JP5000987B2

JP5000987B2 - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP5000987B2
Application number: JP2006313135A
Authority: JP
Inventors: 洋二高橋; 猛山川; 飯田　　勉
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: JP2008130755A

Description

本発明は、異常発生前後の所定期間について、異常時及び正常時の装置状態を短い周期で安価に記録可能な半導体製造装置に関する。

プラズマを利用して半導体ウェハを処理する半導体製造装置（エッチング装置）が広く利用されており、その一つにＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式のエッチング装置がある。この方式のエッチング装置の構成の一例を図６に示す。エッチング装置は、チャンバー１と、ソレノイドコイル２−１、２−２と、電極３と、発振器４と、圧力コントローラ５と、発光分光器６と、発振器用直流電源１１と、発光分光分析器１２と、装置コントローラ１３と、記憶手段１４と、ソレノイドコイル用直流電源１５−１、１５−２と、プロセスガス流量コントローラ１６と、静電吸着電源１７と、高周波バイアス電源１８とを備えている。

チャンバー１の外部に配置したソレノイドコイル２−１、２−２に、ソレノイドコイル用直流電源１５−１、１５−２よりそれぞれ直流電流を流して、チャンバー内に磁場を形成する。また、発振器４に発振器用直流電源１１より高電圧を印加して例えばマイクロ波を発生させ、チャンバー内に導入する。これらマイクロ波と磁場との相乗効果で電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を生じ、プロセスガス流量コントローラ１６を介してチャンバーに導入したプロセスガスＧをプラズマ化しＥＣＲプラズマＰを生成する。電極３には静電吸着電源１７より直流電圧を印加して半導体ウェハＷを電極に吸着させると共に、高周波バイアス電源１８より高周波電力を印加しており、プラズマ中のイオンを半導体ウェハＷに対し、垂直に引き込み、かつ、入射イオンエネルギーを独立制御することで、加工精度の高い異方性エッチングを実現する。さらに、ＥＣＲプラズマＰについて発光分光器６より得た信号を発光分光分析器１２で分析することによりエッチングの終点を判定し、エッチング処理を切り替え、あるいは終了処理に移行する。

通常、エッチング処理は複数の処理ステップから成り、各々の処理ステップについて処理時間、真空容器内の圧力、ソレノイドコイルに流す直流電流の強度、マイクロ波電力の強度、プロセスガスの導入量、電極に印加する高周波電力の強度ほか数多くのパラメータ設定を予め決めておく。そして、エッチング途中で処理ステップが切り替わると、次の処理ステップの設定に基づいて、各種パラメータの値を設定値通りとなるように制御する。このように、単一あるいは複数の処理ステップからなるエッチング処理に関する、一連のパラメータ設定を以下ではレシピと称するものとする。

装置コントローラ１３の構成要素のうち装置制御手段１３０は、レシピに従い、順次、各機器への出力オンオフ指令（出力するか、しないか）や出力強度指令（出力の大きさ）を設定すると共に、各機器のモニタ信号や圧力計、温度検出器などのセンサからの信号を監視し、何らかの異常を検知した場合、予め決められた異常処理を行う。また、詳細な説明は省略するが、装置コントローラ１３はマンマシンインタフェース用のモニタ表示や設備側のホストコンピュータへのモニタ信号の伝達なども行う。

さて、半導体製造装置は、言うまでもなく稼働率が非常に重要であり、装置の異常による意図せぬ処理停止が発生した場合、極力短時間での復旧は言うまでもなく、再発を防止する迅速な原因究明、対策が必須である。この場合、当該機器のみならず関連する構成機器の動作について、時系列に細かくトレースして事象の因果関係を明確にすることは、大変有益である。異常検出の前後について、前記装置コントローラ１１によるマンマシン表示などに用いられるよりも短い周期、たとえば数十ｍｓ以下の周期での解析が必要となる場合がある。さらに、同じレシピ実行時の正常時データとの突合せが原因究明に役立つ場合が多い。

しかし、意図せぬ異常に備えるには２４時間連続稼動装置のこれらデータをすべて短い周期で記録し続ける必要があり、このための記録手段１４は高速大容量のコンピュータシステムとなり、また、ホストコンピュータへの伝達を実現する場合は専用の超高速通信設備を要することとなり、非常に高コストとなる問題があった（例えば、特許文献１参照）。

