JP2011103387A

JP2011103387A - 半導体製造装置及び半導体処理方法

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Publication number: JP2011103387A
Application number: JP2009257963A
Authority: JP
Inventors: Yoji Takahashi; 洋二高橋; Tsutomu Tauchi; 勤田内; Koichi Yamamoto; 浩一山本
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-11
Also published as: JP5424823B2

Abstract

【課題】様々なプラズマ強度分布に対して微弱な発光変化での終点判定や大口径のウェハ全体として最適な終点判定を低コストで実現する。
【解決手段】プラズマによる処理を行う半導体製造装置及び半導体処理方法において、プロセス条件ごとにプラズマ発光を観測する発光ピックアップ１１の観測方向や観測位置を可変とするピックアップ駆動手段１１１を設けて、条件に応じた最適な方向および位置での観測を単一の発光ピックアップにて行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、デバイスの微細化・薄膜化、あるいはウェハ大口径化が進むプロセス処理において、終点検出を安価に実現可能な半導体製造装置及び半導体処理方法に関するものである。

プラズマを利用して半導体ウェハを処理するエッチング装置が広く利用されており、その一つにＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式のエッチング装置がある。この方式の一例を図１に示す。

チャンバー１の外部に配置したソレノイドコイル２，３に、ソレノイドコイル用直流電源４，５よりそれぞれ直流電流を流して、チャンバー１内に磁場を形成する。また、発振器６に発振器用直流電源７より高電圧を印加して例えばマイクロ波を発生させ、チャンバー１内に導入する。

これらマイクロ波と磁場との相乗効果で電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を生じ、プロセスガス流量コントローラ４を介してチャンバー１に導入したプロセスガス１５をプラズマ化しＥＣＲプラズマ１６を生成する。

電極７には静電吸着電源８より直流電圧を印加して半導体ウェハ１０を電極に吸着させると共に、高周波バイアス電源９より高周波電力を印加しており、プラズマ中のイオンを半導体ウェハ１０に対し、垂直に引き込み、かつ、入射イオンエネルギーを独立制御することで、加工精度の高い異方性エッチングを実現する。

さらに、ＥＣＲプラズマ１６についてプラズマ発光を採取する発光ピックアップ１１より得た信号を発光分光分析器１２で分析することによりエッチングの終点を判定し、エッチング処理を切り替え、あるいは終了処理に移行する。

通常、エッチング処理は複数の処理ステップから成り、各々の処理ステップについて処理時間、真空容器内の圧力、ソレノイドコイル２，３に流す直流電流の強度、マイクロ波電力の強度、プロセスガスの導入量、電極に印加する高周波電力の強度ほか数多くのパラメータ設定を予め決めておく。

そして、エッチング途中で処理ステップが切り替わると、次の処理ステップの設定に基づいて、各種パラメータの値を設定値通りとなるように制御する。このように、単一あるいは複数の処理ステップからなるエッチング処理に関する、一連のパラメータ設定を以下ではレシピと称するものとする。

装置コントローラ１３は、レシピに従い、順次、各構成機器への設定信号を設定すると共に、モニタ信号を監視し、何らかの構成機器の異常を検知した場合、予め決められた異常処理を行う。また、省略するが、装置コントローラ１３はマンマシンインタフェース用のモニタ表示や設備側のホストコンピュータへのモニタリングデータの伝達なども行う。

さて、半導体製造においては歩留まりが非常に重要であり、適切なエッチング終点判定の可否はこの歩留まりを大きく左右する。エッチング終点判定の代表例は、使用ガスや副生成物に応じてガス分子の振動や回転による励起で生じる特定の波長の光をプラズマが放射し、処理層の除去が進むにつれて、特定の波長での発光強度が変化することを利用して、エッチングする層の大部分が除去されたポイントを検出する機能である。

昨今の高付加価値ウェハ処理におけるエッチング終点判定はますます重要度が増してきているが、一方で、微細化・薄膜化に伴う様々なプロセス条件、言い換えると、様々なプラズマ強度分布に対して微弱な発光変化での終点判定を要する、あるいは、大口径のウェハ全体として最適な終点判定を要するなど技術的難易度は高まってきている。

特表２００７−５２５０１９号公報

様々なプラズマ強度分布に対して微弱な発光変化での終点判定や大口径のウェハ全体として最適な終点判定を低コストで実現することが課題である。

本発明は、プロセス条件ごとにプラズマ発光をピックアップする方向や位置を可変する手段を有することを最も主要な特徴とする。

本発明の半導体製造装置は、プラズマ発光分光により終点判定を行う手段を備える半導体製造装置であって、プラズマ発光をピックアップする方向や位置を可変する手段を有することを特徴とする。

本発明の半導体製造装置は、更に、前記可変手段は発光ピックアップを固定した回転機構と、前記回転機構を駆動する手段を備えたことを特徴とする。

本発明の半導体製造装置は、更に、前記回転機構の回転軸を、半導体ウェハを載置する電極の半径方向と垂直とし、前記発光ピックアップの光軸先端が前記電極の中央から外周部に可変とすることを特徴とする。

本発明の半導体製造装置は、更に、装置コントローラは単一あるいは複数の処理ステップからなる一連の機器パラメータ設定を行い、前記パラメータ設定に前記回転機構への設定信号を含むことを特徴とする。

