JP2008258375A - Plasma damage detection measuring apparatus and plasma processing apparatus - Google Patents

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JP2008258375A JP2007098464A JP2007098464A JP2008258375A JP 2008258375 A JP2008258375 A JP 2008258375A JP 2007098464 A JP2007098464 A JP 2007098464A JP 2007098464 A JP2007098464 A JP 2007098464A JP 2008258375 A JP2008258375 A JP 2008258375A
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Shinji Kohama
慎司 小濱
Ryoji Nishio
良司 西尾
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Hitachi High Tech Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma damage detecting device or the like capable of obtaining an accurately evaluation. <P>SOLUTION: A substrate wafer is prepared, an insulating film simulated as a gate oxide film is formed on its surface, and a measuring electrode 102 for measuring an electrical potential applied on the insulating film is provided to make the wafer 101 for the measurement. This is mounted in a processing chamber of a plasma processing device, the charge of the measuring electrode 102 is taken out to an output equipment 305 through a high-impedance split probe 104 and an atmosphere side high-voltage probe 304, a charge-up state of the wafer 101 is observed by a monitor of the atmosphere side output equipment 305, and the data can be measured. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体の製造に使用されるプラズマ処理装置に係り、特に、プラズマ処理装置におけるプラズマダメージを検出し測定するプラズマダメージ検出測定装置及びプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus used for manufacturing a semiconductor, and more particularly to a plasma damage detection measuring apparatus and a plasma processing apparatus for detecting and measuring plasma damage in a plasma processing apparatus.

近年の半導体デバイスの微細化と高集積化に伴ない、半導体デバイスの製造時におけるプラズマエッチングに際して、チャンバー内でのウェハ表面にチャージアップされる電荷を評価することが重要な課題になっている。これは、半導体デバイスのゲート酸化膜厚が微細化と高集積化に伴なって薄くなってゆくので、膜厚が耐えうる電圧、つまり耐電圧が徐々に低くなり、従って、耐電圧の管理が重要になってゆくことに起因する。   With the recent miniaturization and high integration of semiconductor devices, it has become an important issue to evaluate the charge charged up on the wafer surface in the chamber during plasma etching during the manufacture of semiconductor devices. This is because the gate oxide film thickness of a semiconductor device becomes thinner with miniaturization and higher integration, so that the voltage that the film can withstand, that is, the withstand voltage gradually decreases, and therefore the withstand voltage can be managed. This is because it becomes important.

また、このときエッチングに用いられるプラズマは、高周波電力により生成されるため、プラズマにウェハを暴露させたときには、プラズマからの影響だけでなく、高周波による電界の影響も考慮する必要もあり、このため、第1の従来技術として、高周波電圧を印加するための電極の下に、コンデンサ・抵抗・インダクタ・ダイードなどの電気的素子を設けると共に、電極表面にゲート酸化膜を模擬したチップを埋設させ、これによりチップに与えられる電圧と電流、それに、このときゲート酸化膜を通過する電荷量を測定する方法が提案されている。   Since the plasma used for etching is generated by high frequency power at this time, when the wafer is exposed to the plasma, it is necessary to consider not only the influence from the plasma but also the influence of the electric field due to the high frequency. As a first conventional technique, an electrical element such as a capacitor, a resistor, an inductor, and a diode is provided under an electrode for applying a high-frequency voltage, and a chip simulating a gate oxide film is embedded on the electrode surface, Thus, a method for measuring the voltage and current applied to the chip, and the amount of charge passing through the gate oxide film at this time has been proposed.

次に、第2の従来技術では、発光素子・電気素子を用いてウェハ表面上に検出回路を構成し、荷電粒子の流入量の差に応じて発生する電位差を利用し、それにより発光する素子の発光強度を測定し、ウェハ表面上の電位を測定する方法について提案されている。   Next, in the second prior art, a light emitting element / electric element is used to form a detection circuit on the wafer surface, and an element that emits light by utilizing a potential difference generated according to a difference in the inflow amount of charged particles. A method has been proposed for measuring the light emission intensity of the wafer and measuring the potential on the wafer surface.

一方、このゲート酸化膜のプラズマによるチャージアップダメージの評価方法として広く用いられている第3の従来技術として、TEG(Test Element Group)と呼ばれる評価方法があり、この手法の場合、まず、ゲート酸化膜にアンテナが接続された複数のチップ構成からなるウェハを使用し、実デバイスの作成と同じレシピ条件のもとでプラズマ処理を行い、プラズマ処理された結果としてダメージを受けたであろうと推定されるゲート酸化膜を得る。   On the other hand, there is an evaluation method called TEG (Test Element Group) as a third conventional technique widely used as an evaluation method of charge-up damage due to plasma of this gate oxide film. In this method, first, gate oxidation is performed. Using a wafer consisting of multiple chips with antennas connected to the membrane, plasma processing was performed under the same recipe conditions as the actual device creation, and it is estimated that the plasma processing would have resulted in damage. A gate oxide film is obtained.

次に、こうして得たゲート酸化膜に対して、絶縁破壊が現れるまで徐々に低電圧から電圧を印加してゆき、このときの電圧値Vと、それによる電流値Iを測定し、得られたI−V特性から膜の劣化レベルを評価するという、いわゆるCVS法(Constant Voltage Stress)と呼ばれている方法を適用し、結果としてゲート酸化膜のプラズマによるチャージアップダメージを評価するのである。   Next, a voltage was gradually applied from a low voltage to the gate oxide film thus obtained until dielectric breakdown appeared, and the voltage value V and the current value I at this time were measured and obtained. A so-called CVS method (Constant Voltage Stress), which evaluates the deterioration level of the film from the IV characteristics, is applied, and as a result, the charge-up damage due to the plasma of the gate oxide film is evaluated.

