JP2010024487A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】処理単位の全ての基板処理が終了していない状況でも、基板処理中に異常を検知することができ、異常を検知した後、例えば、以後の生産を停止させる機能を持つ基板処理装置を提供することにある。
【解決手段】プラズマを生成してウェハWを処理する際に、サセプタに発生する自己バイアス電圧を検出する検出手段と、該検出手段から検出された前記自己バイアス電圧の最大値及び最小値と、予め設定された上限許容値、下限許容値及び許容値幅を格納する格納手段と、前記自己バイアス電圧の最大値と最小値との幅と前記上限許容値と下限許容値との幅との差を前記許容値幅と比較して処理の異常を判定する判定手段と、該判定結果に応じて異常を通知する通知手段とを有する。
【選択図】 図6
【解決手段】プラズマを生成してウェハWを処理する際に、サセプタに発生する自己バイアス電圧を検出する検出手段と、該検出手段から検出された前記自己バイアス電圧の最大値及び最小値と、予め設定された上限許容値、下限許容値及び許容値幅を格納する格納手段と、前記自己バイアス電圧の最大値と最小値との幅と前記上限許容値と下限許容値との幅との差を前記許容値幅と比較して処理の異常を判定する判定手段と、該判定結果に応じて異常を通知する通知手段とを有する。
【選択図】 図6
Description
本発明は、プラズマを利用して基板を処理する基板処理装置に関し、特に自己バイアス電圧の監視制御に関する。
半導体素子の製造過程において、基板上の素子を形成するために成膜処理工程としてプラズマを利用した化学的気相成長法などを用いる基板処理装置が知られている。このような基板処理装置では、基板が正常に処理されたか否かを判断するパラメータとして自己バイアス電圧が用いられている。
しかしながら、自己バイアス電圧は、基板処理のために供給されるガスの総供給ガス流量、ガス組成比、基板処理がなされる真空容器内圧力値、プラズマを発生させるために供給される供給高周波電力値などのプロセスパラメータや、プラズマを発生させるために用いられる電極の構成材料、及びその表面処理などで変化するため、予めどのくらいの値になるかを予想することは困難である。従って、所定の設定値に対してモニタ値が許容量以上乖離したら異常値とみなすというような管理方法を用いることができない。
自己バイアス電圧が異常であることを判断するには、処理後の基板の膜組成を検査するか、または基板に対する処理履歴を参照して作業者(管理者、操作者、オペレータ等)が判断するしか手段がない。しかし、これらの方法は、例えば、複数の基板を一つの処理単位とした場合、このような一つの処理単位の処理が全て終了した後に実施できることである。もし仮に処理単位の最初の基板の処理で異常が生じていた場合、以降全ての基板が仕様を満たさない失敗作として処分されてしまう可能性があるとの問題があった。
本発明は、例えば、複数枚の基板を一つの処理単位とした場合、該処理単位の全ての基板処理が終了していない状況でも、基板処理中に異常を検知することができ、異常を検知した後、例えば、以後の生産を停止させる機能を持つ基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、処理室内にガスを導入するガス導入手段と、基板を載置する基板載置台と、高周波電力を供給するための高周波電力供給手段と、を有し、前記処理室内で前記高周波電力供給手段が供給する高周波電力によって生成されたプラズマを利用し、前記基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、プラズマを生成して前記基板を処理する際に、前記基板載置台に発生する自己バイアス電圧を検出する検出手段と、該検出手段から検出された前記自己バイアス電圧の最大値及び最小値と、予め設定された上限許容値、下限許容値及び許容値幅を格納する格納手段と、前記自己バイアス電圧の最大値と最小値との幅と前記上限許容値と下限許容値との幅との差を前記許容値幅と比較して処理の異常を判定する判定手段と、該判定結果に応じて異常を通知する通知手段とを有することにある。