上記引用文献には、さまざまなレシピを逐次処理する半導体製造装置において、異常発生前後のデータと、同じレシピによる正常時のデータを短い周期で記録する手段については開示しておらず、すべてのデータを短い周期で記録すると高コストとなるという問題を有している。
特開２００２−３２４１０９号公報

本発明は、さまざまなレシピを逐次処理する半導体製造装置において、異常発生前後のデータと、同じレシピによる正常時のデータを短い周期で記録する手段を提供し、低コストですべてのデータを短い周期で記録することができる半導体製造装置を得ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、異常発生時及び正常時、短い周期で装置状態を記録する手段を安価に実現するため、装置の状態を周期的に一時記憶し、異常発生前後の所定期間のデータを記録保持し、同じレシピによる正常時について同様に記録保持する手段を有することを最も主要な特徴とする。

本発明の半導体製造装置は、装置状態に関わる全データを短い周期で記録し続ける必要がなく、必要と判断した場合にのみ、所定期間のデータを記録保持するので、異常前後の期間について、異常時及び正常時について短い周期でのデータ記録を安価に実現できる利点がある。

短い周期で装置の異常前後の状態を記録し、正常時についても同様に記録するという目的を、異常が発生したレシピの所定の期間のみ記録する手段を講じることにより、低コストで実現する。

図１を用いて、本発明の第１の実施例にかかる半導体製造装置（エッチング装置）の構成を説明する。半導体製造装置は、チャンバー１と、ソレノイドコイル２−１、２−２と、電極３と、発振器４と、圧力コントローラ５と、発光分光器６と、発振器用直流電源１１と、発光分光分析器１２と、装置コントローラ１３と、ソレノイドコイル用直流電源１５−１１、１５−２と、プロセスガス流量コントローラ１６と、静電吸着電源１７と、高周波バイアス電源１８とを備えている。これらの構成は、図６に示した従来のエッチング装置の場合と同じであり、その動作も同じように行われるのでその詳細な動作の説明を省略する。

装置コントローラ１３は、装置制御手段１３０と、一時記憶手段１３１と、指令手段１３２と、記録手段１３３とを有している。

一時記憶手段１３１は、各機器のモニタ信号や圧力計、温度検出器などのセンサからの信号すなわち装置の状態データを一定の周期で所定の期間、一時記憶する。例えば、高速で書き込み可能なメモリの所定の領域に周期的に装置の状態データを時刻情報も含めて書き込んでいき、使用可能な領域を使用すると最初に戻って上書きしていく。したがって、一時記録の期間はメモリ容量によって、数秒から数分以上になる。ここで、構成機器からのモニタ信号のみならず、構成機器への出力オンオフ指令や出力強度指令のデータも合わせて書き込むようにすれば、異常発生時の原因究明により貢献することが考えられる。

装置制御手段１３０は、装置の状態データに基づき、何らかの異常を検知した場合に異常検知２００を出力し、指令手段１３２は、これを受けて直ちに記録指令２０１を出力する。ここで、装置制御手段１３０の異常検知の具体例としては、プロセスガス流量コントローラ１５への流量指令に対して、流量モニタ値が所定時間以内に達しない、といった動作監視や、機器自身の自己診断による故障信号の監視が考えられる。また、例えば、高周波バイアス電源１７を介してモニタする、電極３のピークツーピーク電圧が電極耐圧を越えた場合に、保護のためにレシピの処理を停止するような、いわゆるインターロック機能により異常検知することも考えられる。

記録手段１３３は、記録指令２０１を受けて、一時記憶手段１３１のメモリ領域のうち、その時点の所定時間前後のデータを記録した領域を自身の不揮発メモリにコピーする。このために、一時記憶手段１３１はデュアルポートＲＡＭを備え、記録手段１３３は、一時記憶手段１３１の一時記憶処理とは非同期にコピー処理を行うことが考えられる。

また、一時記憶手段１３１は、記録指令２０１の発生と同時に、その時点の所定時間前後のデータを記録したメモリ領域を書込み禁止とし、以後の一時記録処理を続行することで、異常前後のデータを記録保持することも考えられる。この場合は、異常発生毎に一時記憶領域が減っていくが記録手段１３３はメモリが不要となる。

