JP2012009243A - Plasma processing apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same - Google Patents
Plasma processing apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012009243A JP2012009243A JP2010143453A JP2010143453A JP2012009243A JP 2012009243 A JP2012009243 A JP 2012009243A JP 2010143453 A JP2010143453 A JP 2010143453A JP 2010143453 A JP2010143453 A JP 2010143453A JP 2012009243 A JP2012009243 A JP 2012009243A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- abnormal discharge
- return current
- plasma
- chamber
- plasma processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は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に関し、特に、スパッタ処理あるいはエッチング処理等に適用されるプラズマ処理装置と、そのようなプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法とに関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a method of manufacturing a semiconductor device using the same, and more particularly to a plasma processing apparatus applied to sputtering or etching processing, and a method of manufacturing a semiconductor device using such a plasma processing apparatus. It is about.
半導体装置の製造においては、たとえば、スパッタ処理やドライエッチング処理のようにプラズマ処理装置を適用する工程がある。プラズマ処理装置では、チャンバー内に生成されるプラズマに異常放電が発生することによって異物が発生することがある。発生した異物がウェハの表面上に落下すると、半導体装置の歩留まりを下げる要因となる。 In manufacturing a semiconductor device, for example, there is a step of applying a plasma processing apparatus such as a sputtering process or a dry etching process. In the plasma processing apparatus, foreign matter may be generated by abnormal discharge occurring in the plasma generated in the chamber. When the generated foreign matter falls on the surface of the wafer, it becomes a factor of reducing the yield of the semiconductor device.
このような、異常放電に起因する歩留まりの低下をなくすために、従来から、プラズマ処理装置内の異常放電を検出する開発が行われている。たとえば、プラズマ処理装置のチャンバへ高周波電力を供給する給電側のラインにセンサを組み込んで電流あるいは電圧を検知し、その変化から異常放電を検出する手法が用いられている。また、給電側に設けられているマッチングボックス内のセンサをモニタする手法がある。また、特許文献1では、プラズマによって発生する直流バイアス電圧の変化から異常放電を検出する手法が提案されている。また、プラズマの発光状態の変化によって異常放電を検知する手法がある。さらに、特許文献2では、プラズマの異常放電によって発生する超音波を検知する手法が提案されている。また、特許文献3では、プラズマの異常放電によって発生する電磁波を検知する手法が提案されている。
In order to eliminate such a decrease in yield due to abnormal discharge, development for detecting abnormal discharge in a plasma processing apparatus has been conventionally performed. For example, a technique is used in which a sensor is incorporated in a power supply line that supplies high-frequency power to a chamber of a plasma processing apparatus, current or voltage is detected, and abnormal discharge is detected from the change. There is also a method of monitoring a sensor in a matching box provided on the power supply side.
しかしながら、従来のプラズマの異常放電を検出する手法では、次のような問題点があった。 However, the conventional method for detecting abnormal plasma discharge has the following problems.
まず、プラズマ処理装置の給電側のラインにセンサを組み込む手法では、給電側のラインには大電力が流れるためにセンサの取り付けが容易ではないという問題がある。また、異常放電によって発生する電流は数mV程度の微小な電流であるため、たとえば、1000V以上の電圧が印加される状態において、そのような微小な電流の変化を捉えることはS/N比からも非常に困難である。さらに、既存のプラズマ処理装置にセンサを組み込もうとすれば、プラズマ処理装置に改造が必要となりプラズマ処理装置を止めざるを得なくなる。 First, in the method of incorporating a sensor in the power supply side line of the plasma processing apparatus, there is a problem in that it is not easy to attach the sensor because large power flows through the power supply side line. In addition, since the current generated by the abnormal discharge is a minute current of about several mV, for example, in a state where a voltage of 1000 V or more is applied, such a minute change in current is detected from the S / N ratio. Is also very difficult. Furthermore, if a sensor is to be incorporated into an existing plasma processing apparatus, the plasma processing apparatus needs to be modified and the plasma processing apparatus must be stopped.
また、プラズマの発光状態の変化から異常放電を検知する手法や、異常放電によって発生する電磁波を検知する手法では、チャンバーに窓が必要になる。このため、スパッタ装置のように、プラズマが金属シールドによって覆われる構造では、発光状態の変化を検知したり、電磁波を検知することは困難である。また、既存のプラズマ処理装置に対して、改造によって窓を設けることは現実的に不可能である。 Further, in the method for detecting abnormal discharge from the change in the light emission state of plasma and the method for detecting electromagnetic waves generated by abnormal discharge, a window is required in the chamber. For this reason, it is difficult to detect a change in the light emission state or to detect an electromagnetic wave in a structure in which plasma is covered with a metal shield as in a sputtering apparatus. In addition, it is practically impossible to provide windows by modifying the existing plasma processing apparatus.
さらに、異常放電によって発生する超音波を検出する手法では、発生した超音波が、プラズマ処理装置のシーリングに使用されているOリング等の弾性部材や、微小な空隙によって大きく減衰することになる。このため、異常放電が発生する箇所の近傍の部分にセンサを取り付ける必要があり、センサを設置する場所が限られる。また、そのようなセンサを既存のプラズマ処理装置に取り付けることは容易ではない。 Furthermore, in the method of detecting ultrasonic waves generated by abnormal discharge, the generated ultrasonic waves are greatly attenuated by an elastic member such as an O-ring used for sealing of the plasma processing apparatus and a minute gap. For this reason, it is necessary to attach a sensor in the vicinity of the location where abnormal discharge occurs, and the place where the sensor is installed is limited. Moreover, it is not easy to attach such a sensor to an existing plasma processing apparatus.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その一つの目的は、異常放電を検出するセンサを、改造を行うことなく容易に取り付けることが可能なプラズマ処理装置を提供することであり、他の目的は、そのようなプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus in which a sensor for detecting abnormal discharge can be easily attached without modification. Another object is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using such a plasma processing apparatus.
本発明の一実施態様に係るプラズマ処理装置は、チャンバーと電力供給部とリターン電流測定部と異常放電検知部とを備えている。チャンバーでは、半導体基板に所定のプラズマ処理を施す。電力供給部は、チャンバー内にプラズマを生成する所定の電力を供給する。リターン電流測定部は、チャンバー内に生成したプラズマから接地電位へ向かって流れるリターン電流の経路に接触する態様で設置され、リターン電流により生じる磁場によってリターン電流を測定する。異常放電検知部は、リターン電流測定部によって測定されるリターン電流を、異常放電が発生していない場合に測定されるリターン電流と比較することによって、異常放電の発生を検知する。 A plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a chamber, a power supply unit, a return current measurement unit, and an abnormal discharge detection unit. In the chamber, a predetermined plasma treatment is performed on the semiconductor substrate. The power supply unit supplies predetermined power for generating plasma in the chamber. The return current measurement unit is installed in contact with a return current path flowing from the plasma generated in the chamber toward the ground potential, and measures the return current by a magnetic field generated by the return current. The abnormal discharge detection unit detects the occurrence of abnormal discharge by comparing the return current measured by the return current measurement unit with the return current measured when no abnormal discharge has occurred.
本発明の一実施態様に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板に所定のプラズマ処理を施すために、半導体基板をプラズマ処理装置のチャンバー内に搬入する。チャンバー内にプラズマを生成する。チャンバー内に生成したプラズマに半導体基板を晒すことにより、半導体基板にプラズマ処理を施す。プラズマ処理が完了した半導体基板をチャンバーから搬出する。チャンバー内にプラズマを生成してからプラズマ処理が完了するまでの間に、プラズマから接地電位へ向かって流れるリターン電流を測定することによってプラズマの異常放電を検知する。 A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes the following steps. In order to perform a predetermined plasma process on the semiconductor substrate, the semiconductor substrate is carried into a chamber of a plasma processing apparatus. Plasma is generated in the chamber. The semiconductor substrate is subjected to plasma treatment by exposing the semiconductor substrate to plasma generated in the chamber. The semiconductor substrate for which the plasma treatment has been completed is carried out of the chamber. An abnormal discharge of the plasma is detected by measuring a return current flowing from the plasma toward the ground potential between the generation of the plasma in the chamber and the completion of the plasma treatment.
