KR20070028204A - 플라즈마처리장치 및 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가공불량의 발생을 미연에 검지할 수 있고, 또한 표면상태가 관리된 더미 웨이퍼를 사용하지 않고도 정확하게 처리결과를 예측할 수 있는 플라즈마처리기술을 제공하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 처리가스의 공급수단(251) 및 플라즈마생성수단(256)을 구비하고, 시료(257)가 반입되어 있지 않은 상태 및 시료가 반입된 상태에서 각각 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 실시하는 처리실(250)과, 상기 처리실내의 플라즈마상태를 검출하는 상태검출수단(261, 264)과, 상기 플라즈마처리실에서 처리가 실시된 시료의 처리결과 데이터를 입력하는 입력수단과, 시료가 반입되어 있지 않은 상태에서 시료가 존재하는 상태를 처리실내에 모의한 플라즈마처리시에 상기 상태검출수단에 의하여 검출한 플라즈마상태 데이터와, 후속되는 시료가 반입된 상태에 있어서의 플라즈마처리시에 처리를 실시하여 상기 입력수단을 거쳐 입력된 상기 시료의 처리결과 데이터를 기초로 처리결과의 예측식을 생성하여 기억하는 예측식의 생성수단을 구비한 제어부(265)를 구비하고, 상기 제어부는 시료가 반입되어 있지 않은 상태에 있어서 상기 상태검출수단을 거쳐 새롭게 취득한 플라즈마상태 데이터와 상기기억한 예측식을 기초로 후속되는 플라즈마처리에 있어서의 처리결과를 예측한다.
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 처리순서를 설명하는 도,
도 2는 종래기술을 설명하는 도,
도 3은 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 예를 설명하는 도,
도 4는 도 3(b)의 순서에 따라 시즈닝 단계(202)에서 예측을 행한 실험의 결과를 나타내는 도,
도 5는 다른 실험의 결과를 나타내는 ,
도 6은 본 실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 설명하는 도,
도 7은 도 6에 나타내는 장치제어부(265)의 상세를 설명하는 도,
도 8은 본 실시형태에 관한 플라즈마처리장치의 운용방법에 대하여 설명하는 도,
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태를 설명하는 도,
도 10은 도 9에 나타내는 운용순서에 따라 예측값을 사용하여 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 종점검출을 행하는 방법을 설명하는 도,
도 11은 2종류 이상의 제품 웨이퍼(257)가 존재하고 있어도 동시에 예측값을 산출하는 방법에 대하여 설명하는 도,
도 12는 예측값의 산출결과를 설명하는 도,
도 13은 본 발명의 제 3 실시형태를 설명하는 도,
도 14는 예측값 및 그 정상범위를 설명하는 도,
도 15는 본 발명의 제 4 실시형태를 설명하는 도,
도 16은 도 15에 설명한 방법의 다른 예에 대하여 설명하는 도,
도 17은 본 발명의 제 5 실시형태를 설명하는 도,
도 18은 본 발명의 제 6 실시형태를 설명하는 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
250 : 플라즈마처리실 251 : 가스공급수단
252 : 가스배기수단 253 : 밸브
254 : 압력계 255 : 스테이지
256 : 플라즈마생성수단 257 : 웨이퍼
258, 261 : 상태검출수단 259, 262 : 튜너
260, 263 : 전원 264 : 분광기
265 : 장치제어부
301 : 수신부
본 발명은 플라즈마처리기술에 관한 것으로, 특히 플라즈마처리에 의한 처리결과를 예측하여 최적의 처리를 실시할 수 있는 플라즈마처리기술에 관한 것이다.
반도체소자의 가공치수는 해마다 미세화되고 있다. 이 때문에 가공정밀도에 대한 요구도 엄해지고 있어, 수 나노미터 이하의 불균일이어도 불량이 되는 경우가 있다.
한편, 플라즈마를 사용하여 처리가스를 분해하고, 반도체웨이퍼를 물리화학적으로 처리하는 플라즈마처리장치에서는 장치 내부에서 생성되는 화학물질 등이 장치의 플라즈마처리실의 내벽에 부착하여 잔류하여 웨이퍼의 처리에 영향을 미치는 경우가 종종 있다. 이 때문에 처리조건을 일정하게 하고 있음에도 불구하고, 웨이퍼의 처리를 몇매나 겹침에 따라 가공치수 등의 처리결과가 변하여 안정된 양산을 곤란하게 하는 등의 문제가 있다.
이 문제에 대응하기 위해서는, 처리실내에 클리닝 플라즈마를 생성하여 처리실 내벽에 부착된 화학물질을 제거하거나, 내벽에 적절한 화학물질을 부착시키는 등의 조작, 이른바 컨디셔닝이 행하여지고 있다. 최근, 이 컨디셔닝은 요구되는 가공정밀도를 만족시키기 위하여 웨이퍼 1매를 처리할 때마다 실시되도록 되어 오고 있다. 이 처리는, 스루풋확보 및 생산에 기여하지 않는 NPW(Non-Product Wafer)를 삭감하기 위하여 처리실내에 더미 웨이퍼를 두지 않은 상태, 즉 웨이퍼리스에서의 컨디셔닝이 행하여지고 있다.
그러나 이와 같은 방법을 사용하여도 웨이퍼의 처리결과를 완전히 일정하게 유지하는 데 충분치 않고, 웨이퍼의 처리결과는 서서히 변화를 계속한다. 이 때문에 결국은 처리결과가 문제가 되는 만큼 변하기 전에 플라즈마처리장치를 분해하여 부품교환을 하거나, 액체나 초음파를 사용한 세정을 하는 등의 메인티넌스가 필요 하게 된다. 또한 웨이퍼의 처리결과가 변동하는 원인에는, 이와 같은 내부에 부착되는 퇴적막 이외에도 처리실을 구성하는 부품의 온도의 변화 등, 여러가지 요인이 관여한다.
이와 같은 배경으로부터 플라즈마처리장치 내부의 처리상태의 변화를 검출하고, 검출결과를 플라즈마처리장치에 피드백하여 웨이퍼의 처리조건을 조정하여 일정한 처리결과를 얻을 수 있도록 하는 등의 연구가 이루어져 왔다.
이와 같은 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1, 2가 알려져 있다. 이들 기술에서는 웨이퍼의 처리중에 플라즈마의 발광 스펙트럼 등을 모니터하여 스펙트럼의 변화와 처리결과의 변화를 사전에 상관지음으로써 처리에 변화가 일어나 있는 것을 검지하여, 처리조건을 적절하게 조정한다는 피드백을 행함으로써 안정된 처리를 실현하는 것을 제안하고 있다.
또, 장치의 메인티넌스 직후는, 세정을 행하였기 때문에 처리실 내벽의 부착물이 거의 없고, 웨이퍼를 연속하여 처리하고 있는 양산상태와는 다르다. 그 때문에 메인티넌스 직후에는 역시 웨이퍼의 처리결과가 변한다. 이 문제에 대응하기 위하여 화학물질을 적절하게 부착시켜, 양산중의 상태로 근접하기 위한 시즈닝이라 불리우는 조작이 필요하게 된다. 시즈닝에서는 벌크의 실리콘에서 생긴 더미 웨이퍼를 에칭함으로써 웨이퍼와 플라즈마와의 반응생성물을 플라즈마처리실의 내벽에 부착시키는 방법을 사용하는 경우가 많다. 그러나 부착량이 지나치게 적어도 지나치게 많아도 정상적인 처리결과를 얻을 수 없기 때문에, 시즈닝을 언제 종료할지의 판단을 내리는 것은 어렵다.
