JPH10125660A - プラズマ処理装置、プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
プラズマ処理装置、プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法Info
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- JPH10125660A JPH10125660A JP9229469A JP22946997A JPH10125660A JP H10125660 A JPH10125660 A JP H10125660A JP 9229469 A JP9229469 A JP 9229469A JP 22946997 A JP22946997 A JP 22946997A JP H10125660 A JPH10125660 A JP H10125660A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ処理特性の変動や経時変化をリアル
タイムで監視することができ、製造歩留り及び生産性を
向上することが可能なプラズマ処理装置、プロセスモニ
タ方法及び半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 プラズマ状態を反映する電気的信号を測
定する信号サンプリング手段４２と、電気的信号の値と
プラズマ処理特性とを関連づけるモデル式を記憶するモ
デル式記憶手段４８と、信号サンプリング手段４２によ
り測定した電気信号の値を、モデル式記憶手段４８から
読み出したモデル式に代入し、プラズマ処理特性の予測
値を算出する演算手段４４と、プラズマ処理特性の予測
値に基づいてプラズマの状態を診断する診断手段５０と
によりプラズマ処理装置を構成する。
タイムで監視することができ、製造歩留り及び生産性を
向上することが可能なプラズマ処理装置、プロセスモニ
タ方法及び半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 プラズマ状態を反映する電気的信号を測
定する信号サンプリング手段４２と、電気的信号の値と
プラズマ処理特性とを関連づけるモデル式を記憶するモ
デル式記憶手段４８と、信号サンプリング手段４２によ
り測定した電気信号の値を、モデル式記憶手段４８から
読み出したモデル式に代入し、プラズマ処理特性の予測
値を算出する演算手段４４と、プラズマ処理特性の予測
値に基づいてプラズマの状態を診断する診断手段５０と
によりプラズマ処理装置を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置などの
製造に使用されるプラズマ処理技術に係り、特に、プラ
ズマを利用してウェーハなどを処理するプラズマ処理装
置、プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法に関
する。
製造に使用されるプラズマ処理技術に係り、特に、プラ
ズマを利用してウェーハなどを処理するプラズマ処理装
置、プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ処理装置は、反応ガスを高周波
電力によってプラズマ化することにより、発生したイオ
ンやラジカルによって基板表面の薄膜をエッチングし、
或いは、ウェーハ表面へ薄膜を堆積する装置であり、半
導体装置の製造プロセスなどにおいて広く用いられてい
る。
電力によってプラズマ化することにより、発生したイオ
ンやラジカルによって基板表面の薄膜をエッチングし、
或いは、ウェーハ表面へ薄膜を堆積する装置であり、半
導体装置の製造プロセスなどにおいて広く用いられてい
る。
【０００３】従来のプラズマ処理装置を、図８に示す従
来の平行平板型エッチング装置を例に説明する。プラズ
マ処理を行うための真空チャンバ６０内には、上部電極
６２と下部電極６４とが互いに対向して配置されてい
る。下部電極６４上には、エッチングするウェーハ６６
が載置される。上部電極６２と下部電極６４との間に
は、これら電極間にプラズマ６８を発生するための高周
波電源７０が整合器７２を介して接続されている。真空
チャンバ６０には、また、エッチングガスを真空チャン
バ６０内に所定の流量で導入するための流量制御器７４
及びガス圧制御器７６が設けられている。また、高周波
電源７０、流量制御器７４、ガス圧制御器７６には、装
置制御用コンピュータ７８が接続されている。
来の平行平板型エッチング装置を例に説明する。プラズ
マ処理を行うための真空チャンバ６０内には、上部電極
６２と下部電極６４とが互いに対向して配置されてい
る。下部電極６４上には、エッチングするウェーハ６６
が載置される。上部電極６２と下部電極６４との間に
は、これら電極間にプラズマ６８を発生するための高周
波電源７０が整合器７２を介して接続されている。真空
チャンバ６０には、また、エッチングガスを真空チャン
バ６０内に所定の流量で導入するための流量制御器７４
及びガス圧制御器７６が設けられている。また、高周波
電源７０、流量制御器７４、ガス圧制御器７６には、装
置制御用コンピュータ７８が接続されている。
【０００４】次に、従来のプラズマ処理装置の動作につ
いて説明する。まず、真空チャンバ６０内の下部電極６
４上に処理を行うウェーハ６６を載置した後、真空チャ
ンバ６０内を所定の圧力まで減圧する。次いで、エッチ
ングガスを流量制御器７４を介して真空チャンバ６０内
に導入するとともに、ガス圧制御器７６によって真空チ
ャンバ６０内の圧力をほぼ一定に保つ。
いて説明する。まず、真空チャンバ６０内の下部電極６
４上に処理を行うウェーハ６６を載置した後、真空チャ
ンバ６０内を所定の圧力まで減圧する。次いで、エッチ
ングガスを流量制御器７４を介して真空チャンバ６０内
に導入するとともに、ガス圧制御器７６によって真空チ
ャンバ６０内の圧力をほぼ一定に保つ。
【０００５】次いで、この状態で上部電極６２と下部電
極６４との間に高周波を印加し、電極間にプラズマ６８
を発生する。高周波電源７０から供給する高周波には、
例えば１３．５６［ＭＨｚ］の高周波を用いる。こうし
て、下部電極６４上に載置されたウェーハ６６をプラズ
マ中のイオンやラジカルによってエッチングし、所定の
形状に加工する。
極６４との間に高周波を印加し、電極間にプラズマ６８
を発生する。高周波電源７０から供給する高周波には、
例えば１３．５６［ＭＨｚ］の高周波を用いる。こうし
て、下部電極６４上に載置されたウェーハ６６をプラズ
マ中のイオンやラジカルによってエッチングし、所定の
形状に加工する。
【０００６】ここで、エッチング処理にあたっては、通
常、装置制御用コンピュータ７８により高周波電力、ガ
ス圧力、ガス流量などのエッチング条件（装置制御パラ
メータ）を設定し、対応する各制御器が単独で設定され
た値を維持するようにしている。
常、装置制御用コンピュータ７８により高周波電力、ガ
ス圧力、ガス流量などのエッチング条件（装置制御パラ
メータ）を設定し、対応する各制御器が単独で設定され
た値を維持するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エッチ
ングレートなどのプラズマ処理条件を決定するプラズマ
状態は、通常、高周波電力、ガス圧力、ガス流量などの
設定値を種々に変化して設定条件とエッチング速度、均
一性、選択比、加工形状等を調査する、いわゆる条件出
しを行い、処理の結果得られる特性、例えばエッチング
速度、エッチングの均一性、エッチングの選択比、加工
形状などのエッチング特性を所望の特性になるように合
わせこんだうえで量産条件を決定している。
ングレートなどのプラズマ処理条件を決定するプラズマ
状態は、通常、高周波電力、ガス圧力、ガス流量などの
設定値を種々に変化して設定条件とエッチング速度、均
一性、選択比、加工形状等を調査する、いわゆる条件出
しを行い、処理の結果得られる特性、例えばエッチング
速度、エッチングの均一性、エッチングの選択比、加工
形状などのエッチング特性を所望の特性になるように合
わせこんだうえで量産条件を決定している。
【０００８】すなわち、プラズマの状態は、高周波電
力、ガス圧力、ガス流量などの相互関係によって決定さ
れ、個々のパラメータを単独で制御してもプラズマの状
態を直接制御することにはならない。このため、装置制
御用コンピュータ７８により高周波電力、ガス圧力、ガ
ス流量などのエッチング条件を各制御器によってそれぞ
れ単独で制御する従来のプラズマ処理装置では、プラズ
マの状態を適切に制御することはできなかった。
力、ガス圧力、ガス流量などの相互関係によって決定さ
れ、個々のパラメータを単独で制御してもプラズマの状
態を直接制御することにはならない。このため、装置制
御用コンピュータ７８により高周波電力、ガス圧力、ガ
ス流量などのエッチング条件を各制御器によってそれぞ
れ単独で制御する従来のプラズマ処理装置では、プラズ
マの状態を適切に制御することはできなかった。
【０００９】また、一般に、通常のプラズマ処理装置で
は、ＴＡＴ向上その他の理由から、処理の結果得られる
特性をラインのオペレータが定期的にチェックすること
によってインライン管理を行っており、ウェーハ一枚毎
に正常な状態で処理が行われた否かをチェックすること
はしていない。このため、ウェーハ処理枚数の増加に伴
う電極表面や真空チャンバ６０の壁面状態の経時変化
や、各種制御を行っている制御器の変動や故障などによ
って生ずるエッチング特性などの処理特性の変動を、発
生時に迅速にチェックすることができず、多数の不良ウ
ェーハを生じてしまうことがあった。
は、ＴＡＴ向上その他の理由から、処理の結果得られる
特性をラインのオペレータが定期的にチェックすること
によってインライン管理を行っており、ウェーハ一枚毎
に正常な状態で処理が行われた否かをチェックすること
はしていない。このため、ウェーハ処理枚数の増加に伴
う電極表面や真空チャンバ６０の壁面状態の経時変化
や、各種制御を行っている制御器の変動や故障などによ
って生ずるエッチング特性などの処理特性の変動を、発
生時に迅速にチェックすることができず、多数の不良ウ
ェーハを生じてしまうことがあった。
【００１０】また、エッチングを行った結果、エッチン
グ特性に変動を生じたことがウェーハから認識された場
合であっても、その原因の特定ができず、長時間にわた
って装置を停止せざるをえないこともあった。また、成
膜装置など、他のプラズマ処理装置においても同様の問
題が生じていた。
グ特性に変動を生じたことがウェーハから認識された場
合であっても、その原因の特定ができず、長時間にわた
って装置を停止せざるをえないこともあった。また、成
膜装置など、他のプラズマ処理装置においても同様の問
題が生じていた。
【００１１】本発明の目的は、プラズマ処理特性の変動
や経時変化をリアルタイムで監視することができ、製造
歩留り及び生産性を向上することが可能なプラズマ処理
装置、プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法を
提供することにある。
や経時変化をリアルタイムで監視することができ、製造
歩留り及び生産性を向上することが可能なプラズマ処理
装置、プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法を
提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、プラズマ状
態を反映する電気的信号を測定する信号サンプリング手
段と、前記電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連
づけるモデル式を記憶するモデル式記憶手段と、前記信
号サンプリング手段により測定した前記電気信号の値
を、前記モデル式記憶手段から読み出した前記モデル式
に代入し、前記プラズマ処理特性の予測値を算出する演
算手段と、前記プラズマ処理特性の前記予測値に基づい
てプラズマの状態を診断する診断手段とを有することを
特徴とするプラズマ処理装置によって達成される。この
ようにプラズマ処理装置を構成すれば、リアルタイムで
測定した電気的信号をモデル式に代入することによって
プラズマの状態を見積もることができるので、プラズマ
処理特性が変化した場合にはオペレータが直ちにこれを
知ることができる。したがって、不良ウェーハが大量に
発生することを未然に防止することができる。また、モ
デル式では、電流、電圧、位相など、個々の電気的信号
のパラメータを監視するのではなく、複数のパラメータ
のバランスをプラズマ処理特性等と関連づけて一度にま
とめて監視することができるので、装置に異常が生じた
場合の原因究明が容易となる。
態を反映する電気的信号を測定する信号サンプリング手
段と、前記電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連
づけるモデル式を記憶するモデル式記憶手段と、前記信
号サンプリング手段により測定した前記電気信号の値
を、前記モデル式記憶手段から読み出した前記モデル式
に代入し、前記プラズマ処理特性の予測値を算出する演
算手段と、前記プラズマ処理特性の前記予測値に基づい
てプラズマの状態を診断する診断手段とを有することを
特徴とするプラズマ処理装置によって達成される。この
ようにプラズマ処理装置を構成すれば、リアルタイムで
測定した電気的信号をモデル式に代入することによって
プラズマの状態を見積もることができるので、プラズマ
処理特性が変化した場合にはオペレータが直ちにこれを
知ることができる。したがって、不良ウェーハが大量に
発生することを未然に防止することができる。また、モ
デル式では、電流、電圧、位相など、個々の電気的信号