以上の処理により、発生を予測できない装置の異常について、その前後の短い周期のデータを必要最低限記録する機能を実現することができる。

図２を用いて、本発明の第２の実施例における装置コントローラの構成を説明する。図２は、本発明装置の第２の実施例の構成図であって、装置コントローラ１３内部の構成を示している。装置制御手段１３０は、異常検知２００だけでなく、実行中のレシピ２０２を指令手段１３２に出力する。指令手段１３２は異常検知２００に応じた処理は先の実施例と同じであるが、どのレシピのどの処理ステップ開始後何秒で異常検知したかを記録し、以降、同じレシピを実行する際に、同じタイミングに記録指令２０１を出力し、記録手段１３３は正常時の同様のデータを記録する。記録容量に上限があることから、記録手段１３３が同じレシピを実行する際に、レシピ中の同じタイミングに記録指令２０１を出力する回数に上限を設けることや、記録手段１３３が記録容量を越える場合には記録しないこと、あるいは、最後に残された領域にオーバーライトを続けることなどが考えられる。

また、異常が発生したチャンバー１に限定せず、当該装置の他のチャンバーで同じレシピを実行する場合に、正常時の同様のデータを採取することが考えられる。さらに、装置間を結ぶ通信ネットワークを介して、他の装置の装置コントローラに記録指令を送信し、他の装置のチャンバーで同じレシピを実行する場合に、正常時の同様のデータを採取することが考えられる。

以上の処理により、発生を予測できない装置の異常について、その前後の短い周期のデータを必要最低限記録するとともに、当該チャンバーあるいは、他のチャンバーでの正常時の同様のデータを採取する機能を実現することができる。

図３を用いて、本発明の第３の実施例における装置コントローラの構成を説明する。図３は、本発明装置の第３の実施例の構成図であって、装置コントローラ１３内部の構成を示している。第２の実施例と異なり、指令手段１３２は、外部より記録条件２０３を指定することが可能とされている。記録条件とは、記録指令２０１を出力する条件であり、例えば、レシピ検討段階の調査目的などで、「どのレシピのどの処理ステップ開始後何秒後」、「発光分光からの所定波長のモニタ値が定めた値を上回った場合」といった条件である。

以上の処理により、所定の条件が成立した場合に、その前後の短い周期のデータを必要最低限記録する機能を実現することができる。

図３を用いて、本発明の第４の実施例における装置コントローラの構成を説明する。図４は、本発明装置の第４の実施例の構成図であって、装置コントローラ１３内部の構成を示している。第２の実施例と異なり、指令手段１３２は、記録指令を出力する要因と記録すべきデータの対応情報を有し、要因に応じてデータ指定２０４を出力し、記録手段１３３はデータ指定２０４に応じて指定されたデータを記録保持する。例えば、検知した異常がソレノイドコイル用直流電源１５−１，１５−２の出力電流値が設定値に対する許容範囲を所定時間外れた異常の場合、ソレノイドコイル用電源２−１、２−１への出力オンオフ指令や出力強度指令、出力オンオフ状態、出力強度モニタをデータ指定２０４により指定し、記録手段１３３は時刻情報とともにこれらのデータのみを記録する。したがって、軽微な異常の場合は、データ記録しない指定もあり得る。

以上の処理により、異常が発生したした場合に、その前後の短い周期のデータのうち、関連するデータのみを必要最低限記録する機能を実現することができる。

図５を用いて、本発明の第５の実施例における装置コントローラの構成を説明する。図５は、本発明装置の第５の実施例の構成図であって、装置コントローラ１３内部の構成を示している。第２の実施例と異なり、記録手段１３３は、外部より外部出力指令２０５を受け、記録データ２０６を出力機器１３４に出力する。外部出力指令２０５は、装置の異常発生履歴からオペレータが選択した結果、該当する記録指令２０１のＩＤであり、記録手段１３３は該当する記録データを出力する。出力先である出力機器１３４は、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−Ｒ等リムーバブルな記憶メディアのドライブ、あるいは、ＵＳＢコネクタやＰＣＭＣＩＡコネクタのような外部インタフェース、あるいはグラフや数値データをモニタ表示する機器あるいは、高速なＬＡＮやシリアル通信のインタフェースなどが考えられる。

