JP3878746B2 - Semiconductor manufacturing condition setting method, semiconductor manufacturing condition setting apparatus, semiconductor manufacturing apparatus using this apparatus, and condition setting method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電力を利用してチャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理基板に処理を施すプラズマエッチング、スパッタリング、プラズマCVD等(以下「プラズマプロセス」という。)の半導体製造工程において、高周波電力等の諸条件を設定する方法、装置、この装置を用いた半導体製造装置、及びこの半導体装置により製造された半導体基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、半導体製造プロセスの中で、プラズマを使用するプラズマプロセスが知られている。このプラズマプロセスを効率良く行うためには、プラズマを発生するための高周波電力、チャンバ内の圧力、及びチャンバ内に流入するエッチングガス等の流量等を所定の値に設定しておくことが必要であり、これら高周波電力、チャンバ内圧力、及びガス流量等のパラメータは、それぞれ半導体製造装置の外部に付設された高周波電力計、容器内圧力計、及びガス流量計等により監視されている。
【0003】
これらの計器によれば、プラズマプロセス中に、チャンバの外部から与えた各パラメータの大きさ、具体的には、高周波発生器からチャンバ内の高周波電極等に印加された高周波電力、排気バルブからチャンバ内のガスが排出された後の容器内圧力、及びガス導入バルブを通過してチャンバ内に流れ込むガスの流量等を測定することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラズマプロセス中の半導体製造装置においては、プロセス中に生成された処理材料の分解物がチャンバの内部壁面や高周波電極に付着するため、高周波発生器から供給される高周波電力に対するインピーダンス変化を起こして反応に使われる実効電力が変動し、また、真空保持用の材料の劣化に伴って、容器内圧力が変動する。さらには、ガス導入バルブの開放時に生じるガスの急激かつ多量の流入やガス導入バルブの開閉誤差のため、チャンバ内、特に、ウエハ等の被処理基板の近傍のガス流入量やガスの混合比が変動してしまう。実効電力や容器内圧力等のパラメータの変動は、例えば、プラズマエッチングにおいてエッチングの方向が所望の方向にならなかったり、プラズマCVDにおいて膜質が変質したり均一にならない、という製品の品質低下を招くことになる。
【0005】
このようなパラメータの変動は、半導体製造装置の外部に付設された高周波電力計等の各種計器では測定不可能なため、各種計器が所望の値を示しているにもかかわらず、実際のパラメータの値は所望の値とは異なるという事態が生じる。そして、かかる事態の発生は、外部の各種計器では発見できないため、プラズマプロセスが正常に行われていないにもかかわらず半導体の製造処理が継続して進行されたり、また、プロセス終了後の材料の不具合から半導体製造装置の異常に気付いても、材料に不具合を生じさせる原因となったパラメータが分からないため、装置の復旧方法を見出すことができない。
【0006】
このようにプラズマプロセスの進行に影響を与える各パラメータの状況を高周波電力計、容器内圧力計、及びガス流量計等のチャンバ外部に取り付けられた計器により監視するだけでは、チャンバ内において時々刻々と変化するパラメータの値を掌握することができず、半導体製造装置による安定したプラズマプロセスを行うことが困難となる。
【0007】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、外部の計器では測定できないパラメータの変化を把握することで、半導体のプラズマプロセスを安定な状態で行え、かつ、高品質な半導体を製造することができる半導体製造条件設定方法、半導体製造条件設定装置、この装置を用いた半導体製造装置、及びこの半導体製造装置により製造された半導体基板を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明に係る半導体製造条件設定方法は、チャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件を設定する方法であって、プラズマに励起光を照射して蛍光を発生させる工程と、蛍光を分光する工程と、分光された蛍光の各波長の蛍光強度を算出する工程と、製造条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って蛍光強度が変化する各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として各パラメータごとに選択する工程と、パラメータの値を増加又は減少させたときに、各対応波長の蛍光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示す基準蛍光データを各パラメータごとに作成する工程と、パラメータの許容範囲に対応した、各対応波長の蛍光強度に基づく範囲である許容蛍光範囲を各パラメータごとに決定する工程と、被処理基板に処理を施す際に得られる蛍光の各対応波長の蛍光強度である処理中蛍光強度を算出する工程と、基準蛍光データに基づいて、処理中蛍光強度に応じた候補パラメータを各パラメータの中から選定する工程と、処理中蛍光強度に基づく値が許容蛍光範囲を越えたときに、当該処理中蛍光強度に基づく値が許容蛍光範囲内になるまで候補パラメータの値を調整する工程とを備えることを特徴とする。
【0009】
請求項1記載の発明に係る半導体製造条件設定方法によれば、まず、プラズマへの励起光の照射によって、チャンバ内のプラズマに含まれる粒子から蛍光が放出する。この蛍光は、例えば、回折格子等によって分光され、分光された蛍光は、リニアイメージセンサー等によって受光されて、各波長における蛍光強度が算出される。分光された蛍光の各波長の中には、高周波電力等のパラメータの値を増減変化させたときに、当該パラメータの変化に伴って蛍光強度が変化するものがあるが、この蛍光強度が変化する波長の中から少なくとも二以上の波長が対応波長として選択される。対応波長の選択は、各パラメータごと、すなわち、高周波電力、ガス流量等のパラメータそれぞれについて行われる。
【0010】
対応波長が選択された後、パラメータの値と、各対応波長の蛍光強度との関係を示す基準蛍光データが各パラメータごとに作成される。基準蛍光データが作成さる一方、パラメータの許容範囲に対応する各対応波長の蛍光強度に基づく範囲である許容蛍光範囲も決定される。ここで、パラメータの許容範囲について説明すると、パラメータが所望範囲から外れてある値(異常値)になると、半導体製造工程を経た被処理基板が目的の機能を果たさなくなるが、例えば、この異常値から十分なマージンを考慮したものが、パラメータの許容範囲となる。尚、パラメータの所望範囲とは、半導体製造工程を経た被処理基板に不具合が生じなかった場合の理想的な範囲を意味するものである。
【0011】
各パラメータごとの許容蛍光範囲が算出された後、被処理基板に実際に処理が施され、励起光が照射されたプラズマから生成される蛍光の各対応波長の蛍光強度である処理中蛍光強度が算出される。そして、基準蛍光データに基づいて、数種類のパラメータの中から、処理中蛍光強度に応じた候補パラメータが選定される。さらに、処理中蛍光強度が許容蛍光範囲を越えたときに、処理中蛍光強度が許容蛍光範囲内になるまで候補パラメータの値が調整されて、チャンバ内の各パラメータを所望範囲の近傍に設定・維持することができる。これにより、半導体製造工程を安定な状態で行うことができる。
【0012】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の半導体製造条件設定方法において、パラメータが、プラズマを生成するための高周波電力、プラズマを生成するための周波数、プラズマ内に含まれるイオン又はラジカルを被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、チャンバ内に流入するガスの流量、チャンバ内の圧力、プラズマを高密度に維持するための磁界の強さ、又はチャンバ内の温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【0013】
請求項3記載の発明に係る半導体製造条件設定装置は、チャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件を設定する装置であって、励起光を出力する励起光発生手段と、励起光の照射によりプラズマ内の粒子から放出する蛍光を分光する分光手段と、蛍光の分光方向に分解能を有し、分光された蛍光の各波長成分を受光するとともに当該蛍光の各波長の強度に応じた電気信号を出力する光検出手段と、光検出手段から出力された電気信号に基づいて、蛍光の各波長の蛍光強度を算出する蛍光強度算出手段と、製造条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って蛍光強度が変化する各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として各パラメータごとに選択する対応波長選択手段と、パラメータの値を増加又は減少させたときに、各対応波長の蛍光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示す基準蛍光データを各パラメータごとに作成する基準蛍光データ作成手段と、パラメータの許容範囲に対応した、蛍光の各対応波長の蛍光強度に基づく範囲である許容蛍光範囲を前記各パラメータごとに決定する許容蛍光範囲決定手段と、被処理基板に処理を施す際に得られる蛍光の各対応波長の蛍光強度である処理中蛍光強度を算出する処理中蛍光強度算出手段と、基準蛍光データに基づいて、処理中蛍光強度に応じた候補パラメータを各パラメータの中から選定する候補パラメータ選定手段と、励起光をパルス励起光にするパルスタイミング信号を励起光発生手段に送信すると共に、パルスタイミング信号に同期して、一のパルス励起光が出力された後所定の受光停止時間が経過した時刻から次のパルス励起光が出力される以前の時刻までの所定時間を指示する第一の受光タイミング信号を生成するタイミング信号生成手段とを備え、光検出手段は、第一の受光タイミング信号に基づいて、所定時間だけ、受光可能状態になることを特徴とする。
【0014】
請求項3記載の発明に係る半導体製造条件設定装置によれば、励起光発生手段から出力された励起光の照射によって、チャンバ内のプラズマに含まれる粒子から蛍光が放出する。この蛍光は、例えば、回折格子等の分光手段によって分光される。さらに、分光された蛍光は、蛍光の分光方向に分解能を有する光検出手段によって検出され、当該光検出手段は、当該蛍光の各波長の強度に応じた電気信号を出力する。光検出手段から発せられた電気信号を受信した蛍光強度算出手段は、この電気信号に基づいて、蛍光の各波長における蛍光強度を算出する。分光された蛍光の各波長の中には、高周波電力等のパラメータの値を増減変化させたときに、当該パラメータの変化に伴って蛍光強度が変化するものがあるが、対応波長選択手段によって、この蛍光強度が変化する波長の中から少なくとも二以上の波長が対応波長として選択される。対応波長の選択は、各パラメータごと、すなわち、高周波電力、ガス流量等のパラメータそれぞれについて行われる。
【0015】