上記従来技術は、評価に要するコストに配慮がされているとは言えず、適用に制限を受けてしまうという問題があった。   The prior art described above has a problem that it cannot be said that the cost required for evaluation is taken into consideration, and is limited in application.

すなわち、ます、上記第1の従来技術の場合は、実際にデバイスを作成する際の下部電極とは異なった電極構造になってしまうので、プラズマが生成されるチャンバー内の雰囲気が変化し、実デバイスウェハ上に印加される電圧値が異なってしまうことになり、よって、デバイスを開発するためのチャンバーを用いて、実デバイス内のゲート酸化膜を通過する電荷量を正しく把握することは、この第1の従来技術では困難である。   That is, in the case of the first prior art, since the electrode structure is different from that of the lower electrode when the device is actually fabricated, the atmosphere in the chamber in which the plasma is generated is changed. The voltage value applied to the device wafer will be different, so it is important to correctly grasp the amount of charge passing through the gate oxide film in the actual device using the chamber for developing the device. This is difficult with the first prior art.

次に、上記第2の従来技術の場合、電気素子を利用した複雑な回路を構成しなくてはならず、しかもこのとき高周波による素子の破壊も考慮に入れて構成する必要があり、実施が難しく、精度にも問題がある。   Next, in the case of the second prior art, it is necessary to configure a complicated circuit using an electric element, and at this time, it is necessary to take into consideration the destruction of the element due to high frequency, Difficult and there are problems with accuracy.

また、記したTEG評価法による第3の従来技術では、1度プラズマに暴露し、CVS法により劣化具合を測定したら、そのウエハを再度使用することは不可能であり、従って、評価条件毎に高コストのウェハが必要になり、このため採算性の面から適用に制限を受けてしまうのである。   In the third prior art based on the TEG evaluation method described above, once the wafer is exposed to plasma and the degree of deterioration is measured by the CVS method, the wafer cannot be used again. High-cost wafers are required, which limits the application from the viewpoint of profitability.

そこで、本発明の目的は、ゲート酸化膜のプラズマによるチャージアップダメージの評価のためのコストが抑えられ、精度のよい評価が得られるようにしたプラズマダメージ検出装置とプラズマダメージ測定装置を提供し、それを用いたプラズマ処理装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma damage detection apparatus and a plasma damage measurement apparatus that can suppress the cost for evaluating the charge-up damage due to the plasma of the gate oxide film and can obtain an accurate evaluation. It is to provide a plasma processing apparatus using the same.

本発明は、ウェハに印加される電位を計測するため、測定用ウェハに薄膜電極を設け、この電極によりウェハがチャージアップしている様子を観測し、更に自動制御することにより、上記の目的が達成されるようにしている。   In the present invention, in order to measure the potential applied to the wafer, a thin film electrode is provided on the measurement wafer, the state of the wafer being charged up by this electrode is observed, and further automatically controlled. To be achieved.

このため、本発明では、薄膜の測定電極をプラズマ生成用高周波に対応させた電圧プローブとしてウエハに組み込み、それを、製品デバイスを作成するプラズマ生成装置内に搬入し、実デバイスの作成条件によるレシピのもとで、大気外にある出力モニタを用い、ウェハ上にチャージアップしている様子をモニタリングするものであり、更に、このときのモニタリングによる波形や数値結果により、次の処理のためのレシピ条件を変更してゆくものである。   For this reason, in the present invention, a thin film measurement electrode is incorporated into a wafer as a voltage probe corresponding to a high frequency for plasma generation, and is loaded into a plasma generation apparatus for producing a product device, and a recipe according to production conditions of an actual device Under this condition, an output monitor outside the atmosphere is used to monitor the state of charging up on the wafer. Furthermore, the waveform and numerical result obtained by the monitoring at this time are used for the recipe for the next processing. The conditions will be changed.

従って、上記目的は、第1の手段によれば、生地のウエハの表面上に、ゲート酸化膜に模擬させた絶縁膜を作成し、その絶縁膜上に印加される電位を測定するための電極として、当該絶縁膜上に導通性の膜を蒸着させて測定電極とした測定用のウエハとし、それをプラズマ処理装置内に載置させて前記電位の検出と測定を行うことにより達成される。   Therefore, according to the first means, the object is to create an insulating film imitating a gate oxide film on the surface of the fabric wafer and to measure the potential applied to the insulating film. As described above, this is achieved by depositing a conductive film on the insulating film to form a measurement wafer as a measurement electrode, and placing it in a plasma processing apparatus to detect and measure the potential.

このとき、前記電極が、前記測定用ウエハに少なくとも2個、形成されているようにしてもよく、前記電極が、高周波プラズマから保護する為に絶縁された抵抗・コイル・コンデンサなどの電気素子と絶縁及びシールドされたリード線から構成されたプローブを備え、前記電位が、前記プローブを介して大気側に取り出されるようにしてもよく、更に、このとき、前記電極がアンテナを備え、前記電位が、前記電極から電波により伝送され、大気側に取り出されるようにしてもよい。   At this time, at least two of the electrodes may be formed on the measurement wafer, and the electrodes are electrically insulated from resistance elements such as a resistor, a coil, and a capacitor in order to protect from high-frequency plasma. The probe may include an insulated and shielded lead wire, and the electric potential may be taken out to the atmosphere side through the probe. Further, at this time, the electrode includes an antenna, and the electric potential is The electrode may be transmitted by radio waves and taken out to the atmosphere side.