のパラメータを監視するのではなく、複数のパラメータ
のバランスをプラズマ処理特性等と関連づけて一度にま
とめて監視することができるので、装置に異常が生じた
場合の原因究明が容易となる。
【００１３】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出する終点
検出手段を更に有し、前記演算手段は、前記終点検出手
段により検出された終点情報をもとに、前記プラズマ処
理特性の実測値を算出し、前記診断手段は、前記予測値
と前記実測値との差に基づいてプラズマの状態を診断す
ることが望ましい。実測値を求める手段を更に設けれ
ば、実測値と予測値との比較から、プラズマ処理がモデ
ル式に従ったプラズマ条件でなされたか否かを容易に判
断することができる。
前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出する終点
検出手段を更に有し、前記演算手段は、前記終点検出手
段により検出された終点情報をもとに、前記プラズマ処
理特性の実測値を算出し、前記診断手段は、前記予測値
と前記実測値との差に基づいてプラズマの状態を診断す
ることが望ましい。実測値を求める手段を更に設けれ
ば、実測値と予測値との比較から、プラズマ処理がモデ
ル式に従ったプラズマ条件でなされたか否かを容易に判
断することができる。
【００１４】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記診断手段は、診断したプラズマの状態に基づき、プ
ラズマ処理を継続するか否かを決定することが望まし
い。こうすることにより、所定のプラズマ状態から外れ
て処理された多量の不良ウェーハの発生を防止すること
ができる。また、上記のプラズマ処理装置において、前
記プラズマ処理特性がほぼ一定となるように、前記予測
値に基づいてプラズマの状態を制御する制御手段を更に
有することが望ましい。このようにプラズマ処理装置を
構成すれば、常に適正なプラズマ処理特性をもってウェ
ーハを処理することができる。
前記診断手段は、診断したプラズマの状態に基づき、プ
ラズマ処理を継続するか否かを決定することが望まし
い。こうすることにより、所定のプラズマ状態から外れ
て処理された多量の不良ウェーハの発生を防止すること
ができる。また、上記のプラズマ処理装置において、前
記プラズマ処理特性がほぼ一定となるように、前記予測
値に基づいてプラズマの状態を制御する制御手段を更に
有することが望ましい。このようにプラズマ処理装置を
構成すれば、常に適正なプラズマ処理特性をもってウェ
ーハを処理することができる。
【００１５】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記信号サンプリング手段は、前記電気的信号として、
プラズマを発生するための高周波電力を印加する電極と
整合器との間の電圧、電流、位相、インピーダンス又は
自己バイアス電圧のうちの少なくとも一つを計測するこ
とが望ましい。また、上記のプラズマ処理装置におい
て、前記プラズマ処理特性は、エッチング速度、エッチ
ングの均一性、選択比又は加工形状であることが望まし
い。
前記信号サンプリング手段は、前記電気的信号として、
プラズマを発生するための高周波電力を印加する電極と
整合器との間の電圧、電流、位相、インピーダンス又は
自己バイアス電圧のうちの少なくとも一つを計測するこ
とが望ましい。また、上記のプラズマ処理装置におい
て、前記プラズマ処理特性は、エッチング速度、エッチ
ングの均一性、選択比又は加工形状であることが望まし
い。
【００１６】また、上記のプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理特性は、成膜速度又は成膜の均一性で
あることが望ましい。また、上記目的は、実用ウェーハ
の処理過程において、プラズマ状態を反映する電気的信
号をリアルタイムで測定し、測定した前記電気的信号の
値を、前記電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連
づけるモデル式に代入することにより前記プラズマ処理
特性の予測値を算出し、前記プラズマ処理特性の前記予
測値に基づいてプラズマの状態を診断することを特徴と
するプロセスモニタ方法によっても達成される。このよ
うにしてプロセスモニタを行えば、リアルタイムで測定
した電気的信号をモデル式に代入することによってプラ
ズマの状態を見積もることができるので、プラズマ処理
特性が変化した場合にはオペレータが直ちにこれを知る
ことができる。したがって、不良ウェーハが大量に発生
することを未然に防止することができる。また、モデル
式では、電流、電圧、位相など、個々の電気的信号のパ
ラメータを監視するのではなく、複数のパラメータのバ
ランスをプラズマ処理特性等と関連づけて一度にまとめ
て監視することができるので、装置に異常が生じた場合
の原因究明が容易となる。
前記プラズマ処理特性は、成膜速度又は成膜の均一性で
あることが望ましい。また、上記目的は、実用ウェーハ
の処理過程において、プラズマ状態を反映する電気的信
号をリアルタイムで測定し、測定した前記電気的信号の
値を、前記電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連
づけるモデル式に代入することにより前記プラズマ処理
特性の予測値を算出し、前記プラズマ処理特性の前記予
測値に基づいてプラズマの状態を診断することを特徴と
するプロセスモニタ方法によっても達成される。このよ
うにしてプロセスモニタを行えば、リアルタイムで測定
した電気的信号をモデル式に代入することによってプラ
ズマの状態を見積もることができるので、プラズマ処理
特性が変化した場合にはオペレータが直ちにこれを知る
ことができる。したがって、不良ウェーハが大量に発生
することを未然に防止することができる。また、モデル
式では、電流、電圧、位相など、個々の電気的信号のパ
ラメータを監視するのではなく、複数のパラメータのバ
ランスをプラズマ処理特性等と関連づけて一度にまとめ
て監視することができるので、装置に異常が生じた場合
の原因究明が容易となる。
【００１７】また、上記のプロセスモニタ方法におい
て、前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、
前記終点検出手段により検出された終点情報をもとにし
て前記プラズマ処理特性の実測値を算出し、前記予測値
と前記実測値との差に基づいてプラズマの状態を診断す
ることが望ましい。実測値をもモニタすれば、実測値と
予測値との比較から、プラズマ処理がモデル式に従った
プラズマ条件でなされたか否かを容易に判断することが
できる。
て、前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、
前記終点検出手段により検出された終点情報をもとにし
て前記プラズマ処理特性の実測値を算出し、前記予測値
と前記実測値との差に基づいてプラズマの状態を診断す
ることが望ましい。実測値をもモニタすれば、実測値と
予測値との比較から、プラズマ処理がモデル式に従った
プラズマ条件でなされたか否かを容易に判断することが
できる。
【００１８】また、上記のプロセスモニタ方法におい
て、プラズマの状態を制御する装置制御パラメータと前
記電気的信号とを関連づけるモデル式から推測される前
記電気的信号と、リアルタイムで測定した前記電気的信
号とを比較することにより、プラズマの状態を変化する
原因となる前記装置制御パラメータを特定することが望
ましい。モデル式では、装置制御パラメータと前記電気
的信号とを関連づけることもできるので、このモデル式
を解析するによってプラズマの状態を変化する原因とな
る前記装置制御パラメータを特定することが可能とな
る。
て、プラズマの状態を制御する装置制御パラメータと前
記電気的信号とを関連づけるモデル式から推測される前
記電気的信号と、リアルタイムで測定した前記電気的信
号とを比較することにより、プラズマの状態を変化する
原因となる前記装置制御パラメータを特定することが望
ましい。モデル式では、装置制御パラメータと前記電気
的信号とを関連づけることもできるので、このモデル式
を解析するによってプラズマの状態を変化する原因とな
る前記装置制御パラメータを特定することが可能とな
る。
【００１９】また、上記のプロセスモニタ方法におい
て、ウェーハの処理枚数の増加とともに前記プラズマ処
理特性が変化する場合には、前記電気的信号の値と前記
プラズマ処理特性とを関連づける前記モデル式及び前記
装置制御パラメータと前記電気的信号とを関連づける前
記モデル式を、装置クリーニング後の前記ウェーハの処
理枚数と関連づけて複数用意しておき、前記装置クリー
ニング後に何枚の前記ウェーハを処理したかに応じて、
対応する前記モデル式を読み込み、読み込んだ前記モデ
ル式に基づいてプラズマの状態を診断することが望まし
い。このようにモデル式をデータベース化しておけば、
クリーニング後の処理枚数から適正なモデル式を選択し
てプラズマの状態を診断することができる。
て、ウェーハの処理枚数の増加とともに前記プラズマ処
理特性が変化する場合には、前記電気的信号の値と前記
プラズマ処理特性とを関連づける前記モデル式及び前記
装置制御パラメータと前記電気的信号とを関連づける前
記モデル式を、装置クリーニング後の前記ウェーハの処
理枚数と関連づけて複数用意しておき、前記装置クリー
ニング後に何枚の前記ウェーハを処理したかに応じて、
対応する前記モデル式を読み込み、読み込んだ前記モデ
ル式に基づいてプラズマの状態を診断することが望まし
い。このようにモデル式をデータベース化しておけば、
クリーニング後の処理枚数から適正なモデル式を選択し
てプラズマの状態を診断することができる。
【００２０】また、上記のプロセスモニタ方法におい
て、前記プラズマの状態の診断は、１枚のウェーハを処
理する毎に行うことが望ましい。上記のプロセスモニタ
方法ではリアルタイムでプラズマの状態をモニタできる
ので、ＴＡＴを増加することなく、１枚のウェーハを処
理する毎にプラズマの状態を診断することもできる。ま
た、上記のプロセスモニタ方法において、プラズマの状
態を診断するための前記電気的信号には、一定時間間隔
でサンプリングした複数のデータの平均値を用いること
が望ましい。
て、前記プラズマの状態の診断は、１枚のウェーハを処
理する毎に行うことが望ましい。上記のプロセスモニタ
方法ではリアルタイムでプラズマの状態をモニタできる
ので、ＴＡＴを増加することなく、１枚のウェーハを処
理する毎にプラズマの状態を診断することもできる。ま
た、上記のプロセスモニタ方法において、プラズマの状
態を診断するための前記電気的信号には、一定時間間隔
でサンプリングした複数のデータの平均値を用いること
が望ましい。
【００２１】また、上記のプロセスモニタ方法におい
て、前記モデル式は、試用ウェーハを用いた事前実験の
データから算出して予めモデル式記憶手段に記憶してお
き、プラズマの状態の診断の際に前記モデル式記憶手段
から読み出すことが望ましい。また、上記目的は、プラ
ズマ処理を行う半導体装置の製造方法であって、実用ウ
ェーハの前記プラズマ処理過程において、プラズマ状態
を反映する電気的信号をリアルタイムで測定し、測定し
た前記電気的信号の値を、前記電気的信号の値とプラズ
マ処理特性とを関連づけるモデル式に代入することによ
り前記プラズマ処理特性の予測値を算出し、前記プラズ
マ処理特性の前記予測値に基づいてプラズマ状態を診断
する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法によっても達成される。このようにして半導体装置を
製造すれば、リアルタイムで測定した電気的信号をモデ
ル式に代入することによってプラズマの状態を見積もる
ことができるので、プラズマ処理特性が変化した場合に
はオペレータが直ちにこれを知ることができる。したが
って、不良ウェーハが大量に発生することを未然に防止
することができる。また、モデル式では、電流、電圧、
位相など、個々の電気的信号のパラメータを監視するの
ではなく、複数のパラメータのバランスをプラズマ処理
特性等と関連づけて一度にまとめて監視することができ
るので、装置に異常が生じた場合の原因究明が容易とな
る。
て、前記モデル式は、試用ウェーハを用いた事前実験の
データから算出して予めモデル式記憶手段に記憶してお
き、プラズマの状態の診断の際に前記モデル式記憶手段
から読み出すことが望ましい。また、上記目的は、プラ
ズマ処理を行う半導体装置の製造方法であって、実用ウ
ェーハの前記プラズマ処理過程において、プラズマ状態
を反映する電気的信号をリアルタイムで測定し、測定し
た前記電気的信号の値を、前記電気的信号の値とプラズ
マ処理特性とを関連づけるモデル式に代入することによ
り前記プラズマ処理特性の予測値を算出し、前記プラズ
マ処理特性の前記予測値に基づいてプラズマ状態を診断
する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法によっても達成される。このようにして半導体装置を
製造すれば、リアルタイムで測定した電気的信号をモデ
ル式に代入することによってプラズマの状態を見積もる
ことができるので、プラズマ処理特性が変化した場合に
はオペレータが直ちにこれを知ることができる。したが
って、不良ウェーハが大量に発生することを未然に防止
することができる。また、モデル式では、電流、電圧、
位相など、個々の電気的信号のパラメータを監視するの
ではなく、複数のパラメータのバランスをプラズマ処理
特性等と関連づけて一度にまとめて監視することができ
るので、装置に異常が生じた場合の原因究明が容易とな
る。
【００２２】また、上記の半導体装置の製造方法におい