이 시즈닝의 종점을 판정하는 기술로서, 특허문헌 3이 알려져 있다. 이 기술에서는 더미 웨이퍼의 처리중에 플라즈마의 발광 스펙트럼 등을 모니터하여, 발광 스펙트럼과 제품 웨이퍼의 처리결과를 상관짓는 식으로부터, 가령 시즈닝을 종료한 경우에 정상으로 제품 웨이퍼를 처리할 수 있을지를 추정하는 방법을 제안하고 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2002-100611호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개2004-241500호 공보
[특허문헌 3]
일본국 특개2004-235312호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1 등에 개시되는 기술에서는 예를 들면 처리조건의 조정에 의한 것만으로는 정상적인 처리결과를 얻을 수 없을 정도의 큰 이상의 발생이 예측되었다 하여도, 이미 처리를 개시하고 있는 웨이퍼가 불량이 되는 것을 피할 수는 없다. 따라서 이들 기술은 불량율의 저감에 유효하나, 불량의 발생을 예측하여 미연에 방지하기 위해서는 충분치 않다. 특히 최근에는 반도체소자의 미세화나 복잡화, 웨이퍼의 대형화가 진행되고 있기 때문에, 웨이퍼 1매가 불량이 되는 것은 큰 경제적 손실이 될 수 있다.
상기 특허문헌 2에서는, 웨이퍼의 처리결과가 변동하는 트렌드의 패턴을 몇가지로 분류하여 현재의 트렌드가 어느 패턴에 의거하는 것인지를 판단함으로써 처 리결과를 사전에 예측할 수 있게 하고 있다. 그러나 복수종류의 제품 웨이퍼를 처리하는 경우에는, 직전에 처리한 제품의 종류에 따라 트렌드가 변화되기 때문에, 전종류의 제품 웨이퍼의 조합에 대하여 트렌드의 패턴을 아는 것은 곤란하다.
또, 상기 특허문헌 3에서는, 더미 웨이퍼를 처리하는 사이에 처리결과가 정상이 되었는지의 여부를 예측하고 있다. 그러나 실제의 양산에서는 중고 더미 웨이퍼를 사용하는 경우가 많다. 본 발명의 발명자들의 검토에 의하면 중고 더미 웨이퍼를 사용한 경우, 표면의 오염이 외란으로서 작용하기 때문에 예측 정밀도가 조잡해지는 것을 알 수 있었다. 따라서 수 나노미터 이하의 가공 정밀도가 요구되는 경우에는, 더미 웨이퍼 표면의 오염의 영향을 가능한 한 회피하는 것이 바람직하다. 그러나 실제의 양산라인에서는 표면상태가 관리된 더미 웨이퍼를 준비하는 것은 곤란하다.
본 발명은 이들 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 가공불량의 발생을 미연에 검지할 수 있고, 또한 표면상태가 관리된 더미 웨이퍼를 사용하지 않아도 정확하게 처리결과를 예측할 수 있는 플라즈마처리기술을 제공하는 것이다. 처리에 있어서는 예를 들면, 웨이퍼리스 컨디셔닝의 시점에서, 웨이퍼리스 컨디셔닝후에 착공되는 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측하여, 예측결과를 기초로 착공의 가부(可否)를 판단함으로써 불량의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
종래기술에서는 상기한 바와 같이 제품을 처리하는 상황, 또는 제품처리에 유사한 상황이 아니면, 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측할 수는 없다고 생각되고 있었다.
그런데, 웨이퍼리스 컨디셔닝의 조건은 제품 웨이퍼를 처리하는 조건과는 처리압력, 플라즈마생성전력, 바이어스전력, 처리가스의 조성 등, 많은 점에서 다르다. 예를 들면 플라즈마 에칭에 있어서는, 제품 웨이퍼는 복수종류의 박막으로 구성되어 있기 때문에, 그 막질마다 사용하는 가스를 바꿀 필요성이 있기 때문에, 제품 웨이퍼1매를 에칭하는 데 수단계부터 십수 단계로 나누어 처리하는 경우가 많다. 이것에 대하여 웨이퍼리스 컨디셔닝은 기껏 1부터 3단계 정도이다.
또, 제품 웨이퍼의 에칭과 컨디셔닝의 각 처리단계 중, 대표적인 플라즈마처리조건을 들어 설명하면, 제품 웨이퍼의 에칭의 처리조건은, HBr/Cl2/O2 가스를 유량비 180/20/2 [cc/min]로 혼합하고, 압력 0.4 [Pa], 플라즈마생성전력 500[W], 플라즈마중의 이온을 인입하기 위한 RF 바이어스 25[W]이다. 한편, 웨이퍼리스 컨디셔닝의 처리조건은, SF6/O2 혼합가스는 유량비 55/5 [cc/min]로 혼합하고, 압력 1.0 [Pa], 플라즈마생성전력 700[W], 플라즈마중의 이온을 인입하기 위해서만 RF 바이어스 0 [W]이다.
또한, 웨이퍼는 그 표면에서 플라즈마중의 라디칼이나 이온과 반응하여 에칭액을 소비하거나, 플라즈마 중의 라디칼이나 이온과 반응하여, 반응생성물을 생성시키기도 하나, 웨이퍼리스 컨디셔닝에서는 전극상에 웨이퍼를 설치하고 있지 않기 때문에 웨이퍼와의 반응성생성물은 생성되지 않는다.
이와 같이, 웨이퍼리스 컨디셔닝의 조건과 제품 웨이퍼의 에칭의 조건은 많은 점에서 다르다. 이 때문에 웨이퍼리스 컨디셔닝을 실시하고 있는 시점에서 후속하여 실시되는 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측하는 것은, 종래 전혀 생각되어 있지 않다.
이것에 대하여 본원의 발명자들은, 플라즈마처리실 내부의 상태에서 웨이퍼의 처리결과가 결정되는 것에 착안하여, 즉 웨이퍼리스 컨디셔닝중의 플라즈마처리실의 상태로부터, 후속되는 제품 웨이퍼의 처리에 관련되는 정보를 인출하여 이 정보를 기초로 후속되는 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측할 수 있는 것에 착안하고, 이것에 의거하여 본원의 발명을 구성한 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 수단을 채용하였다.
처리가스의 공급수단 및 플라즈마생성수단을 구비하고, 시료가 반입되어 있지 않은 상태 및 시료가 반입된 상태에서 각각 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실내의 플라즈마상태를 검출하는 상태검출수단과, 상기 플라즈마처리실에서 처리가 실시된 시료의 처리결과 데이터를 입력하는 입력수단과, 시료가 반입되어 있지 않은 상태에서 시료가 존재하는 상태를 처리실내에 모의한 플라즈마처리시에 상기 상태검출수단에 의해 검출한 플라즈마상태 데이터와, 후속되는 시료가 반입된 상태에 있어서의 플라즈마처리시에 처리가 실시되고, 상기 입력수단을 거쳐 입력되는 상기 시료의 처리결과 데이터를 기초로 처리결과의 예측식을 생성하여 기억하는 예측식의 생성수단을 구비한 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 시료가 반입되어 있지 않은 상태에 있어서 상기 상태검출수단을 거쳐 새 롭게 취득한 플라즈마상태 데이터와 상기 기억한 예측식을 기초로 후속되는 플라즈마처리에 있어서의 처리결과를 예측한다.
이하, 최선의 실시형태를 첨부도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 처리순서를 설명하는 도면이고, 도 2에 나타내는 종래 기술에 있어서의 처리순서와 대비하면서 설명한다.
도 2에 나타내는 종래기술에서는 처리(106)에 있어서 N매째의 웨이퍼를 플라즈마처리하여, 플라즈마처리실의 온도나 플라즈마의 발광 스펙트럼 등의 프로세스정보를 취득하는 측정(103)을 행한다. 측정(103)의 결과를 기초로, 예측(104)에 의하여 N매째의 웨이퍼의 처리결과를 예측한다. 이 예측값을 기초로 판단(105)을 행하여, N매째의 제품 웨이퍼의 처리결과의 예측값이 허용범위에 들어가 있으면 N + 1매째의 웨이퍼의 처리(106)를 개시한다.
처리(106)의 전에는 웨이퍼리스 컨디셔닝(151)이 행하여져, 처리(106)에서 부착된 화학물질을 제거하거나, 적절한 화학물질을 부착시키기도 하여 처리결과의 변동을 억제한다.