本発明の一実施態様に係るプラズマ処理装置によれば、異常放電が発生したか否かを、プラズマから接地電位へ向かって流れるリターン電流を測定することによって判定し、そのリターン電流を測定するリターン電流測定部は、リターン電流の経路に接触する態様で設置される。これにより、異常放電を検知するセンサとして、リターン電流測定部をプラズマ処理装置に容易に設置することができる。 According to the plasma processing apparatus of one embodiment of the present invention, it is determined whether or not an abnormal discharge has occurred by measuring a return current flowing from the plasma toward the ground potential, and measuring the return current. The current measuring unit is installed in a manner in contact with the return current path. Accordingly, the return current measuring unit can be easily installed in the plasma processing apparatus as a sensor for detecting abnormal discharge.
本発明の一実施態様に係る半導体装置の製造方法によれば、チャンバー内にプラズマを生成してからプラズマ処理が完了するまでの間に、プラズマから接地電位へ向かって流れるリターン電流を測定することによってプラズマの異常放電を検知することで、異常放電に起因する半導体装置の歩留まりを最小限に抑えることができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the return current flowing from the plasma toward the ground potential is measured between the generation of the plasma in the chamber and the completion of the plasma processing. By detecting the abnormal discharge of the plasma by the above, the yield of the semiconductor device due to the abnormal discharge can be minimized.
実施の形態1
ここでは、プラズマ処理装置について説明する。図1に示すように、プラズマ処理装置1のチャンバー2内には、ウェハが載置されるステージ3が設けられている。ステージ3には、プラズマを生成するための高周波電源部4が接続されている。高周波電源部4の電源ケーブル4aには、インピーダンスの整合を図るためのマッチングボックス5が接続されている。チャンバー2の上部には、チャンバー2内に所定のガスを送り込むガス供給部6が設けられている。チャンバー2の下部には、チャンバー2内のガスを排気するためのガス排気口7が設けられている。チャンバー2の外壁部8には、チャンバー2を接地電位に固定するアース線9が取り付けられている。
Here, a plasma processing apparatus will be described. As shown in FIG. 1, a
アース線9が接続されている外壁部8の部分の近傍には、電流センサ10が取り付けられている。電流センサ10は、チャンバー2内に生成されるプラズマから接地電位へ向かって流れるリターン電流を測定する。電流センサ10には異常放電検知部14が電気的に接続されて、後述するように、測定されたリターン電流に基づいて異常放電が発生したか否かが判定される。電流センサ10では、電流トランスの原理により、リターン電流が形成する磁場によって生じる電流が電圧信号として出力される。図2に示すように、電流センサ10は、コアとしての鉄心11および鉄心11に巻回されたコイル12を備えている。鉄心11とコイル12は所定のケース13内に収容されている。
A
図3に示すように、電流が流れることによって生じる磁場の強度は、電流が流れる経路から離れるにしたがい指数関数的に弱くなる。このため、電流センサ10は、リターン電流が流れる外壁部8の表面に接触するように取り付けることが望ましい。また、コイル12に流れる電流は、磁場とコイル12との相対的な位置関係に依存する。図4に示すように、鉄心11の長手方向に巻回されたコイル12では、鉄心11の長手方向を、導体部分の表皮を流れるリターン電流(表皮電流31)の流れる方向とほぼ直交させることが望ましい。これにより、リターン電流によって形成される磁界32がコイル12を通る成分33が最も高くなって、電流センサから出力される電圧値が最も高くなり、異常放電をより確実に検知することができる。
As shown in FIG. 3, the strength of the magnetic field generated by the flow of current decreases exponentially as the distance from the current flow path increases. For this reason, it is desirable to attach the
図5および図6は、発明者らによって測定された、リターン電流の流れる方向に対する電流センサの配置の依存性を示す結果であり、図5は、リターン電流の流れる方向に対してほぼ直角に電流センサを配置した場合(ケースA)のグラフであり、図6は、リターン電流の流れる方向に対し平行に電流センサを配置した場合(ケースB)のグラフである。図5および図6に示すように、ケースAの場合には、ケースBの場合に比べて、約10倍程度の電圧が測定されていることがわかる。こうして、電流センサ10では、リターン電流の電流波形を電圧の経時変化として捉えることができる。
FIG. 5 and FIG. 6 are the results showing the dependence of the arrangement of the current sensor on the return current flow direction measured by the inventors. FIG. 5 shows the current almost perpendicular to the return current flow direction. FIG. 6 is a graph when the sensor is arranged (case A), and FIG. 6 is a graph when the current sensor is arranged in parallel to the direction in which the return current flows (case B). As shown in FIGS. 5 and 6, in case A, a voltage about 10 times that in case B is measured. Thus, the
なお、チャンバー2の外壁部8に接触する電流センサ10の部分の材質としては、磁界を通し、かつ、高周波の電磁界によって渦電流が生じない絶縁物が望ましく、また、チャンバーの外壁部はヒータの熱により比較的高温になる場合が多いため、耐熱性のセラミックス等がより望ましい。
The material of the portion of the
また、電流センサ10(図1等参照)を設置する際には、電流センサ10と外壁部8の部分との間に空隙ができないように電流センサ10を外壁部8に密着させるとともに、リターン電流22が流れる向きにほぼ直角になるように設置することが望ましい。このため、設置すべき外壁部8の部分の面が曲面の場合には、外壁部8に接触する電流センサ10の部分の面をその曲面に対応した曲面に形成することが望ましい。さらに、測定中に電流センサ10が動かないように電流センサ10を固定するとともに、電流センサ10と外壁部8との距離が変化しないように、電流センサ10を一定の力で外壁部8に向かって付勢することが望ましい。
Further, when installing the current sensor 10 (see FIG. 1 and the like), the
また、電流センサ10を外壁部8等に固定する治具は、電流センサ10の本体部分とは電気的に絶縁される必要がある。特に、電流センサ10の信号出力用同軸ケーブルのコネクタ(図示せず)と、治具とを接触させないようにする必要がある。これは、このような接触によって測定すべきリターン電流が影響を受けてしまい、正確な測定ができなくなるからである。
Further, the jig for fixing the
次に、上述したプラズマ処理装置1の動作について説明する。図7に示すように、まず、ガス排気口7から排気することによって、チャンバー2内が所定の圧力にまで減圧される。次に、その状態で、プラズマを生成するためのガスとして、たとえば、アルゴン(Ar)ガスがガス供給部6からチャンバー2内に導入される。次に、高周波電源部4によって、所定の高周波電力がチャンバー2内に供給される。チャンバー2内に供給された高周波電力によってアルゴン(Ar)ガスが解離し、ステージ3とガス供給部6との空間にプラズマ21が生成される。その後、エッチングのための所定のガスをガス供給部6からプラズマ21に向けて送り込むことで、そのガスが解離し、ステージ3に載置された半導体基板(ウェハ)51にエッチング処理が施されることになる。
Next, operation | movement of the
プラズマ処理中では、生成されたプラズマ21からチャンバー2を経て、接地されたアース線9に向かってリターン電流22が流れる。このとき、図8に示すように、プラズマ21からチャンバー2の外壁部8を流れるリターン電流22は、表皮効果により、チャンバー2の外壁部8の表面近傍を流れることになる。表皮効果とは、導体を流れる電流の周波数が高くなると、電流は導体の表面に集まって流れる現象をいう。たとえば、電源周波数を13.56MHzとすると、チャンバー2の材質がアルミニウム(Al)の場合には、表面から約22.4μm程度の深さの領域に電流が流れることになる。異常放電が発生していない場合には、電流センサ10によって測定されるリターン電流22の電流波形には、異常放電に伴う電流は測定されない。実測したリターン電流の電流波形(電圧の経時変化)の一例を図9に示す。
During the plasma processing, a return current 22 flows from the generated
一方、異常放電が発生している場合には、図10に示すように、その異常放電23に伴う電流もチャンバー2の外壁部8の表面近傍をアース線9に向かって流れることになる。この場合には、異常放電に伴うパルス状の電流が測定される。実測した電流波形の一例を図11に示す。図11に示すように、異常放電が発生した電流波形では、異常放電が発生していない電流波形(図9参照)には見られないパルス電流25が測定されていることがわかる。
On the other hand, when an abnormal discharge has occurred, as shown in FIG. 10, the current associated with the
上述したプラズマ処理装置1では、プラズマ21からアース線(接地電位)9へ向かって流れるリターン電流22を、チャンバー2の外壁部8に接触するように設置した電流センサ10にて測定することによって異常放電を検知する。これにより、高周波電源部の給電ラインにセンサを組み込む場合に比べて、特殊な治具等を用いることなく容易に電流センサを取り付けることができる。また、プラズマ処理装置にセンサを取り付けるために、プラズマ処理装置の稼動を止めて窓を設ける等の改造を行なう必要もなく、プラズマ処理装置の稼働率を下げることもない。さらに、リターン電流を測定することによって異常放電を検知するため、電流センサ10を設置する位置の制約が少なく、異常放電が発生すると予想される箇所に電流センサ10を設置することができ、より確実に異常放電を検知することができる。
In the
(変形例1)
電流センサは、異常放電が発生すると予想される箇所に設置することが望ましい。しかしながら、プラズマ処理装置によっては異常放電が発生する箇所を特定することが難しい場合も想定される。仮に、異常放電が発生する、チャンバーの外壁部の周方向位置に対して、電流センサが正反対の周方向位置に設置されているような場合には、電流センサによって異常放電に伴う電流を検知することが難しくなる。
(Modification 1)
It is desirable to install the current sensor at a location where abnormal discharge is expected to occur. However, depending on the plasma processing apparatus, it may be difficult to specify the location where abnormal discharge occurs. If the current sensor is installed in the opposite circumferential direction position with respect to the circumferential position of the outer wall of the chamber where abnormal discharge occurs, the current associated with the abnormal discharge is detected by the current sensor. It becomes difficult.