同じく、上記目的は、請求項1乃至請求項4に記載の何れかのプラズマダメージ検出測定装置を備え、プラズマダメージの検出測定結果に応じてプラズマが制御されるようにしても達成される。   Similarly, the above object can be achieved even if the plasma damage detection / measurement apparatus according to any one of claims 1 to 4 is provided and the plasma is controlled in accordance with the detection / measurement result of the plasma damage.

このとき、チャージアップ波形を表示するモニタ手段と、少なくともチャージアップ減少条件を含んだ情報を格納するデータベースとを備え、前記プラズマダメージ検出測定装置によるプラズマダメージの検出測定処理が、予め設定してあるδVdc 設定値が得られるまで繰り返されるようにしてもよい。   At this time, a monitor means for displaying a charge-up waveform and a database for storing information including at least a charge-up reduction condition are provided, and the plasma damage detection and measurement process by the plasma damage detection and measurement apparatus is preset. It may be repeated until the ΔVdc set value is obtained.

本発明によれば、デバイス作成に使用するプラズマ生成装置の構成を大きく変えることなく、簡易な電位・電流計測素子を用いて、被加工膜上に分布する電位や電流の方向性、それにゲート酸化膜を通過する電荷量が簡易に測定でき、把握できるので、チャージアップダメージの低減に有効な計測系及び装置系を提供することができる。   According to the present invention, the directivity of the potential and current distributed on the film to be processed and the gate oxidation can be obtained using a simple potential / current measuring element without greatly changing the configuration of the plasma generation apparatus used for device creation. Since the amount of charge passing through the membrane can be easily measured and grasped, it is possible to provide a measurement system and apparatus system effective for reducing charge-up damage.

また、本発明によれば、製品化されたプラズマ生成装置内において、チャージアップによりウェハ上面に不均一に流動する電流、電位、電荷量が測定でき、且つ、リアルタイムにモニタリングが可能なチャージングダメージ計測系及びチャージングダメージ低減装置系を提供することができる。   In addition, according to the present invention, charging damage that can measure current, potential, and amount of charge flowing non-uniformly on the wafer top surface due to charge-up and can be monitored in real time in a commercial plasma generator. A measurement system and a charging damage reduction apparatus system can be provided.

以下、本発明によるプラズマダメージ検出装置及びプラズマダメージ測定装置並びにプラズマ処理装置について、夫々図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, a plasma damage detection apparatus, a plasma damage measurement apparatus, and a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

・実施形態例1
図1は、測定用ウェハに測定電極と測定用プローブを設置し、プラズマダメージ検出装置及びプラズマダメージ測定装置とした場合の本発明の一実施形態を示した概略図で、この場合、生地のウエハ(Bare Silicon Wafer)を用意し、それを測定用ウェハ101として、その表面上に、ゲート酸化膜に模擬させた絶縁膜を作成し、その絶縁膜上に印加される電位を測定するための電極として、当該絶縁膜上にアルミテープなどの導通性のある膜を蒸着させたものである。
-Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention in which a measurement electrode and a measurement probe are installed on a measurement wafer to form a plasma damage detection device and a plasma damage measurement device. (Bare Silicon Wafer) is prepared, and an insulating film that simulates a gate oxide film is formed on the surface of the wafer 101 as a measurement wafer 101, and an electrode for measuring the potential applied to the insulating film As described above, a conductive film such as an aluminum tape is deposited on the insulating film.

ここで、作成に際しては、ウェハ表面に生じる電位が、プラズマからの影響によるものに統一されるようにする為、ある大きさを持った同一面積の膜を作る。そして、その外周部分を絶縁膜でシールドし、異方性エッチングによる模擬酸化膜の裂傷を抑えるようにして測定電極102を作成する。そして、この測定電極102に装着される高インピーダンス分割プローブ104として、電源から供給される高周波を遮断するためのコイルやコンデンサ等の電気素子を接続し、更に測定電極に印加されるプラズマによるウェハ表面上の電位を考慮した大きさの抵抗素子を接続する。   Here, at the time of production, a film having a certain size and the same area is produced so that the potential generated on the wafer surface is unified with that caused by the influence of plasma. Then, the outer peripheral portion is shielded with an insulating film, and the measurement electrode 102 is formed so as to suppress the tear of the simulated oxide film due to anisotropic etching. Then, as a high-impedance split probe 104 attached to the measurement electrode 102, an electrical element such as a coil or a capacitor for cutting off a high frequency supplied from a power source is connected, and the wafer surface by plasma applied to the measurement electrode A resistance element having a size in consideration of the above potential is connected.