また、本発明の半導体処理方法は、プラズマ発光分光により終点判定を行う半導体処理方法であって、プラズマ発光をピックアップする方向や位置を処理ステップごとに可変することを特徴とする。

本発明の半導体処理方法は、更に、前記プラズマ発光による発光強度の様々な分布に応じて、中央部の発光強度が比較的強いプロセス条件では前記プラズマ発光をピックアップする方向を中央部に向け、外周部の発光強度が比較的強い条件では前記プラズマ発光をピックアップする方向を外周部に向けて、発光ピックアップが固定の場合に比べて、幅広く終点判定可能とすることを特徴とする。

本発明の半導体製造装置によれば、数多くの発光ピックアップ手段を備える必要がなく、ピックアップする方向や位置を可変なので、プロセス条件ごとの最適なピックアップによる終点判定を安価に実現できる利点がある。

図１は、従来の半導体製造装置の一例を示すブロック図である。図２は、本発明の半導体製造装置の一実施例を示すブロック図である。図３は、本発明の半導体製造装置の制御方法の一実施例を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図２は、本発明の実施例の半導体製造装置の構成図であって、１〜１６は、図２と同様であるが、一部、符号のみの表記としている。また、図１と異なる点は、ピックアップ駆動手段１１１を備えることである。装置コントローラ１３はピックアップ駆動手段１１１への設定信号を設定すると共に、モニタ信号を監視し、何らかの構成機器の異常を検知した場合、予め決められた異常処理を行う。

図３に、ピックアップ駆動手段１１１の構成例を示す。ピックアップ駆動手段１１１は、モータドライバ１１１１、エンコーダ付ステッピングモータ１１１２及び回転機構１１１３からなる。

回転機構１１１３には発光ピックアップ１１が実装されており、エンコーダ付ステッピングモータ１１１２により回転角度が制御される。上記の通り、装置コントローラ１３からモータドライバ１１１１に回転角度の設定信号を与えると共に、実際の回転角度のモニタ信号を監視する。モータドライバ１１１１はエンコーダ付ステッピングモータ１１１２を駆動すると共に、エンコーダからの信号に基づいて実際の回転角度のモニタ信号を出力する。

ここで、回転機構の回転軸を、電極７（半導体ウェハ９）の半径方向と垂直とし、発光ピックアップ１１の光軸先端が、電極７の中央から外周部に可変とすることが考えられる。このようにすれば、プラズマによる発光強度の様々な分布に応じて、中央部が比較的強いプロセス条件では中央に向け、外周部が比較的強い条件では外周部に向けるなどして、発光ピックアップが固定の場合に比べて、幅広く終点判定可能とすることができる。

また、中央部向け、外周部向けなど複数位置に発光ピックアップを固定する場合に比べて、安価に終点判定を実現することができる。この場合、上記の回転角度の設定信号を、背景技術で述べたレシピのパラメータとし、処理ステップごとに発光ピックアップ１１の回転角度を設定することが考えられる。さらに、半導体ウェハ９に終点判定用のサンプルパターンを設け、その位置に応じて、回転角度の設定信号を決定する運用も考えられる。

１チャンバー
２ソレノイドコイル
３ソレノイドコイル
４ソレノイドコイル用直流電源
５ソレノイドコイル用直流電源
６圧力コントローラ
７電極
８静電吸着電源
９高周波バイアス電源
１０半導体ウェハ
１１発光ピックアップ
１２発光分光分析器
１３装置コントローラ
１４プロセスガス流量コントローラ
１５プロセスガス
１６ＥＣＲプラズマ
１１１ピックアップ駆動手段
１１１１モータドライバ
１１１２エンコーダ付ステッピングモータ
１１１３回転機構

Claims

プラズマ発光分光により終点判定を行う手段を備える半導体製造装置において、
プラズマ発光をピックアップする方向や位置を可変する手段を有することを特徴とする半導体製造装置。
請求項１に記載の半導体製造装置において、前記可変手段は発光ピックアップを固定した回転機構と、前記回転機構を駆動する手段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
請求項２に記載の半導体製造装置において、前記回転機構の回転軸を、半導体ウェハを載置する電極の半径方向と垂直とし、前記発光ピックアップの光軸先端が前記電極の中央から外周部に可変とすることを特徴とする半導体製造装置。
請求項２に記載の半導体製造装置において、装置コントローラは単一あるいは複数の処理ステップからなる一連の機器パラメータ設定を行い、前記パラメータ設定に前記回転機構への設定信号を含むことを特徴とする半導体製造装置。
プラズマ発光分光により終点判定を行う半導体処理方法において、プラズマ発光をピックアップする方向や位置を処理ステップごとに可変することを特徴とする半導体処理方法。
請求項５に記載の半導体処理方法において、前記プラズマ発光による発光強度の様々な分布に応じて、中央部の発光強度が比較的強いプロセス条件では前記プラズマ発光をピックアップする方向を中央部に向け、外周部の発光強度が比較的強い条件では前記プラズマ発光をピックアップする方向を外周部に向けて、発光ピックアップが固定の場合に比べて、幅広く終点判定可能とすることを特徴とする半導体処理方法。