このような異常放電が発生する箇所を特定することが難しい場合でも、プラズマからチャンバーの外壁部を流れるリターン電流は、最終的にアース線(接地電位)へ向かって流れることから、電流センサをアース線が接続されている外壁部の部分の近傍に設置することで、異常放電を検知する感度を上げることができることが発明者らの評価によって判明した。 Even when it is difficult to identify the location where such abnormal discharge occurs, the return current flowing from the plasma to the outer wall of the chamber eventually flows toward the ground line (ground potential), so the current sensor is grounded. It has been found by the inventors' evaluation that the sensitivity of detecting abnormal discharge can be increased by installing the wire near the portion of the outer wall portion to which the wire is connected.
発明者らは、異常放電が発生しやすいとされるプラズマ処理装置を用い、図12に示すように、チャンバーの外壁部における6つの周方向位置に電流センサを設置して電流波形を測定した。その電流波形を、図13、図14、図15、図16、図17および図18にそれぞれ示す。図13〜図18に示すように、アース線9が接続されている外壁部8の周方向位置に近づくにしたがって測定される電流波形(電圧値)が大きくなり、アース線9が接続されている周方向位置において最も大きくなっていることがわかる。この評価結果から、図19に示すように、アース線9が接続されている外壁部8の部分の近傍に電流センサ10を設置することで、異常放電23を検知する感度を上げることができることが判明した。
The inventors measured the current waveform by using a plasma processing apparatus that is likely to generate abnormal discharge and installing current sensors at six circumferential positions on the outer wall of the chamber as shown in FIG. The current waveforms are shown in FIGS. 13, 14, 15, 16, 17, and 18, respectively. As shown in FIGS. 13 to 18, the current waveform (voltage value) measured increases as the
(変形例2)
上述したように、プラズマからチャンバーの外壁部を流れるリターン電流は、最終的にアース線(接地電位)へ向かって流れる。そこで、図20に示すように、電流センサ10をアース線9に接触するように設置してもよい。この場合には、図21に示すように、チャンバー2内において発生した異常放電23に伴うリターン電流22は、チャンバー2の外壁部8を経てアース線9を流れることになるため、異常放電23が発生する箇所を明確に特定できなくても、異常放電23をさらに確実に検知することができる。
(Modification 2)
As described above, the return current flowing from the plasma through the outer wall portion of the chamber finally flows toward the ground line (ground potential). Therefore, as shown in FIG. 20, the
(変形例3)
プラズマ処理装置によっては、アース線が設けられていない場合がある。そのようなプラズマ処理装置では、図22に示すように、高周波電源部4の電源ケーブル4aのアース経路に接触する態様で電流センサ10を設置することが望ましい。たとえば、電流センサ10を、チャンバー2に接続する電源ケーブル4aの金属のコネクタ部分に接触するように設置してもよい。また、電流センサを、インピーダンスの整合を図る金属製のマッチングボックス5に接触させるように設置してもよい。この場合には、図23に示すように、特に、ステージ3に載置された半導体基板(ウェハ)51の近傍において発生する異常放電23を検知しやすくなる。
(Modification 3)
Depending on the plasma processing apparatus, the ground wire may not be provided. In such a plasma processing apparatus, as shown in FIG. 22, it is desirable to install the
なお、上述したプラズマ処理装置では、電流センサ10として、電流トランスの原理を利用した鉄心とコイルを備えた電流センサを例に挙げた。このような電流センサの他に、絶縁性のガラス等が有するファラデー効果を利用してリターン電流を測定する手法を用いてもよい。ファラデー効果とは、ある物質に磁場をかけると、磁場と平行な方向に直線偏光を透過させたときに偏光面が回転する現象をいう。この場合には、信号出力用同軸ケーブルの代わりに、ガラスへの光の入出力を絶縁性の光ファイバーを使用することができ、信号出力用同軸ケーブルのコネクタと治具等との接触に伴うリターン電流への影響をなくすことができる。
In the plasma processing apparatus described above, the
また、ポッケルス効果を有する結晶を利用してリターン電流を測定する手法を用いてもよい。ポッケルス効果とは、誘電性の等方性結晶に電場をかけると、電場の強さに比例して等方性結晶の屈折率が変化し複屈折性を示す現象をいう。この場合には、等方性結晶として、リン酸二水素アンモニウム(ADP:Ammonium Dihydrogen Phosphate(NH4H2PO4))の結晶あるいはリン酸二水素カリウム(KDP:Potassium Dihydrogen Phosphate(KH2PO4))の結晶を利用することができる。特に、酸化ビスマスゲルマニウム(BGO:Bismuth Germanium Oxide(Bi12GeO20))の結晶は潮解性を有しておらず、測定に適している。また、結晶への光の入手力を絶縁性の光ファイバーを使用することで、リターン電流への影響をなくすことができる。 Alternatively, a method of measuring return current using a crystal having a Pockels effect may be used. The Pockels effect is a phenomenon in which, when an electric field is applied to a dielectric isotropic crystal, the refractive index of the isotropic crystal changes in proportion to the strength of the electric field and exhibits birefringence. In this case, as the isotropic crystal, ammonium dihydrogen phosphate (ADP: ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 )) or potassium dihydrogen phosphate (KDP: potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4) )) Crystals can be used. In particular, crystals of bismuth germanium oxide (BGO: Bismuth Germanium Oxide (Bi 12 GeO 20 )) do not have deliquescence and are suitable for measurement. Moreover, the influence on return current can be eliminated by using an insulating optical fiber to obtain light to the crystal.