이와 같이 플라즈마처리장치에서는 제품 웨이퍼 1매가 처리될 때 마다 웨이퍼리스 컨디셔닝이 행하여지고, 이 순서가 반복된다. 그러나 판단(105)에서 N 번째의 제품 웨이퍼의 처리결과의 예측값이 허용범위를 일탈한 경우, 장치의 제어(152)로 이행하여 N + 1번째의 제품 웨이퍼의 착공을 중지하여 N + 1번째 이후의 불량의 발생을 방지할 수 있으나, 이미 N 번째의 제품 웨이퍼는 불량으로 되어 있다.
한편, 도 1에 나타내는 처리순서에서는, 종래기술과는 달리, 제품 웨이퍼의 처리(106) 전에 있는 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 시점에서 처리결과를 예측할 수 있다. 이에 의하여 판단(105)의 시점에서 불량이 발생한다고 예측되면, 장치의 제어(107)로 이행하여 제품 웨이퍼의 처리를 중지하거나, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 다시 하는 등의 조치를 취할 수 있다. 이 때문에 불량의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 불량의 발생을 사전에 예측하여 피할 수 있다.
다음에 상기 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 상세에 대하여 설명한다.
도 3은 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 예를 설명하는 도면이다. 먼저 도 3(a)의 예에서는, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)은 클리닝 단계(201)와,
시즈닝 단계(202)와, 예측 단계(203)로 분리되어 있고, 예측 단계(203)의 시점에서 측정(103)을 행하여, 이 때의 측정결과를 기초로 도 1에 있어서의 처리결과의 예측(104)을 행한다.
도 3(b)의 예에서는, 특별히 예측 단계(203)을 설치하지 않고, 시즈닝 단계(202)의 시점에서 측정(103)을 행한다. 더욱 간략화한 것이 도 2(c)의 예이며, 클리닝 단계(201)의 시점에서 측정(103)을 행한다.
이하, 예로서 SF6/CHF3 혼합가스나 HBr/Cl2/O2 혼합가스의 플라즈마를 이용하여 다결정 실리콘으로 구성된 반도체웨이퍼를 에칭하는 경우에 대하여 설명한다. 에칭은 플라즈마중의 F, Cl, Br 이라는 할로겐과 웨이퍼를 구성하는 실리콘을 반응 시켜, 휘발하기 쉬운 SiF4, SiCl4, SiBr4 등으로 함으로써 진행한다. 그러나 이들이 플라즈마처리실의 내벽에 부착되고, 또한 O에 의하여 산화되면, 실리콘 산화물이 되어 잔류한다. 또 SF6/CHF3 혼합가스를 플라즈마에 의하여 해리하여 생성된 플루오로카본라디칼도, 플라즈마처리실의 내벽에 퇴적하여 잔류한다. 또한 실리콘 산화물이나 플루오로카본 등을 플라즈마처리실의 내벽으로부터 제거하기 위해서는, 클리닝 단계(201)에 있어서 SF6/O2 혼합가스의 플라즈마를 사용한다. 이 혼합가스에 의하여 생성된 F 라디칼은 실리콘산화물을 SiF4 등의 휘발하기 쉬운 상태로 하여 제거하고, O 라디칼은 플루오로카본을 CO 등으로 하여 제거한다.
이와 같이 하여 부착물의 제거를 행한 직후의 플라즈마처리실의 내벽은, 화학반응성이 매우 높은 상태로 되어 있다. 이 때문에 시즈닝 단계(202)에 의하여 플라즈마를 사용하여 화학적으로 안정된 상태로 개질하거나, 또는 화학적인 평형상태가 될 때까지 무엇인가의 화학물질을 부착시키면 좋다. 예를 들면 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 뒤에 처리하는 제품 웨이퍼를 HBr/Cl2/O2로 처리하면, 시즈닝 단계(202)에서도 HBr/Cl2/O2 혼합가스의 플라즈마를 생성하여 화학물질을 부착시켜 두면, 제품 웨이퍼착공시에는 이들 가스에 대하여 평형상태로 하여 둘 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 종래에는 클리닝 단계(201)와 시즈닝 단계(202)를 실행하는 데 대하여, 도 3(a)의 예에서는 예측 단계(203)가 더 가해져 있다.
예측 단계(203)에서는 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 뒤에 처리하는 제품 웨이 퍼의 처리결과를 예측하기 위하여 제품 웨이퍼를 처리하고 있을 때의 상태를 가능한 한 모의한다. 예를 들면 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 뒤에 제품 웨이퍼를 HBr/Cl2/O2 혼합가스의 플라즈마로 처리하는 경우에는, 예측 단계(203)에서 사용하는 가스는 HBr/Cl2/O2 혼합가스에, 또한 실리콘 웨이퍼와 플라즈마와의 반응생성물을 모의하기 위한 SiCl4, SiBr4 가스를 첨가한다. 또는 제품 웨이퍼를 SF6/CHF3 혼합가스의 플라즈마로 처리하는 경우에는, 예측 단계(203)에도 동일한 SF6/CHF3 혼합가스를 사용하고, 또한 웨이퍼와의 반응생성물을 모의하기 위한 SiF4를 첨가한다.
어떠한 가스를 사용할지는 웨이퍼리스 컨디셔닝후에 처리하는 제품 웨이퍼에 사용하는 가스에 맞추어 설정한다. 이와 같이 반응생성물을 모의한 가스를 첨가함으로써 예측 단계(203)의 상태를 가능한 한 제품 웨이퍼를 처리하는 상태에 근접하여, 그와 같은 예측 단계(203)에 대하여 측정(103)을 행하여, 처리결과의 예측 정밀도를 높인다. 이상, 예측 단계(203)의 처리조건의 일례를 나타내었으나, 실제로 양산 라인에서 제품 웨이퍼를 처리하는 경우는, 1매의 웨이퍼를 최초로 SF6/CHF3 혼합가스의 플라즈마로 처리하고, 계속해서 HBr/Cl2/O2 혼합가스의 플라즈마로 처리하는 등의 복수단계로 나뉘어져 있는 것이 대부분이다. 이와 같은 경우는, 최종적인 처리결과에 가장 영향을 주기 쉬운 가스와 그 반응생성물을 모의한 가스를 예측 단계(203)에 사용한다. 이와 같이 제품 웨이퍼의 종류에 맞추어 구분하여 사용하는 것이 바람직하다.
이상, 반응생성물을 모의하는 가스를 첨가함으로써 예측 정밀도를 향상하는 방법을 설명하였으나, 제품 웨이퍼의 처리를 모의하기 위한 가스를 특별히 첨가하지 않아도 플라즈마처리실의 상태를 반영하기 쉬운 가스를 사용하여 처리결과를 예측하여도 좋다. 예를 들면 본원의 발명자들이 시즈닝 단계(202)에 사용하고 있는 가스는 HBr/Cl2/O2의 혼합가스이며, 이중 HBr과 Cl2가스는 플라즈마처리실의 상태를 반영하기쉬운 가스이다. 이때는 예측 단계(203)를 특별히 설치하지 않아도 시즈닝 단계(202)의 시점에서 측정(103)을 행함으로써 예측(104)을 행할 수 있고, 실시형태로서는 도 3(b)가 된다. 도 3(b)에서는 시즈닝 단계(202)일 때에 측정(103)을 행하여 얻어진 측정값을 기초로 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)후의 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측한다.
도 4는 도 3(b)의 순서에 따라 시즈닝 단계(202)에서 예측을 행한 실험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 4(a)에는 SF6/CHF3 혼합가스 플라즈마를 사용하여 다결정 실리콘의 웨이퍼를 에칭하였을 때의 에칭속도의 변화율을 예측하기 위한 예측식을 작성하여, 실측값과 비교한 결과를 나타내었다. 시즈닝 단계(202)의 플라즈마의 발광 스펙트럼을 주성분 해석하여 얻어진 제 1 주성분 스코어를 s1, 제 2 주성분 스코어를 s2로 하여 예측식의 설명변수로 하고 있고, 4번째의 웨이퍼까지의 데이터 예측식을 작성하고, 5번째, 6번째의 웨이퍼의 측정값은 예측식의 검증에 사용하였다. 이 실험에서는 에칭속도의 변화율을 실측값과 3% 이내의 차로 예측할 수 있었다.