対応波長が選択された後、基準蛍光データ作成手段によって、パラメータの値と、各対応波長の蛍光強度との関係を示す基準蛍光データが各パラメータごとに作成される。基準蛍光データが作成される一方、許容範囲決定手段によって、パラメータの許容範囲に対応する各対応波長の蛍光強度に基づく範囲である許容蛍光範囲が決定される。各パラメータごとに許容蛍光範囲が決定された後、被処理基板に実際に処理が施され、処理中蛍光強度算出手段によって、励起光が照射されたプラズマから生成される蛍光の各対応波長における蛍光強度である処理中蛍光強度が算出される。そして、候補パラメータ選定手段によって、数種類のパラメータの中から処理中蛍光強度に応じた候補パラメータが基準蛍光データに基づいて選定される。
【0016】
候補パラメータが選定された後、当該候補パラメータの基準蛍光データ等が、例えば、ディスプレイ等に表示される。そして、処理中蛍光強度が許容蛍光範囲を越えたときに、オペレータは、高周波発生器等の各種計器を操作することにより候補パラメータの値を調整し、処理中蛍光強度を許容蛍光範囲内に収める。これにより、チャンバ内のパラメータを所望範囲の近傍に設定・維持することができ、半導体製造工程を安定な状態で進めることができる。
励起光発生手段は、タイミング信号生成手段から送信されたパルスタイミング信号を受信することにより、励起光をパルス励起光にする。さらに、タイミング信号生成手段は、パルスタイミング信号に同期して、所定時間を指示する第一の受光タイミング信号を生成する。そして、光検出手段は、この第一の受光タイミング信号に基づいて、上記所定時間だけ受光可能状態になって蛍光等を受光する。ここで、一般的に、励起光を受けて励起された粒子は、励起光照射時から暫く経った後に緩和して蛍光を発するが、本発明における光検出手段が受光可能状態に入るのは、一のパルス励起光が出力されてから所定の受光停止時間が経過した後である。このため、光検出手段は、プラズマから蛍光が多量に発生しているときに受光可能状態になり、プラズマ内の粒子から放出した蛍光を効率よく受光することができる。
【0017】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の半導体製造条件設定装置において、制御信号を受信することにより候補パラメータの値を制御するパラメータ値制御手段と、処理中蛍光強度に基づく値が許容蛍光範囲を越えたときに、処理中蛍光強度に基づく値が許容蛍光範囲内になるまでパラメータ値制御手段に制御信号を送信するパラメータ値設定手段とを更に備えることを特徴とする。
【0018】
請求項4記載の発明に係る半導体製造条件設定装置によれば、処理中蛍光強度に基づく値が許容蛍光範囲を越えたときに、パラメータ値設定手段によって、処理中蛍光強度に基づく値が許容蛍光範囲内になるまでパラメータ値制御手段に制御信号が送信される。制御信号が、パラメータ値制御手段に到達すると、当該パラメータ値制御手段は、候補パラメータの値を制御する。これにより、チャンバ内の候補パラメータを所望範囲の近傍に自動的に設定・維持することができ、半導体製造工程を安定な状態で進めることができる。
【0019】
請求項5記載の発明は、請求項3記載の半導体製造条件設定装置において、パラメータが、プラズマを生成するための高周波電力、プラズマを生成するための周波数、プラズマ内に含まれるイオン又はラジカルを被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、チャンバ内に流入するガスの流量、チャンバ内の圧力、プラズマを高密度に維持するための磁界の強さ、又はチャンバ内の温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【0022】
請求項6記載の発明は、請求項3記載の半導体製造条件設定装置において、タイミング信号生成手段が、励起光発生手段が励起光の出力停止状態にあるときに、上記所定時間と同時間を指示する第二の受光タイミング信号を更に生成し、光検出手段は、第一の受光タイミング信号に基づいて上記所定時間だけ、第一受光可能状態になると共に、第二の受光タイミング信号に基づいて上記所定時間と同時間だけ、第二受光可能状態になり、蛍光強度算出手段は、第一受光可能状態にある光検出手段から出力された電気信号と第二受光可能状態にある光検出手段から出力された電気信号との差に基づいて、蛍光強度を算出することを特徴とする。
【0023】
請求項6記載の発明に係る半導体製造条件設定装置によれば、上記第一の受光タイミング信号に基づいて第一受光可能状態にある光検出手段が、検出対象である蛍光及び雑音であるプラズマ光を受光する。また、タイミング信号生成手段によって、励起光発生手段が励起光の出力停止状態にあるとき、すなわち、プラズマから蛍光が放出されていないときに、上記所定時間と同時間を指示する第二の受光タイミング信号が生成される。この第二の受光タイミング信号を受信した光検出手段は、第二受光可能状態になり、プラズマ光のみを受光することになる。そして、蛍光強度算出手段は、第一受光可能状態にある光検出手段から出力された電気信号と第二受光可能状態にある光検出手段から出力された電気信号との差をとることにより雑音であるプラズマ光の発光強度を除去し、蛍光のみの強度を算出することができる。
【0024】
請求項7記載の発明は、チャンバ内にプラズマを発生させ、当該プラズマを使用して被処理基板に処理を施すことにより半導体基板を製造する半導体製造装置において、請求項3〜請求項6の何れか一項記載の半導体製造条件設定装置を備え、チャンバは、当該チャンバ内に前記励起光を入射するための入射窓と、当該チャンバ内のプラズマの発光及び蛍光を外部へ放出させるための監視窓とを有し、半導体製造条件設定装置の分光手段は、監視窓を通過したプラズマ光及び蛍光が入射する位置に配置されていることを特徴とする。
【0025】
請求項7記載の発明に係る半導体製造条件設定装置によれば、チャンバに、励起光を入射させるための入射窓が設けられており、この入射窓からプラズマに向けて励起光が入射される。また、チャンバには、蛍光やプラズマ光を外部へ放出させるための監視窓が設けられており、この監視窓を通過した蛍光は、上述の半導体製造条件設定装置の分光手段に入射する。蛍光が分光手段に入射した後は、半導体製造条件設定装置によって各パラメータの値が所望範囲の近傍に設定・維持されて、半導体製造工程を安定な状態で進めることができる。
【0026】
請求項8記載の発明は、請求項7記載の半導体製造装置において、入射窓又は監視窓のうち少なくとも一方が、曇り止め手段を備えていることを特徴とする。
【0027】
請求項8記載の発明に係る半導体製造装置によれば、曇り止め手段によって入射窓や監視窓の曇りが防止されるため、励起光のプラズマへの照射や蛍光の分光手段への入射を効率良く行うことができる。
【0028】
請求項9記載の発明は、請求項8記載の半導体製造装置において、曇り止め手段が、入射窓又は監視窓のうち少なくとも一方を加熱するヒータであることを特徴とする。
【0029】
請求項9記載の発明に係る半導体製造装置によれば、ヒータによって入射窓や監視窓が加熱されるため、チャンバの中心から移動した反応性イオンなどの反応生成物が入射窓や監視窓に付着しにくくなり、これらの窓の曇りが防止される。
【0030】
半導体基板は、請求項7〜請求項9の何れか一項記載の半導体製造装置により処理を施されたことを特徴とする。
【0031】
上記半導体基板は、チャンバ内の候補パラメータが所望範囲の近傍に維持された状態で製造されているため、例えば、エッチング等の処理が精度良くなされており、高品質である。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体製造条件設定方法、半導体製造条件設定装置、この装置を用いた半導体製造装置、及びこの半導体製造装置により製造された半導体基板の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する記載は省略する。
【0033】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る半導体製造装置2の全体構成を示しており、図のように、本実施形態の半導体製造装置2には、半導体製造条件設定装置4が装備されている。尚、本実施形態に係る半導体製造装置2は、チャンバ6内にプラズマを発生させて被処理基板であるシリコンウエハ7をエッチングするプラズマドライエッチング装置である。
【0034】
石英等からなる略円筒形のチャンバ6には、エッチングガスであるCHF3,CF4,Ar等の混合ガスをチャンバ6内へ流入させるガス導入ポート8が挿入されており、さらに、このガス導入ポート8には、エッチングガスの流入量を調節するガス導入バルブ8aが備えられている。また、チャンバ6には、チャンバ6内のガスを外部に流出させて減圧するための排気ポート10が挿入されており、さらに、この排気ポート10には、ガスの流出量を調節する排気バルブ10aが備えられている。
【0035】
チャンバ6の内部には、上部電極12aとウエハ7を支持する下部電極12bとが互いに対向して配置されており、上部電極12aには、プラズマ13を生成するための周波数及び電力を発生させる高周波発生器14が接続され、下部電極12bには、生成されたプラズマ内に含まれるイオン又はラジカルを当該下部電極12bに誘導するバイアス電圧を供給するためのバイアス電源16が接続されている。また、下部電極12bの下方には、チャンバ6内の温度を調節するための温度調整器18が配置されている。さらに、チャンバ6の外周には、環状の磁石コイル20が設けられている。この磁石コイル20は、チャンバ6内にプラズマを捕捉する磁場を形成し、高密度のプラズマを生成、維持するものである。
【0036】
また、チャンバ6の外周面の一部(図1中右側)には、外部に突出した円筒形の突出部22が形成されており、この突出部22の先端には、プラズマ光が透過可能な無蛍光ガラス製の監視窓24がはめ込まれている。さらに、この外周を覆うように、曇り止め手段であるリング状のヒータ26が突出部22の外周に配置されている。このヒータ26は、監視窓24を加熱するためのものであり、監視窓24の温度を周囲の突出部22よりも高くすることによって、チャンバ6内のプラズマ13から移動した反応性イオンなどの反応生成物が監視窓24に付着しにくくなり、監視窓24の曇りが防止される。
【0037】
また、監視窓24の曇りを防止するために、ヒータ26で監視窓24を加熱する構成でなく、電極を設けて電位勾配を作ることで、反応性イオンを監視窓24に近付けないようにする構成も採用することができる。図2は、電極を用いた例を示している。図2(a)の構成では、突出部22内に、メッシュ電極26aが監視窓24と平行に配置されており、このメッシュ電極26aに電圧を印加すると、反応性イオンがメッシュ電極26aに吸着されて監視窓24まで到達しないか、メッシュ電極26aに反発されて監視窓24から遠ざかる。これにより、監視窓24の曇りが防止される。図2(b)の構成では、突出部22の外周に環状電極26bが配置されている。この環状電極26bに電圧を印加すると、反応性イオンは、当該環状電極26bに引きつけられて、突出部22の内周面に吸着したり、監視窓24方向への移動を抑制される。このため、反応性イオンは、監視窓24まで到達せず、監視窓24の曇りが防止される。
【0038】
次に、図1及び図3を用いて、半導体製造条件設定装置4の構成について説明する。図3は、図1に示すチャンバ6のIII-III断面図である。図3に示すように、本実施形態の半導体製造条件設定装置4には、パルス励起光を出力するパルスレーザ光源5が備えられている。このレーザ光源5から出力されるパルス励起光によって、プラズマ13内の原子、分子、イオン又はラジカル等の粒子は、励起される。尚、チャンバ6のパルスレーザ光源5が装着される位置には、突出部23が形成されており、この突出部23には、励起光を入射させるための入射窓25がはめ込まれている。また、突出部23の周囲には、入射窓25を加熱するための曇り止め用のヒータ27が配置されている。上述のように、曇り止め手段として、ヒータ27の代わりに電極を用いることも当然可能である。また、チャンバ6の内壁のレーザ光源5と対向する位置に、パルス励起光を止める光トラップ9が配置されている。