このとき、これらの電気素子やリード線103を完全に絶縁体で覆い、プローブ中の電気素子がバイアス電源から影響を受けて電位が発生してしまうのが阻止できるようにしてあり、この点について、更に図2により説明する。ここで、この図2は、測定電極の断面図と高インピーダンス分割プローブが接続されている様子を簡略的に示したので、図示のように、まず、ゲート酸化膜を模擬したオキサイド(Oxide)系の絶縁膜201を、その膜厚や面積を考慮した上で、プラズマが不均一に分布するウェハ上の2点以上の部位に設ける。そして、その直上に、制御された大きさ(面積)と導電性を持つ薄膜202を蒸着させる。   At this time, these electrical elements and the lead wire 103 are completely covered with an insulator so that the electrical elements in the probe can be prevented from being affected by the bias power source and the potential being generated. This will be further described with reference to FIG. Here, FIG. 2 simply shows a cross-sectional view of the measurement electrode and a state in which the high-impedance split probe is connected. First, as shown in FIG. 2, an oxide system simulating a gate oxide film is used. The insulating film 201 is provided at two or more points on the wafer where the plasma is unevenly distributed in consideration of the film thickness and area. Then, a thin film 202 having a controlled size (area) and conductivity is deposited immediately above.

そうすると、このときの導電性の薄膜202の面積により、単位時間当りに通過する電荷の量を算出することが可能になる。そこで、次に、その外周部分を絶縁体の膜で覆うことで、少なくとも2個の測定電極102を作成する。そして、導電性の薄膜202にプラズマが均一にあたるような形で、導電性薄膜と同一素材である高インピーダンス分割プローブ104の先端を取り付けるのである。   Then, the amount of charge passing per unit time can be calculated from the area of the conductive thin film 202 at this time. Therefore, next, at least two measurement electrodes 102 are formed by covering the outer peripheral portion with an insulating film. Then, the tip of the high-impedance split probe 104, which is the same material as the conductive thin film, is attached so that the plasma is uniformly applied to the conductive thin film 202.

次に、図3は、ウェハ101と、その測定電極102に接続された高インピーダンス分割プローブ104が真空の処理室内に載置され、大気側にある出力機器305に接続されるまでの状況を簡易的に示したもので、ここには、プラズマからの大電流が一気に出力機器305に流れ込むのを避けるため、インピーダンス分割回路301が設けられている様子が示されている。   Next, FIG. 3 simply shows the situation from when the wafer 101 and the high-impedance split probe 104 connected to the measurement electrode 102 are placed in the vacuum processing chamber to the output device 305 on the atmosphere side. Here, a state is shown in which an impedance dividing circuit 301 is provided in order to avoid a large current from plasma flowing into the output device 305 at once.

そこで、測定電極102の電位による電流は、インピーダンス分割回路301により分圧された電圧に変換され、シールドケーブル304の芯線302を介して、プラズマ生成処理装置外にある高電圧測定プローブ304に供給され、ここで更に分圧された上で出力機器305に取り込まれる。このとき、図示のように、プローブ304は、真空のプラズマ処理装置内における高周波電力の影響及び大電流流入の影響を考慮してシールドされている。ここで、306は大気側高電圧プローブアース線である。   Therefore, the current due to the potential of the measurement electrode 102 is converted into a voltage divided by the impedance dividing circuit 301 and supplied to the high voltage measurement probe 304 outside the plasma generation processing apparatus via the core wire 302 of the shield cable 304. Here, the voltage is further divided and taken into the output device 305. At this time, as shown in the figure, the probe 304 is shielded in consideration of the influence of high-frequency power and the influence of large current flow in the vacuum plasma processing apparatus. Here, reference numeral 306 denotes an atmospheric side high voltage probe ground wire.

そして、このように、2個以上の測定電極及びプローブを用いてゲート酸化膜にかかる電位を測定することにより、測定電極単体が受けた電位を出力機器305において、それぞれ可視化することができ、導電性膜を通過する電荷を算出することができる。また、このとき、各電荷の差分をとることにより、不均一なプラズマから生まれる電流の方向性及び測定電極間に発生している電位の把握が可能になり、この結果、ゲート酸化膜に模擬させた絶縁膜のチャージアップダメージを評価することができる。   In this way, by measuring the potential applied to the gate oxide film using two or more measurement electrodes and probes, the potential received by the measurement electrode alone can be visualized in the output device 305, respectively. The charge passing through the conductive membrane can be calculated. At this time, by taking the difference between the charges, it is possible to grasp the direction of the current generated from the non-uniform plasma and the potential generated between the measurement electrodes. As a result, the gate oxide film is simulated. The charge-up damage of the insulating film can be evaluated.

次に、図4により、測定用ウェハ及び測定用プローブをプラズマ生成処理装置の処理室内に組み込んだ場合について説明する。このとき、プラズマ生成処理装置は、プラズマ生成処理室下カバー404とプラズマ生成処理室上カバー405で構成され、この中に測定電極102を備えたウエハ101が、石英リング403と共に載置される。このときプラズマ生成処理装置の中にはシャワープレート406があり、これに高周波電力発生装置407から電力が供給されて高周波電界が形成され、この結果、プラズマ401が生成されている。このときプラズマから電荷を持った粒子を引き寄せるため、高周波電力発生装置409から下部電極402に高周波電圧が印加されており、これの影響により下部電極402に置かれたウェハ上の測定電極102に電位が印加されている。なお、408、410はアースである。   Next, the case where the measurement wafer and the measurement probe are incorporated in the processing chamber of the plasma generation processing apparatus will be described with reference to FIG. At this time, the plasma generation processing apparatus includes a plasma generation processing chamber lower cover 404 and a plasma generation processing chamber upper cover 405, and the wafer 101 including the measurement electrode 102 is placed together with the quartz ring 403 therein. At this time, the plasma generation processing apparatus includes a shower plate 406, to which power is supplied from the high frequency power generation apparatus 407 to form a high frequency electric field. As a result, plasma 401 is generated. At this time, in order to attract charged particles from the plasma, a high frequency voltage is applied from the high frequency power generator 409 to the lower electrode 402, and due to this, a potential is applied to the measurement electrode 102 on the wafer placed on the lower electrode 402. Is applied. Reference numerals 408 and 410 are grounds.

