JPH08203867A - ワークの処理方法および処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のワークを順次処理室に搬入して順次処
理する場合における処理の不具合を迅速に検出し得るよ
うにする。 【構成】 真空容器本体１と石英ベルジャ２により内部
に処理室３が形成されており、この処理室３内で多数枚
のワークＷに対して順次エッチング処理が行われる。一
度のワークの処理に用する処理時間の上限値はタイマに
より設定され、処理室３内のワークの処理状況はフォト
センサ１１により検出される。このフォトセンサ１１に
よりワークの処理終了が検出されるまでの処理時間はメ
モリに記憶される。ワークを処理するのに要した処理時
間を基準処理時間と比較して処理時間と基準処理時間と
の時間差が設定値を超えた場合には処理時間が上限値以
内であっても次のワークの処理を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハなどのワー
クを処理する処理技術に関し、特に半導体製造工程にお
けるドライエッチング処理に適用して有効な技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体装置を製造する際にお
ける半導体ウエハの処理には、半導体ウエハ上に微細な
回路パターンを形成するエッチング処理およびエッチン
グ処理後の半導体ウエハ上に残ったレジストを除去する
アッシング処理などがあり、これらの処理を行うために
種々のプラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処
理は、反応性ガスの減圧下においてプラズマ放電するこ
とにより、常圧下では安定に得られないイオンやラジカ
ルなどの反応種を発生させ、所定の化学反応を促進させ
て半導体ウエハに処理を施す技術である。

【０００３】エッチング処理装置としては、たとえば、
平成５年６月20日、株式会社プレスジャーナル発行 19
93年６月号「月刊 Semiconductor World 」Ｐ１４６〜
Ｐ１５２に記載されているように、バレル型プラズマエ
ッチング装置、反応性イオンエッチング装置、マイクロ
波プラズマエッチング装置など種々のタイプのものがあ
る。

【０００４】ところで、本発明者は、マイクロ波プラズ
マエッチング処理技術などのエッチング処理技術につい
て検討した。以下は、本発明者によって検討された技術
であり、その概要は次のとおりである。

【０００５】すなわち、半導体ウエハをワークとしてこ
れに処理室内でエッチング処理を行う場合には、通常、
所定の枚数、たとえば２５枚程度を１ロットとして、ワ
ークを１枚ずつ順次処理室内に搬入してエッチング処理
を行っている。処理室内には反応性ガスを常に流すよう
にし、ソレノイドコイルに一定の電流を流しており、１
ロットの全てのワークが同様の処理条件となるようにし
ている。

【０００６】そして、１度のワークの処理が終了したこ
と、つまり１枚のワークに所定の深さにエッチング処理
が終了したことを検出するために、フォトセンサを用い
て、このフォトセンサが処理室内における反応性ガスの
特定の波長の光が所定の発光レベルを超えたときには、
自動的にエッチング処理が終了したと判断するような制
御を試みた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】フォトセンサがエッチ
ングの終了を検出しなかった場合でも、処理時間の上限
値を設定しておくことで、この上限値に達してもフォト
センサが終了を検出しない場合には、それを処理異常と
してエラー表示したり、処理装置を停止させることによ
り、不良品の発生をなくすことができることが判明し
た。

【０００８】しかしながら、フォトセンサの感度変化、
処理装置や設定条件の異常やワークの不具合などのため
に、エッチング処理が終了する前に、フォトセンサが処
理終了を誤検出してしまった場合には、アンダーエッチ
つまり所定のエッチング処理がなされていない状態で
も、処理終了を検出することになる。

【０００９】このような場合には、たとえば１ロット全
ての処理が終了した後に、ワークの処理状況を検査する
ことによって始めて装置やプロセスなどの不具合が判明
されることになり、不具合の処置が遅れて不良品を多量
に発生させることになる。

【００１０】本発明の目的は、多数のワークを順次処理
室に搬入して順次処理する場合に処理の不具合を迅速に
検出し得るようにすることにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１３】すなわち、本発明のワークの処理方法は、
処理室内でのワークの処理状況をセンサにより観察し、
センサにより処理終了が検出されるまでのワークの処理
に要した処理時間と基準処理時間とを比較してその時間
差が設定値を超えた場合には次のワークの処理を停止す
るようにしたことを特徴とする。基準処理時間として
は、直前のワークの処理に要した処理時間としたり、あ
るいは既に処理された複数のワークの処理に要した平均
の処理時間としても良い。