【0039】
イオン等の粒子は、励起光で励起されてしばらく経った後、緩和する際に蛍光を放出する。パルスレーザ光源5は、BBO結晶等の非線形光学結晶及び倍波発生器を内装したパラメトリック波長可変レーザであり、BBO結晶等の角度を変えることにより、励起光の波長を220nmから450nmまで変えることができる。尚、使用できるレーザはこのレーザに限られず、他の波長域のレーザ光を出力するレーザも当然使用することができる。また、図1に示すように、半導体製造条件設定装置4には、パルスタイミング信号を生成するタイミング信号生成部11が備えられており、パルスレーザ光源5は、このタイミング信号生成部11から出力されるパルスタイミング信号に同期してパルス励起光を出力する。尚、パルスタイミング信号を生成するタイミング信号生成部11は、レーザ光源5内に内蔵しても良い。また、励起光をパルスにする他の手法として、励起光を通過させる光通過部と光を遮断する光遮断部とが回転板の回転方向に交互に設けられたチョッパを用いる方法がある。
【0040】
また、半導体製造条件設定装置4は、監視窓24を通過してチャンバ6から放出される蛍光を分光する分光器28及び分光器28により分光された蛍光を検出するPD(フォトダイオード)アレイ30を備えている。蛍光は、分光器28の入射スリットに入射され、回折格子に照射されることによってスペクトルに分解される。尚、図示は省略するが、監視窓24を通過した蛍光を効率よく分光器28に入射させるため、監視窓24と分光器28の間には、光ファイバ等が配設されている。PDアレイ30には、蛍光の分光方向、換言すれば、スペクトルの分解方向にフォトダイオードが複数配列され、当該PDアレイ30は、蛍光の各波長成分を受光すると共に当該蛍光を光電変換して蛍光の各波長における強度に応じたアナログ信号を出力する。尚、分光器として、回折格子の代わりにフィルタを用いることができ、また、光検出器として、PDアレイ30の代わりに、光電子増倍管等を用いることもできる。
【0041】
さらに、分光器28とPDアレイ30との間には、PDアレイ30とともに光検出手段を構成するゲート29が介在されている。このゲート29は、タイミング信号生成部11から出力される受光タイミング信号に基づいて、光の通過及び遮断の切り換えを行う。
【0042】
PDアレイ30には、当該PDアレイ30から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器32が接続され、さらに、このA/D変換器32には、制御部34が接続されている。制御部34には、種々の演算処理を行うCPU35が内蔵されており、さらに、当該CPU35には、上述のA/D変換器32からデジタル信号として出力された蛍光の各波長における蛍光強度に関するデータ等を記憶できるRAM35a、及び後述する基準蛍光データを作成するプログラム等が記憶されているROM35bが接続されている。また、CPU35には、制御部34の外部に設けられたディスプレイ36が出力可能に、キ−ボード38が入力可能に接続されている。
【0043】
ここで、図4を用いて、上記タイミング信号生成部11が生成する二つの受光タイミング信号、及びこれらの信号に基づくCPU35による蛍光強度算出手法について説明する。図4の横軸は、時間の経過を示しており、縦軸は、チャンバ6の監視窓24から放出される光の強度を示している(単位は任意)。また、斜線で表示されたパルスは、パルスレーザ光源5からパルス励起光が出力されている状態を示している。この図に示されているように、プラズマ内の粒子への励起光の照射と粒子からの蛍光の発生とには、タイムラグがある。タイミング信号生成部11には、このタイムラグが受光停止時間として予め記憶されている。
【0044】
タイミング信号生成部11は、パルスレーザ光源5にパルスタイミング信号を送信すると共に、このパルスタイミング信号に同期して、所定の時刻TSおよびTE(TS<TE)を示す第一受光タイミング信号を生成する。この信号は、パルス励起光が出力される度に生成される。時刻TSは、レーザ光源5からパルス光が出力されてから、所定の受光停止時間が経過した後の時刻で、時刻TEは、発生した蛍光が消失する時刻である。このような時刻TSとTEとの間の所定時間を指示する第一受光タイミング信号がゲート29に入力されると、ゲート29は、当該タイミング信号が示す所定時間だけ開き、光が通過できる状態となって、分光器28により分光された光がPDアレイ30に到達する。この際、ゲート29は、第一受光タイミング信号に従って、プラズマから蛍光が多量に発生しているときに開いているため、PDアレイ30は、プラズマ13内の粒子から放出した蛍光を効率よく受光することができる。但し、この場合、PDアレイ30には、検出対象である蛍光のみならず雑音であるプラズマ光も入射しているが、この問題の対処法については後述する。尚、パルス光が出力される時刻と時刻TSとの間の受光停止時間は適宜設定することができ、具体的には、0〜50ns程度にすることが望ましい。また、時刻TEに関しても、次のパルスが出力される前であれば、適宜設定することができる。
【0045】
次に、タイミング信号生成部11が生成する第二受光タイミング信号について説明する。第二受光タイミング信号は、図4において、所定の時刻TAおよびTB(TA<TB)を示すものである。ここで、時刻TAは、レーザ光源5から励起光が出力されていない状態、つまり、プラズマから蛍光が発生していない状態における任意の時刻であり、時刻TBは、任意の時刻TAから、各パルス励起光が出力される度に定められた所定時間T1S〜T1E、T2S〜T2E、T3S〜T3E、T4S〜T4Eの合計時間が経過した時刻である。このような時刻TAとTBとの間の所定時間を指示する第二受光タイミング信号がゲート29に入力されると、ゲート29は、当該タイミング信号が示す所定時間(TA〜TB)だけ開き、光通過状態となって、分光器28により分光された光がPDアレイ30に到達する。この際、ゲート29は、第二受光タイミング信号に従って、蛍光が発生していないときに開いているため、PDアレイ30は、雑音であるプラズマ光のみを受光することになる。
【0046】
以上のように、第一受光タイミング信号および第二受光タイミング信号を受信することにより受光可能状態となったPDアレイ30は、第一受光タイミング信号を受信した際に受光した光の強度に応じた電気信号と、第二受光タイミング信号を受信した際に受光した光の強度に応じた電気信号とをそれぞれA/D変換器32を介してCPU35に送信する。そして、これら二つの電気信号を受信したCPU35は、これらの電気信号の差を求めることにより、蛍光の強度を算出する。すなわち、検出対象である蛍光の強度と雑音であるプラズマ光の発光強度とが合わさった値から、プラズマ光の発光強度を差し引くことにより蛍光の強度のみを求めている。
【0047】
続いて、図1及び図5のフロー図を用いて、以上のように構成された半導体製造条件設定装置4により半導体製造装置2の製造条件であるパラメータを設定する過程を説明する。尚、半導体製造装置2には、(1)プラズマ13を生成するために上部電極12aに印加される高周波電力、(2)プラズマ13を生成するための周波数、(3)バイアス電源により下部電極12bに印加されるバイアス電圧、(4)チャンバ6内に流入するガスの流量、(5)チャンバ6内の圧力、(6)磁石コイル20によりチャンバ内に生成される磁界の強さ、(7)チャンバ6内の温度、の7つの製造パラメータがある。
【0048】
まず、図1を用いて、チャンバ6内のプラズマの発生から、CPU35が蛍光強度を算出するまでの過程を説明する。尚、最初に説明するエッチング処理は、ウエハに正式な処理を施すために行うものではなく、後述の基準蛍光データなどの諸データを求めるために行うものである。以下、このような、諸データを求めるために行うエッチングを試験エッチングという。
【0049】
ガス導入バルブ8aを開いてチャンバ6内にエッチングガスを流入させつつ、排気バルブ10aの操作によりチャンバ6内を所定圧に減圧し、さらに、チャンバ6内の温度、詳しくは、ウエハ7を支持する下部電極12bの下方の温度を所定温度に設定した後、高周波発生器14とバイアス電源16を作動させて上部電極12aと下部電極12bとの間に高周波電力を印加させることにより、電極12a,12b間にプラズマ13が発生する。このプラズマ13は、磁石コイル20により形成された磁場によって、高密度な状態が維持されている。
【0050】
プラズマが発生すると、例えば、CF4が励起されて、イオンないしはラジカルとなる。そして、このイオン等は、バイアス電圧の作用によって下部電極12b上に載置されたウエハ7方向に向けて誘導され、ウエハ7の表面に成膜されたSiO2膜と反応し、試験エッチングが進行する。
【0051】
プラズマが発生して試験エッチングが進行すると同時に、タイミング信号生成部11にパルスタイミング信号を出力させ、パルスレーザ光源5からパルス励起光を出力させる。この際、パルス励起光の波長は、BBO結晶の角度調整や倍波発生器の操作により、チャンバ6内のガスに含まれる粒子の何れか(例えば、CF,CF2,O等)を励起できる波長に合わせられている。プラズマ内の粒子にパルス励起光が当たると、当該粒子から蛍光が発生する。尚、励起された粒子が、どのエネルギー状態まで緩和するかによって、発生する蛍光の波長が異なる。粒子から発生した蛍光は、監視窓24を通過して分光器28に到達する。この際、監視窓24は、ヒータ26によって曇り止めがなされているため、蛍光は、当該監視窓24を容易に通過することができる。
【0052】
分光器28の入射スリットに入射した蛍光は、回折格子に照射されることによってスペクトルに分解される。そして、上述のようにゲート29が開いている状態の時に、スペクトルに分光された蛍光はPDアレイ30によって受光され、蛍光の各波長における強度に関するデータである蛍光強度データがアナログ信号として出力される。蛍光強度データがアナログ信号としてA/D変換器32に到達すると、当該アナログ信号はデジタル信号に変換される。そして、デジタル変換された蛍光強度データは、制御部34のCPU35に送信され、CPU35は、蛍光強度データに基づいて、蛍光の各波長の蛍光強度を算出するとともに、蛍光強度データをRAM35aに記憶させる。以上が、蛍光強度の算出までの過程である。
【0053】
次に、図5のフロー図を参照して、蛍光強度を算出したCPU35が、エッチング中の各パラメータを所望範囲に設定・維持する制御手順を説明する。尚、パラメータの理想的な範囲である所望範囲はチャンバ外部の各種計器では求めることができないが、蛍光の波長から得られる情報に基づいて、パラメータを理想的な範囲に設定・維持することが、本実施形態の目的である。
【0054】
まず、オペレータは、試験エッチングをしながら、各パラメータの値を強制的に増減変化させる。例えば、チャンバ6内の圧力を増減するには、排気バルブ10aを調節すればよい。但し、パラメータは一つずつ変化させ、あるパラメータを変化させている最中は、他のパラメータは変化させない。パラメータの値を強制変化させると、この変化に伴って蛍光強度が変化する波長が幾つかある。CPU35は、これらの蛍光強度が変化した波長の中から少なくとも二以上の波長を対応波長として選択する(S101)。すなわち、対応波長とは、パラメータに相関を有し、当該パラメータ値の変化に伴って蛍光強度が変化する波長を意味する。
【0055】