또, 도 4(b)는 에칭속도와 상관이 있는 라디칼을, 플라즈마의 발광 스펙트럼중으로부터 주성분 해석에 의해 추출한 것이다. 이때 Br과 Cl의 라디칼의 발광피크가 마이너스의 방향을 보이고 있다. 이것은 에칭속도가 증가할 때에 Br과 Cl 라디칼의 발광강도가 감쇠하고, 반대로 에칭속도가 저하할 때에는 Br과 Cl 라디칼이 증가하는 것을 의미하고 있다. 플라즈마처리실 내벽에 부착되어 있는 화학물질이 카본을 함유하는 유기물일 때에는 Br과 Cl 라디칼의 발광강도가 감쇠하고, 부착되어 있는 화학물질이 실리콘 산화물일 때에는 발광강도가 증가하는 것이 지금까지의 연구논문에서 보고되어 있고, 이번의 실험에서의 에칭속도의 변화의 원인은, 이들 부착물에 기인하고 있는 것이 추측된다. 이상의 것으로부터 플라즈마처리실의 내벽의 상태를 반영하기쉬운 Cl2나 HBr 가스를 첨가함으로써 웨이퍼리스 컨디셔닝(101) 직후의 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측할 수 있는 것이 나타났다.
이와 같이, 이상의 실험에 의하면, 시즈닝 단계(202)의 시점에서 에칭속도를 예측할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한 다른 실험에서는 도 3(c)의 순서에 따라 클리닝 단계(201)만을 실시하여, 클리닝(201)의 시점에서 실행한 측정(103)을 기초로 처리결과를 예측할 수도 있었다. 이 때는 클리닝(201)을 SF6/O2 혼합가스의 플라즈마로 행하고, 웨이퍼리스 컨디셔닝후에 제품 웨이퍼를 HBr/Cl2/O2 혼합가스의 플라즈마로 에칭하여 CM0S 디바이스의 게이트형상을 작성하여 게이트 폭을 평가하였다.
도 5는 상기 다른 실험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 5(a)에는 예측식과 실측값을 비교한 결과를 나타낸다. 예측식의 작성에는 1번째부터 6번째의 웨이퍼까지를 사용하고, 7번째와 8번째는 예측식의 검증에 사용하였다. 이 예측식에 의한 예측값과 실측값과의 차는 5% 이내였다.
도 5(b)는 게이트의 치수와 상관이 있는 라디칼을, 플라즈마의 발광 스펙트럼중으로부터 주성분 해석에 의하여 추출한 고유 벡터이다. 마이너스의 방향에는 불소와 SiF의 피크가 보이고 있다. 이것은 게이트 치수가 감소할 때에 불소와 SiF 라디칼의 발광강도가 증가하는 것을 의미하고 있다. 파장 690 나노미터 부근에 보이고 있는 방형상의 마이너스의 피크는, 이 파장의 발광피크가 분광기의 감도 스케일을 오버하였기 때문에 생긴 것으로, 원래는 불소의 피크이다. 도 5(b)의 고유 벡터로부터, 웨이퍼리스 컨디셔닝후에도 잔류한 불소나 불소를 함유하는 실리콘화합물이, 직후의 제품 웨이퍼의 에칭을 촉진함으로써 게이트 치수가 감소한다고(가늘어지는) 생각된다. 이상의 것으로부터 플라즈마처리실의 내벽에 부착된 화학물질을 제거하는 클리닝 단계(201)에서도 플라즈마처리실의 내벽의 상태를 알 수 있어, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101) 직후의 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측할 수 있는 것이 나타났다.
이상 설명한 바와 같이, 웨이퍼리스 컨디셔닝중의 플라즈마의 발광 스펙트럼으로부터, 웨이퍼리스 컨디셔닝후에 플라즈마처리하는 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측할 수 있는 것이, 실험에서도 분명해졌다. 이 예측값과, 제품 웨이퍼의 처리결과의 정상적인 범위를 비교하여 정상적인 범위에 있으면 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)후에 제품 웨이퍼의 착공을 개시하여 정상적인 범위를 일탈하고 있으면 처리 를 중지함으로써 불량의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
그런데, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 예를 도 3에 나타내었으나, 본 발명은 이와 같은 구성에 한정되지 않는다. 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)중에 시즈닝 단계(202)만이 있어 동시에 측정(103)을 행하는 것이어도 좋고, 단지 플라즈마처리실의 승온을 목적으로 한 단계에서 예측 가능하게 되면, 이와 같은 승온 단계를 설치하고, 그곳에서 측정(103)을 행하여도 좋다. 본 발명의 특징은 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 사이에 측정(103)을 행함으로써 처리결과를 예측하는 것이기 때문에, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 설계는 자유롭게 행하여서 좋다.
또 상기한 바와 같이 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)중에 다음의 제품 웨이퍼의 처리결과를 예측하기 위해서는, 가능한 한 제품 웨이퍼를 처리하는 상태를 모의하거나, 또는 플라즈마처리실의 상태를 반영하기 쉬운 가스로 플라즈마를 생성하면 좋다. 그러나 플라즈마처리실 내벽에 부착되는 화학물질중에는 탈리하기 어려운 것이나, 흡착하기 어려운 것이 있다. 이와 같은 때에는 처리실의 내벽을 가열하여 부착물이 휘발하기 쉬운 상태를 만들거나, 또는 냉각하여 화학물질이 흡착하기 쉬운 상태를 만들어, 내벽의 상태를 플라즈마가 반영하기 쉬운 상태를 만들어 주면 좋다. 또는 플래티나의 부착물 등과 같이 플라즈마중에 탈리하기 어려운 물질이 있을 때는, 예를 들면 플라즈마처리실의 내벽에 플라즈마중의 이온을 인입하기 위한 전계를 형성하여, 이온에 의한 스퍼터에서 생긴 화학물질의 정보를 플라즈마의 발광 스펙트럼으로부터 추출하면, 예측 정밀도가 향상한다.
도 6은 본 실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 설명하는 도면이다. 웨이퍼 를 플라즈마처리하기 위한 플라즈마처리실(250)내에는 처리가스를 공급하는 가스공급수단(251), 처리가스를 배기하여 플라즈마처리실(250)내의 압력을 제어하는 밸브(253), 가스배기수단(252) 및 압력계(254)가 구비되어 있다. 또 플라즈마처리실(250)내에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마생성수단(256)이 구비되어 있고, 플라즈마생성수단(256)에는 상기 수단에 전력을 공급하는 전원(260)과 임피던스를 조정하기 위한 튜너(259)가 구비되어 있다.
또한, 플라즈마처리실(250)내에는 처리대상의 웨이퍼(257)를 지지하는 스테이지(255)가 설치되어 있고, 스테이지(255)에는 상기 스테이지에 전압을 인가하기 위한 전원(263)과 임피던스를 조정하기 위한 튜너(262)가 구비되어 있다.
도 4 및 도 5에 나타내는 실험에 있어서는 이 플라즈마처리장치에 상태검출수단으로서 분광기(264) 및 분광기(264)로부터 출력된 신호를 받기 위한 수신부(301)를 구비한 장치제어부(265)를 설치하였다. 분광기(264)는 Ocean Optics사 제품의 SD2000이고, 약 200 나노미터부터 900 나노미터의 범위에 걸치는 파장을 2048 채널로 분해하여 신호로서 출력한다. 장치제어부(265)는 수신부(301)에 의하여 분광기(264)로부터의 출력신호를 받아 그것을 기초로 처리결과의 예측이나, 플라즈마처리장치의 제어를 행한다.