て、前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、
検出された終点情報をもとにして前記プラズマ処理特性
の実測値を算出し、前記予測値と前記実測値との差に基
づいてプラズマの状態を診断することが望ましい。ま
た、上記の半導体装置の製造方法において、プラズマの
状態を制御する装置制御パラメータと前記電気的信号と
を関連づけるモデル式から推測される前記電気的信号
と、リアルタイムで測定した前記電気的信号とを比較す
ることにより、プラズマの状態を変化する原因となる前
記装置制御パラメータを特定することが望ましい。
て、前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、
検出された終点情報をもとにして前記プラズマ処理特性
の実測値を算出し、前記予測値と前記実測値との差に基
づいてプラズマの状態を診断することが望ましい。ま
た、上記の半導体装置の製造方法において、プラズマの
状態を制御する装置制御パラメータと前記電気的信号と
を関連づけるモデル式から推測される前記電気的信号
と、リアルタイムで測定した前記電気的信号とを比較す
ることにより、プラズマの状態を変化する原因となる前
記装置制御パラメータを特定することが望ましい。
【００２３】また、上記の半導体装置の製造方法におい
て、前記モデル式は、試用ウェーハを用いた事前実験の
データから算出して予めモデル式記憶手段に記憶してお
き、プラズマの状態の診断の際に前記モデル式記憶手段
から読み出すことが望ましい。
て、前記モデル式は、試用ウェーハを用いた事前実験の
データから算出して予めモデル式記憶手段に記憶してお
き、プラズマの状態の診断の際に前記モデル式記憶手段
から読み出すことが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態によるプラズ
マ処理装置、プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造
方法について図１乃至図７を用いて説明する。図１は本
実施形態によるプラズマ処理装置の概略を説明する概略
図、図２は解析用コンピュータのシステム構成例を示す
図、図３は本実施形態によるプラズマ処理装置、プロセ
スモニタ方法及び半導体装置の製造方法における処理手
順を示すフローチャート、図４及び図５はプラズマ処理
過程における電気的信号の信号変化を示すグラフ、図６
及び図７は本実施形態によるプラズマ処理装置における
終点検出信号波形の一例を示すグラフである。
マ処理装置、プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造
方法について図１乃至図７を用いて説明する。図１は本
実施形態によるプラズマ処理装置の概略を説明する概略
図、図２は解析用コンピュータのシステム構成例を示す
図、図３は本実施形態によるプラズマ処理装置、プロセ
スモニタ方法及び半導体装置の製造方法における処理手
順を示すフローチャート、図４及び図５はプラズマ処理
過程における電気的信号の信号変化を示すグラフ、図６
及び図７は本実施形態によるプラズマ処理装置における
終点検出信号波形の一例を示すグラフである。
【００２５】本実施形態においてはプラズマ処理装置の
代表的なものとしてプラズマエッチング装置を例に説明
するが、本発明はプラズマを利用した他のプラズマ処理
装置、例えばプラズマＣＶＤ装置等においても同様に適
用することができる。始めに、本実施形態によるプラズ
マ処理装置の概略について図１及び図２を用いて説明す
る。
代表的なものとしてプラズマエッチング装置を例に説明
するが、本発明はプラズマを利用した他のプラズマ処理
装置、例えばプラズマＣＶＤ装置等においても同様に適
用することができる。始めに、本実施形態によるプラズ
マ処理装置の概略について図１及び図２を用いて説明す
る。
【００２６】プラズマ処理を行うための真空チャンバ１
０内には、上部電極１２と下部電極１４とが互いに対向
するように配置されている。下部電極１４上には、エッ
チングするウェーハ１６が載置される。上部電極１２と
下部電極１４との間には、これら電極間にプラズマ１８
を発生するための高周波電源２０が整合器２２を介して
接続されている。真空チャンバ１０には、また、エッチ
ングガスをチャンバ内に所定の流量で導入するための流
量制御器２４、２６及びガス圧制御器２８が設けられて
いる。また、高周波電源２０、流量制御器２４、２６、
ガス圧制御器２８には、これらを制御するための装置制
御用コンピュータ３０が接続されている。
０内には、上部電極１２と下部電極１４とが互いに対向
するように配置されている。下部電極１４上には、エッ
チングするウェーハ１６が載置される。上部電極１２と
下部電極１４との間には、これら電極間にプラズマ１８
を発生するための高周波電源２０が整合器２２を介して
接続されている。真空チャンバ１０には、また、エッチ
ングガスをチャンバ内に所定の流量で導入するための流
量制御器２４、２６及びガス圧制御器２８が設けられて
いる。また、高周波電源２０、流量制御器２４、２６、
ガス圧制御器２８には、これらを制御するための装置制
御用コンピュータ３０が接続されている。
【００２７】整合器２２と上部電極１２との間にはセン
サが設けられており、計測器３２によって高周波電源２
０からの出力の電圧、電流、インピーダンス、位相など
を計測できるようになっている。また、フィルタ回路３
４を介して電圧計３６によって上部電極１２で発生する
自己バイアス電圧を計測できるようになっている。この
ようにして得られた計測値は、一定時間毎に自動的に解
析用コンピュータ３８に読み込まれるようになってい
る。解析用コンピュータ３８は、解析結果をエッチング
条件に反映できるように、装置制御用コンピュータ３０
に接続されている。
サが設けられており、計測器３２によって高周波電源２
０からの出力の電圧、電流、インピーダンス、位相など
を計測できるようになっている。また、フィルタ回路３
４を介して電圧計３６によって上部電極１２で発生する
自己バイアス電圧を計測できるようになっている。この
ようにして得られた計測値は、一定時間毎に自動的に解
析用コンピュータ３８に読み込まれるようになってい
る。解析用コンピュータ３８は、解析結果をエッチング
条件に反映できるように、装置制御用コンピュータ３０
に接続されている。
【００２８】解析用コンピュータ３８は、図２に示すよ
うに、放電検出手段４０、電気的信号サンプリング手段
４２、演算手段４４、終点検出手段４６、モデル式記憶
手段４８、予測／診断／制御手段５０、アラーム手段５
２とにより構成されている。放電検出手段４０は、計測
器３２からの電気的信号（電圧、電流、位相、インピー
ダンスなど）のうち少なくとも１成分を選択し、それら
の値と予め設定した値とを比較することによりエッチン
グ処理時のプラズマ放電の発生を自動的に検知するもの
である。
うに、放電検出手段４０、電気的信号サンプリング手段
４２、演算手段４４、終点検出手段４６、モデル式記憶
手段４８、予測／診断／制御手段５０、アラーム手段５
２とにより構成されている。放電検出手段４０は、計測
器３２からの電気的信号（電圧、電流、位相、インピー
ダンスなど）のうち少なくとも１成分を選択し、それら
の値と予め設定した値とを比較することによりエッチン
グ処理時のプラズマ放電の発生を自動的に検知するもの
である。
【００２９】電気的信号サンプリング手段４２は、設定
した一定の時間間隔で、電圧、電流、位相、インピーダ
ンス、自己バイアス電圧等の高周波の電気的信号をリア
ルタイムでサンプリングするものである。終点検出手段
４６は、放電検出手段４０及び高周波信号サンプリング
手段４２から得られた情報をもとにして演算処理を行
い、エッチングの終点を検出する手段である。
した一定の時間間隔で、電圧、電流、位相、インピーダ
ンス、自己バイアス電圧等の高周波の電気的信号をリア
ルタイムでサンプリングするものである。終点検出手段
４６は、放電検出手段４０及び高周波信号サンプリング
手段４２から得られた情報をもとにして演算処理を行
い、エッチングの終点を検出する手段である。
【００３０】モデル式記憶手段４８は、試用実験のデー
タを解析して得られた、装置制御パラメータからプラズ
マ処理特性を見積もるモデル式を記憶しておくものであ
る。演算手段４４は、電気的信号サンプリング手段４２
によってサンプリングした電気的信号の測定値をモデル
式記憶手段４８に記憶されているモデル式に代入し、エ
ッチング速度、エッチング均一性などのエッチング特性
の予測値を算出し、また、終点検出手段４６によって得
られた終点情報をもとにして、エッチング速度、エッチ
ング均一性などのエッチング特性の実測値を算出するも
のである。
タを解析して得られた、装置制御パラメータからプラズ
マ処理特性を見積もるモデル式を記憶しておくものであ
る。演算手段４４は、電気的信号サンプリング手段４２
によってサンプリングした電気的信号の測定値をモデル
式記憶手段４８に記憶されているモデル式に代入し、エ
ッチング速度、エッチング均一性などのエッチング特性
の予測値を算出し、また、終点検出手段４６によって得
られた終点情報をもとにして、エッチング速度、エッチ
ング均一性などのエッチング特性の実測値を算出するも
のである。
【００３１】予測／診断／制御手段５０は、演算手段４
４により求められた予測値と実測値とを比較することに
より、エッチング特性やプラズマ状態を予測し、診断
し、或いはこれらの結果をもとにして後続の処理条件に
フィードバックするものである。アラーム手段５２は、
予測／診断／制御手段５０により得られた結果に応じ
て、オペレータに装置状態を知らせるものである。
４により求められた予測値と実測値とを比較することに
より、エッチング特性やプラズマ状態を予測し、診断
し、或いはこれらの結果をもとにして後続の処理条件に
フィードバックするものである。アラーム手段５２は、
予測／診断／制御手段５０により得られた結果に応じ
て、オペレータに装置状態を知らせるものである。
【００３２】次に、本実施形態によるプラズマ処理装置
の動作の概略を図３を用いて説明する。本実施形態によ
るプラズマ処理装置は、高周波電力を印加する電極と整
合器との間の電圧、電流、インピーダンス、位相、自己
バイアス電圧などの各電気的信号の値を、試用ウェーハ
から実測されるエッチング速度やエッチング均一性など
のプラズマ処理特性とを予めモデル式で関連づけておき
（ステップＳ１１）、実用ウェーハのプラズマ処理過程
において高周波の電気的信号をサンプリングし、この測
定データを上記モデル式に代入することによりプラズマ
処理特性の予測値を算出し（ステップＳ１２）、終点検
出信号及び電気的信号のサンプリングデータからプラズ
マ処理特性の実測値を算出し（ステップＳ１３）、プラ
ズマ処理特性の実測値及び予測値を比較することによ
り、プラズマ処理特性やプラズマ状態をモニタする（ス
テップＳ１４）ことが基本となっている。
の動作の概略を図３を用いて説明する。本実施形態によ
るプラズマ処理装置は、高周波電力を印加する電極と整
合器との間の電圧、電流、インピーダンス、位相、自己
バイアス電圧などの各電気的信号の値を、試用ウェーハ
から実測されるエッチング速度やエッチング均一性など
のプラズマ処理特性とを予めモデル式で関連づけておき
（ステップＳ１１）、実用ウェーハのプラズマ処理過程
において高周波の電気的信号をサンプリングし、この測
定データを上記モデル式に代入することによりプラズマ
処理特性の予測値を算出し（ステップＳ１２）、終点検
出信号及び電気的信号のサンプリングデータからプラズ
マ処理特性の実測値を算出し（ステップＳ１３）、プラ
ズマ処理特性の実測値及び予測値を比較することによ
り、プラズマ処理特性やプラズマ状態をモニタする（ス
テップＳ１４）ことが基本となっている。
【００３３】以下、各ステップについて詳細に説明す
る。 ［試用ウェーハを用いた事前実験（ステップＳ１１）］
事前実験は、プラズマ状態に影響を与える代表的な装置
制御パラメータにつきプラズマ処理に与える影響を測定
し、装置制御パラメータからプラズマ処理特性を見積も
るモデル式を求めることを目的として行う。
る。 ［試用ウェーハを用いた事前実験（ステップＳ１１）］
事前実験は、プラズマ状態に影響を与える代表的な装置
制御パラメータにつきプラズマ処理に与える影響を測定
し、装置制御パラメータからプラズマ処理特性を見積も
るモデル式を求めることを目的として行う。
【００３４】まず、高周波電力、ガス圧、ガス流量な
ど、予め設定したエッチング処理条件における電圧、電
流、インピーダンス、位相、自己バイアス電圧を測定す
る。次いで、前記の測定点を中心にして、エッチング処
理条件の各パラメータを一定範囲内で大小に振って、電
圧、電流、インピーダンス等の電気的信号を測定する
（３水準）。この場合、実験計画法（例えば、「G.E.P.
Box, W.G.Hunter, J.S.Hunter, "Statistic for Experi
menters", John Wiley and Sons, New York (1978)」、
或いは、「G.E.P.Box, N.R.Draper, "Empirical Model-
Building and Response Surfaces", John Wiley and So
ns, New York (1987)」を参照）を用いれば効果的に求
められる。
ど、予め設定したエッチング処理条件における電圧、電
流、インピーダンス、位相、自己バイアス電圧を測定す
る。次いで、前記の測定点を中心にして、エッチング処
理条件の各パラメータを一定範囲内で大小に振って、電
圧、電流、インピーダンス等の電気的信号を測定する
（３水準）。この場合、実験計画法（例えば、「G.E.P.