ここで一旦、図6を参照して、対応波長の選択方法について具体的に説明する。図6(a)は、5つの波長のエッチング中の蛍光強度を示す蛍光強度データを図示したものである。横軸は蛍光の波長で、縦軸は蛍光強度(単位は任意)である。図6(b)は、ガス流量を所望値から強制的に増加させた場合の蛍光強度データを示しており、波長XとYにおいて、それぞれ蛍光強度の大きな減少、増加が見られる。そして、CPU35は、このように蛍光強度に大きな変化の見られた波長を、対応波長として選択する。選択された対応波長の波長は、RAM35aに記憶される。尚、対応波長は、三本以上選択してもよく、例えば、図6(b)において、波長Xの左隣の波長も僅かながら蛍光強度が増しているので、この波長も対応波長として選択しても良い。対応波長を選択する数などの基準は、制御部34のRAM35aやROM35bに予め記憶させておいてもよいし、また、オペレータが、キーボード38によりその都度入力するようにしてもよい。
【0056】
再び、図5のフロー図を用いて、CPU35の制御手順を説明する。各パラメータごとに対応波長を選択した後、CPU35は、ROM35bに記憶されたプログラムに基づいて、強制的に値を変化させたときのパラメータ値と各対応波長の蛍光強度との関係である基準蛍光データを作成する(S102)。図7は、基準蛍光データをグラフ化したものであり、図7(a)〜(c)は、それぞれパラメータを高周波電力、ガス流量、圧力としたときの基準蛍光データを示している。縦軸は、対応波長の蛍光強度(単位は任意)を示しており、横軸は、パラメータ値の目安を示している。但し、このパラメータの値は、チャンバ6外の計器で測定した値であり、チャンバ6内のパラメータの正確な値を示しているわけではない。CPU35は、作成した基準蛍光データを、RAM35aに記憶させる。
【0057】
図7(a)〜(c)に示されているように、高周波電力、ガス流量、圧力は、ともに波長A,B,Cの三つの波長に相関がある。図8は、図7(a)〜(c)の基準蛍光データに基づいて、パラメータと対応波長との関係をまとめた表であり、各パラメータの値を増加又は減少させたときに、各対応波長の蛍光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示している。尚、この図において、右上がりの矢印は増加、右下がりの矢印は減少、水平な矢印は不変を意味している。図8より、例えば、高周波電力を増加させたときは、波長A,B,Cの蛍光強度が全て増加し、圧力を増加させたときは、波長Aの蛍光強度は増加、波長Bの蛍光強度は不変、波長Cの蛍光強度は減少、となることがわかる。
【0058】
再び、図5のフロー図を用いて、CPU35の制御手順を説明する。基準蛍光データを作成した後、CPU35は、この基準蛍光データに基づいて、パラメータの許容範囲に対応する各対応波長の蛍光強度の範囲である許容蛍光範囲を決定する(S103)。尚、パラメータの許容範囲は、試験エッチングを繰り返すことによって見出される。エッチング中に、高周波電力が正常に変動すれば、高周波電力が要因となる製品不良は当然起こらない。ところが、エッチング開始後のある時刻において、高周波電力をある値以上まで強制的に増加させれば、ウエハ上に塗布されているレジスト膜がプラズマからの加熱によって熱変質を起こす。レジスト膜が変質すると、エッチングが設計通りに行われず、製品の不良につながることになる。すなわち、このときの電力値が、製品に不具合を生じさせない上限になる。一方、高周波電力をある値まで減少させると、プラズマ密度の不足と、ウエハ温度の不足からエッチング速度が低下し、エッチング処理に長時間を要する。すなわち、このときの電力値が、製品に不具合を生じさせない下限になる。そして、これらの上限および下限から十分なマージンを考慮したものが、他のパラメータが一定条件下にあるときの高周波電力の許容範囲となり、このときの蛍光強度が許容蛍光範囲となる。オペレータが、許容蛍光範囲の上限値及び下限値を入力すると、CPU35は、これらの値で規定される範囲を許容蛍光範囲として決定する。許容蛍光範囲を決定した後、CPU35は、許容蛍光範囲に関するデータをRAM35aに記憶させる。
【0059】
尚、エッチング精度を向上したい場合は、許容蛍光範囲を狭めて入力すればよい。また、高周波電力に限られず、ガス流量や圧力を強制的に変化させた場合ついても、エッチング形状の不良、エッチング速度の低下、および面内の不均一性など、エッチング処理後のウエハの特性に悪影響の出る場合を予め把握して、許容蛍光範囲を定める。また、チャンバ6内の温度のように、エッチング開始から時々刻々と値が変動するパラメータについては、エッチング開始から任意の時間ごとに許容蛍光範囲が決定されることになる。さらにまた、オペレータが許容蛍光範囲を決定せず、CPU35が、許容蛍光範囲を決定するように構成することもできる。例えば、試験エッチングを終えた後、完成したウエハ7が高品質であり、エッチング処理が理想的なパラメータ値の下で行われていたことを確認したオペレータが、そのときの各対応波長の蛍光強度を入力する。そして、CPU35は、入力された蛍光強度に所定の許容誤差を設け、この許容誤差の範囲を許容蛍光範囲として決定する。尚、許容誤差の範囲を変更することで、許容蛍光範囲の幅を調整することができる。
【0060】
以上のステップ103までで試験エッチングは終了し、次に、ウエハ7に対するエッチング処理が実際に開始され、半導体製造条件設定装置4は、エッチング中に各パラメータの値を許容範囲内に設定・維持する。以下、この過程を説明する。
【0061】
エッチング中に発生する蛍光は、分光器28によりスペクトルに分光され、この各波長成分の蛍光強度データは、PDアレイ30及びA/D変換器32を介して、CPU35に到達する。ここで、CPU35は、RAM35aから、各パラメータの基準蛍光データと対応波長の波長に関するデータとを呼び出す。この後、CPU35は、蛍光強度データのうち、対応波長の蛍光強度のみを監視することになり、随時、エッチング処理中の各対応波長の蛍光強度を処理中蛍光強度として算出する(S104)。
【0062】
処理中蛍光強度を算出した後、CPU35は、基準蛍光データに基づいて、処理中蛍光強度に応じた候補パラメータを各パラメータの中から選定する(S105)。候補パラメータとは、処理中蛍光強度の変化に影響を与えたパラメータを意味する。ここで、基準蛍光データをまとめた図8を用いて、候補パラメータの選定方法を説明する。例えば、エッチング中に、波長A,B,Cの蛍光強度が全て増加したような場合には、図8上段に示す相関から、高周波電力が何らかの原因で増加したと推定され、高周波電力が候補パラメータとして選定される。また、波長AとBの蛍光強度が増加し、波長Cの蛍光強度が減少したような場合には、図8中段の相関から、チャンバ6内のガス流量が何らかの原因で減少したと推定され、ガス流量が候補パラメータとして選定される。さらに、波長Bの蛍光強度が変化せず、波長Aの蛍光強度が増加し、波長Cの蛍光強度が減少したような場合には、図8下段の相関から、チャンバ6内の圧力が何らかの原因で増加したと推定され、圧力が候補パラメータとして選定される。
【0063】
尚、図8に示すデータでは、各パラメータごとに各対応波長の変化の組み合わせが異なるため、三つの対応波長の増減変化を求めれば、一つのパラメータを決定できる。しかし、ある二つのパラメータを増減変化させたときに、三つの対応波長が全て同じ変化をする場合もあり得る。このような場合、CPU35は、選択する対応波長の数を増やしたり、処理中発光強度の値そのものを基準蛍光データの値と比較して、候補パラメータを選択する。
【0064】
再び、図5のフロー図を用いて、CPU35の制御手順を説明する。候補パラメータを選択した後、CPU35は、候補パラメータに対応する基準蛍光データをディスプレイ36に表示する(S106)。このとき、ディスプレイ36には、(1)エッチング開始後の時刻、(2)RAM35aから呼び出された、エッチング開始後の時刻における候補パラメータの許容蛍光範囲、及び(3)現在の処理中蛍光強度も併せて表示される。そして、エッチング中に候補パラメータが許容範囲を越えて異常値になったときは、ディスプレイ36に表示された処理中蛍光強度が変化して許容蛍光範囲を越える。このとき、オペレータは、許容蛍光範囲の限界値と処理中蛍光強度との差を求め、さらに、この差を埋めるには候補パラメータの値をどれだけ調整すれば良いかを、基準蛍光データを参照して求める。候補パラメータの調整量を求めたオペレータは、候補パラメータの値を正常な範囲に戻すべく、高周波発生器等の各種計器を操作する。そして、処理中蛍光強度が許容蛍光範囲内になるまで各種計器を操作することにより、チャンバ6内の候補パラメータを所望範囲の近傍に設定・維持することができ、これにより、エッチング処理を安定な状態で進めることができる。尚、処理中蛍光強度が許容蛍光範囲を越えたときに、CPU35が、その旨をアラームでオペレータに知らせるように構成してもよい。また、許容蛍光範囲の限界値と処理中蛍光強度との差をオペレータが求めるのではなく、CPU35が求めるようにしてもよい。
【0065】
基準蛍光データをディスプレイ36に表示した後、CPU35は、エッチングがエンドポイントに達しているか否かを判定する(S107)。尚、CPU35は、エッチングがエンドポイントに達したか否かの判定をするにあたって、ROM35bに記憶されているデータや、オペレータにより入力された演算式を参照する。エンドポイントに達していないときは、ステップ104にリターンして、再び処理中蛍光強度の算出を行う。一方、エンドポイントである場合は、ステップ108に進み、エッチングが終了した旨をディスプレイ36に表示してオペレータに知らせる。また、チャンバ6にエッチング終了指令を送出するように構成することも当然可能である。
【0066】
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態に係る半導体製造装置2の全体構成を示しており、本実施形態が第1実施形態と異なるのは、半導体製造条件設定装置4に、各パラメータ値を制御する制御部40〜50が装備されている点である。高周波制御部40は、高周波発生器14に制御信号を送信して高周波電力および周波数を制御するもので、磁界制御部42は、磁石コイル20に制御信号を送信してチャンバ6内の磁界の強さを制御するものである。また、温度制御部44は、温度調整器18に制御信号を送信してチャンバ6内の温度を制御するもので、バイアス電圧制御部46は、バイアス電源16に制御信号を送信してバイアス電圧を制御するものである。さらに、圧力制御部48は、排気バルブ10aに制御信号を送信してチャンバ6内の圧力を制御するものであり、ガス流量制御部50は、ガス導入バルブ8aに制御信号を送信してガス流量を制御するものである。これらの制御部40〜50は、全て制御部34のCPU35に接続されている。
【0067】
続いて、図10のフロー図を用いて、以上のように構成された半導体製造条件設定装置4により半導体製造装置2の製造条件であるパラメータを設定する過程を説明する。但し、ステップ101の対応波長の選択から、ステップ105の候補パラメータの選定までは、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
【0068】
ステップ105で候補パラメータを選定した後、CPU35は、処理中蛍光強度が各パラメータの許容蛍光範囲を越えたか否かを判定する(S106)。処理中蛍光強度が許容蛍光範囲を越えないときはエッチングが正常に行われていることを意味し、ステップ109に進んで、エッチングがエンドポイントに達しているか否かを判定する。エンドポイントに達していないときは、ステップ104にリターンして、再び処理中蛍光強度の算出が行われる。一方、エンドポイントである場合は、ステップ110に進み、エッチングが終了した旨をディスプレイ36に表示してオペレータに知らせるとともに、CPU35は、各制御部40〜50に停止信号を送信して、各制御部40〜50は、それぞれ高周波発生器14、磁石コイル20、温度調整器18、バイアス電源16、排気バルブ10a、ガス導入バルブ8aに終了信号を送信して、エッチング終了動作を行わせる。
【0069】
一方、ステップ106において、処理中蛍光強度が許容蛍光範囲を越えたときは、CPU35は、各制御部40〜50に制御信号を送信する。例えば、候補パラメータとして、温度が選択されたとする。この場合において、各対応波長の処理中蛍光強度が温度に関する許容蛍光範囲を越えたときは、CPU35(パラメータ値設定手段)は、温度制御部44に温度を制御する旨の指令を送信し、当該指令を受信した温度制御部44(パラメータ値制御手段)は、温度調整器18を調整する。