また、上述したプラズマ処理装置1では、エッチング装置を例に挙げて説明したが、プラズマ処理装置としては、エッチング処理の他に、成膜処理に適用されるプラズマ処理装置がある。たとえば、所定の材料ガスをチャンバー内に導入し、化学気相成長法によって所定の膜を形成するプラズマCVD装置がある。また、スパッタ装置がある。図24に示すように、プラズマ処理装置1としてのスパッタ装置では、半導体基板51が載置されるステージ3と対向する側にスパッタ材料のターゲット15が配置されている。ターゲット15には、直流電源16が接続され、チャンバー2とはシールドフランジ17により電気的に絶縁されている。また、チャンバー2内には、アースシールド18が設けられている。ステージ3は接地電位に接続されている。スパッタ装置においても、アース線9が接続されているチャンバー2の外壁部8の部分の近傍に接触するように電流センサ10を設置したり、あるいは、ステージ3に接続されているアース線に接触するように電流センサ10を設置することで、異常放電を確実に検知することが可能である。
In the
実施の形態2
ここでは、プラズマ処理装置1の異常放電検知部14(図1等参照)が備える異常放電の判定方法の一例について説明する。異常放電は、電圧の経時変化として捉えられるリターン電流が、所定のしきい値電圧を越えているか否かによって判定されることになる。
Here, an example of an abnormal discharge determination method provided in the abnormal discharge detection unit 14 (see FIG. 1 and the like) of the
はじめに、そのしきい値電圧の決定の仕方について説明する。まず、異常放電が発生しておらず正常と判断されるプラズマ処理装置について、チャンバーの外壁部等に電流センサを設置してリターン電流を測定する。異常放電の電流は、通常、パルス状の波形になる。そこで、測定されるリターン電流の波形に基づき、パルスハイトアナライザによって、電流パルスの電圧を求め、その電圧値が測定された回数をカウントする。測定されるリターン電流の波形を、電圧値とカウント数に変換する原理を図25に模式的に示す。図25では、リターン電流の波形の各ピークの電圧値と、カウントされた電圧値とが同じハッチングで示されている。 First, how to determine the threshold voltage will be described. First, for a plasma processing apparatus in which abnormal discharge has not occurred and is determined to be normal, a return current is measured by installing a current sensor on the outer wall of the chamber. The abnormal discharge current usually has a pulsed waveform. Therefore, the voltage of the current pulse is obtained by a pulse height analyzer based on the waveform of the return current to be measured, and the number of times the voltage value is measured is counted. The principle of converting the waveform of the measured return current into a voltage value and a count number is schematically shown in FIG. In FIG. 25, the voltage value at each peak of the waveform of the return current and the counted voltage value are indicated by the same hatching.
図26は、発明者らによって実際に測定された正常なプラズマ処理装置のリターン電流の電圧値とカウント数を示すグラフである。このグラフから電圧値の最大値を求め、その最大値に基づいてしきい値電圧を設定する。たとえば、電圧値の最大値に、その最大値の10%の電圧値を加えた電圧値をしきい値電圧として設定する。 FIG. 26 is a graph showing the voltage value and count number of the return current of a normal plasma processing apparatus actually measured by the inventors. A maximum voltage value is obtained from this graph, and a threshold voltage is set based on the maximum value. For example, a voltage value obtained by adding a voltage value of 10% of the maximum value to the maximum voltage value is set as the threshold voltage.
次に、異常放電が発生しているとされるプラズマ処理装置について、正常なプラズマ処理装置の場合と同じ条件のもとでリターン電流を測定する。このとき、しきい値電圧よりも高い信号(電圧)が測定された場合には、異常放電が検知されたと判断することができる。図27は、異常放電が発生するプラズマ処理装置について実際に測定されたリターン電流の電圧値とカウント数を示すグラフである。図27に示すように、しきい値電圧よりも高い信号(電圧)が測定されていることがわかる。このようにして、しきい値電圧があらかじめ決定される。 Next, the return current is measured under the same conditions as in a normal plasma processing apparatus for a plasma processing apparatus in which abnormal discharge is assumed to have occurred. At this time, if a signal (voltage) higher than the threshold voltage is measured, it can be determined that an abnormal discharge has been detected. FIG. 27 is a graph showing the voltage value and count number of the return current actually measured for the plasma processing apparatus in which abnormal discharge occurs. As shown in FIG. 27, it can be seen that a signal (voltage) higher than the threshold voltage is measured. In this way, the threshold voltage is determined in advance.
次に、決定されたしきい値電圧に基づいて異常放電が発生しているか否かを判定する手法について、フローチャートにしたがって説明する。図28に示すように、まず、ステップS1では、プラズマ処理装置からの測定を開始する信号を受けて異常放電を検知する測定が開始され、ステップS2では、電流センサによって測定されるリターン電流に基づく出力信号のデータが取り込まれる。次に、ステップS3では、測定を開始してから、たとえば1枚のウェハを処理するのに要する所定の時間以内であるか否かが判断される。所定の時間を越えていれば、測定を終了する。所定の時間が経過していなければ、測定を続行し電圧値を測定する。また、その電圧値が測定された回数が積算される。 Next, a method for determining whether or not abnormal discharge has occurred based on the determined threshold voltage will be described with reference to a flowchart. As shown in FIG. 28, first, in step S1, measurement for detecting abnormal discharge is started in response to a signal for starting measurement from the plasma processing apparatus, and in step S2, based on the return current measured by the current sensor. Output signal data is captured. Next, in step S3, it is determined whether or not it is within a predetermined time required to process, for example, one wafer after the measurement is started. If the predetermined time is exceeded, the measurement is terminated. If the predetermined time has not elapsed, the measurement is continued and the voltage value is measured. Further, the number of times that the voltage value is measured is integrated.
次に、ステップS5では、測定される電圧値に、しきい値電圧を超える電圧値があるか否かが判断される。しきい値電圧を越える電圧値が測定されない場合には、ステップS6において異常放電は発生していないと判断されて、ステップS1に戻り測定が続けられる。一方、しきい値電圧を越える電圧値が測定された場合には、ステップS7以降において、その電圧値がしきい値電圧に対してどの程度の高さの電圧値であるか判断される。測定された電圧値が、たとえば、しきい値電圧の10倍を越える電圧値である場合には、ステップS8において、大きな異常放電が発生したとしてプラズマ処理を停止し、エラー信号を発生させる。 Next, in step S5, it is determined whether or not the measured voltage value has a voltage value exceeding the threshold voltage. If a voltage value exceeding the threshold voltage is not measured, it is determined in step S6 that no abnormal discharge has occurred, and the process returns to step S1 and measurement is continued. On the other hand, when a voltage value exceeding the threshold voltage is measured, it is determined in step S7 and subsequent steps how high the voltage value is with respect to the threshold voltage. If the measured voltage value is, for example, a voltage value exceeding 10 times the threshold voltage, plasma processing is stopped and an error signal is generated in step S8 because a large abnormal discharge has occurred.
一方、測定された電圧値が、しきい値電圧の10倍を越えていない場合には、図29に示すように、ステップS9において、測定された電圧値が、たとえば、しきい値電圧の2倍以上で10倍未満であるか否かが判断される。測定された電圧値が、しきい値電圧の2倍以上で10倍未満である場合には、ステップS10において、測定される電圧値をしきい値電圧で割って規格化し、ステップS11において、規格化された値をN個分積算して累計値が算出される。次に、ステップS12では、算出された累計値が、たとえば、50以上であるか否かが判断される。算出された累計値が50以上である場合には、ステップS13において、歩留まりに影響を与える異常放電が発生したと判断し、現在処理中のプラズマ処理が完了した後、プラズマ処理を止めてエラー信号を発生させる。一方、算出された累計値が50を超えない場合には、ステップS2に戻り測定が続けられる。 On the other hand, if the measured voltage value does not exceed 10 times the threshold voltage, as shown in FIG. 29, in step S9, the measured voltage value is, for example, 2 of the threshold voltage. It is determined whether or not it is more than twice and less than 10 times. If the measured voltage value is not less than 2 times and less than 10 times the threshold voltage, in step S10, the measured voltage value is divided by the threshold voltage and normalized, and in step S11, the standard value is Accumulated values are calculated by integrating the converted values for N. Next, in step S12, it is determined whether or not the calculated cumulative value is 50 or more, for example. If the calculated cumulative value is 50 or more, it is determined in step S13 that an abnormal discharge affecting the yield has occurred, and the plasma processing is stopped after the current plasma processing is completed. Is generated. On the other hand, if the calculated cumulative value does not exceed 50, the process returns to step S2 and measurement is continued.