Box, W.G.Hunter, J.S.Hunter, "Statistic for Experi
menters", John Wiley and Sons, New York (1978)」、
或いは、「G.E.P.Box, N.R.Draper, "Empirical Model-
Building and Response Surfaces", John Wiley and So
ns, New York (1987)」を参照）を用いれば効果的に求
められる。
【００３５】次に、エッチング処理した試用ウェーハか
ら得られるエッチング速度、均一性などのエッチング特
性、並びにエッチング処理中に測定した前記電圧、電
流、インピーダンス、位相、自己バイアス電圧などの各
電気的信号の相関関係を、例えば重回帰分析によって解
析し、線形項と交互作用項、または線形項と交互作用項
と二次の項とを用いたモデル式で数式化する。この場
合、補正済決定係数Ｒ2-adj.が０．８以上になる式が望
ましく、しかも、電圧等のパラメータ数が少なく、且つ
できるだけ補正済決定係数Ｒ2-adj.が大きい数式を用い
ることが望ましい。
ら得られるエッチング速度、均一性などのエッチング特
性、並びにエッチング処理中に測定した前記電圧、電
流、インピーダンス、位相、自己バイアス電圧などの各
電気的信号の相関関係を、例えば重回帰分析によって解
析し、線形項と交互作用項、または線形項と交互作用項
と二次の項とを用いたモデル式で数式化する。この場
合、補正済決定係数Ｒ2-adj.が０．８以上になる式が望
ましく、しかも、電圧等のパラメータ数が少なく、且つ
できるだけ補正済決定係数Ｒ2-adj.が大きい数式を用い
ることが望ましい。
【００３６】次いで、このようにして求めたモデル式
を、解析用コンピュータ３８のモデル式記憶手段４８に
記憶しておき、後のデータ解析の際に参照できるように
しておく。なお、モデル式の算出には、解析用コンピュ
ータ３８を用いてもよいし、その他の装置を用いてもよ
い。また、試用実験は、必ずしも実用ウェーハの処理毎
に行う必要はない。
を、解析用コンピュータ３８のモデル式記憶手段４８に
記憶しておき、後のデータ解析の際に参照できるように
しておく。なお、モデル式の算出には、解析用コンピュ
ータ３８を用いてもよいし、その他の装置を用いてもよ
い。また、試用実験は、必ずしも実用ウェーハの処理毎
に行う必要はない。
【００３７】以下、試用ウェーハを用いた事前実験につ
いて、シリコン基板上にシリコン酸化膜を介して形成さ
れたポリシリコン膜をＨＢｒ＋Ｈｅを用いたプラズマエ
ッチングによりエッチングした場合の具体例を用いて説
明する。装置制御パラメータとしては、高周波電力、ガ
ス圧力、ＨＢｒの比率（＝ＨＢｒ／（ＨＢｒ＋Ｈｅ）×
１００）の３つを選び、実験範囲はそれぞれ１３０〜１
５０Ｗ、２５０〜３００ｍＴｏｒｒ、５５〜６５％とし
た。ＨＢｒ＋Ｈｅの流量は３２０ｓｃｃｍ、電極間隔は
８ｍｍ、基板温度は６０℃一定とした。
いて、シリコン基板上にシリコン酸化膜を介して形成さ
れたポリシリコン膜をＨＢｒ＋Ｈｅを用いたプラズマエ
ッチングによりエッチングした場合の具体例を用いて説
明する。装置制御パラメータとしては、高周波電力、ガ
ス圧力、ＨＢｒの比率（＝ＨＢｒ／（ＨＢｒ＋Ｈｅ）×
１００）の３つを選び、実験範囲はそれぞれ１３０〜１
５０Ｗ、２５０〜３００ｍＴｏｒｒ、５５〜６５％とし
た。ＨＢｒ＋Ｈｅの流量は３２０ｓｃｃｍ、電極間隔は
８ｍｍ、基板温度は６０℃一定とした。
【００３８】試用ウェーハとしては、シリコン基板上に
膜厚４ｎｍのシリコン酸化膜と膜厚２００ｎｍのポリシ
リコン膜が堆積され、レジスト膜でパターニングされた
試料を用いた。シリコン酸化膜は熱酸化法により形成
し、ポリシリコン膜は６２０℃の熱ＣＶＤ法により堆積
した。実験には、上述の実験計画法を用い、Ｂｏｘ−Ｂ
ｅｈｎｋｅｎ計画により１５回の実験を行った。実験に
用いたワークシートを表１に示す。
膜厚４ｎｍのシリコン酸化膜と膜厚２００ｎｍのポリシ
リコン膜が堆積され、レジスト膜でパターニングされた
試料を用いた。シリコン酸化膜は熱酸化法により形成
し、ポリシリコン膜は６２０℃の熱ＣＶＤ法により堆積
した。実験には、上述の実験計画法を用い、Ｂｏｘ−Ｂ
ｅｈｎｋｅｎ計画により１５回の実験を行った。実験に
用いたワークシートを表１に示す。
【００３９】
【表１】 上述のエッチング条件を用い、ポリシリコン膜を３０秒
間エッチング処理した。ポリシリコン膜のエッチング速
度は、エッチング処理前後の膜厚差をウェーハ面内９点
について測定し、その平均値をエッチング処理時間で割
って求めた。ポリシリコン膜の均一性は、（前記９点の
最大の膜厚差−最小の膜厚差）／（２×前記９点の平均
膜厚差）として定義した。シリコン酸化膜に対するポリ
シリコン膜の選択比は、試用ウェーハをシリコン基板表
面が露出するまでエッチングし、エッチング中のプラズ
マの発光分析によりポリシリコン膜をエッチングしてい
る時間とシリコン酸化膜をエッチングしている時間とを
求め、これらのエッチング速度比から求めた。
間エッチング処理した。ポリシリコン膜のエッチング速
度は、エッチング処理前後の膜厚差をウェーハ面内９点
について測定し、その平均値をエッチング処理時間で割
って求めた。ポリシリコン膜の均一性は、（前記９点の
最大の膜厚差−最小の膜厚差）／（２×前記９点の平均
膜厚差）として定義した。シリコン酸化膜に対するポリ
シリコン膜の選択比は、試用ウェーハをシリコン基板表
面が露出するまでエッチングし、エッチング中のプラズ
マの発光分析によりポリシリコン膜をエッチングしてい
る時間とシリコン酸化膜をエッチングしている時間とを
求め、これらのエッチング速度比から求めた。
【００４０】試用ウェーハの処理過程における電圧、電
流、インピーダンス、位相、自己バイアス電圧などの電
気的信号の各値は、ポリシリコンがエッチングされてい
ない放電初期の１０秒間を除く残りの２０秒間における
平均値から求めた。このように求めたエッチング特性と
電気的信号から、これらの相関関係を重回帰分析により
解析した。解析には、線形項、交互作用項、二次の項を
含む次の二次多項式を用いた。
流、インピーダンス、位相、自己バイアス電圧などの電
気的信号の各値は、ポリシリコンがエッチングされてい
ない放電初期の１０秒間を除く残りの２０秒間における
平均値から求めた。このように求めたエッチング特性と
電気的信号から、これらの相関関係を重回帰分析により
解析した。解析には、線形項、交互作用項、二次の項を
含む次の二次多項式を用いた。
【００４１】
【数１】 重回帰分析では、自由度調整済決定係数Ｒ2-adj.が１に
近い数値であれば回帰式でよく現象が表されていること
になる。複数個の回帰式を得ることができるが、電圧等
のパラメータの数が少なく、できるだけ自由度調整済決
定係数Ｒ2-adj.が大きな数式を用いることが望ましい。
近い数値であれば回帰式でよく現象が表されていること
になる。複数個の回帰式を得ることができるが、電圧等
のパラメータの数が少なく、できるだけ自由度調整済決
定係数Ｒ2-adj.が大きな数式を用いることが望ましい。
【００４２】重回帰分析により、エッチング特性と電気
的信号との関係は以下のように求められた。 エッチング速度［ｎｍ／ｍｉｎ］＝−39142.2−13.3×
（電圧）＋15738.6×（電流）＋508.6×（位相）＋3.3
×（電圧）×（位相）−196.9×（電流）×（位相） 均一性［％］＝233.9−0.4×（電圧）−103.8×（電
流）−1.0×（電圧）×（電流）＋0.005×（電圧）2＋7
2.5×（電流）2 選択比＝192.4＋0.75×（電圧）−124.7×（電流） この場合の自由度調整済決定係数Ｒ2-adj.は、それぞれ
０．９９（エッチング速度）、０．９４（均一性）、
０．８８（選択比）であった。
的信号との関係は以下のように求められた。 エッチング速度［ｎｍ／ｍｉｎ］＝−39142.2−13.3×
（電圧）＋15738.6×（電流）＋508.6×（位相）＋3.3
×（電圧）×（位相）−196.9×（電流）×（位相） 均一性［％］＝233.9−0.4×（電圧）−103.8×（電
流）−1.0×（電圧）×（電流）＋0.005×（電圧）2＋7
2.5×（電流）2 選択比＝192.4＋0.75×（電圧）−124.7×（電流） この場合の自由度調整済決定係数Ｒ2-adj.は、それぞれ
０．９９（エッチング速度）、０．９４（均一性）、
０．８８（選択比）であった。
【００４３】なお、本実施形態における実験範囲では、
エッチング処理したポリシリコン膜の断面形状は変化し
なかったため数式化できなかった。しかし、断面形状が
実験において変化する場合には、例えば、断面傾斜角や
サイドエッチング量とエッチング深さの比率等で表せば
数式化することができる。断面形状を断面傾斜角で数式
化した例を以下に示す。
エッチング処理したポリシリコン膜の断面形状は変化し
なかったため数式化できなかった。しかし、断面形状が
実験において変化する場合には、例えば、断面傾斜角や
サイドエッチング量とエッチング深さの比率等で表せば
数式化することができる。断面形状を断面傾斜角で数式
化した例を以下に示す。
【００４４】上記のエッチング装置と同じエッチング装
置を用い、シリコン基板表面に深さ約１μｍの溝を形成
することを試みた。エッチングマスクには厚さ１００ｎ
ｍの熱酸化膜を用いた。装置制御パラメータとしては、
高周波電力、ガス圧力、ＨＢｒの比率、ＨＢｒ＋Ｈｅの
流量を選び、実験範囲はそれぞれ３５０〜４５０Ｗ、４
５０〜５００ｍＴｏｒｒ、５０〜８０％、２５０〜３９
０ｓｃｃｍとした。電極間隔は８ｍｍ、基板温度は６０
℃一定とした。
置を用い、シリコン基板表面に深さ約１μｍの溝を形成
することを試みた。エッチングマスクには厚さ１００ｎ
ｍの熱酸化膜を用いた。装置制御パラメータとしては、
高周波電力、ガス圧力、ＨＢｒの比率、ＨＢｒ＋Ｈｅの
流量を選び、実験範囲はそれぞれ３５０〜４５０Ｗ、４
５０〜５００ｍＴｏｒｒ、５０〜８０％、２５０〜３９
０ｓｃｃｍとした。電極間隔は８ｍｍ、基板温度は６０
℃一定とした。
【００４５】上記の条件にてエッチング処理を行い、エ
ッチング処理中の電圧、電流、インピーダンス、位相、
自己バイアス電圧等を測定した。断面形状は、エッチン
グ処理後にウェーハを割り、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）により観察した。断面傾斜角度とエッチング処理中
に測定した電圧、電流、インピーダンス、位相等の電気
的信号の相関関係を解析した結果、断面傾斜角度はイン
ピーダンスと大きな相関関係があり、次式により数式化
することができた。
ッチング処理中の電圧、電流、インピーダンス、位相、
自己バイアス電圧等を測定した。断面形状は、エッチン
グ処理後にウェーハを割り、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）により観察した。断面傾斜角度とエッチング処理中
に測定した電圧、電流、インピーダンス、位相等の電気
的信号の相関関係を解析した結果、断面傾斜角度はイン
ピーダンスと大きな相関関係があり、次式により数式化
することができた。
【００４６】断面傾斜角［deg］＝355.88−4.0812×
（インピーダンス）＋0.014144×（インピーダンス）2 したがって、処理条件からは推定が難しい断面形状につ
いても、上記モデル式を用いることによって高周波信号
のインピーダンスから予測することができる。なお、以
上の結果は、事前実験から求めた電気的信号とエッチン
グ特性との相関関係であるが、重回帰分析によれば、エ
ッチング装置制御パラメータ（高周波電力、ガス圧力、
ＨＢｒ比率）と電気的信号との関係を求めることもでき
る。これらのモデル式は、プラズマ状態を診断するうえ
で極めて有用なデータとなる。以下に、重回帰分析によ
り求めた上記の系における電気的信号とエッチング装置
制御パラメータとの相関関係を示す。
（インピーダンス）＋0.014144×（インピーダンス）2 したがって、処理条件からは推定が難しい断面形状につ
いても、上記モデル式を用いることによって高周波信号
のインピーダンスから予測することができる。なお、以
上の結果は、事前実験から求めた電気的信号とエッチン
グ特性との相関関係であるが、重回帰分析によれば、エ
ッチング装置制御パラメータ（高周波電力、ガス圧力、
ＨＢｒ比率）と電気的信号との関係を求めることもでき
る。これらのモデル式は、プラズマ状態を診断するうえ
で極めて有用なデータとなる。以下に、重回帰分析によ
り求めた上記の系における電気的信号とエッチング装置
制御パラメータとの相関関係を示す。
【００４７】電圧［Ｖ］＝126.715＋1.637×（高周波電
力）−0.077×（ガス圧力）−0.571×（ＨＢｒ比率） 電流［Ａ］＝−0.0942＋0.0374×（高周波電力）＋0.00
54×（ガス圧力）−0.00525×（ＨＢｒ比率）−0.00006
×（高周波電力）×（ガス圧力）−0.0001×（ガス圧
力）×（ＨＢｒ比率） 位相［deg］＝86.325＋0.0168×（高周波電力）−0.008
55×（ガス圧力）−0.0643×（ＨＢｒ比率） インピーダンス［Ω］＝104.465−0.355×（高周波電
力）−0.133×（ガス圧力）−0.366×（ＨＢｒ比率）−
0.0008×（高周波電力）×（ガス圧力）＋0.0024×（高
周波電力）×（ＨＢｒ比率） インピーダンスの抵抗成分［Ω］＝0.142＋0.000148×
（高周波電力）−0.000132×（ガス圧力）−0.000931×
（ＨＢｒ比率） インピーダンスのリアクタンス成分［Ω］＝115.4−0.4
26×（高周波電力）−0.047×（ガス圧力）＋0.0475×
（ＨＢｒ比率）＋0.0009×（高周波電力）×（ガス圧
力）＋0.00325×（高周波電力）×（ＨＢｒ比率） この場合、自由度調整済決定係数Ｒ2-adj.は、それぞ
れ、０．９９（電圧）、０．９９（電流）、０．９６
（位相）、０．９９（インピーダンス）、０．９９（イ
ンピーダンスの抵抗成分）、０．９９（インピーダンス
のリアクタンス成分）であった。
力）−0.077×（ガス圧力）−0.571×（ＨＢｒ比率） 電流［Ａ］＝−0.0942＋0.0374×（高周波電力）＋0.00
54×（ガス圧力）−0.00525×（ＨＢｒ比率）−0.00006
×（高周波電力）×（ガス圧力）−0.0001×（ガス圧
力）×（ＨＢｒ比率） 位相［deg］＝86.325＋0.0168×（高周波電力）−0.008