【0070】
温度制御部44に指令を送信した後、CPU35は、各対応波長の処理中蛍光強度が許容蛍光範囲内になったか否かを判定する(S108)。各対応波長の処理中蛍光強度が許容蛍光範囲内にならない場合は、CPU35は、ステップ107にリターンして、再び温度制御部44へ温度を制御する旨の指令を送信する。一方、各対応波長の処理中蛍光強度が許容蛍光範囲内になった場合は、温度がその時間における理想的な値にあることになり、ステップ109に進んで、エッチングがエンドポイントに達しているか否かを判定する。尚、本実施形態では、温度を制御する場合について説明したが、他のパラメータについても、同様に制御することができる。
【0071】
エッチングがエンドポイントに達した場合は、ステップ111に進み、エッチングが終了した旨をディスプレイ36に表示してオペレータに知らせるとともに、CPU35は、各制御部40〜50に停止信号を送信して、各制御部40〜50は、それぞれ高周波発生器14、磁石コイル20、温度調整器18、バイアス電源16、排気バルブ10a、ガス導入バルブ8aに終了信号を送信して、エッチング終了動作を行わせる。本実施形態の半導体製造装置2によれば、CPU35が各対応波長の処理中蛍光強度を許容範囲内にすることで各パラメータを所望範囲に近付けることができるため、オペレータが操作する必要がなくなる。このため、エッチング処理をスムーズに進めつつ、高品質の半導体基板を得ることができる。しかも、不良製品が低減し、歩留まりの改善を行える。また、半導体製造装置が安定状態から逸脱する機会が減少するため、装置の稼働時間が延びて、全体としての生産性が向上する。
【0072】
(第3実施形態)
第3実施形態の半導体製造条件設定装置の構成は、第2実施形態の構成と同様である。第2実施形態の半導体製造条件設定装置4と異なるのは、各パラメータを理想的な範囲に設定・維持するために蛍光の強度そのものを用いるのではなく、各対応波長の蛍光強度の比を用いる点に特徴がある。具体的には、基準蛍光データを、パラメータの値と各波長の蛍光強度の比の値(蛍光強度に基づく値)との関係を示すものとし、許容蛍光範囲を各対応波長の蛍光強度の比で定めた範囲(蛍光強度に基づく範囲)にする。そして、各対応波長ごとに算出した処理中蛍光強度の比の値(処理中蛍光強度に基づく値)が許容蛍光範囲を越えたときに、候補パラメータの値が調整されることになる。
【0073】
本実施形態の半導体製造条件設定装置によれば、各対応波長の蛍光強度の値そのものでなく、各対応波長間の蛍光強度の比を用いて各種演算処理を行っているため、あるエッチング処理で、例えば、チャンバ外部の環境温度が変化してPDアレイの感度が低下したとしても、各対応波長の蛍光強度の相対値は殆ど変わらないので、基準蛍光データとの比較の際に誤差が生じにくく、候補パラメータを所望範囲の近傍に効率よく維持することができる。
【0074】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ウエハへの処理はエッチングに限られず、スパッタリングやプラズマCVDなど、他のプラズマプロセスでもよい。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蛍光強度の変化を監視することで、外部の計器では測定できないパラメータの変化を把握することができ、半導体のプラズマプロセスを安定な状態で行え、かつ、高品質な半導体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る半導体製造装置の全体構成図である。
【図2】図2(a)は、監視窓の曇りを防止するためにメッシュ電極を用いた構造を示す図である。図2(a)は、監視窓の曇りを防止するために環状電極を用いた構造を示す図である。
【図3】図1に示すチャンバのIII-III方向の断面図である。
【図4】タイミング信号生成部による受光タイミング信号の生成方法を説明するために用いた図である。
【図5】第1実施形態に係るCPUの制御手順を示すフロー図である。
【図6】第1実施形態において対応波長の選択方法を説明するために用いた蛍光強度データであり、図6(a)は、パラメータ値を変化させる前の蛍光強度を示す図である。図6(b)は、パラメータ値を強制的に変化させた場合の蛍光強度を示す図である。
【図7】図7(a)は、高周波電力の基準蛍光データを示す図である。図7(b)は、ガス流量の基準蛍光データを示す図である。図7(c)は、圧力の基準蛍光データを示す図である。
【図8】図7(a)〜(c)の基準蛍光データに基づいて、パラメータと対応波長との関係をまとめた表である。
【図9】第2実施形態に係る半導体製造装置の全体構成図である。
【図10】第2実施形態に係るCPUの制御手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
2…半導体製造装置、4…半導体製造条件設定装置、5…パルスレーザ光源、6…チャンバ、7…ウエハ、8…ガス導入ポート、8a…ガス導入バルブ、10…排気ポート、10a…排気バルブ、11…タイミング信号生成部、12a…上部電極、12b…下部電極、13…プラズマ、14…高周波発生器、16…バイアス電源、18…温度調整器、20…磁気コイル、22…突出部、24…監視窓、26…ヒータ、29…ゲート、34…制御部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing process such as plasma etching, sputtering, plasma CVD or the like (hereinafter referred to as “plasma process”) in which a substrate to be processed is processed using plasma generated in a chamber using high-frequency power. The present invention relates to a method and apparatus for setting various conditions such as high-frequency power, a semiconductor manufacturing apparatus using the apparatus, and a semiconductor substrate manufactured using the semiconductor apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a plasma process using plasma is known among semiconductor manufacturing processes. In order to perform this plasma process efficiently, it is necessary to set the high-frequency power for generating plasma, the pressure in the chamber, the flow rate of the etching gas flowing into the chamber, etc. to predetermined values. The parameters such as the high-frequency power, the pressure in the chamber, and the gas flow rate are monitored by a high-frequency power meter, an in-container pressure meter, a gas flow meter, and the like attached outside the semiconductor manufacturing apparatus, respectively.
[0003]
According to these instruments, the magnitude of each parameter given from the outside of the chamber during the plasma process, specifically, the high frequency power applied from the high frequency generator to the high frequency electrode in the chamber, the exhaust valve to the chamber The internal pressure of the container after the internal gas is discharged, the flow rate of the gas flowing into the chamber through the gas introduction valve, and the like can be measured.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the semiconductor manufacturing apparatus in the plasma process, the decomposition product of the processing material generated in the process adheres to the inner wall surface of the chamber and the high-frequency electrode, causing an impedance change with respect to the high-frequency power supplied from the high-frequency generator. As a result, the effective power used for the reaction fluctuates, and the pressure in the container fluctuates as the vacuum holding material deteriorates. Furthermore, due to the rapid and large inflow of gas that occurs when the gas introduction valve is opened and the opening and closing error of the gas introduction valve, the gas inflow amount and the gas mixture ratio in the vicinity of the substrate to be processed such as a wafer, etc. It will fluctuate. Variations in parameters such as effective power and pressure inside the container may lead to product quality degradation, for example, the direction of etching does not become the desired direction in plasma etching, or the film quality does not change or become uniform in plasma CVD. become.