また、ステップS9において、測定された電圧値が、しきい値電圧の2倍以上で10倍未満でない場合には、図30に示すように、ステップS14において、測定された電圧値が、しきい値電圧の1倍以上で2倍未満であるか否かが判断される。測定された電圧値が、しきい値電圧の1倍以上で2倍未満でない場合には、ステップS2に戻り測定が続けられる。一方、測定された電圧値が、しきい値電圧の1倍以上で2倍未満である場合には、ステップS15において、測定される電圧値をしきい値電圧で割って規格化し、ステップS16において、規格化された値をN個分積算して累計値が算出される。次に、ステップS17では、算出された累計値が、たとえば、20以上であるか否かが判断される。算出された累計値が20以上である場合には、ステップS18において、歩留まりに影響を与えない程度の微小な異常放電が発生したと判断し、プラズマ処理を続行させながらアラーム信号を発生させる。一方、算出された累計値が20を超えない場合には、ステップS2に戻り測定が続けられる。 If the measured voltage value in step S9 is not less than 2 times the threshold voltage and not less than 10 times, the measured voltage value in step S14 is the threshold value as shown in FIG. It is determined whether or not the value voltage is 1 time or more and less than 2 times. If the measured voltage value is not less than 1 and not more than twice the threshold voltage, the process returns to step S2 and measurement is continued. On the other hand, if the measured voltage value is greater than or equal to one time and less than twice the threshold voltage, in step S15, the measured voltage value is divided by the threshold voltage and normalized, and in step S16. The accumulated value is calculated by adding N normalized values. Next, in step S17, it is determined whether or not the calculated cumulative value is 20 or more, for example. If the calculated cumulative value is 20 or more, it is determined in step S18 that a minute abnormal discharge that does not affect the yield has occurred, and an alarm signal is generated while plasma processing is continued. On the other hand, if the calculated cumulative value does not exceed 20, the process returns to step S2 and measurement is continued.
上述した判定手法では、まず、正常とされるプラズマ処理装置について測定されたリターン電流の電圧値に基づいてしきい値電圧を設定する。次に、その条件と同じ条件のもとで対象のプラズマ処理装置のリターン電流を測定しながら、リターン電流の電圧値がしきい値電圧を超えたときの電圧値と、しきい値電圧を超えた回数とがデータとして蓄積される。そして、しきい値電圧を超えた回数が設定された所定の回数よりも多い場合に、検査対象のプラズマ処理装置に異常放電が発生したと判断される。 In the above-described determination method, first, the threshold voltage is set based on the voltage value of the return current measured for a normal plasma processing apparatus. Next, while measuring the return current of the target plasma processing device under the same conditions, the voltage value when the return current voltage exceeds the threshold voltage and the threshold voltage are exceeded. Are stored as data. If the number of times that the threshold voltage has been exceeded is greater than the predetermined number of times, it is determined that an abnormal discharge has occurred in the plasma processing apparatus to be inspected.
これにより、他の半導体製造装置からノイズ等が多い半導体工場において、プラズマ処理装置の異常放電を誤判定することなく確実に検知することができる。異常放電を検知した場合には、プラズマ処理装置を停止してメンテナンスを行う等の適切な対処をすることで、異常放電によって生成される異物によって半導体装置の歩留まりが低下するのを抑制することができる。 Thereby, it is possible to reliably detect abnormal discharge of the plasma processing apparatus without misjudgment in a semiconductor factory having a lot of noise from other semiconductor manufacturing apparatuses. When abnormal discharge is detected, it is possible to prevent the yield of the semiconductor device from being reduced by foreign matter generated by abnormal discharge by taking appropriate measures such as stopping the plasma processing apparatus and performing maintenance. it can.
また、リターン電流の電圧値がしきい値電圧を超える場合が単発的ではあっても、リターン電流の電圧値が、しきい値電圧よりも、たとえば1桁以上高いような場合には、検査対象のプラズマ処理装置に比較的大きな異常放電が発生したと判断し、直ちにプラズマ処理装置を停止させる等の処置を採ることで、大きな異常放電に起因する半導体装置の歩留まり低下を抑制することができる。 Even if the return current voltage value exceeds the threshold voltage only once, but the return current voltage value is higher than the threshold voltage by, for example, one digit or more, the object to be inspected It can be determined that a relatively large abnormal discharge has occurred in the plasma processing apparatus, and measures such as immediately stopping the plasma processing apparatus are taken, so that a decrease in the yield of the semiconductor device due to the large abnormal discharge can be suppressed.
ところで、しきい値電圧を決定するに際して、実際の測定では、ノイズ等の影響によってしきい値電圧を容易に決定できないことが想定される。つまり、異常放電が発生していないプラズマ処理装置の測定データに対して、異常放電に伴う信号を明確に区別できない場合が想定される。 By the way, when determining the threshold voltage, it is assumed that the threshold voltage cannot be easily determined due to the influence of noise or the like in actual measurement. That is, it is assumed that a signal associated with abnormal discharge cannot be clearly distinguished from measurement data of a plasma processing apparatus in which abnormal discharge has not occurred.
図31は、発明者らによって測定された、正常なプラズマ処理装置の測定データに対して異常放電に伴う信号が明確に区別できた場合の測定結果を示す。図31に示すように、異常放電に伴う、しきい値電圧よりも高い信号が、測定されていることがわかる。これに対して、図32は、異常放電が発生しているにもかかわらず、正常なプラズマ処理装置の測定データに対して、その異常放電に伴う信号を明確に区別することができない場合の測定結果を示す。図32に示すように、正常なプラズマ装置の信号の中に異常放電に伴う信号が存在しており、両者を区別することが困難であることがわかる。このような場合には、リターン電流の流れに対して電流センサが適切な位置に設置していないことも考えられるため、電流センサを取り付ける位置を変えて測定することが望ましい。 FIG. 31 shows a measurement result when a signal associated with abnormal discharge can be clearly distinguished from measurement data of a normal plasma processing apparatus measured by the inventors. As shown in FIG. 31, it can be seen that a signal higher than the threshold voltage due to abnormal discharge is measured. On the other hand, FIG. 32 shows the measurement in the case where the signal associated with the abnormal discharge cannot be clearly distinguished from the measurement data of the normal plasma processing apparatus despite the occurrence of the abnormal discharge. Results are shown. As shown in FIG. 32, it can be seen that there is a signal associated with abnormal discharge in the signal of a normal plasma apparatus, and it is difficult to distinguish the two. In such a case, it is possible that the current sensor is not installed at an appropriate position with respect to the flow of the return current. Therefore, it is desirable to change the position where the current sensor is attached for measurement.
また、リターン電流を測定する際に、相対的に低い電圧値が相対的に高い電圧値よりも多くカウントされるため、測定終了までにカウント数がオーバフローすることが想定される。このようなオーバフローを防止するために、正常とされるプラズマ処理装置について測定された電圧値(最大電圧値)よりも小さい電圧値については、カウントしないようにしてもよい。このような手法によって測定された結果を、図33、図34および図35にそれぞれ示す。図33では、異常放電が連続的に発生した場合の測定結果を示し、パルスカウント数は379個であった。図34では、異常放電が間欠的に発生した場合の測定結果を示し、パルスカウント数は21個であった。図35では、異常放電が発生しない場合の測定結果を示し、パルスカウント数は0個であった。 Further, when the return current is measured, the relatively low voltage value is counted more than the relatively high voltage value, so that it is assumed that the count number overflows before the measurement is completed. In order to prevent such overflow, the voltage value smaller than the voltage value (maximum voltage value) measured for the normal plasma processing apparatus may not be counted. The results measured by such a method are shown in FIGS. 33, 34 and 35, respectively. FIG. 33 shows a measurement result when abnormal discharge occurs continuously, and the pulse count number is 379. In FIG. 34, the measurement result when the abnormal discharge occurs intermittently is shown, and the pulse count number was 21 pieces. FIG. 35 shows the measurement results when no abnormal discharge occurs, and the pulse count number was zero.