【００１４】また、本発明のワーク処理装置は、処理室
内におけるワークの処理状況を検出するセンサと、セン
サによりワークの処理終了が検出されるまでの処理時間
を記憶するメモリと、ワークを処理するのに要した処理
時間を基準処理時間と比較して処理時間と基準処理時間
との時間差が設定値を超えた場合には次のワークの処理
を停止させる演算部とを有することを特徴とする。さら
に、一度のワークの処理に用する処理時間の上限値を設
定するタイマを有し、時間差が設定値を超えた場合には
タイマにより設定された上限値以内であっても次のワー
クの処理を停止させるようにしても良い。

【００１５】

【作用】前記ワークの処理方法および処理装置にあって
は、ワークの処理終了をセンサが検出するまでに処理の
上限値を超えた場合には、それは処理の異常として検出
される。また、ワークを処理する毎にその処理に要した
処理時間を基準処理時間と比較してその時間差が所定の
設定時間差を超える場合には、処理の異常として検出さ
れる。そして、処理時間の上限値を超える前にセンサに
より処理の終了が検出された場合でも、その時間差が設
定時間差を超えていれば、それを異常として検出するこ
とができる。異常が検出された場合には、それ以降の処
理を直ちに自動的に停止するか、異常を警報ブザーや警
報ランプなどにより自動的に表示することによって、作
業者による処理停止が行われる。

【００１６】このようにして、ワークを順次処理してい
く場合に、処理の異常があった場合には直ちにその異常
を検出することができるので、不良品の作り込みを防止
することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施例であるワークの処
理装置としてのマイクロ波プラズマエッチング装置を示
す概略断面図であり、このエッチング装置は、真空容器
本体１とこれに組み付けられるドーム状の石英ベルジャ
２とを有し、これらの内部には処理室３が形成されてい
る。真空容器本体１には処理室３内に反応ガスを供給す
るための反応ガス供給部４が接続されており、処理室３
内のガスを外部に排出するために真空容器本体１には真
空ポンプ５が接続されている。

【００１９】石英ベルジャ２には導波管６が設けられて
おり、この導波管６に取り付けられたマグネトロン７に
より発振されたマイクロ波Ｍは、導波管６を通じて処理
室３内に導入される。石英ベルジャ２の外側にはソレノ
イドコイル８が巻き付けられており、マイクロ波Ｍとこ
れに対して垂直方向にソレノイド８により形成される磁
場との相乗作用によって、プラズマ中の電子にサイクロ
トロン運動が惹起される。これにより、１Ｐａ以下の低
圧力下でも高密度なプラズマが安定して得られることに
なる。

【００２０】プラズマ処理がなされるワークとしての半
導体ウエハＷは、試料台９の上に載置されるようになっ
ており、試料台９は高周波電源１０に接続されている。
試料台９に高周波バイアスを印加することによって、ウ
エハＷに入射するイオンエネルギーを浮遊電圧の数十電
子ボルトから数百電子ボルトまで自由に制御することが
できる。

【００２１】処理室３内で処理される半導体ウエハつま
りワークＷは、図示しないワーク搬入装置によって処理
室３内に搬入され、処理後のワークＷは図示しないワー
ク搬出装置によって外部に搬出されるようになってい
る。

【００２２】ワークＷに対してエッチング処理を行う場
合に、その処理状況を観察するために、石英ベルジャ２
にはフォトセンサ１１が設けられている。このフォトセ
ンサ１１は、処理室３内における反応性ガスや生成物に
起因して発する特定の波長の光が所定のしきい値つまり
所定の発光レベルを超えた場合に、エッチング処理が終
了したことを検出する。

【００２３】図２は図１に示すエッチング装置の作動を
制御する制御回路を示すブロック図であり、フォトセン
サ１１は演算部としてのＣＰＵ１２に接続されており、
フォトセンサ１１からの検出信号はこのＣＰＵ１２に送
られるようになっている。このＣＰＵ１２にはタイマ１
３とメモリ１４とがそれぞれ接続されており、このＣＰ
Ｕ１２からは前記した反応ガス供給部４および真空ポン
プ５へ制御信号が送られるようになっており、さらに高
周波電源１０の作動を制御する電源制御部１５に制御信
号が送られるようになっている。