55×（ガス圧力）−0.0643×（ＨＢｒ比率） インピーダンス［Ω］＝104.465−0.355×（高周波電
力）−0.133×（ガス圧力）−0.366×（ＨＢｒ比率）−
0.0008×（高周波電力）×（ガス圧力）＋0.0024×（高
周波電力）×（ＨＢｒ比率） インピーダンスの抵抗成分［Ω］＝0.142＋0.000148×
（高周波電力）−0.000132×（ガス圧力）−0.000931×
（ＨＢｒ比率） インピーダンスのリアクタンス成分［Ω］＝115.4−0.4
26×（高周波電力）−0.047×（ガス圧力）＋0.0475×
（ＨＢｒ比率）＋0.0009×（高周波電力）×（ガス圧
力）＋0.00325×（高周波電力）×（ＨＢｒ比率） この場合、自由度調整済決定係数Ｒ2-adj.は、それぞ
れ、０．９９（電圧）、０．９９（電流）、０．９６
（位相）、０．９９（インピーダンス）、０．９９（イ
ンピーダンスの抵抗成分）、０．９９（インピーダンス
のリアクタンス成分）であった。
【００４８】［プラズマ処理特性の予測値の算出（ステ
ップＳ１２）］上述のようにして事前実験を予め行った
後、実用ウェーハの処理を行う。実用ウェーハの処理過
程においては、計測器３２、電圧計３６などにより、高
周波電源２０と整合器２２との間の電圧、電流、位相、
インピーダンス、自己バイアス電圧等の各電気的信号の
値を一定の時間間隔で測定し、電気的信号サンプリング
手段４２によって解析用コンピュータ３８に読み込む。
ップＳ１２）］上述のようにして事前実験を予め行った
後、実用ウェーハの処理を行う。実用ウェーハの処理過
程においては、計測器３２、電圧計３６などにより、高
周波電源２０と整合器２２との間の電圧、電流、位相、
インピーダンス、自己バイアス電圧等の各電気的信号の
値を一定の時間間隔で測定し、電気的信号サンプリング
手段４２によって解析用コンピュータ３８に読み込む。
【００４９】次いで、このように測定した電気的信号デ
ータを、ステップＳ１１において求めたモデル式に代入
し、プラズマ処理特性の予測値を算出する。具体的に
は、電気的信号サンプリング手段４２によって測定され
た実測データと、モデル式記憶手段４８に記憶されたモ
デル式とを演算手段４４に読み込み、演算手段４４によ
ってプラズマ処理特性の予測値を算出する。
ータを、ステップＳ１１において求めたモデル式に代入
し、プラズマ処理特性の予測値を算出する。具体的に
は、電気的信号サンプリング手段４２によって測定され
た実測データと、モデル式記憶手段４８に記憶されたモ
デル式とを演算手段４４に読み込み、演算手段４４によ
ってプラズマ処理特性の予測値を算出する。
【００５０】ステップＳ１１の試用実験によれば、エッ
チング特性、均一性、選択比等のプラズマ処理特性は、
上記モデル式に高周波の電気的信号データを代入するこ
とにより算出することができる。したがって、これらモ
デル式に、ステップＳ１２において検出した電気的信号
の実測データを代入すれば、実用ウェーハの処理過程に
おけるプラズマ処理特性を予測することができる。
チング特性、均一性、選択比等のプラズマ処理特性は、
上記モデル式に高周波の電気的信号データを代入するこ
とにより算出することができる。したがって、これらモ
デル式に、ステップＳ１２において検出した電気的信号
の実測データを代入すれば、実用ウェーハの処理過程に
おけるプラズマ処理特性を予測することができる。
【００５１】これら測定データは、解析用コンピュータ
３８の予測／診断／制御手段５０によって後のデータ解
析の際に参照される。 ［プラズマ処理特性の実測値の算出（ステップＳ１
３）］実用ウェーハの処理過程では、終点検出信号をも
とにしてエッチング速度及びエッチングの均一性をも求
める。このように求めたデータは、実測データとして、
後にエッチング特性を見積もるためのデータ解析に用い
る基準とするものである。
３８の予測／診断／制御手段５０によって後のデータ解
析の際に参照される。 ［プラズマ処理特性の実測値の算出（ステップＳ１
３）］実用ウェーハの処理過程では、終点検出信号をも
とにしてエッチング速度及びエッチングの均一性をも求
める。このように求めたデータは、実測データとして、
後にエッチング特性を見積もるためのデータ解析に用い
る基準とするものである。
【００５２】エッチング速度は、エッチング膜厚とエッ
チングの終点検出器による終点までの時間とから求める
ことができる。また、エッチング均一性は、終点検出が
始まる時間と終点までの信号の時間差と始点から終点ま
での時間との比から求めることができる。図４及び図５
はプラズマエッチングでオーバエッチング量を変えて得
られた電圧及びインピーダンスの抵抗成分に関する信号
変化を示すグラフの一例である。
チングの終点検出器による終点までの時間とから求める
ことができる。また、エッチング均一性は、終点検出が
始まる時間と終点までの信号の時間差と始点から終点ま
での時間との比から求めることができる。図４及び図５
はプラズマエッチングでオーバエッチング量を変えて得
られた電圧及びインピーダンスの抵抗成分に関する信号
変化を示すグラフの一例である。
【００５３】これらの図から明らかなように、電圧、イ
ンピーダンスなどの電気的信号は、エッチングする試料
の表面状態によって変化するので、これらの信号をモニ
タして信号の変化を読みとれば、エッチングの終点検出
を行うことができる。図４及び図５においては、５５秒
付近が終点検出開始時刻であり、５８秒付近で信号が急
激に変化しているところがエッチングの終点である。
ンピーダンスなどの電気的信号は、エッチングする試料
の表面状態によって変化するので、これらの信号をモニ
タして信号の変化を読みとれば、エッチングの終点検出
を行うことができる。図４及び図５においては、５５秒
付近が終点検出開始時刻であり、５８秒付近で信号が急
激に変化しているところがエッチングの終点である。
【００５４】プラズマ処理装置を用いて終点を検出する
際には、具体的には、以下のように求めることができ
る。前述のレジスト膜／ポリシリコン膜／シリコン酸化
膜／シリコン基板よりなる構造の場合には、電圧Ｖ、電
流Ｉ、位相θの３成分を選択し、終点検出信号として、
演算処理信号Ｓn Ｓn＝１０4×abs［｛V(t)-V(to)｝×｛I(t)-I(to)｝×
｛θ(t)-θ(to)｝］ を適用することが有効である。ここで、ｔ＝ｎＴ（Ｔは
データサンプリング周期）、ｔｏはエッチング処理開始
後から終点検出機能が動作するまでの遅延時間である。
際には、具体的には、以下のように求めることができ
る。前述のレジスト膜／ポリシリコン膜／シリコン酸化
膜／シリコン基板よりなる構造の場合には、電圧Ｖ、電
流Ｉ、位相θの３成分を選択し、終点検出信号として、
演算処理信号Ｓn Ｓn＝１０4×abs［｛V(t)-V(to)｝×｛I(t)-I(to)｝×
｛θ(t)-θ(to)｝］ を適用することが有効である。ここで、ｔ＝ｎＴ（Ｔは
データサンプリング周期）、ｔｏはエッチング処理開始
後から終点検出機能が動作するまでの遅延時間である。
【００５５】なお、レジスト膜／ポリシリコン膜／シリ
コン酸化膜／シリコン基板よりなる上記の系では終点検
出に用いるパラメータとして電圧Ｖ、電流Ｉ、位相θを
用いたが、演算処理信号Ｓnは、エッチングガスやエッ
チング材料によって変化するため、終点検出の際に影響
を受ける処理信号を、材料系に応じて適宜選択すること
が望ましい。演算処理信号Ｓnの微分値［＝（Ｓn−Ｓ
n-1）／Ｔ］が初期終点レベル設定値を超えた時間を終
点検出開始時間ｔiと定義し、また、Ｓnの微分値が終点
終点レベル設定値以下になった時間を終点検出時間ｔe
と定義する。すると、エッチング速度及び均一性は、 エッチング速度＝ポリシリコン膜厚／（ｔe−１０） 均一性＝Ｋ（ｔe−ｔi）／（ｔi−１０） （但し、
Ｋは実験的に求めた値） と表すことができる（なお、式中の「−１０」は、エッ
チングされない最初の時間を除くための項である）。従
って、演算処理信号Ｓnから、エッチング速度及びエッ
チング均一性を求めることができる。
コン酸化膜／シリコン基板よりなる上記の系では終点検
出に用いるパラメータとして電圧Ｖ、電流Ｉ、位相θを
用いたが、演算処理信号Ｓnは、エッチングガスやエッ
チング材料によって変化するため、終点検出の際に影響
を受ける処理信号を、材料系に応じて適宜選択すること
が望ましい。演算処理信号Ｓnの微分値［＝（Ｓn−Ｓ
n-1）／Ｔ］が初期終点レベル設定値を超えた時間を終
点検出開始時間ｔiと定義し、また、Ｓnの微分値が終点
終点レベル設定値以下になった時間を終点検出時間ｔe
と定義する。すると、エッチング速度及び均一性は、 エッチング速度＝ポリシリコン膜厚／（ｔe−１０） 均一性＝Ｋ（ｔe−ｔi）／（ｔi−１０） （但し、
Ｋは実験的に求めた値） と表すことができる（なお、式中の「−１０」は、エッ
チングされない最初の時間を除くための項である）。従
って、演算処理信号Ｓnから、エッチング速度及びエッ
チング均一性を求めることができる。
【００５６】図６に、終点付近における終点検出信号波
形の一例を示す。図中、○が演算処理信号Ｓnを、●が
演算処理信号の微分信号（Ｓn−Ｓn-1）／Ｔを示してい
る。上記の系において演算処理信号を検出すると、試料
表面にシリコン酸化膜が露出するにつれて徐々に演算処
理信号Ｓnが増加する（約６０〜６４秒の領域）。すな
わち、演算処理信号Ｓnの増加傾向から終点検出をする
ことができる。
形の一例を示す。図中、○が演算処理信号Ｓnを、●が
演算処理信号の微分信号（Ｓn−Ｓn-1）／Ｔを示してい
る。上記の系において演算処理信号を検出すると、試料
表面にシリコン酸化膜が露出するにつれて徐々に演算処
理信号Ｓnが増加する（約６０〜６４秒の領域）。すな
わち、演算処理信号Ｓnの増加傾向から終点検出をする
ことができる。
【００５７】演算処理信号Ｓnの遷移領域から終点検出
開始時間ｔi及び終点検出時間ｔeを求めるためには、演
算処理信号の微分信号（Ｓn−Ｓn-1）／Ｔを用いる。演
算処理信号の微分信号（Ｓn−Ｓn-1）／Ｔは、演算処理
信号Ｓnの変化が最も大きい時間にピークをもつ分布と
なるため、所定の信号強度を基準として、その基準強度
を超えた時間を終点検出開始時間ｔiと、基準強度を下
回ったときの時間を終点検出時間ｔeとして求めればよ
い。但し、図６に示すように、終点検出開始後の微分波
形は振動することがあるため、このような場合には、Ｓ
nの微分値の２個以上の移動平均をとって微分信号をな
めらかにすることが望ましい。
開始時間ｔi及び終点検出時間ｔeを求めるためには、演
算処理信号の微分信号（Ｓn−Ｓn-1）／Ｔを用いる。演
算処理信号の微分信号（Ｓn−Ｓn-1）／Ｔは、演算処理
信号Ｓnの変化が最も大きい時間にピークをもつ分布と
なるため、所定の信号強度を基準として、その基準強度
を超えた時間を終点検出開始時間ｔiと、基準強度を下
回ったときの時間を終点検出時間ｔeとして求めればよ
い。但し、図６に示すように、終点検出開始後の微分波
形は振動することがあるため、このような場合には、Ｓ
nの微分値の２個以上の移動平均をとって微分信号をな
めらかにすることが望ましい。
【００５８】図７は、図６に示す信号波形においてＳn
の微分値の５個の移動平均をとる信号処理を行った場合
の微分信号波形である。この図において、例えば（Ｓn
−Ｓn -1）／Ｔの移動平均の値が１００を越えた時間
（約６１秒）を終点検出開始時間ｔiとし、再び１００
以下となった時間（約６５秒）を終点検出時間ｔeと定
義することにより、演算処理信号の微分波形Ｓn−Ｓn-1
からエッチング速度とエッチング均一性とを求めること
ができる。
の微分値の５個の移動平均をとる信号処理を行った場合
の微分信号波形である。この図において、例えば（Ｓn
−Ｓn -1）／Ｔの移動平均の値が１００を越えた時間
（約６１秒）を終点検出開始時間ｔiとし、再び１００
以下となった時間（約６５秒）を終点検出時間ｔeと定
義することにより、演算処理信号の微分波形Ｓn−Ｓn-1
からエッチング速度とエッチング均一性とを求めること
ができる。
【００５９】このようにして、実用ウェーハのプラズマ
処理に際しては、所定の間隔ごとに電気的信号データを
測定するとともに、エッチング速度及びエッチング均一
性の実測データを求める。なお、終点検出信号は終点検
出手段によって検出し、実測データは演算手段によって
算出する。
処理に際しては、所定の間隔ごとに電気的信号データを
測定するとともに、エッチング速度及びエッチング均一
性の実測データを求める。なお、終点検出信号は終点検
出手段によって検出し、実測データは演算手段によって
算出する。
【００６０】これら測定データは、解析用コンピュータ
３８の予測／診断／制御手段５０によって後のデータ解
析の際に参照される。 ［エッチング特性の診断（ステップＳ１４）］本ステッ
プでは、ステップＳ１２、Ｓ１３で求めたエッチング特
性の実測値及び／又は予測値から、実用ウェーハが処理
された際のプラズマ状態を診断する。このようにしてプ
ラズマ状態を診断することにより、リアルタイムでのプ
ロセスのモニタが可能となる。
３８の予測／診断／制御手段５０によって後のデータ解
析の際に参照される。 ［エッチング特性の診断（ステップＳ１４）］本ステッ
プでは、ステップＳ１２、Ｓ１３で求めたエッチング特
性の実測値及び／又は予測値から、実用ウェーハが処理
された際のプラズマ状態を診断する。このようにしてプ
ラズマ状態を診断することにより、リアルタイムでのプ
ロセスのモニタが可能となる。
【００６１】本実施形態によるプラズマ処理装置では、
上記ステップにより得られたデータを用いて種々の診断
を行うことができる。以下、実施例として種々のプロセ
スモニタ方法を列挙する。 ［実施例１］ウェーハを１枚処理する毎に、リアルタイ
ムで取得した電気的信号データの各成分の平均値を求
め、このように求めた平均値をモデル式に代入してエッ
チング特性の予測値を求める。
上記ステップにより得られたデータを用いて種々の診断
を行うことができる。以下、実施例として種々のプロセ
スモニタ方法を列挙する。 ［実施例１］ウェーハを１枚処理する毎に、リアルタイ
ムで取得した電気的信号データの各成分の平均値を求
め、このように求めた平均値をモデル式に代入してエッ
チング特性の予測値を求める。
【００６２】このように求めた予測値が予め設定した範
囲内にあればエッチング処理が正常に行われたと判定
し、次のウェーハのエッチング処理を継続する。一方、