こうして測定電極102が影響を受けた結果、現れてしまう電位は、真空中にある高インピーダンス分割プローブ104と大気中にある高電圧測定プローブ304を介して、リアルタイムのモニタリングが可能な測定データモニターとして、出力機器305が接続されている。従って、このとき出力機器305の設定を変更することにより、2個以上の電極間の電流差と方向性、及び流入した電荷の量を知ることができ、従って、この実施形態によれば、測定用ウェハを用いるだけで、絶縁膜のチャージアップダメージを評価することができる。   The potential that appears as a result of the measurement electrode 102 being affected in this way is a measurement data monitor that can be monitored in real time via the high impedance division probe 104 in vacuum and the high voltage measurement probe 304 in the atmosphere. The output device 305 is connected. Therefore, by changing the setting of the output device 305 at this time, it is possible to know the current difference and directionality between two or more electrodes and the amount of inflowed charge. Therefore, according to this embodiment, the measurement It is possible to evaluate the charge-up damage of the insulating film only by using the wafer for manufacturing.

・実施形態例2
図5は、製品デバイスを作成する過程で、チャージアップダメージによる酸化膜のダメージを検証するために、製品デバイスのウエハに直接、測定電極102を設置し、プラズマダメージ検出装置及びプラズマダメージ測定装置とした場合の本発明の一実施形態を示した概略図で、この場合、或る条件のもとでエッチングしたい被加工膜501を区切り、それらの上に測定電極102を設置する。このとき、これらの測定電極102については、図1と図2で説明した場合と同じである。
-Embodiment 2
FIG. 5 shows a plasma damage detection apparatus and a plasma damage measurement apparatus in which a measurement electrode 102 is directly installed on a wafer of a product device in order to verify damage to an oxide film due to charge-up damage in the process of producing a product device. In this case, the processed film 501 to be etched under certain conditions is divided, and the measurement electrode 102 is placed on them. At this time, these measurement electrodes 102 are the same as those described with reference to FIGS.

そして、これら測定電極102により得られた電位を、これも先に説明したプローブ105を介して、図3で説明した外部機器305に供給することにより、前記実施形態1の場合と同様にモニタリングすることができる。ここで、502はエッチストッパ層で、503は被加工膜である。   Then, the potential obtained by these measurement electrodes 102 is supplied to the external device 305 described with reference to FIG. 3 through the probe 105 described above, and is monitored in the same manner as in the first embodiment. be able to. Here, 502 is an etch stopper layer, and 503 is a film to be processed.

次に、図6は、製品デバイスのウェハに測定電極を設けた図5の場合の測定動作を説明するための等価回路を示したもので、ここで、静電容量601、602は、夫々図5の測定電極102と被加工膜502により形成されるコンデンサによるものであり、このときの静電容量Zc1は、測定電極102の膜面積や絶縁膜201の膜厚を変更することにより可変容量コンデンサの役割を果たす。   Next, FIG. 6 shows an equivalent circuit for explaining the measurement operation in the case of FIG. 5 in which measurement electrodes are provided on the wafer of the product device. Here, the capacitances 601 and 602 are respectively shown in the figure. The capacitance Zc1 at this time is obtained by changing the film area of the measurement electrode 102 or the film thickness of the insulating film 201. To play a role.

一方、コンデンサ603は、下部電極表面に溶射してある被加工膜503により形成されるもので、それによる静電容量Cfは、プラズマ中から余分に入射してくる電荷をウェハ全体に均一に分布させる働きがあり、このため、他の被加工膜502によるコンデンサ602の静電容量Zc1'は、ウェハ上のどの地点においても均一な静電容量を持つとすると、これらについては、Zc1≒Zc1'の関係にある静電容量をもたせるようにする必要がある。   On the other hand, the capacitor 603 is formed by a film to be processed 503 sprayed on the surface of the lower electrode, and the electrostatic capacitance Cf due to the capacitor 603 uniformly distributes the charge incident from the plasma over the entire wafer. For this reason, if the electrostatic capacity Zc1 ′ of the capacitor 602 by the other film to be processed 502 has a uniform electrostatic capacity at any point on the wafer, these are Zc1≈Zc1 ′. It is necessary to have a capacitance in the relationship.

このときプラズマと下部電極間に発生するイオンシース604は、プラズマから下部電極側へ荷電粒子の流入を瞬間的に保持するため、ウェハ上の測定電極102に接続しているプローブ104において、荷電粒子の一過的な負荷を考慮する必要がある。よって、プローブ内にブロッキングコンデンサ605を設け、その静電容量Zpについては、イオンシース604による静電容量Zc2による影響が無視できるように、Zp≫Zc2として圧倒的に大きくしておく必要がある。   At this time, the ion sheath 604 generated between the plasma and the lower electrode instantaneously holds the flow of charged particles from the plasma to the lower electrode side. Therefore, in the probe 104 connected to the measurement electrode 102 on the wafer, the charged particles It is necessary to consider the transient load. Therefore, it is necessary to provide the blocking capacitor 605 in the probe, and the electrostatic capacity Zp should be overwhelmingly increased as Zp >> Zc2 so that the influence of the electrostatic capacity Zc2 by the ion sheath 604 can be ignored.