【００２４】前記したように、ワークＷを処理室３内に
搬入するためのワーク搬入装置１６と、処理終了後のワ
ークＷを外部に搬出するためのワーク搬出装置１７にも
それぞれＣＰＵ１２から制御信号が送られるようになっ
ている。

【００２５】図１に示すエッチング装置を用いてワーク
Ｗをエッチング処理するには、たとえば、２５枚程度の
ワークＷを１ロットとしてワーク搬入装置１６により１
枚ずつ順次処理室３内にワークＷが搬入される。１度の
エッチング処理に要する最大のエッチング処理時間つま
りエッチング処理の上限値は、タイマ１３により設定さ
れている。図示するエッチング装置ではこの上限値とし
ては、たとえば、２５〜３０秒程度に設定されている
が、処理条件やワークの種類などによって、この上限値
は種々の値に設定される。

【００２６】設定された上限値の時間を超えても、フォ
トセンサ１１がエッチングの終了を検出しない場合に
は、フォトセンサ１１などの異常と判断して、ＣＰＵ１
２からは、図２に示す異常警報発生部１８に信号が送ら
れる。同様に、高周波電源１０の印加を停止するよう
に、電源制御部１５などに作動停止信号が送られる。

【００２７】このように、処理の上限値をタイマ１３に
よって設定することにより、処理終了をフォトセンサ１
１が検出できなくても、処理のエラーを検出することが
できる。

【００２８】フォトセンサ１１の感度が経時的に変化し
た場合やエッチング装置の作動不良や処理条件の設定な
どによっては、タイマ１３によって設定された処理の上
限値の時間となる前にフォトセンサ１１が処理の終了を
検出することがある。そこで、図示する場合には、フォ
トセンサ１１により１度の処理終了を検出するまでの時
間を処理毎に測定し、処理終了後にその処理に要した時
間と、直前の処理時間を基準処理時間としてこれとを比
較して、時間差ａを求め、その時間差ａが設定時間差Ａ
の範囲内であれば、処理が適正になされる。そして、そ
の設定時間差Ａを超える時間差となっていた場合には、
基準処理時間よりも長い場合であっても、短い場合であ
っても、その処理が不適切になされたと判断する。

【００２９】設定時間差Ａはメモリ１４に格納されてお
り、ワークＷ毎の処理時間はメモリ１４に格納され、直
前の処理に要した時間との差はＣＰＵ１２によって演算
されるようにしている。このように制御することによ
り、フォトセンサ１１の感度変化などに起因してエッチ
ング処理が終了する前にフォトセンサ１１により処理の
終了が検出された場合には、それを確実に異常として検
出することができる。図示する場合には、設定時間差Ａ
としては３秒程度に設定されているが、この設定時間差
Ａとしては、処理装置などの特性に応じて任意の値に設
定することができる。

【００３０】なお、タイマ１３とメモリ１４としては、
ＣＰＵ１２に内蔵されたものを使用するようにしても良
い。また、設定時間差Ａのデータを図示しないＲＯＭな
どの他のメモリに格納するようにしても良い。

【００３１】次に、図２に示す制御回路によって図１に
示すエッチング装置の作動を制御する場合の制御手順に
ついて、図３および図４に示すフローチャートを参照し
て説明する。

【００３２】エッチング装置が起動されると、制御回路
に電力が供給されてＣＰＵ１２などが初期状態に設定さ
れる（ステップＳ１）。この状態で図示しない操作盤な
どに設けられたスタートスイッチがステップＳ２で作業
者によりオンされると、ワーク搬入装置１６に指令が送
られてワークＷが処理室３内にステップＳ３で搬入され
る。搬入終了が検出されると、ステップＳ４においてワ
ークＷに対するエッチング処理が開始される。これと同
時に、ステップＳ５でタイマ１３によるカウントが開始
される。

【００３３】ステップＳ６，Ｓ７においては、タイマ１
３により設定された処理の上限値が経過する前に、フォ
トセンサ１１がエッチング処理終了を検出した場合に
は、処理を終了して処理に要した時間Ｘ₁ をメモリ１４
に格納し（ステップＳ８，Ｓ９）、ステップＳ１０でワ
ーク搬出装置１７を作動させて処理済みのワークＷを外
部に排出する。