本発明の第2の特徴とするところは、第1の発明において、前記検出手段によって検出された自己バイアス電圧の最大値及び最小値に基づいて前記許容値幅を算出する算出手段を有し、該算出された結果に基づいて前記格納手段の前記上限許容値及び前記下限許容値を更新し、この更新された上限許容値と下限許容値との差と前記自己バイアス電圧の最大値と最小値との差で生じる幅とを比較することにより処理の異常を判定し、判定した結果に応じて異常を通知することにある。
リアルタイムで異常判定を実施することが困難な自己バイアス電圧を監視し、異常判定することにより、半導体基板製造の歩留りを向上させることができる。また、品質を向上させることができる。
本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置(IC)の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、図1に、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の一例であるインライン型の半導体製造装置の概略的な構成例を示す。図1の構成では、ウェハ搬送用ロボットやプロセスチャンバが複数台、及びキャリア受渡し用のロードロック室が2式接続された並列冗長の構成となっている。また、この半導体製造装置は基板(ウェハ)を搬送するキャリアを用いている。
図1において、インライン型の半導体製造装置1は2チャンネルで構成されており、基本的には次のような機能を持つ複数のモジュール(第1の処理モジュール2及び第2の処理モジュール3)によって構成されている。第1の処理モジュール2は、インライン接続された真空気密可能な基板処理室としてのプロセスチャンバPM1と、この前段に設けられた前室としての真空気密可能なバキュームロックチャンバVL1とから構成されている。第2の処理モジュール3は、インライン接続された真空気密可能な基板処理室としてのプロセスチャンバPM2と、この前段に設けられた前室としての真空気密可能なバキュームロックチャンバVL2とから構成されている。プロセスチャンバPM1とバキュームロックチャンバVL1とはゲートバルブPGV1で接続されている。また、プロセスチャンバPM2とバキュームロックチャンバVL2とはゲートバルブPGV2で接続されている。バキュームロックチャンバVL1、VL2にはそれぞれ真空ロボットハンドラTH1、TH2とが設けられている。また、バキュームロックチャンバVL1、VL2には、上段にバッファスロットLSを備え、下段にクーリングステージCSを備える多段型のスロットが設けられている。更に大気ローダLMには、アライナAUとローダハンドラLHが内蔵されている。また、バキュームロックチャンバVL1、VL2と大気ローダLMの間にはローダドアLD1、LD2が設けられている。
プロセスチャンバPM1、PM2は、化学反応(例えば、CVD)による成膜など、基板としてのウェハWに付加価値を与える機能を持っている。また、ガス導入・排気機構、及び温度制御・プラズマ放電機構など成膜方式に合せた機構を持っている。
バキュームロックチャンバVL1、VL2は、真空又は大気圧のチャンバ内圧力を制御可能に構成されている。また、バキュームロックチャンバVL1、VL2には、第2の基板搬送装置としての真空ロボットハンドラTH1、TH2が1台ずつ独立して設けられ、プロセスチャンバPM1とバキュームロックチャンバVL1間、又はプロセスチャンバPM2とバキュームロックチャンバVL2間とでウェハWを搬送することが可能になっている。また、バキュームロックチャンバVL1、VL2は、ウェハWを保持することができる多段型ステージ、例えば上下2段のステージを有する。上段のバッファステージLS1、LS2ではウェハWを保持し、下段のクーリングステージCS1、CS2ではウェハWを冷却する機構を持っている。
バキュームロックチャンバVL1、VL2に接続された大気搬送室としての大気ローダLMは、各ロードロックチャンバ(つまり、バキュームロックチャンバVL1、VL2)へウェハを搬入搬出することができるロボット(つまり、ローダハンドラLH)を装備している。大気ローダLMとバキュームロックチャンバVL1とはロードドアLD1(ゲートバルブ)で接続されている。大気ローダLMとバキュームロックチャンバVL2とはロードドアLD2(ゲートバルブ)で接続されている。この大気ローダLMの他側には、基板収納部としての2台のロードポートLP1、LP2とが設けられる。