[0005]
Such fluctuations in parameters cannot be measured by various instruments such as a high-frequency wattmeter attached outside the semiconductor manufacturing apparatus. Therefore, even though various instruments show desired values, A situation occurs where the value is different from the desired value. The occurrence of such a situation cannot be detected by various external instruments, so that the semiconductor manufacturing process continues even though the plasma process is not performed normally, and the material after the process ends Even if an abnormality of a semiconductor manufacturing apparatus is noticed due to a defect, the parameter that caused the defect in the material is not known, and thus a method for recovering the apparatus cannot be found.
[0006]
As described above, the status of each parameter affecting the progress of the plasma process is monitored by an instrument attached to the outside of the chamber, such as a high-frequency power meter, an in-vessel pressure gauge, and a gas flow meter. The value of the changing parameter cannot be grasped, and it becomes difficult to perform a stable plasma process by the semiconductor manufacturing apparatus.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and by grasping changes in parameters that cannot be measured by an external instrument, a semiconductor plasma process can be performed in a stable state, and a high-quality semiconductor is manufactured. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing condition setting method, a semiconductor manufacturing condition setting apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus using the apparatus, and a semiconductor substrate manufactured by the semiconductor manufacturing apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor manufacturing condition setting method according to
[0009]
According to the semiconductor manufacturing condition setting method of the first aspect of the invention, first, fluorescence is emitted from particles contained in the plasma in the chamber by irradiation of the plasma with excitation light. For example, the fluorescence is dispersed by a diffraction grating or the like, and the dispersed fluorescence is received by a linear image sensor or the like, and the fluorescence intensity at each wavelength is calculated. Some of the wavelengths of the dispersed fluorescence change when the value of a parameter such as high-frequency power is increased or decreased, and the fluorescence intensity changes in accordance with the change of the parameter, but this fluorescence intensity changes. At least two or more wavelengths are selected as the corresponding wavelengths from the wavelengths. The selection of the corresponding wavelength is performed for each parameter, that is, for each parameter such as high-frequency power and gas flow rate.
[0010]
After the corresponding wavelength is selected, reference fluorescence data indicating the relationship between the parameter value and the fluorescence intensity of each corresponding wavelength is created for each parameter. While the reference fluorescence data is created, an allowable fluorescence range that is a range based on the fluorescence intensity of each corresponding wavelength corresponding to the allowable range of the parameter is also determined. Here, the allowable range of the parameter will be described. When the parameter is out of the desired range (abnormal value), the substrate to be processed that has undergone the semiconductor manufacturing process does not perform the intended function. Considering a sufficient margin is an allowable range of parameters. The desired range of parameters means an ideal range in the case where no problem occurs in the substrate to be processed after the semiconductor manufacturing process.
[0011]
After the allowable fluorescence range for each parameter is calculated, the in-process fluorescence intensity, which is the fluorescence intensity of each corresponding wavelength of the fluorescence generated from the plasma that is actually processed on the target substrate and irradiated with excitation light, is obtained. Calculated. Then, based on the reference fluorescence data, candidate parameters corresponding to the in-process fluorescence intensity are selected from several types of parameters. Further, when the in-process fluorescence intensity exceeds the allowable fluorescence range, the value of the candidate parameter is adjusted until the in-process fluorescence intensity falls within the allowable fluorescence range, and each parameter in the chamber is set near the desired range. Can be maintained. Thereby, a semiconductor manufacturing process can be performed in a stable state.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing condition setting method according to the first aspect, the parameters include a high frequency power for generating plasma, a frequency for generating plasma, and ions or radicals contained in the plasma. At least one of a bias voltage for inducing toward the processing substrate, a flow rate of a gas flowing into the chamber, a pressure in the chamber, a magnetic field strength for maintaining a high density of plasma, or a temperature in the chamber It is characterized by being.
[0013]
A semiconductor manufacturing condition setting device according to a third aspect of the invention is an apparatus for setting manufacturing conditions of a semiconductor manufacturing process in which processing is performed on a substrate to be processed using plasma generated in a chamber, wherein excitation light is emitted. Excitation light generating means for outputting, spectroscopic means for dispersing fluorescence emitted from particles in plasma by irradiation of excitation light, having resolution in the fluorescence spectral direction, and receiving each wavelength component of the dispersed fluorescence A light detection means for outputting an electrical signal corresponding to the intensity of each wavelength of the fluorescence, a fluorescence intensity calculation means for calculating the fluorescence intensity of each wavelength of the fluorescence based on the electrical signal output from the light detection means, and manufacturing When changing the values of a plurality of parameters, which are conditions, at least two or more wavelengths are selected as the corresponding wavelengths from among the wavelengths at which the fluorescence intensity changes with the increase / decrease in the parameters. The corresponding wavelength selection means for selecting for each data, the value of the parameterWhether the fluorescence intensity at each corresponding wavelength increases, decreases, or remains unchanged when the value increases or decreasesA reference fluorescence data creation means for creating reference fluorescence data for each parameter, and an allowable fluorescence range corresponding to the allowable range of the parameter based on the fluorescence intensity of each corresponding wavelength of fluorescence is determined for each parameter. Based on the reference fluorescence data, the allowable fluorescence range determining means for calculating, the in-process fluorescence intensity calculating means for calculating the in-process fluorescence intensity that is the fluorescence intensity of each corresponding wavelength of the fluorescence obtained when processing the substrate to be processed, and Candidate parameter selection means for selecting candidate parameters according to the fluorescence intensity during processing from among the parameters;In addition to transmitting a pulse timing signal for making the excitation light pulse excitation light to the excitation light generating means, and in synchronization with the pulse timing signal, from the time when a predetermined light reception stop time has elapsed after the output of one pulse excitation light Timing signal generating means for generating a first light receiving timing signal for instructing a predetermined time until the time before the next pulse excitation light is output, and the light detecting means is based on the first light receiving timing signal. , Light can be received for a predetermined timeIt is characterized by that.
[0014]
According to the semiconductor manufacturing condition setting apparatus of the third aspect, the fluorescence is emitted from the particles contained in the plasma in the chamber by the irradiation of the excitation light output from the excitation light generating means. This fluorescence is separated by a spectroscopic means such as a diffraction grating. Further, the dispersed fluorescence is detected by a light detection unit having resolution in the fluorescence spectral direction, and the light detection unit outputs an electrical signal corresponding to the intensity of each wavelength of the fluorescence. The fluorescence intensity calculation means that receives the electrical signal emitted from the light detection means calculates the fluorescence intensity at each wavelength of fluorescence based on this electrical signal. Among each wavelength of the separated fluorescence, when the value of a parameter such as high-frequency power is increased or decreased, the fluorescence intensity changes with the change of the parameter. At least two or more wavelengths are selected as the corresponding wavelengths from the wavelengths at which the fluorescence intensity changes. The selection of the corresponding wavelength is performed for each parameter, that is, for each parameter such as high-frequency power and gas flow rate.
[0015]
After the corresponding wavelength is selected, the reference fluorescence data creating means creates the reference fluorescence data indicating the relationship between the parameter value and the fluorescence intensity of each corresponding wavelength for each parameter. While the reference fluorescence data is created, the tolerance range determining means determines the tolerance fluorescence range that is a range based on the fluorescence intensity of each corresponding wavelength corresponding to the tolerance range of the parameter. After the allowable fluorescence range is determined for each parameter, the substrate to be processed is actually processed, and the fluorescence at each corresponding wavelength of the fluorescence generated from the plasma irradiated with the excitation light by the processing fluorescence intensity calculation means The in-process fluorescence intensity, which is the intensity, is calculated. A candidate parameter selection unit selects a candidate parameter corresponding to the in-process fluorescence intensity from several types of parameters based on the reference fluorescence data.
[0016]
After the candidate parameter is selected, the reference fluorescence data of the candidate parameter is displayed on a display, for example. When the fluorescence intensity during processing exceeds the allowable fluorescence range, the operator adjusts the value of the candidate parameter by operating various instruments such as a high-frequency generator, and keeps the fluorescence intensity during processing within the allowable fluorescence range. . As a result, the parameters in the chamber can be set and maintained in the vicinity of the desired range, and the semiconductor manufacturing process can proceed in a stable state.
The pumping light generating unit receives the pulse timing signal transmitted from the timing signal generating unit, thereby converting the pumping light into pulse pumping light. Further, the timing signal generation means generates a first light reception timing signal indicating a predetermined time in synchronization with the pulse timing signal. Then, based on the first light reception timing signal, the light detection means is in a light reception enabled state for the predetermined time and receives fluorescence or the like. Here, in general, particles excited by receiving excitation light relax and emit fluorescence after a while from the time of excitation light irradiation, but the light detection means in the present invention enters a light receiving state, This is after a predetermined light reception stop time has elapsed since the output of one pulsed excitation light. For this reason, the light detection means is in a state where it can receive light when a large amount of fluorescence is generated from the plasma, and can efficiently receive the fluorescence emitted from the particles in the plasma.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing condition setting apparatus according to the third aspect, the parameter value control means for controlling the value of the candidate parameter by receiving the control signal, and the value based on the in-process fluorescence intensity is an allowable fluorescence. It further comprises parameter value setting means for transmitting a control signal to the parameter value control means until the value based on the in-process fluorescence intensity falls within the allowable fluorescence range when the range is exceeded.
[0018]
According to the semiconductor manufacturing condition setting device of the invention described in
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing condition setting apparatus according to the third aspect, the parameters are a high frequency power for generating plasma, a frequency for generating plasma, and ions or radicals contained in the plasma. At least one of a bias voltage for inducing toward the processing substrate, a flow rate of a gas flowing into the chamber, a pressure in the chamber, a magnetic field strength for maintaining a high density of plasma, or a temperature in the chamber It is characterized by being.
[0022]
Claim6The described invention is claimed.3In the semiconductor manufacturing condition setting device described above, the timing signal generation means further generates a second light reception timing signal that indicates the same time as the predetermined time when the excitation light generation means is in an output stop state of the excitation light. The light detection means is in the first light receiving state for the predetermined time based on the first light receiving timing signal and can receive the second light only for the same time as the predetermined time based on the second light receiving timing signal. The fluorescence intensity calculation means is based on the difference between the electrical signal output from the light detection means in the first light-receiving ready state and the electrical signal output from the light detection means in the second light-receiving ready state, The fluorescence intensity is calculated.