또한 분광기(264) 대신에, 상태검출수단(258 및 261)을 사용하여도 좋다.
상태검출수단(258 및 261)은, 각각 플라즈마생성수단(256) 및 스테이지(255)에 전력을 가하는 경로에 설치된 전류검출기 또는 전압검출기이다. 또한 상태검출수단으로서는 상기 분광기 외에 전류전압 위상차 검출기, 전력의 진행파 검출기, 반사파 검출기, 임피던스 모니터 등의 어느 것이어도 좋다. 전력이 교류로 공급되는 경우에는 상태검출수단(258 및 261)은, 검출한 전류나 전압을 푸리에변환하여 주파수마다 분해하고, 수개부터 십수개 정도의 신호를 생성하여 출력하는 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또 이들 상태검출수단(258, 261, 264)은, 그 중의 하나 이상을 사용하여 출력신호를 수신부(301)에 송신함으로써 본 발명의 실시는 가능하나, 이후의 설명에서는 상태검출기(264)를 분광기로 하고, 이것을 사용한 경우에 대하여 설명한다.
도 7은 도 6에 나타내는 장치제어부(265)의 상세를 설명하는 도면이다. 장치제어부(265)는 예를 들면 도 4와 도 5의 실험에서는 단체의 계산기로서 설명하였으나, 본 실시형태에 있어서는 네트워크로 연결된 복수의 계산기의 집합이어도 좋고, 플라즈마처리장치의 일부이어도 좋다.
장치제어부(265)내의 수신부(301)는, 분광기(264) 등으로부터의 출력신호를 수신하여 데이터기억부(302)에 기억시킨다. 데이터압축 등이 필요한 때에는 기억시키는 단계에서 주성분 해석 등 필요한 연산을 행한다. 한편 장치제어부(265)는 웨이퍼(257)를 플라즈마처리하여 전자현미경이나 막두께 간섭계 등으로 측정한 처리결과를, 측정장치와 연결된 네트워크 인터페이스 또는 관리자가 직접 입력하기 위한 키보드나 터치패널 등의 측정값 입력수단(303)을 거쳐 수신한다. 측정값 입력수단(303)으로부터의 입력은 측정값 기억부(304)에 기억된다.
다음에 필요에 따라 데이터기억부(302)에 기억된 데이터와 그것에 대응하는 측정값을 측정값 기억부(304)로부터 판독하여 예측식 작성부(305)에 입력한다. 예 측식 작성부(305)는 입력된 데이터를 기초로, 데이터기억부(302)로부터 입력된 데이터로부터 측정값을 예측할 수 있는 예측식을 작성하여, 예측식 기억부(306)에 보존한다. 또한 예측식의 작성에는 도 4나 도 5의 실험과 같이 주성분 해석을 사용하는 것이 적합하나, 다변량 해석을 사용하여도 좋고, 주목해야 할 라디칼의 발광강도 등의 신호를, 차 또는 비를 취하는 등으로 하여 얻은 연산결과를 설명변수로 하여도 좋다.
처리결과의 예측이 필요하게 되면, 예측 실행부(307)는 필요한 데이터를 데이터기억부(302)로부터 판독하고, 예를 들면 주성분 해석 등이 필요한 연산을 행한 후, 예측식 기억부(306)로부터 판독된 예측식에 대입하여 웨이퍼(257)의 처리결과의 예측값을 얻는다. 비교부(308)는 예측 실행부(307)로부터의 출력인 예측값과 관리값 기억부(309)에 기억된 정상적인 범위를 비교한다. 관리값 기억부(309)에 기억된 정상적인 범위는 웨이퍼(257)의 처리결과의 상한과 하한이고, 장치의 관리자를 설정할 수있다.
비교부(308)는 예측값이 정상적인 범위에 있다고 판단하면, 그 취지를 제어부(310)에 출력하고, 이것을 받아 제어부(310)는 플라즈마처리장치를 제어하여 운전을 속행한다. 한편, 비교부(308)가 예측값이 정상적인 범위에 없다고 판단하면 그 취지를 제어부(310)와 통지부(3110에 출력한다. 통지부(311)는 이 출력을 받아, 예를 들면 도시 생략한 디스플레이, 알람, 전자메일 등의 수단을 통하여 장치관리자에게 통지한다. 이 경우, 제어부(310)는 관리자로부터의 입력이 있을 때까지 플라즈마처리장치의 운전을 대기시키거나, 또는 가능하면 운전의 속행에 필요한 조치를 행하고 나서, 운전을 재개한다.
도 8은 본 실시형태에 관한 플라즈마처리장치의 운용방법에 대하여 설명하는 도면이다. 먼저 플라즈마처리실(250)의 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 행한다. 한편, 도 3에서 설명한 바와 같이 웨이퍼리스 컨디셔닝(101) 동안, 분광기(264)를 사용하여 플라즈마의 발광 스펙트럼을 측정하여 장치제어부(265)에 측정결과를 송신한다. 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)이 종료한 후, 예측값의 산출(352)을 실행한다.
다음에 예측값의 산출(352)후의 판단(353)에 있어서, 관리값 기억부(309)에 기억된 관리값과 비교하여, 예측값이 정상적인 범위에 있다고 판단하였을 때는, 웨이퍼(257)를 플라즈마처리실(250)에 반입하여 플라즈마처리(354)를 실행한다. 예측값이 정상적인 범위에 없다고 판단하였을 때는 프로세스이상의 판정(355)으로 이행한다. 이상의 판정(355)후의 처리는, 예를 들면 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 재실행이어도 좋고, 즉시 장치를 대기상태로 하는 것이어도 좋다. 또는 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 재실행 회수의 상한을 미리 설정하여 두고, 소정 회수의 재실행으로 정상적인 예측값이 얻어지지 않으면 프로세스이상이라는 판정(355)으로 이행하는 것이어도 좋다.
웨이퍼의 플라즈마처리(354)를 실시한 후는, 처리결과의 측정(356)을 행한다. 측정(356) 또는 플라즈마처리(354)를 종료한 시점에서, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)으로 되돌아가, 다음 웨이퍼(257)의 처리에 대비한다. 또 양산공정에서 처리결과의 측정값이나 예측값이 정상적인 범위에 충분히 들어가 있다고 판단할 수 있을 때는, 처리결과의 측정(356)을 매회 행할 필요는 없고, 확인을 위해 소정의 빈 도로 행하는 것만으로 좋다.
또 어느 정도의 시간이 경과하면, 장치상태검출수단(258, 261, 264)이 경시변화를 일으키는 일이 있어, 이와 같은 경우는 예측을 정확하게 행할 수 없는 경우가 있다. 예를 들면 상태측정수단(264)이 분광기인 경우에는 수광부에 화학물질이 퇴적하여 수광량이 감소하는 등의 현상이 일어난다. 이와 같은 때에는 가령 플라즈마의 발광 스펙트럼에 변화가 없어도 수광하는 스펙트럼이 변형되기 때문에 마치 플라즈마의 발광 스펙트럼이 변화하고 있는 것 처럼 보여, 측정(103)을 정상으로 행할 수 없다. 이와 같은 경우에 대처하기 위하여 일정한 기간을 거칠때마다 최신의 데이터를 사용하여 예측식을 다시 작성하면 좋다. 이때 어느 정도 오래된 데이터를 사용하여 예측식을 작성하면 분광기(264)의 성능이 경시변화되고 있기 때문에 정확한 예측식을 작성할 수 없는 경우가 있기 때문에, 오래된 데이터는 제외하고 예측식을 다시 작성하여도 좋다. 또 데이터에 가중을 주어 오래된 데이터의 영향이 작아지도록 하여도 좋고, 또는 반대로 오래된 데이터의 활용이 필요한 경우는, 오래된 데이터도 적극적으로 활용하여 예측식의 작성을 행하면 좋다.