大気ローダLMには、1台のローダハンドラLHが設けられ、バキュームロックチャンバVL1、VL2だけでなくロードポートLP1、LP2との間でウェハWを搬送することが可能になっている。また、大気ローダLMには、基板位置補正装置としてのアライナユニットAUが設けられ、搬送時のウェハWのずれの補正やノッチを一定方向に合せるノッチ合わせ(以下、アライメントという)を行うことが可能となっている。また、ロードポートLP1,LP2は、複数枚のウェハWが保持可能なキャリアCR1,CR2を、半導体製造装置外部と受渡し可能に構成されている。更に少なくともキャリアIDをリード/ライトすることができる。
上述した真空ロボットハンドラTH1、TH2、ローダハンドラLH、ゲートバルブPGV1、PGV2、ロードドアLD1、LD2、及びプロセスチャンバPM1、PM2のガス導入・排気機構、及び温度制御・プラズマ放電機構や、バキュームロックチャンバVL1、VL2の冷却機構等は、図示しない制御用コントローラにより制御するようになっている。
図1に示すような半導体製造装置1の構成において、プロセスチャンバPM1の一式とバキュームロックチャンバVL1の一式を対にし、プロセスチャンバPM2の一式とバキュームロックチャンバVL2の一式を別の対にして、複数ラインを大気ローダLMに接続する。図1の半導体製造装置1の構成では2ラインとなっているが、さらに多くのラインで構成してもよい。
ここで、制御用コントローラが半導体製造装置1に接続されており、制御用コントローラは搬送制御、プロセス制御を行う手段を持つように構成される。図2は図1に示す半導体製造装置を制御するための制御用コントローラの構成を示すブロック図である。
図2において、制御用コントローラ11は、操作部12と統括制御コントローラ13とプロセスチャンバコントローラPMC(1)14、PMC(2)15が、LAN回路16で接続されている。また、統括制御コントローラ13にはVLロボットコントローラ13a、大気ロボットコントローラ13b、マスフローコントローラMFC13cなどが接続されている。さらに、プロセスチャンバコントローラPMC(1)14には、マスフローコントローラMFC14a、APC14b、温度調節器14c、バルブI/O14dなどが接続されている。尚、MFC14aはガスの流量を制御するためのマスフローコントローラであり、APC14bはプロセスチャンバPM内の圧力を制御するためのオートプレッシャーコントローラである。また、温度調節器14cはプロセスチャンバPM内の温度の制御を行うものであり、バルブI/O14dはガスや排気用のバルブのON/OFFを制御するための入出力ポートである。また、PMC(2)15もPMC(1)14と同様な構成である。
記憶部18は、LAN回線16に接続されており、操作部12に表示される画面を介して入力された指示データや各種レシピ(プロセスレシピ、ダミー基板用レシピ等)を格納する。
操作部12はシステム制御コマンドの指示、モニタ表示、ロギングデータ、アラーム解析、及びパラメータ編集などの画面を表示する機能を有している。また、統括制御コントローラ13は、システム全体の運用制御、VLロボットコントローラ13aの制御、大気ロボットコントローラ13bの制御、MFC13cやバルブやポンプなどを制御するVL排気系制御を行う。
次に、図2に示す制御用コントローラ11の運用例について説明する。操作部12からのコマンド指示を受けた統括制御コントローラ13は、ウェハ搬送指示を大気ロボットコントローラ13bに指示する。該当するウェハWがキャリアからバキュームロックチャンバVLのバッファスロットLSへ搬送されてから、バキュームロックチャンバVLのバッファスロットLSへ搬送されてから、バキュームロックチャンバVLの排気制御(つまり、ポンプやバルブの制御)を実施する。そして、バキュームロックチャンバVLが所定の負圧力に達したところでウェハWを該当するPMC(つまり、PMC(1)14又はPMC(2)15)に対して、ウェハWに付加価値を与えるための制御パラメータであるプロセスレシピの実行指示を行う。
図3には、プロセスチャンバPM1、PM2の少なくとも一方として用いられるプラズマ処理装置100が示されている。図3に示されているように、プラズマ処理装置100は処理室102を形成する真空容器104を備えている。真空容器104の側壁には、被処理基板としてのウェハWを処理室内に搬入搬出するためのウェハ搬入搬出口106が開設されており、ウェハ搬入搬出口106はゲートバルブ108によって開閉されるように構成されている。