以上の処理により、記録したデータを収集するために記憶メディアに出力したり、異常の原因を解析するために異常前後のデータや正常時のデータを表示することができる。

以上述べてきた実施例の装置制御手段１３０については、各機器への出力オンオフ指令や出力強度指令を設定したり、各機器のモニタ信号や圧力計、温度検出器などのセンサからの信号を監視する処理を実行する周期を、一時記憶手段１３１がデータを記憶する周期より長いものとすることが考えられる。これは、高速にデータをメモリに記憶するための処理時間に比べて、前述の設定や監視などインテリジェントな処理には比較的長い時間を要するためである。このようにすれば、マンマシンインタフェース用のモニタ表示や設備側のホストコンピュータへのモニタ信号は例えば０．５〜０．１秒程度の必要十分な周期で処理し、異常発生などの必要時のみ、より短い周期での詳細データを記録するシステムを実現できる。

また、装置コントローラ１３が、指令手段１３２、一時記憶手段１３１、記録手段１３３を含む実施例を説明してきたが、これらの手段を含むコントローラを装置コントローラと別に設け、装置コントローラと各機器間の信号を取り込みことで、現行システムを大幅に変更することなく、同様の機能を実現できる。

さらに、別の構成として、装置コントローラ１３が指令手段１３２を備え、各機器が各自のデータに関する一時記憶手段１３１、記録手段１３３を備え、装置コントローラ１３からの記録指令を各機器がインタフェースを介して受けて、それぞれ記録することも考えられる。このようにすれば、発光分光分析器１２や高周波バイアス電源１８のような重要機器についてのみ短い周期でのデータ記憶機能を持たせることができる。

本発明の実施例１にかかる半導体処理装置の構成を説明する図。本発明の実施例２にかかる半導体処理装置における装置コントローラの内部構成を説明する図。本発明の実施例３にかかる半導体処理装置における装置コントローラの内部構成を説明する図。本発明の実施例４にかかる半導体処理装置における装置コントローラの内部構成を説明する図。本発明の実施例５にかかる半導体処理装置における装置コントローラの内部構成を説明する図。従来の半導体処理装置の構成を説明する図。

符号の説明

１：チャンバー
２−１、２−２：ソレノイドコイル
３：電極
４：発振器
５：圧力コントローラ
６：発光分光器
１１：発振器用直流電源
１２：発光分光分析器
１３：装置コントローラ
１３０：装置制御手段
１３１：一時記憶手段
１３２：指令手段
１３３：記録手段
１３４：出力機器
１４：記憶主段
１５−１、１５−２：ソレノイドコイル用直流電源
１６：プロセスガス流量コントローラ
１７：静電吸着電源
１８：高周波バイアス電源
２００異常検知
２０１記録指令
２０２レシピ
２０３記録条件
２０４データ指定
２０５外部出力指令
２０６記録データ
Ｇ：プロセスガス
Ｐ：ＥＣＲプラズマ
Ｗ：半導体ウェハ

Claims

プラズマを利用して半導体ウェハを処理する半導体製造装置において、
装置状態を周期的に一時記憶する一時記憶手段と、
一時記憶手段にあるデータの記録を指令する指令手段と、
一時記憶手段にあるデータのうち記録指令前後の所定期間分を記録保持する記録手段
を有し、
前記指令手段は、レシピ実行中に記録指令を出力した以降、同じレシピの同じタイミングで記録指令を出力することを特徴とする半導体製造装置。
プラズマを利用して半導体ウェハを処理する半導体製造装置において、
装置状態を周期的に一時記憶する一時記憶手段と、
一時記憶手段にあるデータの記録を指令する指令手段と、
一時記憶手段にあるデータのうち記録指令前後の所定期間分を記録保持する記録手段
を有し、
前記記録指令の出力履歴からの選択に応じて記録保持された当該データを外部記憶装置や外部インタフェースへ出力する手段、あるいはグラフや数値データをモニタ表示する出力手段を有することを特徴とする半導体製造装置。
プラズマを利用して半導体ウェハを処理する半導体製造装置において、
装置状態を周期的に一時記憶する一時記憶手段と、
一時記憶手段にあるデータの記録を指令する指令手段と、
一時記憶手段にあるデータのうち記録指令前後の所定期間分を記録保持する記録手段
を有し、
前記指令手段は、レシピ中の予め指定したタイミングに基づき、記録指令を出力する
ことを特徴とする半導体製造装置。