이상, 본 발명의 제 1 실시형태를 설명하였다. 이것에 의하면, 예측값의 산출(352)을 실행함으로써, 웨이퍼(257)의 처리결과가 불량이 되었는지의 여부를 사전에 판단할 수 있기 때문에, 불량의 발생율을 대폭으로 저감할 수 있다. 또 처리결과의 예측값을 사용하여 불량이 발생하는지의 여부를 판단하기 때문에 판단기준이 명확해진다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태를 설명하는 도면이다. 이 예에서는 웨이퍼 리스 컨디셔닝(101)중에 실시간으로 예측값의 산출을 행하고, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 종점검지를 행한다. 또한 이후의 각 실시형태에 있어서의 플라즈마처리장치의 구성은 제 1 실시형태의 그것과 동일하다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 개시함과 동시에, 또는 소정의 시간이 경과한 후에 예측식을 사용하여 예측값의 산출(401)을 개시한다. 한쪽에서, 산출된 예측값의 정상적인 범위와의 비교(402)도 행하여진다. 산출된 예측값이 정상적인 범위에 있다고 판단되면, 웨이퍼리스 컨디셔닝의 종료동작(404)으로 이행하여 웨이퍼(257)의 플라즈마처리(354)가 실시된다. 플라즈마처리(354)와 그후의 처리는, 제 1 실시형태와 동일하다.
상기 비교(402)에 있어서, 산출된 예측값이 정상적인 범위에 없다고 판단되었을 때는, 웨이퍼리스 컨디셔닝시간의 확인(403)으로 이행한다. 미리 설정된 소정의 시간내이라고 확인할 수 있으면, 웨이퍼리스 컨디셔닝과 예측값의 산출을 속행하는 처리(401)로 이행하여 예측값의 산출을 속행한다. 이 사이클을 실시간으로 행한다. 적합하게는 1초 이하에 1회의 사이클이다. 한쪽에서 웨이퍼리스 컨디셔닝시간의 확인(403)으로, 소정의 시간이 경과하고 있다고 판단하면 프로세스이상의 판정(405)으로 이행하여, 처리의 정지 등 필요한 조치를 행한다.
도 10은 도 9에 나타내는 운용순서에 따라 예측값을 사용하여 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 종점을 검출하는 방법을 설명하는 도면이다. 도 10(a)에 있어서, 곡선(451)은 웨이퍼(257)에 대하여 플라즈마처리(354)를 실행한 처리결과의 예측값의 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)중의 변화를 나타내고 있고, 범위(452)는 관리값 기억 부(309)로부터 판독된 정상적인 처리결과의 범위이다.
도 10(a)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼리스 컨디셔닝(101) 초기에는 정상적인 범위(452)를 일탈하고 있는 예측값이, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)이 진행됨에 따라 정상적인 범위(452)에 근접하여 최종적으로는 정상적인 범위(452)에 들어간다. 이와 같이 예측값이 범위(452)에 충분히 들어간 것을 가지고, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 종점(453)이라고 판단하여 처리(354)로 이행한다. 도 10(a)에 나타내는 바와 같은 표시를 도시 생략한 디스플레이에 표시하여, 장치관리자가 이것을 보면서 수동으로 종점판정을 행하여도 좋고, 더욱 적합하게는 장치제어부(265)가 자동으로 종점을 판정한다. 또 종점(453)에 도달한 후에, 소정의 시간만큼 다시 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 계속하고 나서 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 종료하여도 좋다.
상기한 도 5에 나타내는 실험에 있어서, 이 실시형태를 검증하기 위하여 예측값의 변화를 나타낸 것이 도 10(b)이다. 실측값은 도 5의 실험에 있어서의 8매째의 웨이퍼의 것으로, 이것에 대하여 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)중의 클리닝 단계(201)의 처리시간을 가로축에 나타내었다. 게이트 치수의 정상적인 범위는, -3% 부터 +3%로 하고 있다. 클리닝이 진행됨에 따라 예측값이 점차로 증가하여 0%가 된 곳에서 웨이퍼리스 컨디셔닝을 종료한 바, 게이트 치수의 변화율은 -2.4%가 되었다. 이와 같이 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)중에 실시간으로 예측값을 산출하면 처리결과의 예측값이 정상적인 처리결과의 범위에 들어 간 곳에서 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 종점(453)을 얻을 수 있다.
이상과 같이 하여 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 종점(453)을 정확하게 얻을 수 있으면, 웨이퍼(257)의 정상적인 처리결과를 얻는 것이 더욱 확실하게 된다. 또 과잉의 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)이 원인으로 정상적인 처리를 행할 수 없게 되는 것이나, 플라즈마에 의한 장치부품의 과잉의 소모를 방지할 수 있어, 웨이퍼(257)의 불량율이나 장치의 메인티넌스비용을 저감할 수 있다.
또 종래기술에서는 특정한 화학물질의 발광강도 등을 감시함으로써 종점검출 하고 있었으나, 감시의 대상으로 하고 있는 화학물질 이외의 원인으로 처리결과가 변동하거나, 정상적인 범위(502)의 설정방법이 명확하지 않다는 문제가 있었다. 본 실시형태와 같이 예측값을 사용하여 종점을 관리하면 정상적인 범위(452)로서 설정해야 할 값이 명확하게 되어, 보다 확실하게 종점(453)을 얻을 수 있다.
정확한 종점(453)을 얻을 수 있게하기 위해서는 정확한 예측식을 작성할 필요가 있다. 예측식을 작성함에 있어서 주의해야 할 제 1점은, 분광기(264)로부터의 신호중, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)이 종료하기 직전의 신호만을 사용하여 예측식을 작성하는 것이다. 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 종료시가 될 수록 제품 웨이퍼(257)를 실제로 플라즈마처리할 때의 장치상태에 근접하기 위하여 종료시에 얻어지는 정보야 말로 예측식을 작성하는 데 있어서 중요한 정보이나, 아주 종료의 직전이 되면 플라즈마를 끌 때의 큰 변화가 분광기(264)로부터의 신호에 포함되기 때문에, 정확한 예측식을 작성할 수 없게 된다.
또, 주의해야 할 제 2점은, 분광기(264) 등의 장치상태검출수단에는 감도가 좋은 것을 사용하는 것이다. 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)이 종료할 때의 시간대에 있어서의 플라즈마처리실(250)의 상태는 거의 특정한 상태에 가까우나, 약간 경시변화가 있어, 이것이 제품 웨이퍼(257)의 처리결과를 변동시키고 있다. 따라서 예를 들면 분광기(264)를 사용하는 경우에는 파장 분해능이 높고, 노이즈가 적은 것을 사용할 필요가 있다. 적합하게는 본 실험에서도 사용한 Ocean Optics사 제품의 분광기 SD2000(약 200 나노미터로부터 900 나노미터의 범위에 걸치는 파장을 2048 채널로 분해한다)로 동등하거나, 그것 이상의 분해능과 S/N 비를 가지는 것이 좋다.
여기까지의 실시형태에서는, 제품 웨이퍼가 1종류라고 하여 설명하였다. 그러나 양산에 있어서는 1대의 플라즈마처리장치에서 복수종류의 제품 웨이퍼가 각각 다른 처리조건으로 처리되는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 지금까지 어떠한 종류의 제품 웨이퍼를 처리하였는지의 이력이 플라즈마처리실의 내부의 부착물로서 남기 때문에 제품 웨이퍼의 처리결과에 영향을 미치는 일이 있다. 그래서 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태의 어느 하나에 있어서 다시 2종류 이상의 제품 웨이퍼(257)가 존재하고 있어도, 동시에 예측값을 산출할 수 있는 방법에 대하여 설명한다.
도 11은 2종류 이상의 제품 웨이퍼(257)가 존재하고 있어도, 동시에 예측값을 산출하는 방법에 대하여 설명하는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 제품 웨이퍼(257A, 257B)의 2종류의 웨이퍼가 존재하고, 또한 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)에 있어서의 처리(201)의 처리조건이 2종류의 제품 웨이퍼에 공통이라고 한다. 또 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)은 어느 쪽의 제품 웨이퍼에 대해서도 공통이라고 한다.