予測値が予め設定した範囲に入らない場合には、アラー
ム手段５２によってその旨を表示し、或いは警告を発す
ることによりオペレータに知らせ、エッチング処理を停
止するようにする。
囲内にあればエッチング処理が正常に行われたと判定
し、次のウェーハのエッチング処理を継続する。一方、
予測値が予め設定した範囲に入らない場合には、アラー
ム手段５２によってその旨を表示し、或いは警告を発す
ることによりオペレータに知らせ、エッチング処理を停
止するようにする。
【００６３】なお、判定基準に用いるエッチング特性の
範囲は、経験的に蓄積されたデータや加工形状等の許容
範囲から決定する。 ［実施例２］ウェーハを１枚処理する毎に、リアルタイ
ムで取得した電気的信号データの各成分の平均値を求
め、このように求めた平均値をモデル式に代入してエッ
チング特性の予測値を求める。また、終点検出信号をも
とにして、エッチング速度及びエッチング均一性の実測
値を求める。
範囲は、経験的に蓄積されたデータや加工形状等の許容
範囲から決定する。 ［実施例２］ウェーハを１枚処理する毎に、リアルタイ
ムで取得した電気的信号データの各成分の平均値を求
め、このように求めた平均値をモデル式に代入してエッ
チング特性の予測値を求める。また、終点検出信号をも
とにして、エッチング速度及びエッチング均一性の実測
値を求める。
【００６４】このように求めたエッチング特性の予測値
と実測値との差を求め、この差が予め設定した範囲内に
あればエッチング処理が正常に行われたと判定し、次の
ウェーハのエッチング処理を継続する。一方、その差が
予め設定した範囲を越えた場合には、アラーム手段５２
によってその旨を表示し、或いは警告を発することによ
りオペレータに知らせ、エッチング処理を停止するよう
にする。
と実測値との差を求め、この差が予め設定した範囲内に
あればエッチング処理が正常に行われたと判定し、次の
ウェーハのエッチング処理を継続する。一方、その差が
予め設定した範囲を越えた場合には、アラーム手段５２
によってその旨を表示し、或いは警告を発することによ
りオペレータに知らせ、エッチング処理を停止するよう
にする。
【００６５】［実施例３］ウェーハを１枚処理する毎
に、リアルタイムで取得した電気的信号データの各成分
の平均値を求め、このように求めた平均値をモデル式に
代入してエッチング特性の予測値を求める。また、電気
的信号データの各成分の平均値を装置制御パラメータと
関連づけたモデル式に代入し、ステップＳ１１で前記モ
デル式を求めたときの電気的信号の各成分の基準値と比
較する。
に、リアルタイムで取得した電気的信号データの各成分
の平均値を求め、このように求めた平均値をモデル式に
代入してエッチング特性の予測値を求める。また、電気
的信号データの各成分の平均値を装置制御パラメータと
関連づけたモデル式に代入し、ステップＳ１１で前記モ
デル式を求めたときの電気的信号の各成分の基準値と比
較する。
【００６６】このように求めた予測値が予め設定した範
囲内にあればエッチング処理が正常に行われたと判定
し、次のウェーハのエッチング処理を継続する。一方、
予測値が予め設定した範囲に入らない場合には、アラー
ム手段５２によってその旨を表示し、或いは警告を発す
ることによりオペレータに知らせ、エッチング処理を停
止するようにする。
囲内にあればエッチング処理が正常に行われたと判定
し、次のウェーハのエッチング処理を継続する。一方、
予測値が予め設定した範囲に入らない場合には、アラー
ム手段５２によってその旨を表示し、或いは警告を発す
ることによりオペレータに知らせ、エッチング処理を停
止するようにする。
【００６７】このように判定を行い、電気的信号の各成
分を試用ウェーハでモデル式を求めた時点の基準値と比
較したデータを解析すれば、装置制御パラメータのうち
何れが故障したかを診断することができる。 ［実施例４］ウェーハを１枚処理する毎に、リアルタイ
ムで取得した電気的信号データの各成分の平均値を求
め、このように求めた平均値をモデル式に代入してエッ
チング特性の予測値を求める。また、終点検出信号をも
とにして、エッチング速度及びエッチング均一性の実測
値を求める。さらに、電気的信号データの各成分の平均
値を装置制御パラメータと関連づけたモデル式に代入
し、ステップＳ１１で前記モデル式を求めたときの電気
的信号の各成分の基準値と比較する。
分を試用ウェーハでモデル式を求めた時点の基準値と比
較したデータを解析すれば、装置制御パラメータのうち
何れが故障したかを診断することができる。 ［実施例４］ウェーハを１枚処理する毎に、リアルタイ
ムで取得した電気的信号データの各成分の平均値を求
め、このように求めた平均値をモデル式に代入してエッ
チング特性の予測値を求める。また、終点検出信号をも
とにして、エッチング速度及びエッチング均一性の実測
値を求める。さらに、電気的信号データの各成分の平均
値を装置制御パラメータと関連づけたモデル式に代入
し、ステップＳ１１で前記モデル式を求めたときの電気
的信号の各成分の基準値と比較する。
【００６８】このように求めたエッチング特性の予測値
と実測値との差を求め、この差が予め設定した範囲内に
あればエッチング処理が正常に行われたと判定し、次の
ウェーハのエッチング処理を継続する。一方、その差が
予め設定した範囲を越えた場合には、アラーム手段５２
によってその旨を表示し、或いは警告を発することによ
りオペレータに知らせ、エッチング処理を停止するよう
にする。
と実測値との差を求め、この差が予め設定した範囲内に
あればエッチング処理が正常に行われたと判定し、次の
ウェーハのエッチング処理を継続する。一方、その差が
予め設定した範囲を越えた場合には、アラーム手段５２
によってその旨を表示し、或いは警告を発することによ
りオペレータに知らせ、エッチング処理を停止するよう
にする。
【００６９】このように判定を行えば、電気的信号の各
成分を試用ウェーハでモデル式を求めた時点の基準値と
比較したデータを解析すれば、装置制御パラメータのう
ち何れが故障したかを診断することができる。 ［実施例５］エッチング装置において複数枚のウェーハ
の処理を継続して行うと、真空チャンバ内壁への堆積物
などの影響により徐々にプラズマ特性が変化することが
ある。このプラズマ特性の変化は、エッチング特性にも
影響を与えることとなる。
成分を試用ウェーハでモデル式を求めた時点の基準値と
比較したデータを解析すれば、装置制御パラメータのう
ち何れが故障したかを診断することができる。 ［実施例５］エッチング装置において複数枚のウェーハ
の処理を継続して行うと、真空チャンバ内壁への堆積物
などの影響により徐々にプラズマ特性が変化することが
ある。このプラズマ特性の変化は、エッチング特性にも
影響を与えることとなる。
【００７０】例えば、実施例２又は実施例４の場合にお
いては、代表的な現象として、エッチング速度やエッチ
ング均一性の予測値と実測値との差の絶対値が、ウェー
ハ処理枚数の増加に伴って徐々に大きくなる傾向として
現れる。この場合、試用ウェーハでモデル式を求めた時
点の電気的信号の基準値からのズレも大きくなっている
ことが想定される。
いては、代表的な現象として、エッチング速度やエッチ
ング均一性の予測値と実測値との差の絶対値が、ウェー
ハ処理枚数の増加に伴って徐々に大きくなる傾向として
現れる。この場合、試用ウェーハでモデル式を求めた時
点の電気的信号の基準値からのズレも大きくなっている
ことが想定される。
【００７１】そこで、予測値と実測値との差がこのよう
な関係にある場合には、エッチング装置のクリーニング
を行うまでのエッチング速度や均一性の予測値及び実測
値、電気的信号の各成分の処理枚数に対するトレンドを
データベース化しておくことが有効である。このように
データベースを確立しておけば、装置のクリーニング後
に何枚のウェーハを処理すると上記パラメータがどの様
に推移するかを見積もることができるので、次回以降の
クリーニングサイクルにおけるエッチング処理の診断に
役立てることができる。例えば、クリーニング後の処理
枚数に応じて、予測値を見積もるモデル式を選択するこ
とが可能となる。
な関係にある場合には、エッチング装置のクリーニング
を行うまでのエッチング速度や均一性の予測値及び実測
値、電気的信号の各成分の処理枚数に対するトレンドを
データベース化しておくことが有効である。このように
データベースを確立しておけば、装置のクリーニング後
に何枚のウェーハを処理すると上記パラメータがどの様
に推移するかを見積もることができるので、次回以降の
クリーニングサイクルにおけるエッチング処理の診断に
役立てることができる。例えば、クリーニング後の処理
枚数に応じて、予測値を見積もるモデル式を選択するこ
とが可能となる。
【００７２】また、予測値と実測値との差が急激に変化
するような場合には、装置に何らかの異常が発生したも
のと判断することができる。この場合には、電気的信号
と装置制御パラメータとの関係式から計算した電気的信
号の基準値からの変動量を合わせて解析することによ
り、装置のどこに異常が発生したかを見積もることがで
きる。
するような場合には、装置に何らかの異常が発生したも
のと判断することができる。この場合には、電気的信号
と装置制御パラメータとの関係式から計算した電気的信
号の基準値からの変動量を合わせて解析することによ
り、装置のどこに異常が発生したかを見積もることがで
きる。
【００７３】［実施例６］実施例１乃至４では、判定結
果が所定の範囲に入っていない場合にはアラームを発生
することとしているが、判定結果をエッチング処理条件
にフィードバックすることにより、常に適正なエッチン
グ条件で処理が継続されるように装置を構成することも
できる。以下、エッチング速度を一定に保つ場合を例に
説明する。
果が所定の範囲に入っていない場合にはアラームを発生
することとしているが、判定結果をエッチング処理条件
にフィードバックすることにより、常に適正なエッチン
グ条件で処理が継続されるように装置を構成することも
できる。以下、エッチング速度を一定に保つ場合を例に
説明する。
【００７４】前述の例では、エッチング速度は、高周波
信号の電圧、電流、位相を用いて、 エッチング速度［ｎｍ／ｍｉｎ］＝−39142.2−13.3×
（電圧）＋15738.6×（電流）＋508.6×（位相）＋3.3
×（電圧）×（位相）−196.9×（電流）×（位相） と表されることを示した。しかし、上式は、自由度調整
済決定係数Ｒ2-adj.が０．９５と若干減少するが、 エッチング速度［ｎｍ／ｍｉｎ］＝−409.8＋207.4×
（電流） と簡略化することもできる。したがって、簡略化したモ
デル式に基づくと、エッチング速度を一定に保つために
は高周波信号の電流をほぼ一定に保てばよいことが判
る。
信号の電圧、電流、位相を用いて、 エッチング速度［ｎｍ／ｍｉｎ］＝−39142.2−13.3×
（電圧）＋15738.6×（電流）＋508.6×（位相）＋3.3
×（電圧）×（位相）−196.9×（電流）×（位相） と表されることを示した。しかし、上式は、自由度調整
済決定係数Ｒ2-adj.が０．９５と若干減少するが、 エッチング速度［ｎｍ／ｍｉｎ］＝−409.8＋207.4×
（電流） と簡略化することもできる。したがって、簡略化したモ
デル式に基づくと、エッチング速度を一定に保つために
は高周波信号の電流をほぼ一定に保てばよいことが判
る。
【００７５】高周波信号の電流は、前述の例でいえば、 電流［Ａ］＝−0.0942＋0.0374×（高周波電力）＋0.00
54×（ガス圧力）−0.00525×（ＨＢｒ比率）−0.00006
×（高周波電力）×（ガス圧力）−0.0001×（ガス圧
力）×（ＨＢｒ比率） と表されるので、電流が一定となるように装置制御パラ
メータをフィードバック制御することにより、エッチン
グ速度を一定に保つことができる。
54×（ガス圧力）−0.00525×（ＨＢｒ比率）−0.00006
×（高周波電力）×（ガス圧力）−0.0001×（ガス圧
力）×（ＨＢｒ比率） と表されるので、電流が一定となるように装置制御パラ
メータをフィードバック制御することにより、エッチン
グ速度を一定に保つことができる。
【００７６】同様に、断面形状などについてもフィード
バック制御することができる。すなわち、前述の例でい
えば、断面傾斜角は、 断面傾斜角［deg］＝355.88−4.0812×（インピーダン
ス）＋0.014144×（インピーダンス）2 と表されるので、高周波信号のインピーダンスの値を一
定に保つようにフィードバック制御すれば、断面形状を
再現性よく一定に制御することができる。
バック制御することができる。すなわち、前述の例でい
えば、断面傾斜角は、 断面傾斜角［deg］＝355.88−4.0812×（インピーダン
ス）＋0.014144×（インピーダンス）2 と表されるので、高周波信号のインピーダンスの値を一
定に保つようにフィードバック制御すれば、断面形状を
再現性よく一定に制御することができる。
【００７７】このように、本実施形態によるプラズマ処
理装置及びプロセスモニタ方法によれば、電流、電圧、
位相など、個々の電気的信号のパラメータを監視するの
ではなく、複数のパラメータのバランスをエッチング特
性等と関連づけて一度にまとめて監視することができる
ので、装置に異常が生じた場合の原因究明が容易とな
る。
理装置及びプロセスモニタ方法によれば、電流、電圧、
位相など、個々の電気的信号のパラメータを監視するの
ではなく、複数のパラメータのバランスをエッチング特
性等と関連づけて一度にまとめて監視することができる
ので、装置に異常が生じた場合の原因究明が容易とな
る。
【００７８】また、実用ウェーハの処理時にリアルタイ
ムでプラズマ状態を知ることができるので、例えば一枚
のウェーハをプラズマ処理する毎にウェーハが適正に処
理された良品であるか否かを自動的に監視することがで
き、不良品がでた場合には、直ちに処理を停止して原因
を究明し、或いは、処理条件を自動又は手動で修正して
処理を継続することができる。
ムでプラズマ状態を知ることができるので、例えば一枚
のウェーハをプラズマ処理する毎にウェーハが適正に処
理された良品であるか否かを自動的に監視することがで
き、不良品がでた場合には、直ちに処理を停止して原因
を究明し、或いは、処理条件を自動又は手動で修正して
処理を継続することができる。
【００７９】また、装置が異常である場合の原因究明も
容易となり、プラズマ処理の信頼性が向上し、ひいては
歩留りや生産性を向上することができる。本発明は、上