[0023]
Claim6According to the semiconductor manufacturing condition setting apparatus according to the invention described above, the light detection means in the first light reception enabled state receives the fluorescence that is the detection target and the plasma light that is noise based on the first light reception timing signal. . Further, a second light receiving timing for instructing the same time as the predetermined time by the timing signal generating means when the excitation light generating means is in an output stop state of the excitation light, that is, when no fluorescence is emitted from the plasma. A signal is generated. The light detecting means that has received the second light receiving timing signal is in a second light receiving enabled state and receives only plasma light. Then, the fluorescence intensity calculating means detects noise by taking a difference between the electric signal output from the light detecting means in the first light receiving ready state and the electric signal output from the light detecting means in the second light receiving ready state. The emission intensity of a certain plasma light can be removed, and the intensity of only fluorescence can be calculated.
[0024]
Claim7The invention described is a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor substrate by generating plasma in a chamber and processing the substrate to be processed using the plasma.6The semiconductor manufacturing condition setting device according to
[0025]
Claim7According to the semiconductor manufacturing condition setting apparatus according to the described invention, the chamber is provided with the incident window for allowing the excitation light to enter, and the excitation light enters the plasma from the incident window. The chamber is provided with a monitoring window for emitting fluorescence and plasma light to the outside, and the fluorescence passing through the monitoring window is incident on the spectroscopic means of the semiconductor manufacturing condition setting apparatus. After the fluorescence is incident on the spectroscopic means, the value of each parameter is set and maintained in the vicinity of the desired range by the semiconductor manufacturing condition setting device, and the semiconductor manufacturing process can proceed in a stable state.
[0026]
Claim8The described invention is claimed.7The semiconductor manufacturing apparatus described above is characterized in that at least one of the incident window and the monitoring window is provided with anti-fogging means.
[0027]
Claim8According to the semiconductor manufacturing apparatus according to the described invention, the fogging means prevents fogging of the incident window and the monitoring window, so that it is possible to efficiently irradiate the excitation light to the plasma and to enter the fluorescence into the spectroscopic means. it can.
[0028]
Claim9The described invention is claimed.8In the semiconductor manufacturing apparatus described above, the anti-fogging means is a heater that heats at least one of the incident window and the monitoring window.
[0029]
Claim9According to the semiconductor manufacturing apparatus according to the described invention, since the incident window and the monitoring window are heated by the heater, reaction products such as reactive ions moving from the center of the chamber are less likely to adhere to the incident window and the monitoring window. , Fogging of these windows is prevented.
[0030]
Semiconductor substrateClaims7~ Claim9A process is performed by the semiconductor manufacturing apparatus according to any one of the above.
[0031]
the aboveSince the semiconductor substrate is manufactured in a state in which the candidate parameters in the chamber are maintained in the vicinity of the desired range, for example, processing such as etching is performed with high accuracy and high quality.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor manufacturing condition setting method, a semiconductor manufacturing condition setting apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus using the apparatus, and a semiconductor substrate manufactured by the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention will be described in detail. In addition, the same code | symbol shall be used for the same element or the element which has the same function, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0033]
(First embodiment)
FIG. 1 shows the overall configuration of a
[0034]
The substantially
[0035]
Inside the
[0036]
Further, a
[0037]
In addition, in order to prevent the
[0038]
Next, the configuration of the semiconductor manufacturing
[0039]
Particles such as ions emit fluorescence when relaxed after being excited by excitation light for a while. The pulse
[0040]
In addition, the semiconductor manufacturing
[0041]
Further, between the
[0042]
An A /
[0043]
Here, with reference to FIG. 4, two light reception timing signals generated by the timing
[0044]
The timing
[0045]
Next, the second light reception timing signal generated by the
[0046]
As described above, the
[0047]
Next, a process of setting parameters as manufacturing conditions of the
[0048]
First, the process from the generation of plasma in the
[0049]
While the
[0050]
When plasma is generated, for example, CFFourIs excited to become ions or radicals. These ions and the like are induced toward the wafer 7 placed on the
[0051]
At the same time as the plasma is generated and the test etching proceeds, the
[0052]
The fluorescence that has entered the entrance slit of the
[0053]
Next, a control procedure in which the
[0054]
First, the operator forcibly changes the value of each parameter while performing test etching. For example, in order to increase or decrease the pressure in the
[0055]
Here, with reference to FIG. 6 once, the selection method of a corresponding wavelength is demonstrated concretely. FIG. 6A illustrates fluorescence intensity data indicating fluorescence intensities during etching at five wavelengths. The horizontal axis is the fluorescence wavelength, and the vertical axis is the fluorescence intensity (unit is arbitrary). FIG. 6B shows fluorescence intensity data when the gas flow rate is forcibly increased from a desired value, and large decreases and increases in fluorescence intensity are observed at wavelengths X and Y, respectively. Then, the
[0056]
Again, the control procedure of the
[0057]
As shown in FIGS. 7A to 7C, the high frequency power, the gas flow rate, and the pressure are all correlated with the three wavelengths A, B, and C. FIG. 8 is a table summarizing the relationship between parameters and corresponding wavelengths based on the reference fluorescence data of FIGS. 7A to 7C. When each parameter value is increased or decreased, each correspondence is shown. It shows whether the fluorescence intensity of the wavelength increases, decreases or remains unchanged. In this figure, an upward arrow indicates an increase, a downward arrow indicates a decrease, and a horizontal arrow indicates no change. From FIG. 8, for example, when the high-frequency power is increased, the fluorescence intensities at wavelengths A, B, and C all increase, and when the pressure is increased, the fluorescence intensity at wavelength A is increased and the fluorescence intensity at wavelength B is increased. Is unchanged, and the fluorescence intensity at wavelength C decreases.
[0058]
Again, the control procedure of the
[0059]
If it is desired to improve the etching accuracy, the allowable fluorescence range may be narrowed and input. In addition to high-frequency power, even if the gas flow rate or pressure is forcibly changed, the characteristics of the wafer after the etching process such as defective etching shape, reduced etching rate, and in-plane non-uniformity can be considered. The allowable fluorescence range is determined by grasping in advance when adverse effects occur. Further, for a parameter whose value changes every moment from the start of etching, such as the temperature in the
[0060]
The test etching is completed up to the above step 103, and then the etching process for the wafer 7 is actually started, and the semiconductor manufacturing
[0061]
The fluorescence generated during the etching is spectrally divided by the
[0062]
After calculating the fluorescence intensity during processing, the
[0063]
In the data shown in FIG. 8, since the combination of changes in the corresponding wavelengths is different for each parameter, one parameter can be determined by obtaining the increase / decrease changes in the three corresponding wavelengths. However, when two parameters are increased or decreased, all three corresponding wavelengths may change the same. In such a case, the
[0064]
Again, the control procedure of the
[0065]
After displaying the reference fluorescence data on the
[0066]
(Second Embodiment)
FIG. 9 shows the overall configuration of the
[0067]
Next, a process of setting parameters as manufacturing conditions of the
[0068]
After selecting candidate parameters in step 105, the
[0069]
On the other hand, when the in-process fluorescence intensity exceeds the allowable fluorescence range in step 106, the
[0070]
After transmitting the command to the
[0071]
If the etching has reached the end point, the process proceeds to step 111, where the
[0072]
(Third embodiment)
The configuration of the semiconductor manufacturing condition setting apparatus of the third embodiment is the same as the configuration of the second embodiment. The difference from the semiconductor manufacturing
[0073]
According to the semiconductor manufacturing condition setting device of the present embodiment, since various calculation processes are performed using the ratio of the fluorescence intensity between the corresponding wavelengths, not the value of the fluorescence intensity of each corresponding wavelength, For example, even if the ambient temperature outside the chamber changes and the sensitivity of the PD array decreases, the relative value of the fluorescence intensity of each corresponding wavelength hardly changes, so that errors are less likely to occur when compared with the reference fluorescence data. The candidate parameters can be efficiently maintained in the vicinity of the desired range.
[0074]
As mentioned above, although the invention made | formed by this inventor was concretely demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment. For example, the processing on the wafer is not limited to etching, and may be another plasma process such as sputtering or plasma CVD.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by monitoring the change in the fluorescence intensity, it is possible to grasp the change in the parameter that cannot be measured by an external instrument, to perform the semiconductor plasma process in a stable state, and High quality semiconductors can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 (a) is a diagram showing a structure using mesh electrodes in order to prevent fogging of a monitoring window. FIG. 2A is a diagram showing a structure using an annular electrode to prevent the monitoring window from fogging.
3 is a sectional view of the chamber shown in FIG. 1 in the III-III direction.
FIG. 4 is a diagram used for explaining a light reception timing signal generation method by a timing signal generation unit;
FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure of the CPU according to the first embodiment.
FIG. 6 is fluorescence intensity data used for explaining a method of selecting a corresponding wavelength in the first embodiment, and FIG. 6A is a diagram showing fluorescence intensity before changing a parameter value. FIG. 6B is a diagram showing the fluorescence intensity when the parameter value is forcibly changed.
FIG. 7A is a diagram showing reference fluorescence data of high-frequency power. FIG. 7B is a diagram showing the reference fluorescence data of the gas flow rate. FIG. 7C is a diagram showing pressure reference fluorescence data.
FIG. 8 is a table summarizing the relationship between parameters and corresponding wavelengths based on the reference fluorescence data of FIGS.