・実施形態例3
図7は、測定用ウェハに測定電極と測定用プローブを設置し、プラズマ処理装置とした場合の本発明の一実施形態を示した概略図で、この場合、前記の実施形態例1と同じ構成により測定したデータを解析し、次のプロセス条件を変更し、チャージアップダメージ低減が得られるようにしたものであり、これは、本件の発明者等が実験を行い、膨大なデータを獲得したことにより、条件を自動的に判断することが可能になった結果である。
-Embodiment 3
FIG. 7 is a schematic view showing an embodiment of the present invention in which a measurement electrode and a measurement probe are installed on a measurement wafer to form a plasma processing apparatus. In this case, the same configuration as the first embodiment is shown. Analyzing the data measured by, and changing the following process conditions, so that charge-up damage reduction can be obtained, this is because the inventors of this case conducted experiments and acquired enormous data Thus, the condition can be automatically determined.

図7において、測定電極102を備えたウエハ101は、プラズマ生成処理室701内のプラズマ生成処理室下カバー404の上に載置される。従って、プラズマ生成処理室701内に生成されたプラズマにより、測定電極102に電位が印加される。そこで、この電位を、高インピーダンス分割プローブ104を介して、プラズマ生成処理室下カバー404に装備した下部電極内高電圧プローブ702に伝達させ、ここから大気中にあるAD信号変換器703に取り出し、装置制御モニタ704と条件設定データベース705に供給する。   In FIG. 7, the wafer 101 having the measurement electrode 102 is placed on the plasma generation processing chamber lower cover 404 in the plasma generation processing chamber 701. Therefore, a potential is applied to the measurement electrode 102 by the plasma generated in the plasma generation processing chamber 701. Therefore, this potential is transmitted to the high voltage probe 702 in the lower electrode provided in the plasma generation processing chamber lower cover 404 via the high impedance division probe 104, and taken out from here to the AD signal converter 703 in the atmosphere, This is supplied to the device control monitor 704 and the condition setting database 705.

そして、装置制御モニタ704ではチャージアップ波形が表示され、条件設定データベース705には、チャージアップ減少条件情報を含んだ条件設定データが保存されることになる。そこで、装置制御モニタ704に表示され波形に基づいて、操作者が条件を入力して処理を実行し、その情報は、設定条件ロード部706から制御処理コントローラ707を介してバッファ処理部708に伝達される。   The device control monitor 704 displays a charge-up waveform, and the condition setting database 705 stores condition setting data including charge-up decreasing condition information. Therefore, based on the waveform displayed on the device control monitor 704, the operator inputs a condition and executes processing, and the information is transmitted from the setting condition loading unit 706 to the buffer processing unit 708 via the control processing controller 707. Is done.

そこで、バッファ処理した情報に基づいてプラズマ処理条件が設定され、この設定されたプラズマ処理条件に基づいてプラズマ処理が稼動される。そして、このプラズマ処理条件の設定と、設定されたプラズマ処理条件に基づくプラズマ処理の稼動は、検出された電荷が、チャージアップダメージが減少し、それが許容される電圧として予め設定してあるδVdc 設定値になるまで繰り返される。   Therefore, plasma processing conditions are set based on the buffered information, and the plasma processing is operated based on the set plasma processing conditions. Then, the setting of the plasma processing conditions and the operation of the plasma processing based on the set plasma processing conditions are such that the detected charge is reduced by the charge-up damage, and it is set in advance as a voltage that is allowed. Repeat until the set value is reached.

従って、この実施形態によれば、チャージアップダメージが減少する方向でプラズマの状態が自動的に制御されることになり、この結果、ゲート酸化膜についてダメージコントロールされることにより、信頼性に富んだ半導体デバイスの製造に寄与するプラズマ処理装置が得られることになる。   Therefore, according to this embodiment, the state of the plasma is automatically controlled in a direction in which the charge-up damage is reduced, and as a result, damage control is performed on the gate oxide film, which is highly reliable. A plasma processing apparatus that contributes to the manufacture of semiconductor devices is obtained.

また、このとき、得られた結果から、自動的にチャージアップダメージを減少させるように制御されることも可能で、この場合、条件設定データベース705に入力されたデータに基づいて、制御処理コントローラ707が条件出しを行い、最適な条件を算出し、その情報を、バッファ処理部708を介して、プラズマ生成処理室701内にフィードバックさせ、フィードバックされたプロセス条件に基づいて処理することにより、チャージアップの少ないプラズマを発生させることができる。   At this time, it is also possible to automatically control the charge-up damage from the obtained result. In this case, the control processing controller 707 is based on the data input to the condition setting database 705. Charge up by calculating conditions, calculating optimum conditions, feeding back the information to the plasma generation processing chamber 701 via the buffer processing unit 708, and processing based on the fed back process conditions. It is possible to generate a plasma with less.

・実施形態例4
次に、本発明の第4の実施形態として、プローブを用いない、いわゆるプローブレスにより、チャージアップダメージの減少が自動的に得られるようにしたプラズマ処理装置について、図8により説明する。この場合、図示のように、プラズマ生成処理室701内には測定用のウェハ801が配置されるが、この測定用ウェハ801には、ウェハ表面上の電位を無線周波数の電磁波で飛ばすことのできるアンテナ付の測定電極802が形成してある。
-Embodiment 4
Next, as a fourth embodiment of the present invention, a plasma processing apparatus in which a decrease in charge-up damage is automatically obtained without using a probe, so-called probeless, will be described with reference to FIG. In this case, as shown in the drawing, a measurement wafer 801 is disposed in the plasma generation processing chamber 701. The potential on the wafer surface can be blown to the measurement wafer 801 by radio frequency electromagnetic waves. A measurement electrode 802 with an antenna is formed.