記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、
上記実施形態のプラズマ装置では、下部電極が接地され
た平行平板型の電極構造を採用しているが、下部電極の
み、或いは下部電極にも高周波電力が印加される方式の
プラズマ処理装置においても同様に適用することができ
る。この場合、電圧、電流などの電気的信号パラメータ
は、いずれか一方、或いは両方の電極付近で計測するこ
とができる。
容易となり、プラズマ処理の信頼性が向上し、ひいては
歩留りや生産性を向上することができる。本発明は、上
記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、
上記実施形態のプラズマ装置では、下部電極が接地され
た平行平板型の電極構造を採用しているが、下部電極の
み、或いは下部電極にも高周波電力が印加される方式の
プラズマ処理装置においても同様に適用することができ
る。この場合、電圧、電流などの電気的信号パラメータ
は、いずれか一方、或いは両方の電極付近で計測するこ
とができる。
【００８０】また、プラズマを発生する方式は、平行平
板型に限られず、ＴＣＰ（Transformer Coupled Plasm
a）型、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型、ヘ
リコン波型、マイクロ波励起型など各種の方式から選択
することができる。また、上記実施形態では、プラズマ
処理状態の監視などを、プラズマ処理装置に内蔵したコ
ンピュータで実施しているが、装置の外部に設置したコ
ンピュータで実施してもよいし、半導体装置の製造ライ
ンにおける各種製造装置を接続した上位コンピュータに
判定させるようにしてもよい。このように構成した場
合、半導体装置の製造ラインでのプロセス管理ができる
ため、製造工程の自動化や生産管理にも寄与することが
可能となる。
板型に限られず、ＴＣＰ（Transformer Coupled Plasm
a）型、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型、ヘ
リコン波型、マイクロ波励起型など各種の方式から選択
することができる。また、上記実施形態では、プラズマ
処理状態の監視などを、プラズマ処理装置に内蔵したコ
ンピュータで実施しているが、装置の外部に設置したコ
ンピュータで実施してもよいし、半導体装置の製造ライ
ンにおける各種製造装置を接続した上位コンピュータに
判定させるようにしてもよい。このように構成した場
合、半導体装置の製造ラインでのプロセス管理ができる
ため、製造工程の自動化や生産管理にも寄与することが
可能となる。
【００８１】また、上記実施形態では、エッチング装置
を例に説明したが、プラズマＣＶＤ装置などの成膜装置
においても同様に適用することができる。成膜装置の場
合には、成膜速度や成膜の均一性などの予測値を、電気
的信号から見積もることが可能である。
を例に説明したが、プラズマＣＶＤ装置などの成膜装置
においても同様に適用することができる。成膜装置の場
合には、成膜速度や成膜の均一性などの予測値を、電気
的信号から見積もることが可能である。
【００８２】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、プラズマ
状態を反映する電気的信号を測定する信号サンプリング
手段と、電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連づ
けるモデル式を記憶するモデル式記憶手段と、信号サン
プリング手段により測定した電気信号の値を、モデル式
記憶手段から読み出したモデル式に代入し、プラズマ処
理特性の予測値を算出する演算手段と、プラズマ処理特
性の予測値に基づいてプラズマの状態を診断する診断手
段とによりプラズマ処理装置を構成するので、リアルタ
イムで測定した電気的信号をモデル式に代入することに
よってプラズマの状態を見積もることができる。また、
プラズマ処理特性が変化した場合にはオペレータが直ち
にこれを知ることができるので、不良ウェーハが大量に
発生することを未然に防止することができる。また、モ
デル式では、電流、電圧、位相など、個々の電気的信号
のパラメータを監視するのではなく、複数のパラメータ
のバランスをプラズマ処理特性等と関連づけて一度にま
とめて監視することができるので、装置に異常が生じた
場合の原因究明が容易となる。
状態を反映する電気的信号を測定する信号サンプリング
手段と、電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連づ
けるモデル式を記憶するモデル式記憶手段と、信号サン
プリング手段により測定した電気信号の値を、モデル式
記憶手段から読み出したモデル式に代入し、プラズマ処
理特性の予測値を算出する演算手段と、プラズマ処理特
性の予測値に基づいてプラズマの状態を診断する診断手
段とによりプラズマ処理装置を構成するので、リアルタ
イムで測定した電気的信号をモデル式に代入することに
よってプラズマの状態を見積もることができる。また、
プラズマ処理特性が変化した場合にはオペレータが直ち
にこれを知ることができるので、不良ウェーハが大量に
発生することを未然に防止することができる。また、モ
デル式では、電流、電圧、位相など、個々の電気的信号
のパラメータを監視するのではなく、複数のパラメータ
のバランスをプラズマ処理特性等と関連づけて一度にま
とめて監視することができるので、装置に異常が生じた
場合の原因究明が容易となる。
【００８３】また、上記のプラズマ処理装置において、
電気的信号からプラズマ処理の終点を検出する終点検出
手段を更に設け、演算手段では、終点検出手段により検
出された終点情報をもとに、プラズマ処理特性の実測値
を算出し、診断手段では、予測値と実測値との差に基づ
いてプラズマの状態を診断すれば、実測値と予測値との
比較から、プラズマ処理がモデル式に従ったプラズマ条
件でなされたか否かを容易に判断することができる。
電気的信号からプラズマ処理の終点を検出する終点検出
手段を更に設け、演算手段では、終点検出手段により検
出された終点情報をもとに、プラズマ処理特性の実測値
を算出し、診断手段では、予測値と実測値との差に基づ
いてプラズマの状態を診断すれば、実測値と予測値との
比較から、プラズマ処理がモデル式に従ったプラズマ条
件でなされたか否かを容易に判断することができる。
【００８４】また、上記のプラズマ処理装置において、
診断したプラズマの状態に基づき、プラズマ処理を継続
するか否かを決定すれば、所定のプラズマ状態から外れ
て処理された多量の不良ウェーハの発生を防止すること
ができる。また、上記のプラズマ処理装置において、プ
ラズマ処理特性がほぼ一定となるように、予測値に基づ
いてプラズマの状態を制御する制御手段を更に設けれ
ば、常に適正なプラズマ処理特性をもってウェーハを処
理することができる。
診断したプラズマの状態に基づき、プラズマ処理を継続
するか否かを決定すれば、所定のプラズマ状態から外れ
て処理された多量の不良ウェーハの発生を防止すること
ができる。また、上記のプラズマ処理装置において、プ
ラズマ処理特性がほぼ一定となるように、予測値に基づ
いてプラズマの状態を制御する制御手段を更に設けれ
ば、常に適正なプラズマ処理特性をもってウェーハを処
理することができる。
【００８５】また、上記のプラズマ処理装置において、
電気的信号としては、プラズマを発生するための高周波
電力を印加する電極と整合器との間の電圧、電流、位
相、インピーダンス又は自己バイアス電圧の少なくとも
一つを計測することができる。また、上記のプラズマ処
理装置において、プラズマ処理特性としては、エッチン
グ速度、エッチングの均一性、選択比又は加工形状を見
積もることができる。
電気的信号としては、プラズマを発生するための高周波
電力を印加する電極と整合器との間の電圧、電流、位
相、インピーダンス又は自己バイアス電圧の少なくとも
一つを計測することができる。また、上記のプラズマ処
理装置において、プラズマ処理特性としては、エッチン
グ速度、エッチングの均一性、選択比又は加工形状を見
積もることができる。
【００８６】また、上記のプラズマ処理装置において、
プラズマ処理特性としては、成膜速度又は成膜の均一性
を見積もることができる。また、本発明によれば、実用
ウェーハの処理過程において、プラズマ状態を反映する
電気的信号をリアルタイムで測定し、測定した電気的信
号の値を、電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連
づけるモデル式に代入することによりプラズマ処理特性
の予測値を算出し、プラズマ処理特性の予測値に基づい
てプラズマの状態を診断することによりプロセスモニタ
をするので、リアルタイムで測定した電気的信号をモデ
ル式に代入することによってプラズマの状態を見積もる
ことができる。また、プラズマ処理特性が変化した場合
にはオペレータが直ちにこれを知ることができるので、
不良ウェーハが大量に発生することを未然に防止するこ
とができる。また、モデル式では、電流、電圧、位相な
ど、個々の電気的信号のパラメータを監視するのではな
く、複数のパラメータのバランスをプラズマ処理特性等
と関連づけて一度にまとめて監視することができるの
で、装置に異常が生じた場合の原因究明が容易となる。
プラズマ処理特性としては、成膜速度又は成膜の均一性
を見積もることができる。また、本発明によれば、実用
ウェーハの処理過程において、プラズマ状態を反映する
電気的信号をリアルタイムで測定し、測定した電気的信
号の値を、電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連
づけるモデル式に代入することによりプラズマ処理特性
の予測値を算出し、プラズマ処理特性の予測値に基づい
てプラズマの状態を診断することによりプロセスモニタ
をするので、リアルタイムで測定した電気的信号をモデ
ル式に代入することによってプラズマの状態を見積もる
ことができる。また、プラズマ処理特性が変化した場合
にはオペレータが直ちにこれを知ることができるので、
不良ウェーハが大量に発生することを未然に防止するこ
とができる。また、モデル式では、電流、電圧、位相な
ど、個々の電気的信号のパラメータを監視するのではな
く、複数のパラメータのバランスをプラズマ処理特性等
と関連づけて一度にまとめて監視することができるの
で、装置に異常が生じた場合の原因究明が容易となる。
【００８７】また、上記のプロセスモニタ方法におい
て、電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、終点
検出手段により検出された終点情報をもとにしてプラズ
マ処理特性の実測値を算出し、予測値と実測値との差に
基づいてプラズマの状態を診断すれば、実測値と予測値
との比較から、プラズマ処理がモデル式に従ったプラズ
マ条件でなされたか否かを容易に判断することができ
る。
て、電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、終点
検出手段により検出された終点情報をもとにしてプラズ
マ処理特性の実測値を算出し、予測値と実測値との差に
基づいてプラズマの状態を診断すれば、実測値と予測値
との比較から、プラズマ処理がモデル式に従ったプラズ
マ条件でなされたか否かを容易に判断することができ
る。
【００８８】また、上記のプロセスモニタ方法では、プ
ラズマの状態を制御する装置制御パラメータと電気的信
号とを関連づけるモデル式から推測される電気的信号
と、リアルタイムで測定した電気的信号とを比較するこ
とにより、プラズマの状態を変化する原因となる装置制
御パラメータを特定することができる。モデル式では、
装置制御パラメータと電気的信号とを関連づけることも
できるので、このモデル式を解析するによってプラズマ
の状態を変化する原因となる装置制御パラメータを特定
することが可能となる。
ラズマの状態を制御する装置制御パラメータと電気的信
号とを関連づけるモデル式から推測される電気的信号
と、リアルタイムで測定した電気的信号とを比較するこ
とにより、プラズマの状態を変化する原因となる装置制
御パラメータを特定することができる。モデル式では、
装置制御パラメータと電気的信号とを関連づけることも
できるので、このモデル式を解析するによってプラズマ
の状態を変化する原因となる装置制御パラメータを特定
することが可能となる。
【００８９】また、上記のプロセスモニタ方法におい
て、ウェーハの処理枚数の増加とともにプラズマ処理特
性が変化する場合には、電気的信号の値とプラズマ処理
特性とを関連づけるモデル式及び装置制御パラメータと
電気的信号とを関連づけるモデル式を、装置クリーニン
グ後のウェーハの処理枚数と関連づけて複数用意してお
き、装置クリーニング後に何枚のウェーハを処理したか
に応じて、対応するモデル式を読み込み、読み込んだモ
デル式に基づいてプラズマの状態を診断すれば、クリー
ニング後の処理枚数から適正なモデル式を選択してプラ
ズマの状態を診断することができる。
て、ウェーハの処理枚数の増加とともにプラズマ処理特
性が変化する場合には、電気的信号の値とプラズマ処理
特性とを関連づけるモデル式及び装置制御パラメータと
電気的信号とを関連づけるモデル式を、装置クリーニン
グ後のウェーハの処理枚数と関連づけて複数用意してお
き、装置クリーニング後に何枚のウェーハを処理したか
に応じて、対応するモデル式を読み込み、読み込んだモ
デル式に基づいてプラズマの状態を診断すれば、クリー
ニング後の処理枚数から適正なモデル式を選択してプラ
ズマの状態を診断することができる。
【００９０】また、上記のプロセスモニタ方法では、１
枚のウェーハを処理する毎にプラズマの状態の診断を行
うことができる。上記のプロセスモニタ方法ではリアル
タイムでプラズマの状態をモニタできるので、ＴＡＴを
増加することなく、１枚のウェーハを処理する毎にプラ
ズマの状態を診断することもできる。また、上記のプロ
セスモニタ方法には、プラズマの状態を診断するための
電気的信号として、一定時間間隔でサンプリングした複
数のデータの平均値を用いることができる。
枚のウェーハを処理する毎にプラズマの状態の診断を行
うことができる。上記のプロセスモニタ方法ではリアル
タイムでプラズマの状態をモニタできるので、ＴＡＴを
増加することなく、１枚のウェーハを処理する毎にプラ
ズマの状態を診断することもできる。また、上記のプロ