実施の形態3
ここでは、前述したプラズマ処理装置を適用した半導体装置の製造方法の一例について説明する。図36に示すように、まず、半導体基板51の表面から所定の深さにわたり素子分離絶縁膜を形成することにより、素子形成領域RP,RNが規定される。素子形成領域RPには、n型ウェル領域52が形成される。次に、素子形成領域RPでは、ゲート電極GPおよび1対のソース・ドレイン領域PSD,PSDを有するpチャネル型の電界効果トランジスタT1が形成され、素子形成領域RNでは、ゲート電極GNおよび1対のソース・ドレイン領域NSD,NSDを有するnチャネル型の電界効果トランジスタT2が形成される。次に、pチャネル型の電界効果トランジスタT1およびnチャネル型の電界効果トランジスタT2を覆うように、半導体基板51の表面にシリコン酸化膜等の層間絶縁膜60が形成される。
Here, an example of a method for manufacturing a semiconductor device to which the above-described plasma processing apparatus is applied will be described. As shown in FIG. 36, element formation regions RP and RN are defined by first forming an element isolation insulating film from the surface of the
まず、pチャネル型の電界効果トランジスタT1およびnチャネル型の電界効果トランジスタT2が形成された半導体基板51が、前述したプラズマ処理装置として、プラズマCVD装置のチャンバー2内のステージ3に載置される(たとえば、図1参照)。次に、チャンバー2内を所定の圧力にまで減圧した状態でアルゴンガスを導入し、高周波電力を供給することによっプラズマを生成する。そのプラズマに向けて、たとえば、モノシラン(SiH4)系のガス等、あるいは、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate glass)系のガスを送り込むことで、そのガスが解離し、化学気相成長法によって半導体基板51の表面に層間絶縁膜60が堆積する。
First, the
層間絶縁膜60が堆積する間に、電流センサ10によってリターン電流が測定され、前述したフローチャートにしたがって、異常放電が発生したか否かの判定処理が並行して行われる。成膜処理を通じて異常放電が発生しなかった場合には、図36に示すように、pチャネル型の電界効果トランジスタT1およびnチャネル型の電界効果トランジスタT2を覆うように層間絶縁膜60が形成される。
While the
一方、成膜処理の途中において、リターン電流の電圧値がしきい値電圧を超えて異常放電が発生した場合には、しきい値電圧を超えたときの電圧値と、しきい値電圧を越えた回数とに基づいて所定の措置が採られる。前述したように、たとえば、電圧値がしきい値電圧の10倍を越える電圧値である場合には、大きな異常放電が発生したとしてプラズマ処理が停止される。この場合、成膜処理が途中で停止された半導体基板(ウェハ)の救済が可能であると判断される場合には、異常放電が発生したプラズマCVD装置とは別のプラズマCVD装置等によって残りの成膜処理を行なうことで、層間絶縁膜が形成される。 On the other hand, if the return current exceeds the threshold voltage and abnormal discharge occurs during the film formation process, the voltage value exceeding the threshold voltage and the threshold voltage are exceeded. Predetermined measures are taken based on the number of times As described above, for example, when the voltage value exceeds 10 times the threshold voltage, the plasma processing is stopped because a large abnormal discharge has occurred. In this case, if it is determined that the semiconductor substrate (wafer) whose film formation process has been stopped can be relieved, the remaining plasma CVD apparatus or the like other than the plasma CVD apparatus in which the abnormal discharge has occurred can be used. By performing the film forming process, an interlayer insulating film is formed.
また、電圧値がしきい値電圧の10倍を越えない電圧値である場合には、その電圧値としきい値電圧を超えた回数の程度に基づいて、そのまま成膜処理を続行させたり、あるいは、成膜処理を続行させるものの、その半導体基板の成膜処理が完了した時点で、プラズマCVD装置を停止させたりする等の措置が採られることになる。こうして、異常放電に起因する異物による半導体装置の歩留まり低下を最小限に抑えることができる。 Further, when the voltage value is a voltage value that does not exceed 10 times the threshold voltage, the film forming process is continued as it is based on the voltage value and the number of times the threshold voltage is exceeded, or Although the film forming process is continued, measures such as stopping the plasma CVD apparatus are taken when the film forming process of the semiconductor substrate is completed. Thus, a decrease in the yield of the semiconductor device due to foreign matters caused by abnormal discharge can be minimized.
次に、図37に示すように、層間絶縁膜60にコンタクトホールを形成するための所定の写真製版処理を施すことによりレジストパターン70が形成される。次に、そのレジストパターン70をマスクとして、層間絶縁膜60にエッチング処理が施される。まず、レジストパターン70が形成された半導体基板51が、前述したプラズマ処理装置として、エッチング装置のチャンバー2内のステージ3に載置される(たとえば、図1参照)。次に、チャンバー2内を所定の圧力にまで減圧した状態でアルゴンガスを導入し、高周波電力を供給することによっプラズマを生成する。そのプラズマに向けて、たとえば、フルオロカーボン系のエッチングをガスを送り込むことで、そのエッチングガスが解離し、レジストパターン70に覆われていない層間絶縁膜60の部分にエッチングが施される。
Next, as shown in FIG. 37, a resist
層間絶縁膜60にエッチング処理が施されている間に、電流センサ10によってリターン電流が測定され、前述したフローチャートにしたがって、異常放電が発生したか否かの判定処理が並行して行われる。エッチング処理を通じて異常放電が発生しなかった場合には、図38に示すように、ソース・ドレイン領域PSD,NSDの表面を露出するコンタクトホール60aが形成される。
While the
一方、エッチング処理の途中において、リターン電流の電圧値がしきい値電圧を超えて異常放電が発生した場合には、しきい値電圧を超えたときの電圧値と、しきい値電圧を越えた回数とに基づいて所定の措置が採られる。前述したように、たとえば、電圧値がしきい値電圧の10倍を越える電圧値である場合には、大きな異常放電が発生したとしてプラズマ処理が停止される。この場合、エッチング処理が途中で停止された半導体基板(ウェハ)の救済が可能であると判断される場合には、異常放電が発生したエッチング装置とは別のエッチング装置等によって残りのエッチング処理を行なうことで、コンタクトホールが形成される。 On the other hand, during the etching process, if the return current voltage exceeds the threshold voltage and abnormal discharge occurs, the voltage value exceeding the threshold voltage and the threshold voltage are exceeded. Predetermined measures are taken based on the number of times. As described above, for example, when the voltage value exceeds 10 times the threshold voltage, the plasma processing is stopped because a large abnormal discharge has occurred. In this case, if it is determined that the semiconductor substrate (wafer) whose etching process has been stopped midway can be repaired, the remaining etching process is performed by an etching apparatus other than the etching apparatus in which the abnormal discharge has occurred. By doing so, a contact hole is formed.
また、電圧値がしきい値電圧の10倍を越えない電圧値である場合には、その電圧値としきい値電圧を超えた回数の程度に基づいて、そのままエッチング処理を続行させたり、あるいは、エッチング処理を続行させるものの、その半導体基板のエッチング処理が完了した時点で、エッチング装置を停止させたりする等の措置が採られることになる。こうして、異常放電に起因する異物による半導体装置の歩留まり低下を最小限に抑えることができる。 Further, when the voltage value is a voltage value that does not exceed 10 times the threshold voltage, the etching process is continued as it is based on the voltage value and the degree of the number of times the threshold voltage is exceeded, or Although the etching process is continued, measures such as stopping the etching apparatus are taken when the etching process of the semiconductor substrate is completed. Thus, a decrease in the yield of the semiconductor device due to foreign matters caused by abnormal discharge can be minimized.
層間絶縁膜60にコンタクトホール60aが形成された後、図39に示すように、レジストパターン70(図38参照)が除去される。次に、コンタクトホール60a内にチタンナイトライド等のバリアメタル膜としてが形成される。まず、前述したプラズマ処理装置として、スパッタ装置のチャンバー2内のステージ3に載置される(図24参照)。次に、チャンバー2内を所定の圧力にまで減圧した状態でアルゴンガスを導入し、ステージ3とターゲット15との間に所定の電圧を印加することによってプラズマ(グロー放電)を生成する。解離したアルゴン(アルゴンイオン)をターゲット15に衝突させることによってスパッタされたバリアメタル材(チタンナイトライド)が、半導体基板51の表面に堆積する。
After the
チタンナイトライドのバリアメタル膜が堆積されている間に、電流センサ10によってリターン電流が測定され、前述したフローチャートに従って、異常放電が発生したか否かの判定処理が並行して行なわれる。スパッタ処理を通じて異常放電が発生しなかった場合には、図40に示すように、コンタクトホール60aの底面と側面を覆うように、バリアメタル膜61が形成される。
While the barrier metal film of titanium nitride is being deposited, the return current is measured by the
一方、スパッタ処理の途中において、リターン電流の電圧値がしきい値電圧を超えて異常放電が発生した場合には、しきい値電圧を超えたときの電圧値と、しきい値電圧を越えた回数とに基づいて所定の措置が採られる。前述したように、たとえば、電圧値がしきい値電圧の10倍を越える電圧値である場合には、大きな異常放電が発生したとしてプラズマ処理が停止される。この場合、スパッタ処理が途中で停止された半導体基板(ウェハ)の救済が可能であると判断される場合には、異常放電が発生したスパッタ装置とは別のスパッタ装置等によって所望の膜厚になるまでスパッタ処理を行なうことで、バリアメタル膜が形成される。 On the other hand, during the sputtering process, if the return current exceeds the threshold voltage and abnormal discharge occurs, the voltage value exceeding the threshold voltage and the threshold voltage are exceeded. Predetermined measures are taken based on the number of times. As described above, for example, when the voltage value exceeds 10 times the threshold voltage, the plasma processing is stopped because a large abnormal discharge has occurred. In this case, if it is determined that the semiconductor substrate (wafer) on which the sputtering process has been stopped can be relieved, a desired film thickness can be obtained using a sputtering apparatus other than the sputtering apparatus in which abnormal discharge has occurred. A barrier metal film is formed by performing the sputtering process until it becomes.