이 경우에 있어서 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)중의 클리닝 단계(201)에 있어서 측정(103)을 실행하고, 얻어진 측정결과로부터 제품 웨이퍼(257A와 257B)의 각각의 예측식을 사용하여 처리결과를 산출한다. 이때 제품 웨이퍼(257A)의 처리결과는 정상적인 범위에 들어간다고 예측되고, 다른쪽에서 제품 웨이퍼(257B)의 처리결과는 정상적인 범위를 일탈한다고 예측되었으면, 제품 웨이퍼(257A)의 처리는 속행하고, 제품 웨이퍼(257B)의 처리는 중지하여 제품 웨이퍼(257B)는 다른 처리장치에서 처리시킨다.
이와 같이, 제품 웨이퍼(257B)가 처리중지가 된 시점에서 시간이 걸리는 메인티넌스를 개시하지 않아도, 아직 처리를 속행할 수 있는 제품 웨이퍼(A)를 계속하여 처리함으로써 장치 가동율을 향상시킬 수 있다.
도 12는 예측값의 산출결과를 설명하는 도면이고, 도 12(a)는 산출결과, 도 12(b)는 산출순서를 설명하는 도면이다. 도 12(a)의 예는, 각각 SF6/CHF3 혼합가스, HBr/Cl2/O2 혼합가스로 다결정 실리콘의 웨이퍼를 에칭하였을 때의 에칭속도를 예측한 것이다. 웨이퍼 1매에 부착 예측값이 2개 있는 것은, 상기한 바와 같이 2종류의 웨이퍼의 처리결과를 동시에 산출할 수 있기 때문이다. 실시순서는 도 12(b)에 나타낸 것으로 SF6/O2 혼합가스를 사용하는 클리닝 단계(201)의 사이에 측정(103)을 행하고, 그 후에 시즈닝 단계(202)를 실시하였다. 도 12(a)의 가로축이 웨이퍼처리매수이고, 1, 5, 9, 13, 17, 21매째에서 SF6/CHF3 혼합가스 플라즈마에서의 에칭속도를 측정하고, 25매째, 29매째에서 상기 혼합가스에서의 에칭속도를 예측할 수 있을지 검증하였다. 또 2, 6, 10, 14매째에서는 HBr/Cl2/O2 혼합가스 플라즈마에서의 에칭속도를 측정하고, 30매째에서는 상기 혼합가스에서의 에칭속도를 예측할 수 있을지 검증하였다. 그것 이외의 웨이퍼는 양산되어 있는 제품과 동일한 조건으로 벌크의 Si 더미 웨이퍼를 에칭하고 있다. 또한 예측식의 작성에는 다른 실험과 마찬가지로 주성분 해석을 사용하였다.
이 결과를 보면, SF6/CHF3 혼합가스에서의 에칭속도는 점차로 상승하여 10매째 부근에서 회색의 띠로 나타낸 정상적인 값의 영역을 일탈하고 있는 것을 알 수 있다. 실험값에서는 13매째는 정상적인 결과를 얻고 있으나, 예측값의 거동으로부터는 10매째에서 이미 처리결과가 이상으로 되어 있던 것을 알 수 있다. 이것과는 대조적으로 HBr/Cl2/O2 혼합가스를 사용한 경우, 초기부터 에칭속도는 거의 변화되지 않고, HBr/Cl2/O2로 에칭하지 않았던 기간이 15매째부터 29매째까지 계속되어도 예측값은 정상적인 값을 계속해서 나타내고, 실제로 30매째의 실측값으로 역시 정상적인 값이었던 것이 나타나 있다. 이 실험에서 분명해진 바와 같이 어느 웨이퍼를 계속해서 처리하고 있는 동안에도, 다른 웨이퍼를 처리한 결과의 예측값을 항상 모니터하여 둘 수 있기 때문에, 잠시 처리를 행하지 않은 제품에 대해서도 정상으로 처리를 끝낼 수 있을 지를 즉시 판단할 수 있다.
이것은 제 2 실시예로서 나타낸 종점검지에도 사용할 수 있고, 예를 들면 제품 웨이퍼(257A)의 예측값이 정상적인 범위에 들어가 종점이 얻어져도 제품 웨이퍼(257B)에 대해서는 아직 종점이 얻어져 있지 않으면, 예를 들면 웨이퍼리스 컨디셔 닝(101)를 속행하는 등으로 하여, 양쪽의 제품 웨이퍼에 대하여 신뢰성이 높은 플라즈마처리를 제공할 수 있게 된다. 또는 제품 웨이퍼(257A)를 이제부터 처리하려고 할 때에는 제품 웨이퍼(257A)에 대해서만 종점이 얻어진 시점에서 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 종료하고, 반대로 제품 웨이퍼(257B)를 이제부터 처리하려고 할 때에는, 제품 웨이퍼(257B)에 대해서만 종점이 얻어진 시점에서 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 종료하고, 제품 웨이퍼(257A)와 제품 웨이퍼(257B)에서 플라즈마처리실(250)의 내벽 표면의 상태, 즉 처리환경을 구분하여 사용할 수도 있다.
이상, 제품 웨이퍼(257A, 257B)의 2종류가 존재하는 경우에 대하여 설명하였으나, 예를 들면 제품 웨이퍼(257A)에 관리해야 할 값이 2개 이상 존재하여도 좋고, 이 경우 1번째의 값을 제품 웨이퍼(257A1), 2번째의 값을 제품 웨이퍼(257A2)등으로 다시 읽으면 상기의 예와 완전히 동일한 방법으로 운용을 행할 수 있다.
또, 제품 웨이퍼 이외에, 제품 웨이퍼와 유사한 구조의 테스트웨이퍼나 웨이퍼형의 측정기의 처리결과를 예측하여도 좋다. 특히 웨이퍼형의 측정기로서 전류밀도를 측정하는 웨이퍼형 프로브를 사용한 경우는, 전류밀도가 예측의 대상이 된다. 또 테스트용 웨이퍼 또는 웨이퍼형 측정기는 1종류에 한정하지 않고, 2종류 이상을 사용한 쪽이 플라즈마처리실(250)의 상태를 더욱 상세하게 평가할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시형태를 설명하는 도면이다. 이 실시형태에서는 제 1 실시예에 더하여, 예측값이 정상적인 범위에 들어가지 않을 경우에 장치의 리커버리 단계(503)를 실행하는 것이 특징이다. 또한 제 2 실시형태와 제 1 실시형태를 병용할 수 있는 것과 마찬가지로, 제 2 실시형태와 제 3 실시형태를 병용하여 도 좋다.
또한, 도 13에 있어서 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)과, 공정 352 내지 공정 356까지는, 제 1 실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
판단 353에 있어서, 예측값이 정상적인 범위를 일탈하고 있다고 판단한 경우, 판단(501)으로 이행한다. 판단(501)에서는 리커버리 단계 조건의 설정(502), 리커버리 단계(503)가 소정의 회수 반복되고 있는지를 판단한다. 만약 소정의 회수 이상, 반복실행되고 있는 경우는, 프로세스이상의 판정(355)으로 이행한다. 아직 소정의 회수 이하인 경우에는, 리커버리 단계 조건의 설정(502)으로 이행한다. 리커버리 단계 조건의 설정(502)에서는 예측값의 산출(352)에 있어서 산출된 예측값에 의거하여, 다음 공정인 리커버리 단계(503)의 조건을 설정한다. 리커버리 단계 조건의 설정(502)을 자동적으로 행하는 경우에는 예측값의 산출(352)에 있어서 산출된 예측값을 기초로, 무엇인가의 알고리즘을 사용하여 예를 들면 기존의 리커버리 단계 조건 리스트(504)로부터 선택하는 것이어도 좋고, 리스트(504)의 조건을 기초로 최적의 조건을 산출하는 것이어도 좋다. 또는 예측값의 산출(352)에서 산출된 예측값이나, 분광기(264)로부터 얻어진 데이터를 기초로 장치관리자가 수동으로 설정하여도 좋다.
