了時点とを決定し、前記(f)工程によって時系列的に取得された前記電気的パラメータの値の中から前記評価開始時点と前記評価終了時点の間に取得された前記電気的パラメータの値を評価対象として前記生成したプラズマの状態を評価する。
A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) a wafer processing container, a high-frequency power source, and a matching box capable of variably adjusting electrical parameters for impedance matching between the output of the high-frequency power source and plasma generated in the wafer processing container. Preparing a plasma processing apparatus,
(B) carrying a semiconductor device into the wafer processing container;
(C) generating plasma using the output of the high-frequency power source in the wafer processing container;
(D) detecting the state of the generated plasma, and the matching box automatically adjusting the electrical parameters according to the detection result;
(E) a step of processing the semiconductor device using the generated plasma;
(F) obtaining the value of the electrical parameter adjusted by the matching box in time series;
(G) evaluating the state of the generated plasma using the value of the electrical parameter acquired in time series,
Here, in the step (g), an evaluation start point for starting the evaluation of the generated plasma state and an evaluation end point for ending the evaluation of the generated plasma state are determined, and the step (f) The state of the generated plasma is evaluated by using the value of the electrical parameter acquired between the evaluation start time and the evaluation end time from among the values of the electrical parameter acquired in time series by the evaluation target. To do.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記プラズマ処理装置は、前記ウエハ処理容器内で前記半導体装置を固定するための静電チャックを備える。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The plasma processing apparatus includes an electrostatic chuck for fixing the semiconductor device in the wafer processing container.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程は、以下の工程を有する:
(g1)前記評価対象となる前記電気的パラメータの値に対して時系列的な差分値を算出し、予め設定した規格値と前記算出した差分値とを比較判定する工程、
(g2)前記評価対象となる前記電気的パラメータの値の標準偏差を算出し、予め設定した規格値と前記算出した標準偏差とを比較判定する工程。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The step (g) includes the following steps:
(G1) calculating a time-series difference value for the value of the electrical parameter to be evaluated, and comparing and determining a preset standard value and the calculated difference value;
(G2) A step of calculating a standard deviation of the value of the electrical parameter to be evaluated, and comparing and judging a preset standard value and the calculated standard deviation.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記評価開始時点は、前記(c)工程でプラズマの生成が開始した以降で、なおかつ前記(d)工程で前記プラズマの生成の開始に伴う初期の前記電気的パラメータの自動調整が完了した以降の時間帯に決定される。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The evaluation start time is after the plasma generation is started in the step (c), and after the initial automatic adjustment of the electrical parameters accompanying the start of the plasma generation is completed in the step (d). Determined in the time zone.
請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記プラズマの生成の開始に伴う初期の前記電気的パラメータの自動調整が完了したか否かは、前記(f)工程によって時系列的に取得された前記電気的パラメータに対して時系列的な差分値を算出することで判断される。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
Whether or not the initial automatic adjustment of the electrical parameters accompanying the start of the generation of the plasma is completed is a time-series difference with respect to the electrical parameters acquired in time-series by the step (f). This is determined by calculating the value.
請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記評価開始時点は、前記プラズマの生成の開始に伴う初期の前記電気的パラメータの自動調整が完了した以降となる時点を予め予測しておき、前記予測した時点を予めタイマに設定しておくことで決定される。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The evaluation start time is predicted in advance as a time point after the initial automatic adjustment of the electrical parameters accompanying the start of the generation of the plasma, and the predicted time point is set in a timer in advance. Determined by
以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)ウエハ処理容器と、高周波電源と、前記高周波電源の出力と前記ウエハ処理容器内に生成するプラズマとの間でインピーダンス整合を行うために電気的パラメータが可変調整可能なマッチングボックスとを備えたプラズマ処理装置を用意する工程、
(b)前記ウエハ処理容器内に半導体装置を搬入する工程、
(c)前記ウエハ処理容器内に前記高周波電源の出力を用いてプラズマを生成する工程、
(d)前記生成したプラズマの状態を検出し、前記マッチングボックスが前記検出した結果に応じて前記電気的パラメータを自動的に調整する工程、
(e)前記生成したプラズマを用いて前記半導体装置の処理を行う工程、
(f)前記マッチングボックスによって調整される前記電気的パラメータの値を時系列的に取得する工程、
(g)前記時系列的に取得された前記電気的パラメータの値を用いて前記生成したプラズマの状態を評価する工程、
ここで、前記(g)工程は、以下の工程を有する:
(g1)前記生成したプラズマの状態の評価を開始する評価開始時点と、前記生成したプラズマの状態の評価を終了する評価終了時点とを決定する工程、
(g2)前記評価開始時点と前記評価終了時点の間で前記(f)工程によって取得した前記電気的パラメータの値を評価対象として、前記評価対象となる前記電気的パラメータの値の時系列的な差分値を算出し、予め設定した規格値と前記算出した差分値とを比較判定する工程、
(g3)前記評価対象となる前記電気的パラメータの値の標準偏差を算出し、予め設定した規格値と前記算出した標準偏差とを比較判定する工程。
A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) a wafer processing container, a high-frequency power source, and a matching box capable of variably adjusting electrical parameters for impedance matching between the output of the high-frequency power source and plasma generated in the wafer processing container. Preparing a plasma processing apparatus,
(B) carrying a semiconductor device into the wafer processing container;
(C) generating plasma using the output of the high-frequency power source in the wafer processing container;
(D) detecting the state of the generated plasma, and the matching box automatically adjusting the electrical parameters according to the detection result;
(E) a step of processing the semiconductor device using the generated plasma;