そして、このアンテナ付の測定電極802から送信された電磁波は、プラズマ生成処理室701内に設置されている電圧信号受動素子803により受信され、これからAD信号変換器703に供給され、これから装置制御モニタ704と条件設定データベース705に供給される。そこで、以後、図7で説明した実施形態と同じ構成により処理される。   The electromagnetic wave transmitted from the measurement electrode 802 with the antenna is received by the voltage signal passive element 803 installed in the plasma generation processing chamber 701 and is then supplied to the AD signal converter 703, from which the apparatus control monitor 704 and the condition setting database 705. Hence, processing is performed with the same configuration as that of the embodiment described with reference to FIG.

すなわち、装置制御モニタ704ではチャージアップ波形が表示され、条件設定データベース705には、チャージアップ減少条件情報を含んだ条件設定データが保存されることになる。そこで、装置制御モニタ704に表示され波形に基づいて、操作者が条件を入力して処理を実行させる。そして、その情報は、設定条件ロード部706から制御処理コントローラ707を介してバッファ処理部708に伝達される。そこで、バッファ処理した情報に基づいてプラズマ処理条件が設定され、この設定されたプラズマ処理条件に基づいてプラズマ処理が稼動される。   That is, the device control monitor 704 displays a charge-up waveform, and the condition setting database 705 stores condition setting data including charge-up decreasing condition information. Therefore, based on the waveform displayed on the device control monitor 704, the operator inputs a condition to execute processing. Then, the information is transmitted from the setting condition loading unit 706 to the buffer processing unit 708 via the control processing controller 707. Therefore, plasma processing conditions are set based on the buffered information, and the plasma processing is operated based on the set plasma processing conditions.

そして、このプラズマ処理条件の設定と、設定されたプラズマ処理条件に基づくプラズマ処理の稼動は、ダメージが減少するδVdc 設定値が得られるまで繰り返され、従って、この実施形態によっても、ゲート酸化膜についてダメージコントロールされ、この結果、信頼性にとんだ半導体デバイスの製造に寄与するプラズマ処理装置が得られることになるが、ここで、この実施形態の場合、プローブは不要であり、従って、その分、構成が簡単になる。   Then, the setting of the plasma processing conditions and the operation of the plasma processing based on the set plasma processing conditions are repeated until a δVdc set value at which damage is reduced is obtained. As a result, a plasma processing apparatus that contributes to the manufacture of a semiconductor device with high reliability can be obtained. However, in this embodiment, no probe is required, and accordingly, the configuration is accordingly increased. Becomes easier.

また、この実施形態でも、得られた結果から、自動的にチャージアップダメージを減少させるように制御されることも可能で、この場合、条件設定データベース705に入力されたデータに基づいて、制御処理コントローラ707が条件出しを行い、最適な条件を算出し、その情報を、バッファ処理部708を介して、プラズマ生成処理室701内にフィードバックさせ、フィードバックされたプロセス条件に基づいて処理することにより、チャージアップの少ないプラズマを発生させることができる。   Also in this embodiment, it is possible to automatically control the charge-up damage from the obtained result. In this case, the control process is performed based on the data input to the condition setting database 705. The controller 707 determines the conditions, calculates the optimum conditions, feeds back the information to the plasma generation processing chamber 701 via the buffer processing unit 708, and processes based on the fed back process conditions. Plasma with little charge-up can be generated.