また、電圧値がしきい値電圧の10倍を越えない電圧値である場合には、その電圧値としきい値電圧を超えた回数の程度に基づいて、そのままスパッタ処理を続行させたり、あるいは、スパッタ処理を続行させるものの、その半導体基板のスパッタ処理が完了した時点で、スパッタ装置を停止させたりする等の措置が採られることになる。こうして、異常放電に起因する異物による半導体装置の歩留まり低下を最小限に抑えることができる。 When the voltage value is a voltage value that does not exceed 10 times the threshold voltage, the sputtering process can be continued as is based on the voltage value and the number of times the threshold voltage has been exceeded, or Although the sputtering process is continued, a measure such as stopping the sputtering apparatus is taken when the sputtering process of the semiconductor substrate is completed. Thus, a decrease in the yield of the semiconductor device due to foreign matters caused by abnormal discharge can be minimized.
次に、図41に示すように、バリアメタル膜61の表面に接触するように、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、タングステン膜62が形成される。次に、コンタクトホール60a内に位置するバリアメタル膜61の部分およびタングステン膜62の部分を残して、層間絶縁膜60の上面上に位置するタングステン膜62の部分およびバリアメタル膜61の部分が、化学的機械研磨処理(CMP:Chemical Mechanical Polishing)によって除去される。このようにして、図42に示すように、コンタクトホール60a内にプラグ63が形成される。
Next, as shown in FIG. 41, a
次に、層間絶縁膜60の表面上に第1配線層が形成される。まず、前述したプラズマ処理装置として、スパッタ装置のチャンバー2内のステージ3に載置される(図24参照)。次に、チャンバー2内を所定の圧力にまで減圧した状態でアルゴンガスを導入し、ステージ3とターゲット15との間に所定の電圧を印加することによってプラズマ(グロー放電)を生成する。解離したアルゴン(アルゴンイオン)をターゲット15に衝突させることによってスパッタされた配線材料(タングステン)が、層間絶縁膜60の表面に堆積する。
Next, a first wiring layer is formed on the surface of the
タングステンの配線材料が堆積されている間に、電流センサ10によってリターン電流が測定され、前述したフローチャートに従って、異常放電が発生したか否かの判定処理が並行して行なわれる。スパッタ処理を通じて異常放電が発生しなかった場合には、図43に示すように、層間絶縁膜60の表面に接触するようにタングステン膜64が形成される。一方、スパッタ処理の途中において、リターン電流の電圧値がしきい値電圧を超えて異常放電が発生した場合には、上述したバリアメタル膜の場合について説明したのと同様に、しきい値電圧を超えたときの電圧値と、しきい値電圧を越えた回数とに基づいて、所望の膜厚になるまでスパッタ処理を行なったり、あるいは、スパッタ処理を続行させる等の措置が採られることになる。
While the tungsten wiring material is being deposited, the return current is measured by the
次に、タングステン膜64の表面上に、反射防止膜としてチタンナイトライド膜が形成される。このチタンナイトライド膜も、所定のスパッタ装置のチャンバー内において形成される。チタンナイトライドが堆積されている間に、タングステン膜の場合と同様に、異常放電が発生したか否かの判定処理が並行して行なわれる。スパッタ処理を通じて異常放電が発生しなかった場合には、図43に示すように、タングステン膜64の表面に接触するように、反射防止膜としてのチタンナイトライド膜65が形成される。一方、スパッタ処理の途中において、リターン電流の電圧値がしきい値電圧を超えて異常放電が発生した場合には、上述したバリアメタル膜の場合について説明したのと同様に、しきい値電圧を超えたときの電圧値と、しきい値電圧を越えた回数とに基づいて、所望の膜厚になるまでスパッタ処理を行なったり、あるいは、スパッタ処理を続行させる等の措置が採られることになる。
Next, a titanium nitride film is formed on the surface of the
次に、図44に示すように、第1配線層をパターニングするための所定のレジストパターン71が形成される。次に、そのレジストパターン71をマスクとして、タングステン膜64等にエッチング処理が施される。まず、前述したプラズマ処理装置として、エッチング装置のチャンバー2内のステージ3に載置される(図1参照)。次に、チャンバー2内を所定の圧力にまで減圧した状態でアルゴンガスを導入し、高周波電力を供給することによっプラズマを生成する。そのプラズマに向けて、タングステン等をエッチングするための所定のガスを送り込むことで、そのエッチングガスが解離し、レジストパターン71に覆われていないチタンナイトライド膜65の部分およびタングステン膜64の部分にエッチングが施される。
Next, as shown in FIG. 44, a predetermined resist
タングステン膜64等にエッチング処理が施されている間に、電流センサ10によってリターン電流が測定され、前述したフローチャートにしたがって、異常放電が発生したか否かの判定処理が並行して行われる。エッチング処理を通じて異常放電が発生しなかった場合には、図45に示すように、第1配線層M1が形成される。
While the
一方、エッチング処理の途中において、リターン電流の電圧値がしきい値電圧を超えて異常放電が発生した場合には、上述した層間絶縁膜のエッチングについて説明したのと同様に、しきい値電圧を超えたときの電圧値と、しきい値電圧を越えた回数とに基づいて所定の措置が採られる。たとえば、電圧値がしきい値電圧の10倍を越える電圧値である場合には、大きな異常放電が発生したとしてプラズマ処理が停止される。この場合、エッチング処理が途中で停止された半導体基板(ウェハ)の救済が可能であると判断される場合には、異常放電が発生したエッチング装置とは別のエッチング装置等によって残りのエッチング処理を行なうことで、第1配線層M1が形成される。 On the other hand, if the voltage value of the return current exceeds the threshold voltage and an abnormal discharge occurs during the etching process, the threshold voltage is set in the same manner as described for the etching of the interlayer insulating film. Predetermined measures are taken based on the voltage value when the threshold voltage is exceeded and the number of times the threshold voltage is exceeded. For example, when the voltage value exceeds 10 times the threshold voltage, the plasma processing is stopped because a large abnormal discharge has occurred. In this case, if it is determined that the semiconductor substrate (wafer) whose etching process has been stopped midway can be repaired, the remaining etching process is performed by an etching apparatus other than the etching apparatus in which the abnormal discharge has occurred. By doing so, the first wiring layer M1 is formed.
また、電圧値がしきい値電圧の10倍を越えない電圧値である場合には、その電圧値としきい値電圧を超えた回数の程度に基づいて、そのままエッチング処理を続行させたり、あるいは、エッチング処理を続行させるものの、その半導体基板のエッチング処理が完了した時点で、エッチング装置を停止させたりする等の措置が採られることになる。こうして、第1配線層M1が形成される。その後、必要に応じて、さらに層間絶縁膜を形成し、第2配線層等を形成される。こうして、半導体装置の主要部分が形成される。 Further, when the voltage value is a voltage value that does not exceed 10 times the threshold voltage, the etching process is continued as it is based on the voltage value and the degree of the number of times the threshold voltage is exceeded, or Although the etching process is continued, measures such as stopping the etching apparatus are taken when the etching process of the semiconductor substrate is completed. Thus, the first wiring layer M1 is formed. Thereafter, if necessary, an interlayer insulating film is further formed, and a second wiring layer and the like are formed. Thus, the main part of the semiconductor device is formed.