真空容器104の底壁には排気ライン110の一端が接続されており、排気ライン110の他端は真空排気手段としての真空排気装置111に接続されている。排気ライン110の途中には排気コンダクタンス調整手段としての排気コンダクタンス調整弁112が介設されている。排気コンダクタンス調整弁112には排気コンダクタンス調整弁制御装置114が電気的に接続されており、排気コンダクタンス調整弁112には排気コンダクタンス調整弁制御装置114には、処理室102内の圧力を検出する圧力センサ116が電気的に接続されている。排気コンダクタンス調整弁制御装置114は圧力センサ116からの検出結果及びコントローラ118からの指令に基づいて、排気コンダクタンス調整弁112を制御することにより、処理室102内の圧力を調整するように構成されている。
真空容器104の処理室102内にはアノード電極(陽極)120が設置されている。アノード電極120の内部にはガス通路124が形成されており、アノード電極120の下面にはシャワー板122がガス通路124を仕切るように嵌め込まれている。シャワー板122には多数個の吹出口126がガスをシャワー状に吹き出すように開設されている。アノード電極120のガス通路124にはガス導入手段としてのガス導入ライン128が接続されており、ガス通路124にはガス導入ライン128から多種類のガスが導入されるようになっている。
一方、真空容器104の処理室102の下部にはカソード電極(陰極)130が設置されている。カソード電極130はウェハWを載置した状態で保持する基板載置台(サセプタ)を兼用するように構成されており、サセプタ兼用のカソード電極130には保持したウェハWを加熱するヒータ(図示せず)が内蔵されている。
アノード電極120とカソード電極130との間には、高周波電力供給手段としての高周波発振器132がインピーダンス整合器134を介して接続されており、高周波発振器132は前述のPMC(1)14(若しくはPMC(2)15)に相当するコントローラ118に通信線136によって接続されている。高周波発振器132はコントローラ118からの指令に応答してインピーダンス整合器134を介してアノード電極120とカソード電極130との間に高周波電圧を印加するようになっている。
カソード電極130には自己バイアス電圧検出手段としての電圧計138が接続されており、電圧計138は検出結果を通信線140によってコントローラ118に送信するように構成されている。コントローラ118には記憶装置142、表示装置144及び入力装置146が接続されている。ここで、記憶装置142、表示装置144の代わりにそれぞれ記憶部18、操作部12を使用してもよいのはいうまでもない。
コントローラ118にはソフトウェアの機能として、進行波電力量及び累積自己バイアス電圧の管理機能が組み込まれている。このため、コントローラ118はプラズマ処理に関するデータとして、進行波電力値を高周波発振器132から通信線136を介して取得して、記憶装置142に格納するように構成されている。また、コントローラ118はプラズマ処理に関するデータとして、自己バイアス電圧値を電圧計138から通信線140を介して取得して、記憶装置142に格納するように構成されている。
次に、前記構成に係るプラズマ処理装置100によるウェハWへの膜の形成方法を説明する。
膜を形成すべきウェハWがウェハ搬入搬出口106に搬送されてくると、ゲートバルブ108が開けられ、ウェハWがウェハ搬入搬出口106から処理室102内に搬入され、サセプタを兼用するカソード電極130の上に載置される。ウェハWがカソード電極130に設置されて保持されると、ウェハ搬入搬出口106がゲートバルブ108によって閉じられる。処理室102内が真空排気装置111によって排気ライン110及び排気コンダクタンス調整弁112を通じて排気される。
処理室102内が所定の圧力に維持されながら、原料ガスがガス導入ライン128からガス通路124に導入され、処理室102内にシャワー板122の吹出口126からシャワー状に吹き出される。処理室102内の圧力を一定に維持する方法としては、圧力センサ116から出力されて排気コンダクタンス調整弁制御装置114に入力される信号に基づいて、排気コンダクタンス調整弁112が制御されるフィードバック制御方法が使用される。