(F) obtaining the value of the electrical parameter adjusted by the matching box in time series;
(G) evaluating the state of the generated plasma using the value of the electrical parameter acquired in time series,
Here, the step (g) includes the following steps:
(G1) a step of determining an evaluation start point at which the evaluation of the generated plasma state is started and an evaluation end point at which the evaluation of the generated plasma state is ended;
(G2) The value of the electrical parameter acquired by the step (f) between the evaluation start time and the evaluation end time as an evaluation target, and the time series of the value of the electrical parameter to be evaluated Calculating a difference value, and comparing and determining a preset standard value and the calculated difference value;
(G3) A step of calculating a standard deviation of the value of the electrical parameter to be evaluated, and comparing and judging a preset standard value and the calculated standard deviation.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記電気的パラメータの値は、粗調整用の可変容量の調整位置を示す値と、微調整用の可変容量の調整位置を示す値を含む。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The value of the electrical parameter includes a value indicating the adjustment position of the variable capacitor for coarse adjustment and a value indicating the adjustment position of the variable capacitor for fine adjustment.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程では、予め設定したサンプリング周期に基づいて各サンプリングポイント毎の前記電気的パラメータが取得され、
前記(g2)工程で算出する時系列的な差分値は、互いに連続する2つのサンプリングポイントでそれぞれ取得した前記電気的パラメータの値の差分値である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
In the step (f), the electrical parameter for each sampling point is acquired based on a preset sampling period,
The time-series difference value calculated in the step (g2) is a difference value between the values of the electrical parameters acquired at two consecutive sampling points.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g2)工程と前記(g3)工程のいずれか一方でも、それぞれの前記規格値を満たさなかった場合に前記生成したプラズマの状態を異常と判定する。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
In any one of the steps (g2) and (g3), the state of the generated plasma is determined to be abnormal when the respective standard values are not satisfied.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程は、成膜工程である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The step (e) is a film forming step.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程は、エッチング工程である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The step (e) is an etching step.
高周波電源と、
内部に半導体ウエハを固定し、前記高周波電源の出力を用いて内部にプラズマを生成し、前記プラズマにより前記半導体ウエハの処理を行うウエハ処理容器と、
前記ウエハ処理容器と前記高周波電源の間に設けられ、可変調整可能な電気的パラメータを含み、前記プラズマの発生状態に応じて前記電気的パラメータを自動で調整することにより、前記高周波電源の出力と前記プラズマの間のインピーダンス整合を行うマッチングボックスと、
前記マッチングボックスで調整される前記電気的パラメータの値をサンプリング周期に基づいて時系列的に取得する機能と、
評価開始時点と評価終了時点を設定し、前記評価開始時点と前記評価終了時点の間の時間帯で取得した前記電気的パラメータの値を評価対象として前記プラズマの発生状態を評価する機能とを有するプラズマ処理装置。
A high frequency power supply,
A wafer processing container that fixes a semiconductor wafer inside, generates plasma inside using the output of the high-frequency power source, and processes the semiconductor wafer by the plasma;
An output of the high-frequency power source is provided between the wafer processing container and the high-frequency power source and includes an electrically adjustable parameter and automatically adjusts the electrical parameter according to the plasma generation state. A matching box for impedance matching between the plasmas;
A function of acquiring the value of the electrical parameter adjusted in the matching box in a time series based on a sampling period;
A function of setting an evaluation start time and an evaluation end time, and evaluating the generation state of the plasma using the value of the electrical parameter acquired in a time zone between the evaluation start time and the evaluation end time as an evaluation target Plasma processing equipment.
請求項13記載のプラズマ処理装置において、
前記ウエハ処理容器は、静電チャックを用いて前記半導体ウエハを固定する。
The plasma processing apparatus according to claim 13, wherein
The wafer processing container fixes the semiconductor wafer using an electrostatic chuck.
請求項13記載のプラズマ処理装置において、
前記プラズマの発生状態を評価する機能は、
前記評価対象となる前記電気的パラメータの値に対して、互いに連続する2つのサンプリングポイントでそれぞれ取得した前記電気的パラメータの値の差分値を算出し、予め設定した規格値と前記差分値を比較する機能と、
前記評価対象となる前記電気的パラメータの値の標準偏差を算出し、予め設定した規格値と前記標準偏差を比較する機能と、
前記差分値と前記標準偏差の比較結果に応じて前記プラズマの発生状態の正常/異常を判定する機能とを有する。
The plasma processing apparatus according to claim 13, wherein
The function of evaluating the plasma generation state is as follows:
The difference value between the electrical parameter values acquired at two consecutive sampling points is calculated for the electrical parameter value to be evaluated, and the difference between the standard value set in advance and the difference value are compared. Function to
A function of calculating a standard deviation of the value of the electrical parameter to be evaluated, and comparing the standard deviation with a preset standard value;
A function of determining normality / abnormality of the plasma generation state according to a comparison result between the difference value and the standard deviation.
請求項15記載のプラズマ処理装置において、
前記電気的パラメータの値は、粗調整用の可変容量の調整位置を示す値と、微調整用の可変容量の調整位置を示す値を含む。
The plasma processing apparatus according to claim 15, wherein
The value of the electrical parameter includes a value indicating the adjustment position of the variable capacitor for coarse adjustment and a value indicating the adjustment position of the variable capacitor for fine adjustment.
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