FIG. 9 is an overall configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing a control procedure of a CPU according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記プラズマに励起光を照射して蛍光を発生させる工程と、
前記蛍光を分光する工程と、
分光された前記蛍光の各波長の蛍光強度を算出する工程と、
前記製造条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って前記蛍光強度が変化する前記各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として前記各パラメータごとに選択する工程と、
前記パラメータの値を増加又は減少させたときに、前記各対応波長の前記蛍光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示す基準蛍光データを前記各パラメータごとに作成する工程と、
前記パラメータの許容範囲に対応した、前記各対応波長の前記蛍光強度に基づく範囲である許容蛍光範囲を前記各パラメータごとに決定する工程と、
前記被処理基板に前記処理を施す際に得られる前記蛍光の前記各対応波長の蛍光強度である処理中蛍光強度を算出する工程と、
前記基準蛍光データに基づいて、前記処理中蛍光強度に応じた候補パラメータを前記各パラメータの中から選定する工程と、
前記処理中蛍光強度に基づく値が前記許容蛍光範囲を越えたときに、当該処理中蛍光強度に基づく値が前記許容蛍光範囲内になるまで前記候補パラメータの値を調整する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造条件設定方法。A method of setting manufacturing conditions of a semiconductor manufacturing process for processing a substrate to be processed using plasma generated in a chamber,
Irradiating the plasma with excitation light to generate fluorescence;
Spectroscopically analyzing the fluorescence;
Calculating the fluorescence intensity of each wavelength of the separated fluorescence;
Each parameter with at least two or more wavelengths as corresponding wavelengths from among the wavelengths at which the fluorescence intensity changes in accordance with the increase / decrease change of the parameter when the values of the plurality of parameters as the manufacturing conditions are changed Process to select for each,
Creating, for each parameter, reference fluorescence data indicating whether the fluorescence intensity of each corresponding wavelength is increased, decreased, or unchanged when the value of the parameter is increased or decreased;
Determining an allowable fluorescence range corresponding to the allowable range of the parameter based on the fluorescence intensity of each corresponding wavelength for each of the parameters;
Calculating a fluorescence intensity during processing that is a fluorescence intensity of each of the corresponding wavelengths of the fluorescence obtained when performing the treatment on the substrate to be treated;
Selecting a candidate parameter according to the in-process fluorescence intensity based on the reference fluorescence data from the parameters;
Adjusting the value of the candidate parameter until the value based on the fluorescence intensity during processing falls within the allowable fluorescence range when the value based on the fluorescence intensity during treatment exceeds the allowable fluorescence range;
A semiconductor manufacturing condition setting method comprising:
励起光を出力する励起光発生手段と、
前記励起光の照射により前記プラズマ内の粒子から放出する蛍光を分光する分光手段と、
前記蛍光の分光方向に分解能を有し、分光された前記蛍光の各波長成分を受光するとともに当該蛍光の各波長の強度に応じた電気信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段から出力された電気信号に基づいて、前記蛍光の各波長の蛍光強度を算出する蛍光強度算出手段と、
前記製造条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って前記蛍光強度が変化する前記各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として前記各パラメータごとに選択する対応波長選択手段と、
前記パラメータの値を増加又は減少させたときに、前記各対応波長の前記蛍光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示す基準蛍光データを前記各パラメータごとに作成する基準蛍光データ作成手段と、
前記パラメータの許容範囲に対応した、前記各対応波長の蛍光強度に基づく範囲である許容蛍光範囲を前記各パラメータごとに決定する許容蛍光範囲決定手段と、
前記被処理基板に前記処理を施す際に得られる前記蛍光の前記各対応波長の蛍光強度である処理中蛍光強度を算出する処理中蛍光強度算出手段と、
前記基準蛍光データに基づいて、前記処理中蛍光強度に応じた候補パラメータを前記各パラメータの中から選定する候補パラメータ選定手段と、
前記励起光をパルス励起光にするパルスタイミング信号を前記励起光発生手段に送信す ると共に、前記パルスタイミング信号に同期して、一のパルス励起光が出力された後所定の受光停止時間が経過した時刻から次のパルス励起光が出力される以前の時刻までの所定時間を指示する第一の受光タイミング信号を生成するタイミング信号生成手段と、
を備え、
前記光検出手段は、前記第一の受光タイミング信号に基づいて、前記所定時間だけ、受光可能状態になることを特徴とする半導体製造条件設定装置。An apparatus for setting manufacturing conditions of a semiconductor manufacturing process for processing a substrate to be processed using plasma generated in a chamber,
Excitation light generating means for outputting excitation light;
A spectroscopic means for spectroscopically analyzing fluorescence emitted from the particles in the plasma by irradiation of the excitation light;
Photodetection means having resolution in the spectral direction of the fluorescence, receiving each wavelength component of the dispersed fluorescence and outputting an electrical signal according to the intensity of each wavelength of the fluorescence;
Fluorescence intensity calculation means for calculating the fluorescence intensity of each wavelength of the fluorescence based on the electrical signal output from the light detection means;
Each parameter with at least two or more wavelengths as corresponding wavelengths from among the wavelengths at which the fluorescence intensity changes in accordance with the increase / decrease change of the parameter when the values of the plurality of parameters as the manufacturing conditions are changed Corresponding wavelength selection means to select for each,
Reference fluorescence data for creating, for each parameter, reference fluorescence data indicating whether the fluorescence intensity of each corresponding wavelength is increased, decreased, or unchanged when the value of the parameter is increased or decreased. Creating means;
An allowable fluorescence range determining means for determining, for each of the parameters, an allowable fluorescence range that is a range based on the fluorescence intensity of each corresponding wavelength corresponding to the allowable range of the parameter;
An in-process fluorescence intensity calculating means for calculating an in-process fluorescence intensity that is a fluorescence intensity of each of the corresponding wavelengths of the fluorescence obtained when performing the process on the substrate to be processed;
Based on the reference fluorescence data, candidate parameter selection means for selecting candidate parameters according to the in-process fluorescence intensity from the parameters;
The rewritable transmits a pulse timing signal for the excitation light to the pulsed pump light to the excitation light generating means, in synchronization with the pulse timing signals, a predetermined light receiving stop time elapses after one pulse excitation light is outputted Timing signal generating means for generating a first light reception timing signal indicating a predetermined time from the time to the time before the next pulse excitation light is output;
With
2. The semiconductor manufacturing condition setting apparatus according to claim 1, wherein the light detection means is in a light receiving state for the predetermined time based on the first light reception timing signal .
前記処理中蛍光強度に基づく値が前記許容蛍光範囲を越えたときに、当該処理中蛍光強度に基づく値が前記許容蛍光範囲内になるまで前記パラメータ値制御手段に前記制御信号を送信するパラメータ値設定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項3記載の半導体製造条件設定装置。Parameter value control means for controlling the value of the candidate parameter by receiving a control signal;
Parameter value for transmitting the control signal to the parameter value control means until the value based on the in-process fluorescence intensity falls within the allowable fluorescence range when the value based on the in-process fluorescence intensity exceeds the allowable fluorescence range Setting means;
The semiconductor manufacturing condition setting device according to claim 3, further comprising:
前記光検出手段は、前記第一の受光タイミング信号に基づいて前記所定時間だけ、第一受光可能状態になると共に、前記第二の受光タイミング信号に基づいて前記所定時間と同時間だけ、第二受光可能状態になり、
前記蛍光強度算出手段は、前記第一受光可能状態にある前記光検出手段から出力された電気信号と前記第二受光可能状態にある前記光検出手段から出力された電気信号との差に基づいて、前記蛍光強度を算出することを特徴とする請求項3記載の半導体製造条件設定装置。The timing signal generation means further generates a second light reception timing signal that indicates the same time as the predetermined time when the excitation light generation means is in an output stop state of the excitation light,
The photodetection means is in a first light reception enabled state for the predetermined time based on the first light reception timing signal, and secondly for the same time as the predetermined time based on the second light reception timing signal. It becomes ready to receive light,
The fluorescence intensity calculation means is based on a difference between an electrical signal output from the light detection means in the first light-receiving ready state and an electrical signal output from the light detection means in the second light-receiving ready state. 4. The semiconductor manufacturing condition setting device according to claim 3 , wherein the fluorescence intensity is calculated.
請求項3〜請求項6の何れか一項記載の半導体製造条件設定装置を備え、
前記チャンバは、当該チャンバ内に前記励起光を入射するための入射窓と、当該チャンバ内の前記プラズマの発光及び前記蛍光を外部へ放出させるための監視窓とを有し、
前記半導体製造条件設定装置の前記分光手段は、前記監視窓を通過した前記プラズマ光及び前記蛍光が入射する位置に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。In a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor substrate by generating plasma in a chamber and processing the substrate to be processed using the plasma,
A semiconductor manufacturing condition setting device according to any one of claims 3 to 6 ,
The chamber has an incident window for allowing the excitation light to enter the chamber, and a monitoring window for emitting the emission of the plasma and the fluorescence in the chamber to the outside.
The said manufacturing means of the said semiconductor manufacturing condition setting apparatus is arrange | positioned in the position where the said plasma light and the said fluorescence which passed the said monitoring window inject.
前記プラズマに励起光を照射して蛍光を発生させる工程と、
前記蛍光を分光する工程と、
分光された前記蛍光の各波長の蛍光強度を算出する工程と、
前記条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って前記蛍光強度が変化する前記各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として前記各パラメータごとに選択する工程と、
前記パラメータの値を増加又は減少させたときに、前記各対応波長の前記蛍光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示す基準蛍光データを前記各パラメータごとに作成する工程と、
前記パラメータの許容範囲に対応した、前記各対応波長の前記蛍光強度に基づく範囲である許容蛍光範囲を前記各パラメータごとに決定する工程と、
前記被処理基板に前記処理を施す際に得られる前記蛍光の前記各対応波長の蛍光強度である処理中蛍光強度を算出する工程と、
前記基準蛍光データに基づいて、前記処理中蛍光強度に応じた候補パラメータを前記各パラメータの中から選定する工程と、
前記処理中蛍光強度に基づく値が前記許容蛍光範囲を越えたときに、当該処理中蛍光強度に基づく値が前記許容蛍光範囲内になるまで前記候補パラメータの値を調整する工程と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理における条件設定方法。A method of setting conditions for a process for processing a substrate to be processed using plasma,
Irradiating the plasma with excitation light to generate fluorescence;
Spectroscopically analyzing the fluorescence;
Calculating the fluorescence intensity of each wavelength of the separated fluorescence;
For each of the parameters, at least two or more wavelengths are used as the corresponding wavelengths from among the wavelengths at which the fluorescence intensity changes in accordance with the increase / decrease in the parameter when the values of the plurality of parameters as the conditions are increased / decreased. A process to select
Creating, for each parameter, reference fluorescence data indicating whether the fluorescence intensity of each corresponding wavelength is increased, decreased, or unchanged when the value of the parameter is increased or decreased;
Determining an allowable fluorescence range corresponding to the allowable range of the parameter based on the fluorescence intensity of each corresponding wavelength for each of the parameters;
Calculating a fluorescence intensity during processing that is a fluorescence intensity of each of the corresponding wavelengths of the fluorescence obtained when performing the treatment on the substrate to be treated;
Selecting a candidate parameter according to the in-process fluorescence intensity based on the reference fluorescence data from the parameters;
Adjusting the value of the candidate parameter until the value based on the fluorescence intensity during processing falls within the allowable fluorescence range when the value based on the fluorescence intensity during treatment exceeds the allowable fluorescence range;
A condition setting method in plasma processing, comprising:
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