【００３４】次いで、２枚目のワークＷに対して同様の
処理がステップＳ１１〜ステップＳ１８まで行われる。
ステップＳ１９では、ステップＳ１７で格納された２枚
目のワークの処理時間Ｘ₂ と１枚目のワークの処理時間
Ｘ₁ との時間差ａが算出される。この時間差ａが設定さ
れた時間差Ａよりも大きくなければ、ステップＳ２０で
ＮＯと判断される。ステップＳ２１で１ロットの枚数Ｎ
が２５枚であれば、１ロットの全てのワークＷが処理さ
れるまで、ステップＳ１１からステップＳ２１が繰り返
して実行される。

【００３５】ステップＳ２０でＹＥＳと判断された場合
は、直前のワークの処理時間との差が設定時間差Ａより
も大きくなったことを意味し、それを処理の異常として
ステップＳ２２が実行されて、直ちに次のワークへの処
理が停止される。これと同時に、それぞれ異常警報発生
部１８としての警報ブザーが作動したり、警報ランプが
点灯する。

【００３６】たとえば、エッチング処理の過程でフォト
センサ１１に生成物が付着した場合には、直前のワーク
Ｗに対する処理の終了を検出するまでの処理時間に比し
て、ワークの処理時間が通常の経時変化よりも大きく変
化することになり、直前の処理時間を基準時間とした場
合における時間差が設定時間差Ａよりも大きくなるの
で、それを異常として検出することができる。これによ
り、以降のワークＷの処理が停止されることから、不良
品の作り込みが防止される。

【００３７】この処理の停止と異常警報発生部１８の作
動は、ステップＳ６においては１枚目のワークの処理時
間が、そしてステップＳ１４において２枚目以降のワー
クがそれぞれ上限時間を経過した場合にも同様に行われ
て、それ以降のワークＷの処理が自動的に停止される
か、警報ブザーや警報ランプにより作業者に表示され
て、作業者により処理が停止される。このように、演算
部としてのＣＰＵ１２による停止操作は、処理の自動停
止と異常警報との少なくともいずれか一方の処理を行う
ことによりなされる。

【００３８】以下の表は、ワークのそれぞれについて検
出したエッチング処理時間と、直前の処理時間との時間
差を求めた場合の算出値を示す表である。

【００３９】

【表１】

【００４０】前記実施例では、１枚目のワークが処理終
了した後には、２枚目以降について直前の処理時間を基
準処理時間としてこれとの時間差を計測するようにして
いるが、直前の３枚、４枚などの複数枚の処理時間の平
均値を基準処理時間としてこれと、処理終了が検出され
たワークの処理時間との時間差を求めるようにしても良
い。直前の処理時間を基準処理時間とすることにより、
順次処理を行うことによってフォトセンサ１１の感度が
変化したり、エッチレートが変化しても、エッチング処
理の終了を適正状態で検出することができる。

【００４１】また、１枚目のワークについては、予め基
準となる処理時間をメモリ１４に格納するようにしても
良い。ただし、１枚目のワークについては処理時間を格
納するだけとしても良く、その場合に１枚目のワークが
不良であり、２枚目のワークが適正であれば、処理時間
の差から装置の作動を停止させれば、１枚目のワークの
不良を検出することができる。

【００４２】多数のロットを連続的に処理する場合に
は、直前のロットの最終のワークの処理時間を記憶して
おき、その処理時間を基準処理時間として次のロットの
最初のワークの処理時間と比較するようにしても良い。

【００４３】このように処理の基準となる時間と処理が
終了した後の処理時間との時間差が設定された時間差を
超える場合には、それを装置の作動エラーとして装置の
作動を停止して異常表示することにより、装置あるいは
プロセスなどに不具合が発生した場合には、発生した時
点での発見が可能となり、発見遅れによる不良品の作り
込みを確実に防止することができる。

【００４４】ワーク１枚毎の時間を管理することによ
り、装置が経時的に変化しても、その変化に追従した最
適な処理を行うことができる。また、エッチング以外の
工程に起因した不具合があった場合でも、その工程に対
して不良原因をフィードバックすることができ、プロセ
ス上も有利となる。

【００４５】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４６】たとえば、図示する場合には処理室内で枚
葉処理によってワークを処理するようにしているが、バ
ッチ処理を行う場合にも本発明を適用することかでき
る。