本発明によるプラズマダメージ検出装置及びプラズマダメージ測定装置の実施形態における測定電極配置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of measurement electrode arrangement | positioning in embodiment of the plasma damage detection apparatus and plasma damage measurement apparatus by this invention. 本発明の一実施形態における測定電極の断面図である。It is sectional drawing of the measurement electrode in one Embodiment of this invention. 本発明によるプラズマダメージ検出装置及びプラズマダメージ測定装置の実施形態における全体の説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing of the whole in embodiment of the plasma damage detection apparatus and plasma damage measurement apparatus by this invention. 本発明によるプラズマダメージ検出装置及びプラズマダメージ測定装置をプラズマ処理室内に設置した場合の説明図である。It is explanatory drawing at the time of installing the plasma damage detection apparatus and plasma damage measurement apparatus by this invention in a plasma processing chamber. 本発明の他の一実施形態における測定電極の断面図である。It is sectional drawing of the measurement electrode in other one Embodiment of this invention. 本発明によるプラズマダメージ検出装置及びプラズマダメージ測定装置の一実施形態の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of one Embodiment of the plasma damage detection apparatus and plasma damage measurement apparatus by this invention. 本発明によるプラズマ処理装置の一実施形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one Embodiment of the plasma processing apparatus by this invention. 本発明によるプラズマ処理装置の他の一実施形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows other one Embodiment of the plasma processing apparatus by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101:ウェハ
102:測定電極
103:高インピーダンス分割プローブリード線
104:高インピーダンス分割プローブ
201:絶縁膜
202:導電性薄膜
203:シールド用絶縁膜
301:インピーダンス分割回路
302:芯線(シールドケーブルの芯線)
303:シールドケーブル
304:大気側高電圧プローブ
305:出力機器(測定データモニター)
306:大気側高電圧プローブアース線
401:プラズマ生成装置内発生プラズマ
402:下部電極
403:石英リング
404:プラズマ生成処理室下カバー
405:プラズマ生成処理室上カバー
406:シャワープレート
407:高周波発生電源
408:アース
409:高周波発生電源
410:アース
501:被加工膜
502:エッチストップ
503:被加工膜
604:イオンシース
605:高電圧分割プローブ
701:プラズマ生成処理室
702:下部電極内高電圧プローブ
703:AD信号変換器
704:装置制御モニタ
705:条件設定データベース
706:設定条件ロード部
707:制御処理コントローラ
708:バッファ処理部
801:ウエハ
802:アンテナ付き測定電極
803:電圧信号受動素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Wafer 102: Measuring electrode 103: High impedance division | segmentation probe lead wire 104: High impedance division | segmentation probe 201: Insulating film 202: Conductive thin film 203: Insulating film for shielding 301: Impedance dividing circuit 302: Core wire (core wire of a shield cable)
303: Shielded cable 304: Atmospheric side high voltage probe 305: Output device (measurement data monitor)
306: Atmospheric side high voltage probe ground wire 401: Plasma generated in plasma generator 402: Lower electrode 403: Quartz ring 404: Plasma generation processing chamber lower cover 405: Plasma generation processing chamber upper cover 406: Shower plate 407: High frequency generating power source 408: Ground 409: High-frequency power generation 410: Ground 501: Film to be processed 502: Etch stop 503: Film to be processed 604: Ion sheath 605: High voltage split probe 701: Plasma generation processing chamber 702: High voltage probe in the lower electrode 703 : AD signal converter 704: Device control monitor 705: Condition setting database 706: Setting condition load unit 707: Control processing controller 708: Buffer processing unit 801: Wafer 802: Measuring electrode with antenna 803: Voltage signal passive element

Claims (6)

生地のウエハの表面上に、ゲート酸化膜に模擬させた絶縁膜を作成し、その絶縁膜上に印加される電位を測定するための電極として、当該絶縁膜上に導通性の膜を蒸着させて測定電極とした測定用のウエハとし、このウエハをプラズマ処理装置の処理室内に載置させて前記電位の検出と測定を行うことを特徴とするプラズマダメージ検出測定装置。   An insulating film imitating a gate oxide film is created on the surface of the fabric wafer, and a conductive film is deposited on the insulating film as an electrode for measuring the potential applied to the insulating film. A plasma damage detection / measurement apparatus comprising: a measurement wafer serving as a measurement electrode; and the wafer is placed in a processing chamber of the plasma processing apparatus to detect and measure the potential. 請求項1に記載のプラズマダメージ検出測定装置において、
前記電極が、前記測定用ウエハに少なくとも2個、形成されていることを特徴とするプラズマダメージ検出測定装置。
In the plasma damage detection and measurement apparatus according to claim 1,
A plasma damage detection / measurement apparatus, wherein at least two electrodes are formed on the measurement wafer.
請求項1又は請求項2に記載のプラズマダメージ検出測定装置において、
前記電極が、高周波プラズマから保護する為に絶縁された抵抗・コイル・コンデンサなどの電気素子と絶縁及びシールドされたリード線から構成されたプローブを備え、
前記電位が、前記プローブを介して大気側に取り出されることを特徴とするプラズマダメージ検出測定装置。
In the plasma damage detection and measurement apparatus according to claim 1 or 2,
The electrode includes a probe composed of an insulated and shielded lead wire and an electrical element such as a resistor, a coil, and a capacitor insulated to protect against high-frequency plasma,
The plasma damage detection and measurement apparatus, wherein the potential is taken out to the atmosphere side through the probe.
請求項1又は請求項2に記載のプラズマダメージ検出測定装置において、
前記電極が、当該電極の電荷を無線周波数の電磁波として送信するアンテナを備え、
前記電位が、前記アンテナと前記処理室内に設置した電圧信号受動素子を介して大気側に取り出されることを特徴とするプラズマダメージ検出測定装置。
In the plasma damage detection and measurement apparatus according to claim 1 or 2,
The electrode includes an antenna that transmits the electric charge of the electrode as a radio frequency electromagnetic wave,
The plasma damage detection and measurement apparatus, wherein the potential is taken out to the atmosphere side through the antenna and a voltage signal passive element installed in the processing chamber.
請求項1乃至請求項4に記載の何れかのプラズマダメージ検出測定装置を備え、前記処理室内のプラズマが、前記プラズマダメージ検出測定装置によるプラズマダメージの検出測定結果に応じて制御されることを特徴とするプラズマ処理装置。   5. The plasma damage detection and measurement apparatus according to claim 1, wherein the plasma in the processing chamber is controlled in accordance with a result of detection and measurement of plasma damage by the plasma damage detection and measurement apparatus. A plasma processing apparatus. 請求項5に記載のプラズマ処理装置において、
チャージアップ波形を表示するモニタ手段と、少なくともチャージアップ減少条件を含んだ情報を格納するデータベースとを備え、
前記プラズマダメージ検出測定装置によるプラズマダメージの検出測定処理が、予め設定してあるδVdc 設定値が得られるまで繰り返されることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein
A monitor means for displaying a charge-up waveform, and a database for storing information including at least a charge-up reduction condition;
A plasma processing apparatus, wherein the plasma damage detection and measurement process by the plasma damage detection and measurement apparatus is repeated until a preset ΔVdc set value is obtained.
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