上述した半導体装置の製造方法では、プラズマ処理装置によってエッチング処理やスパッタ処理を施す際に、プラズマ処理を施しながら測定されるリターン電流がしきい値電圧を超えた場合に、その電圧値としきい値電圧を超えた回数とに基づいて、異常放電が発生したか否かが判定される。異常放電が発生した場合には、その電圧値としきい値電圧を越えた回数の程度に応じて所望の措置を採ることで、異常放電に起因する半導体装置の歩留まり低下を最小限に抑えることができる。 In the semiconductor device manufacturing method described above, when the return current measured while performing plasma processing exceeds the threshold voltage when performing etching processing or sputtering processing by the plasma processing apparatus, the voltage value and threshold value are measured. Whether or not abnormal discharge has occurred is determined based on the number of times the voltage has been exceeded. In the event of abnormal discharge, by taking desired measures according to the voltage value and the number of times the threshold voltage has been exceeded, it is possible to minimize the decrease in yield of semiconductor devices due to abnormal discharge. it can.
なお、プラズマ処理装置としてのプラズマCVD装置では、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜等の層間絶縁膜の形成に適用する場合を例に挙げて説明したが、パッシベーション膜や反射防止膜の形成にも適用することが可能である。また、チタン(Ti)系のバリアメタル膜の形成にも適用することが可能である。 In the plasma CVD apparatus as the plasma processing apparatus, the case where it is applied to the formation of an interlayer insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film has been described as an example, but it is also applied to the formation of a passivation film or an antireflection film. Is possible. It can also be applied to the formation of a titanium (Ti) -based barrier metal film.
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an example, and the present invention is not limited to this. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the scope described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、半導体装置の製造に適用されるプラズマ処理装置に有効に利用される。 The present invention is effectively used for a plasma processing apparatus applied to manufacture of a semiconductor device.
1 プラズマ処理装置、2 チャンバー、2a フランジ部、3 ステージ、4 高周波電源部、4a 電源ケーブル、5 マッチングボックス、6 ガス供給部、7 ガス排気口、8 外壁部、9 アース線、10 電流センサ、11 鉄心、12 コイル、13 ケース、14 異常放電検知部、15 ターゲット、16 直流電源、17 シールドフランジ、18 アースシールド、21 プラズマ、22 リターン電流、23 異常放電、25 異常放電に伴う電流、31 表皮電流、32 磁界、33 成分、51 半導体基板、52 n型ウェル領域、53 素子分離絶縁膜、54 ゲート絶縁膜、55 ポリシリコン膜、56 サイドウォール絶縁膜、57 金属シリサイド膜、58 金属シリサイド膜、GN ゲート電極、GP ゲート電極、RN 素子形成領域、RP 素子形成領域、T1 nチャネル型MISFET、T2 pチャネル型MISFET、NSD n型のソース・ドレイン領域、PSD p型のソース・ドレイン領域、60 層間絶縁膜、60a コンタクトホール、61 バリアメタル膜、62 タングステン膜、63 プラグ、64 タングステン膜、65 反射防止膜、70 レジストパターン、71 レジストパターン。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記チャンバー内にプラズマを生成する所定の電力を供給する電力供給部と、
前記チャンバー内に生成したプラズマから接地電位へ向かって流れるリターン電流の経路に接触する態様で設置され、前記リターン電流により生じる磁場によって前記リターン電流を測定するリターン電流測定部と、
前記リターン電流測定部によって測定される前記リターン電流を、異常放電が発生していない場合に測定されるリターン電流と比較することによって、異常放電の発生を検知する異常放電検知部と
を備えた、プラズマ処理装置。 A chamber for performing a predetermined plasma treatment on a semiconductor substrate;
A power supply for supplying predetermined power for generating plasma in the chamber;
A return current measuring unit that is installed in contact with a path of return current flowing from the plasma generated in the chamber toward the ground potential, and that measures the return current by a magnetic field generated by the return current;
The return current measured by the return current measurement unit comprises an abnormal discharge detection unit that detects the occurrence of abnormal discharge by comparing the return current measured when no abnormal discharge has occurred, Plasma processing equipment.
前記チャンバー内にプラズマを生成する工程と、
前記チャンバー内に生成した前記プラズマに前記半導体基板を晒すことにより、前記半導体基板にプラズマ処理を施す工程と、
プラズマ処理が完了した前記半導体基板を前記チャンバーから搬出する工程と
を有し、
前記チャンバー内にプラズマを生成してから前記プラズマ処理が完了するまでの間に、前記プラズマから接地電位へ向かって流れるリターン電流を測定することによってプラズマの異常放電を検知する工程を備えた、半導体装置の製造方法。 A step of carrying the semiconductor substrate into a chamber of a plasma processing apparatus in order to perform a predetermined plasma treatment on the semiconductor substrate;
Generating plasma in the chamber;
Subjecting the semiconductor substrate to plasma treatment by exposing the semiconductor substrate to the plasma generated in the chamber;
A step of unloading the semiconductor substrate from which the plasma treatment has been completed from the chamber,
A semiconductor comprising a step of detecting an abnormal discharge of plasma by measuring a return current flowing from the plasma toward a ground potential between generation of plasma in the chamber and completion of the plasma processing. Device manufacturing method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010143453A JP2012009243A (en) | 2010-06-24 | 2010-06-24 | Plasma processing apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010143453A JP2012009243A (en) | 2010-06-24 | 2010-06-24 | Plasma processing apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012009243A true JP2012009243A (en) | 2012-01-12 |
Family
ID=45539570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010143453A Withdrawn JP2012009243A (en) | 2010-06-24 | 2010-06-24 | Plasma processing apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012009243A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014229603A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | チェ デギュウ | Remote plasma system having self-management function and self management method of the same |
JP2020123593A (en) * | 2017-04-04 | 2020-08-13 | 株式会社Fuji | Plasma generation device |
-
2010
- 2010-06-24 JP JP2010143453A patent/JP2012009243A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014229603A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | チェ デギュウ | Remote plasma system having self-management function and self management method of the same |
JP2020123593A (en) * | 2017-04-04 | 2020-08-13 | 株式会社Fuji | Plasma generation device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100676833B1 (en) | Plasma processing apparatus capable of evaluating process | |
KR101355728B1 (en) | Controlling plasma processing using parameters derived through the use of a planar ion flux probing arrangement | |
JP5837012B2 (en) | MONITORING METHOD, PLASMA MONITORING METHOD, MONITORING SYSTEM, AND PLASMA MONITORING SYSTEM | |
CN110520960B (en) | System and method for remote sensing of plasma | |
JP3665265B2 (en) | Plasma processing equipment | |
US7754615B2 (en) | Method and apparatus for detecting endpoint in a dry etching system by monitoring a superimposed DC current | |
KR101138701B1 (en) | Method and apparatus for measuring a lifetime of charge carriers | |
US11393663B2 (en) | Methods and systems for focus ring thickness determinations and feedback control | |
TW200306136A (en) | Window probe, plasma monitoring device, and plasma processing device | |
KR20030096412A (en) | Real-time plasma charging voltage measurement | |
JP2009543298A (en) | Method and apparatus for detecting unconstrained state of plasma processing chamber | |
JP3957705B2 (en) | Plasma processing equipment | |
US6447691B1 (en) | Method for detecting end point of plasma etching, and plasma etching apparatus | |
JP2009059880A (en) | Plasma monitoring method and plasma monitoring system | |
JP4796372B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2000031072A (en) | Plasma monitoring method and semiconductor fabrication system | |
JP2012009243A (en) | Plasma processing apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same | |
US7993487B2 (en) | Plasma processing apparatus and method of measuring amount of radio-frequency current in plasma | |
JP2020187948A (en) | Plasma processing device, inspection method using plasma processing device, and method of manufacturing semiconductor device using plasma processing device | |
KR20020002235A (en) | Electrostatic protection circuit | |
JP2009283838A (en) | System for monitoring ultraviolet light | |
US7787108B2 (en) | Inline stress evaluation in microstructure devices | |
KR20190130864A (en) | wafer for measuring plasma condition | |
KR20190130858A (en) | wafer for measuring plasma condition | |
JP2007214176A (en) | Method for manufacturing semiconductor device, and plasma processing apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130903 |