セスモニタ方法には、プラズマの状態を診断するための
電気的信号として、一定時間間隔でサンプリングした複
数のデータの平均値を用いることができる。
【００９１】また、上記のプロセスモニタ方法におい
て、モデル式は、試用ウェーハを用いた事前実験のデー
タから算出して予めモデル式記憶手段に記憶しておき、
プラズマの状態の診断の際にモデル式記憶手段から読み
出すことができる。また、プラズマ処理を行う半導体装
置の製造方法であって、実用ウェーハのプラズマ処理過
程において、プラズマ状態を反映する電気的信号をリア
ルタイムで測定し、測定した電気的信号の値を、電気的
信号の値とプラズマ処理特性とを関連づけるモデル式に
代入することによりプラズマ処理特性の予測値を算出
し、プラズマ処理特性の予測値に基づいてプラズマ状態
を診断する工程を有する半導体装置の製造方法により半
導体装置を製造すれば、リアルタイムで測定した電気的
信号をモデル式に代入することによってプラズマの状態
を見積もることができるので、プラズマ処理特性が変化
した場合にはオペレータが直ちにこれを知ることができ
る。したがって、不良ウェーハが大量に発生することを
未然に防止することができる。また、モデル式では、電
流、電圧、位相など、個々の電気的信号のパラメータを
監視するのではなく、複数のパラメータのバランスをプ
ラズマ処理特性等と関連づけて一度にまとめて監視する
ことができるので、装置に異常が生じた場合の原因究明
が容易となる。
て、モデル式は、試用ウェーハを用いた事前実験のデー
タから算出して予めモデル式記憶手段に記憶しておき、
プラズマの状態の診断の際にモデル式記憶手段から読み
出すことができる。また、プラズマ処理を行う半導体装
置の製造方法であって、実用ウェーハのプラズマ処理過
程において、プラズマ状態を反映する電気的信号をリア
ルタイムで測定し、測定した電気的信号の値を、電気的
信号の値とプラズマ処理特性とを関連づけるモデル式に
代入することによりプラズマ処理特性の予測値を算出
し、プラズマ処理特性の予測値に基づいてプラズマ状態
を診断する工程を有する半導体装置の製造方法により半
導体装置を製造すれば、リアルタイムで測定した電気的
信号をモデル式に代入することによってプラズマの状態
を見積もることができるので、プラズマ処理特性が変化
した場合にはオペレータが直ちにこれを知ることができ
る。したがって、不良ウェーハが大量に発生することを
未然に防止することができる。また、モデル式では、電
流、電圧、位相など、個々の電気的信号のパラメータを
監視するのではなく、複数のパラメータのバランスをプ
ラズマ処理特性等と関連づけて一度にまとめて監視する
ことができるので、装置に異常が生じた場合の原因究明
が容易となる。
【００９２】また、上記の半導体装置の製造方法では、
電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、検出され
た終点情報をもとにしてプラズマ処理特性の実測値を算
出することにより、予測値と実測値との差に基づいてプ
ラズマの状態を診断することができる。また、上記の半
導体装置の製造方法では、プラズマの状態を制御する装
置制御パラメータと電気的信号とを関連づけるモデル式
から推測される電気的信号と、リアルタイムで測定した
電気的信号とを比較することにより、プラズマの状態を
変化する原因となる装置制御パラメータを特定すること
ができる。
電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、検出され
た終点情報をもとにしてプラズマ処理特性の実測値を算
出することにより、予測値と実測値との差に基づいてプ
ラズマの状態を診断することができる。また、上記の半
導体装置の製造方法では、プラズマの状態を制御する装
置制御パラメータと電気的信号とを関連づけるモデル式
から推測される電気的信号と、リアルタイムで測定した
電気的信号とを比較することにより、プラズマの状態を
変化する原因となる装置制御パラメータを特定すること
ができる。
【００９３】また、上記の半導体装置の製造方法におい
て、モデル式を、試用ウェーハを用いた事前実験のデー
タから算出して予めモデル式記憶手段に記憶しておけ
ば、プラズマの状態の診断の際にモデル式記憶手段から
読み出すことができる。
て、モデル式を、試用ウェーハを用いた事前実験のデー
タから算出して予めモデル式記憶手段に記憶しておけ
ば、プラズマの状態の診断の際にモデル式記憶手段から
読み出すことができる。
【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の
構造を示す概略図である。
構造を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置に
おける解析用コンピュータのシステム構成例を示す図で
ある。
おける解析用コンピュータのシステム構成例を示す図で
ある。
【図３】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置、
プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法における
処理手順を示すフローチャートである。
プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法における
処理手順を示すフローチャートである。
【図４】プラズマ処理過程における電圧信号の信号変化
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図５】プラズマ処理過程におけるインピーダンスの抵
抗成分の信号変化を示すグラフである。
抗成分の信号変化を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置に
おける終点検出信号波形の一例を示すグラフ（その１）
である。
おける終点検出信号波形の一例を示すグラフ（その１）
である。
【図７】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置に
おける終点検出信号波形の一例を示すグラフ（その２）
である。
おける終点検出信号波形の一例を示すグラフ（その２）
である。
【図８】従来のプラズマ処理装置の構造を示す概略図で
ある。
ある。
１０…真空チャンバ １２…上部電極 １４…下部電極 １６…ウェーハ １８…プラズマ ２０…高周波電源 ２２…整合器 ２４…流量制御器 ２６…流量制御器 ２８…ガス圧制御器 ３０…装置制御用コンピュータ ３２…計測器 ３４…フィルタ回路 ３６…電圧計 ３８…解析用コンピュータ ４０…放電検出手段 ４２…電気的信号サンプリング手段 ４４…演算手段 ４６…終点検出手段 ４８…モデル式記憶手段 ５０…予測／診断／制御手段 ５２…アラーム手段 ６０…真空チャンバ ６２…上部電極 ６４…下部電極 ６６…ウェーハ ６８…プラズマ ７０…高周波電源 ７２…整合器 ７４…流量制御器 ７６…ガス圧制御器 ７８…装置制御用コンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ
Claims (18)
- 【請求項１】 プラズマ状態を反映する電気的信号を測
定する信号サンプリング手段と、 前記電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連づける
モデル式を記憶するモデル式記憶手段と、 前記信号サンプリング手段により測定した前記電気信号
の値を、前記モデル式記憶手段から読み出した前記モデ
ル式に代入し、前記プラズマ処理特性の予測値を算出す
る演算手段と、 前記プラズマ処理特性の前記予測値に基づいてプラズマ
の状態を診断する診断手段とを有することを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、 前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出する終点
検出手段を更に有し、 前記演算手段は、前記終点検出手段により検出された終
点情報をもとに、前記プラズマ処理特性の実測値を算出
し、 前記診断手段は、前記予測値と前記実測値との差に基づ
いてプラズマの状態を診断することを特徴とするプラズ
マ処理装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載のプラズマ処理装置
において、 前記診断手段は、診断したプラズマの状態に基づき、プ
ラズマ処理を継続するか否かを決定することを特徴とす
るプラズマ処理装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
プラズマ処理装置において、 前記プラズマ処理特性がほぼ一定となるように、前記予
測値に基づいてプラズマの状態を制御する制御手段を更
に有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
プラズマ処理装置において、 前記信号サンプリング手段は、前記電気的信号として、
プラズマを発生するための高周波電力を印加する電極と
整合器との間の電圧、電流、位相、インピーダンス又は
自己バイアス電圧のうちの少なくとも一つを計測するこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
プラズマ処理装置において、 前記プラズマ処理特性は、エッチング速度、エッチング
の均一性、選択比又は加工形状であることを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
プラズマ処理装置において、 前記プラズマ処理特性は、成膜速度又は成膜の均一性で
あることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項８】 実用ウェーハの処理過程において、プラ
ズマ状態を反映する電気的信号をリアルタイムで測定
し、 測定した前記電気的信号の値を、前記電気的信号の値と
プラズマ処理特性とを関連づけるモデル式に代入するこ
とにより前記プラズマ処理特性の予測値を算出し、 前記プラズマ処理特性の前記予測値に基づいてプラズマ
の状態を診断することを特徴とするプロセスモニタ方
法。 - 【請求項９】 請求項８記載のプロセスモニタ方法にお
いて、 前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、 検出された終点情報をもとにして前記プラズマ処理特性
の実測値を算出し、 前記予測値と前記実測値との差に基づいてプラズマの状
態を診断することを特徴とするプロセスモニタ方法。 - 【請求項１０】 請求項８又は９記載のプロセスモニタ
方法において、 プラズマの状態を制御する装置制御パラメータと前記電
気的信号とを関連づけるモデル式から推測される前記電
気的信号と、リアルタイムで測定した前記電気的信号と
を比較することにより、プラズマの状態を変化する原因
となる前記装置制御パラメータを特定することを特徴と
するプロセスモニタ方法。 - 【請求項１１】 請求項８乃至１０のいずれか１項に記
載のプロセスモニタ方法において、 ウェーハの処理枚数の増加とともに前記プラズマ処理特
性が変化する場合には、前記電気的信号の値と前記プラ
ズマ処理特性とを関連づける前記モデル式及び前記装置
制御パラメータと前記電気的信号とを関連づける前記モ
デル式を、装置クリーニング後の前記ウェーハの処理枚
数と関連づけて複数用意しておき、 前記装置クリーニング後に何枚の前記ウェーハを処理し
たかに応じて、対応する前記モデル式を読み込み、読み
込んだ前記モデル式に基づいてプラズマの状態を診断す
ることを特徴とするプロセスモニタ方法。 - 【請求項１２】 請求項８乃至１１のいずれか１項に記
載のプロセスモニタ方法において、 前記プラズマの状態の診断は、１枚のウェーハを処理す
る毎に行うことを特徴とするプロセスモニタ方法。 - 【請求項１３】 請求項８乃至１２のいずれか１項に記
載のプロセスモニタ方法において、 プラズマの状態を診断するための前記電気的信号には、
一定時間間隔でサンプリングした複数のデータの平均値
を用いることを特徴とするプロセスモニタ方法。 - 【請求項１４】 請求項８乃至１３のいずれか１項に記
載のプロセスモニタ方法において、 前記モデル式は、試用ウェーハを用いた事前実験のデー
タから算出して予めモデル式記憶手段に記憶しておき、
プラズマの状態の診断の際に前記モデル式記憶手段から
読み出すことを特徴とするプロセスモニタ方法。 - 【請求項１５】 プラズマ処理を行う半導体装置の製造
方法であって、 実用ウェーハの前記プラズマ処理過程において、プラズ
マ状態を反映する電気的信号をリアルタイムで測定し、 測定した前記電気的信号の値を、前記電気的信号の値と
プラズマ処理特性とを関連づけるモデル式に代入するこ
とにより前記プラズマ処理特性の予測値を算出し、 前記プラズマ処理特性の前記予測値に基づいてプラズマ
状態を診断する工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１５記載の半導体装置の製造方
法において、 前記電気的信号からプラズマ処理の終点を検出し、 検出された終点情報をもとにして前記プラズマ処理特性
の実測値を算出し、 前記予測値と前記実測値との差に基づいてプラズマの状
態を診断することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１５又は１６記載の半導体装置
の製造方法において、 プラズマの状態を制御する装置制御パラメータと前記電
気的信号とを関連づけるモデル式から推測される前記電
気的信号と、リアルタイムで測定した前記電気的信号と
を比較することにより、プラズマの状態を変化する原因
となる前記装置制御パラメータを特定することを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】 請求項１５乃至１７のいずれか１項に
記載の半導体装置の製造方法において、 前記モデル式は、試用ウェーハを用いた事前実験のデー
タから算出して予めモデル式記憶手段に記憶しておき、
プラズマの状態の診断の際に前記モデル式記憶手段から
読み出すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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