処理室102内が所定の圧力に維持された状態で、コントローラ118に入力装置146から設定された電力値が高周波発振器132に通信線136を通じて設定され、高周波電力が高周波発振器132によって発生される。高周波発振器132によって発生された高周波電力は、アノード電極120にインピーダンス整合器134を通して印加される。高周波電力が印加されると、アノード電極120とカソード電極130との間にプラズマが生成される。このようにして生成されたプラズマにより、処理室102内にシャワー状に吹き出された原料ガスが分解又は活性化し、サセプタを兼ねるカソード電極130に保持されたウェハWの上に堆積し、膜が形成される。
以上で説明をした半導体製造装置1においては、自己バイアス電圧が、ウェハWが正常に処理されたか否かを判断するパラメータとして用いられている。ここで、自己バイアス電圧は、基板処理のために、処理室102に供給されるガスの総供給ガス流量、ガス組成比、基板処理がなされる真空容器104内の圧力値、プラズマを発生させるために高周波発振器132から供給される供給高周波電力値などのプロセスパラメータや、プラズマを発生させるために用いられるアノード電極120やカソード電極130の構成材料、及びその表面処理などで変化するため、自己バイアス電圧が、予めどのくらいの値になるかを予想するのは困難である。従って、所定の設定値に対してモニタ値が許容量以上乖離したら異常値とみなすというような監視方法を用いることが困難である。自己バイアス電圧が異常であることを判断するには、処理後のウェハWの膜組成を検査するか、又はウェハWに対する処理履歴を参照して作業者(オペレータ等)が判断するしかない。
しかし、これらの方法は、複数枚のウェハWを一つの処理単位とした場合、このような一つの処理単位の全ての基板処理が終了した後に実施できることであり、仮に処理単位の最初のウェハW処理で異常が発生した場合、以降全てのウェハWが仕様を満たさない失敗作として処分されてしまう恐れがある。
そこで、本実施形態における半導体製造装置1では、プロセス処理を積み重ねながら自己バイアス電圧の監視範囲を自己補正しながら設定し、自己バイアス電圧のモニタ値の最大値と最小値が上記範囲内にあることを監視することができるようになっている。
図4に基づいて、自己バイアス電圧の異常判定フローを詳述する。
ステップ0において、ウェハWを処理する前に、自己バイアス電圧の乖離許容幅を設定する。例えば、オペレータが手入力で設定する。ステップ1において、1枚目のウェハW処理の間、自己バイアス電圧を検出し、検出した自己バイアス電圧の実測値が、所定の上限許容値若しくは下限許容値からはみ出さないように監視する。図5に、ステップ1における自己バイアス電圧の異常判定を示す。ステップ2において、1枚目のウェハW処理の際に検出した最大値を記憶し、ステップ3において、1枚目のウェハW処理の際に検出した最小値を記憶する。ステップ4にて、2枚目のウェハW処理が開始される。
2枚目のウェハWの処理が開始されたら、ステップ5に移行し、1枚目のウェハW処理の際の自己バイアス電圧の最大値と最小値をそれぞれ読み出し、自己バイアス電圧の最大値と最小値を前記上限許容値と前記下限許容値としてそれぞれ更新して再設定する。ステップ6では、2枚目のウェハWが処理されている間、自己バイアス電圧を検出し、検出される自己バイアス電圧の最大値が許容値幅(1枚目のウェハW処理の際の自己バイアス電圧の最大値と最小値)から著しく乖離していないか比較される。また、ステップ6では、ウェハW処理中に検出される自己バイアス電圧の最小値が前記許容値幅(1枚目のウェハW処理の際の自己バイアス電圧の最大値と最小値)から著しく乖離していないか比較される。このように、2枚目以降の異常判定は、図6のようにウェハW処理の際に検出される自己バイアス電圧の最大値と最小値が前記許容値幅と比較して前記設定した乖離許容幅内に収まるかどうかで判定される。そして、ステップ8にて、2枚目のウェハW処理が終了する。
ウェハW処理が終了すると、許容値幅の更新が行われる。具体的には、ステップ9にて上限許容値(監視最大値)の更新を行う。具体的には次式で算出される。
監視最大値=前回の監視最大値+{(前回の監視最大値+今回の自己バイアス最大値) /2−(前回の監視最小値−今回の自己バイアス最小値) /2}×自己バイアス電圧乖離許容値