【００４７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその利用分野であるマイクロ波プラズマ
エッチング装置に適用した場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、たとえば、タイマによっ
て自動的に処理の終了時点を検出するようにした装置で
あれば、このタイプ以外に反応性イオンエッチング装置
などの他のエッチング装置にも適用することができ、さ
らには、アッシング処理などの種々の装置、そして半導
体ウエハ以外のワークに対する処理にも適用できる。

【００４８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００４９】(1).ワークに対する処理の上限値を設定し
ておくことにより、センサが処理の終了を検出しなくと
も、処理の異常を検出することができる。

【００５０】(2).既に処理が終了したワークに要した処
理時間などを基準時間として、これとワークの処理終了
を検出するまでの時間との時間差が設定された時間差を
超えているか否かによって、処理の異常状態を検出する
ことができる。

【００５１】(3).これにより、多数のワークを同一の処
理室内で順次処理する場合に、装置の異常状態を全ての
ワークの処理が終了する前に検出することができ、不良
品の発生を防止することができる。

【００５２】(4).直前のワークの処理時間を基準処理時
間とすることにより、装置の処理が進行するに応じて装
置に経時変化が発生しても、それに対応した最適な異常
検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるワークの処理装置とし
てのエッチング装置を示す概略断面図である。

【図２】図１に示したエッチング装置の制御回路を示す
ブロック図である。

【図３】図１に示したエッチング装置の作動手順を示す
フローチャートである。

【図４】図１に示したエッチング装置の作動手順を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１ 真空容器本体 ２ 石英ベルジャ ３ 処理室 ４ 反応ガス供給部 ５ 真空ポンプ ６ 導波管 ７ マグネトロン ８ ソレノイドコイル ９ 試料台 １０ 高周波電源 １１ フォトセンサ １２ ＣＰＵ（演算部） １３ タイマ １４ メモリ １５ 電源制御部 １６ ワーク搬入装置 １７ ワーク搬出装置 １８ 異常警報発生部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内においてワークを連続的に処理
   するワークの処理方法であって、前記処理室内でのワー
   クの処理状況をセンサにより観察し、前記センサにより
   処理終了が検出されるまでのワークの処理に要した処理
   時間と基準処理時間とを比較してその時間差が設定値を
   超えた場合には次のワークの処理を停止するようにした
   ことを特徴とするワークの処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のワークの処理方法であっ
   て、前記基準処理時間を直前のワークの処理に要した処
   理時間、あるいは既に処理された複数のワークの処理に
   要した平均の処理時間とし、前記基準処理時間を一度の
   ワーク処理が終了する毎に変更するようにしたことを特
   徴とするワークの処理方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のワークの処理方
   法であって、一度のワークの処理時間が上限値を超えた
   場合にワークの処理を停止するとともに、前記上限値を
   超えない場合であっても前記時間差が設定値を超えた場
   合には次のワークの処理を停止するようにしたことを特
   徴とするワークの処理方法。
4. 【請求項４】 処理室内にワークを順次搬入して前記処
   理室でワークを順次処理するワーク処理装置であって、
   前記処理室内におけるワークの処理状況を検出するセン
   サと、前記センサによりワークの処理終了が検出される
   までの処理時間を記憶するメモリと、ワークを処理する
   のに要した処理時間を基準処理時間と比較して前記処理
   時間と前記基準処理時間との時間差が設定値を超えた場
   合には次のワークの処理を停止させる演算部とを有する
   ことを特徴とするワークの処理装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のワークの処理装置であっ
   て、一度のワークの処理に用する処理時間の上限値を設
   定するタイマを有し、前記演算部は前記時間差が設定値
   を超えた場合には、前記タイマにより設定された上限値
   以内であっても次のワークの処理を停止させるようにし
   たことを特徴とするワークの処理装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載のワークの処理装
   置であって、前記基準処理時間を既に処理が終了したワ
   ークの処理時間、あるいは既に処理が終了した所定数の
   ワークの処理時間の平均値としたことを特徴とするワー
   クの処理装置。
7. 【請求項７】 請求項４〜６のいずれか１項に記載のワ
   ークの処理装置であって、前記処理室はワークに対して
   ドライエッチング処理またはアッシング処理を行い、前
   記センサは前記処理室内の反応性ガスの特定の波長の光
   が所定のレベルを超えたときにワークの処理終了を検出
   するようにしたことを特徴とするワークの処理装置。