監視最大値=前回の監視最大値+{(前回の監視最大値+今回の自己バイアス最大値) /2−(前回の監視最小値−今回の自己バイアス最小値) /2}×自己バイアス電圧乖離許容値
次に、ステップ10にて下限許容値(監視最小値)の更新を行う。具体的には次式で算出される。
監視最小値=前回の監視最小値+{(前回の監視最大値+今回の自己バイアス最大値) /2−(前回の監視最小値−今回の自己バイアス最小値) /2}×自己バイアス電圧乖離許容値
監視最小値=前回の監視最小値+{(前回の監視最大値+今回の自己バイアス最大値) /2−(前回の監視最小値−今回の自己バイアス最小値) /2}×自己バイアス電圧乖離許容値
ステップ11にて、処理単位(ロット)のウェハW処理が全て終了したかどうかチェックされる。ロット内のウェハWの処理が全て終了したら自己バイアス電圧監視処理も終了する。まだロット内のウェハWが残っていたらステップ4に戻り、引き続き上述したような自己バイアス電圧監視処理を行う。
尚、ステップ6やステップ7において、ウェハW処理中に自己バイアス電圧が自己バイアス電圧の監視範囲から著しく外れたときは、ステップ12に移行し、異常処理を行い終了する。このとき、オペレータへの通知が行われる。例えば、操作画面上にエラーメッセージを表示する。
プラズマを生成してウェハWを処理する際に、前記サセプタに発生する自己バイアス電圧を監視し、自己バイアス電圧の最大値及び最小値を算出し、該算出された値を用いて予め設定された許容値から算出される許容範囲(最大値と最小値との差の範囲)を更新して格納し、この更新された許容値と比較することにより処理の異常を判定する判定手段と、判定した結果に応じて異常を通知する通知手段を有するので、リアルタイムで異常判定を実施することが困難な自己バイアス電圧の異常判定をすることができ、結果として半導体基板製造の歩留りを向上や品質を向上させることができる。
1 半導体製造装置
100 プラズマ処理装置
102 処理室
116 圧力センサ
118 コントローラ
120 アノード電極
128 ガス導入ライン
130 カソード電極
132 高周波発振器
138 電圧計
142 記憶手段
W ウェハ
100 プラズマ処理装置
102 処理室
116 圧力センサ
118 コントローラ
120 アノード電極
128 ガス導入ライン
130 カソード電極
132 高周波発振器
138 電圧計
142 記憶手段
W ウェハ
Claims (2)
- 基板を処理する処理室と、処理室内にガスを導入するガス導入手段と、基板を載置する基板載置台と、高周波電力を供給するための高周波電力供給手段と、を有し、前記処理室内で前記高周波電力供給手段が供給する高周波電力によって生成されたプラズマを利用し、前記基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、
プラズマを生成して前記基板を処理する際に、前記基板載置台に発生する自己バイアス電圧を検出する検出手段と、該検出手段から検出された前記自己バイアス電圧の最大値及び最小値と、予め設定された上限許容値、下限許容値及び許容値幅を格納する格納手段と、前記自己バイアス電圧の最大値と最小値との幅と前記上限許容値と下限許容値との幅との差を前記許容値幅と比較して処理の異常を判定する判定手段と、該判定結果に応じて異常を通知する通知手段とを有することを特徴とする基板処理装置。
- 前記検出手段によって検出された自己バイアス電圧の最大値及び最小値に基づいて前記上限許容値及び前記下限許容値を算出する算出手段を有し、
該算出された結果に基づいて前記格納手段の前記上限許容値及び前記下限許容値を更新し、この更新された上限許容値と下限許容値との差と前記自己バイアス電圧の最大値と最小値との差で生じる幅とを比較することにより処理の異常を判定し、判定した結果に応じて異常を通知することを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
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JP2021068880A (ja) * | 2019-10-28 | 2021-04-30 | 東京エレクトロン株式会社 | 吸着方法、載置台及びプラズマ処理装置 |
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