또, 조건의 설정(502)을 행함에 있어서는 예측값이 1개이어도 좋으나, 2개 이상 있는 것이 적합하다.
도 14는 예측값 및 그 정상범위를 설명하는 도면이다. 예를 들면 웨이퍼(257A, 257B, 257C, 257D, 257E, 257F)의 6종류가 있다고 하여, 도 14 (a)와 같은 막대그래프, 또는 꺾음선 그래프나, 도 14(b)와 같은 레이더차트를 디스플레이(도시 생략)로 표시하여, 이것을 기초로 장치관리자가 판단하여 수동으로 리커버리 단계의 조건설정을 행하여도 좋고, 6개의 웨이퍼의 예측값을 기초로 무엇인가의 알고리즘으로 장치에 판단시켜, 설정을 행하게 하여도 좋다.
또한 도 14에 있어서, 값(551A, 551B, 551C, 551D, 551E, 551F)은 웨이퍼(257A, 257B, 257C, 257D, 257E, 257F)의 예측값을 나타내고, 범위(552)는 각각의 예측값의 정상적인 범위를 나타내고 있다. 도 14가 의미하는 바는 값(551A, 551B, 551F)은 정상적인 범위(552)보다도 큰 값을 취하고, 값(551C, 551D, 551E)은 작은 값을 취하고 있다는 것이다. 이와 같은 차트를 기초로 값(551) 중 1개 이상이 범위(552)에 들어가도록 리커버리 단계 조건의 설정(502)을 실시하면 좋다.
리커버리 단계 조건의 설정(502)이 끝나면, 리커버리 단계(503)를 행한다. 리커버리 단계(503)의 조건은, 적어도 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)에 있어서의 예측 단계(203)와 동일한 단계를 포함하고 있다. 이 예측 단계(203)에 의하여 다시 예측값을 산출하여 리커버리 단계가 성공하였는지의 여부를 판단할 수 있다. 물론, 예측 단계(203)가 클리닝 단계(201)와 일체이면, 클리닝 단계(201)를 실행하면 좋고, 다른 단계와 일체이면, 그 단계를 실행하면 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 제 3 실시형태에 의하면, 예측값이 정상적인 범위에 들어가 있지 않을 때에는 예측값을 기초로 필요한 리커버리 단계(503)의 조건을 설정할 수 있다. 또한 2개 이상의 예측값을 사용함으로써 장치상태를 종합적으로 판단하여, 보다 적합한 리커버리 단계(503)의 조건을 설정할 수 있게 된다.
도 15는 본 발명의 제 4 실시형태를 설명하는 도면이다. 이 예에서는 플라즈마처리장치의 메인티넌스를 행한 후의 복귀방법에 대하여 설명한다. 또한 제 2 실시형태에 있어서 종점검출을 행하거나, 제 3 실시형태에 있어서 리커버리 단계(503)를 실시하는 등의 방법을, 제 4 실시형태와 조합시켜도 좋다.
먼저, 처리장치가 정상적인 처리를 행하고 있는 동안에, 공정(601)으로서 테스트용 웨이퍼(257T)의 예측식을 미리 생성하여 둔다. 이 공정(601)의 구체적인 순서는 제 1 실시형태에 있어서 운용순서로서 나타낸 도 8과 동일하다.
다음에 프로세스이상의 판정(355) 등에 의해 장치를 정지시켰을 때에, 메인티넌스(602)를 개시한다. 메인티넌스(602)가 종료한 후, 처리장치의 기동(603)으로 이행한다.
기동(603)이 종료한 후, 더미 웨이퍼(257S)의 처리(604)로 이행한다. 이 처리(604)의 목적은 시즈닝으로, 메인티넌스 직후에는 화학물질이 거의 부착하고 있지 않은 플라즈마처리실(250)의 내벽을, 어느 정도의 화학물질이 부착된 정상적인 상태로 근접시키는 것이다. 처리(604)가 종료되면 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 개시하여 웨이퍼(257T)에 대하여 예측값의 산출(352)을 행한다. 다음에 판단(353)에 의하여 예측값이 정상적인 범위에 있으면 웨이퍼(257T)의 처리(354)를 개시한다. 예측값이 정상적인 범위에 없고, 또 판단(605)에 의하여 소정의 회수 이하이면, 다시 더미 웨이퍼(257S)의 처리(604)로 이행한다. 판단(605)에 의하여 소정의 회수 이상 반복되고 있으면, 프로세스이상이라는 판정(606)을 행한다. 판정(606) 이후의 조작은, 예를 들면 메인티넌스(602)를 다시 하거나, 또는 제 3 실시형태와 같이 리커버리 단계의 설정(502)과 리커버리 단계(532)를 실행하여도 좋다.
처리(354)로 이행할 수 있고, 테스트웨이퍼(257T)의 플라즈마처리(354)가 종료한 경우는 웨이퍼(257T)의 처리결과의 측정(356)으로 이행한다. 다음에 판단(607)에 있어서 장치제어부(265)는 관리값 기억부(309)로부터 웨이퍼(257T)의 정상값을 판독하여 실측값이 정상적인 범위에 있으면, 공정(608)으로 이행하여 처리장치의 복귀작업은 종료하였다고 판단할 수 있다. 그것 이후는 예를 들면 제 1 실시형태에 따라처리장치의 사용을 개시한다. 판단(607)에 있어서, 실측값이 정상적인 범위에 없으면, 판단(605)으로 이행한다.
이상이 제 4 실시형태이나, 웨이퍼(257T)의 처리결과의 측정(356)에 시간이 걸리는 경우는, 측정(356)이 종료하여 판단(607)이 종료할 때 까지의 사이에, 도면의 더미 웨이퍼(257S)의 처리(604)로부터 처리를 반복하여도 좋다. 또 테스트용 웨이퍼(257T)가 아니라, 통상의 웨이퍼(257)를 사용하여도 좋다. 이 경우는 통상의 운용, 즉 제 1 실시형태 등에서 이미 예측식이 작성되어 있을 것이므로 공정(601)과 같이 예측식을 작성하여 두는 단계는 불필요하게 된다.
또 메인티넌스(602)를 행한 후에는 메인티넌스(602) 이전, 즉 공정(601)에서 작성한 예측식으로 처리결과를 정확하게 예측할 수 없게 되는 경우가 있다. 이 원인은 장치상태검출수단(258, 261, 264)의 관측계가, 메인티넌스(602)의 무엇인가의 영향을 받은 것에 있다. 예를 들면 장치상태검출수단(264)이 분광기이면 관측창에 부착되어 있는 화학물질의 양이나 질이, 메인티넌스(602)에 의하여 변화되어 그 결과로서 수광량이 변화한 것 등을 들 수 있다. 이와 같은 경우는 예측값의 산출 (352)과 판단(353)이 정확하게 기능하지 않게 된다. 그와 같은 경우는, 도 16에 나타낸 순서로 운용하면 좋다.
도 16은 플라즈마처리장치의 메인티넌스를 행한 후의 복귀방법의 다른 예에 대하여 설명하는 도면이다. 도 16과 도 15의 차이는, 판단(651)에 있다. 기동(603)의 다음에 더미 웨이퍼(257S)의 처리(604)와 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 소정의 회수 반복하여 웨이퍼(257T)의 처리결과의 예측값의 산출(352)을 행한다. 다음에 웨이퍼(257T)에 대하여 실제로 플라즈마처리(354)를 행하여, 처리결과의 측정(356)을 행한다. 처리결과가 정상적인 범위에 있는지의 여부의 판정(607)을 행한 후, 판단(651)에 의하여 예측값과 측정값이 일치하는지, 즉 예측값과 측정값의 차가 소정의 값보다 작은지를 판단한다. 일치하고 있다는 것은, 메인티넌스전의 장치상태 및 측정기계를 재현할 수 있다는 것으로, 공정(608)으로 이행하고, 메인티넌스후의 복귀작업은 종료한다. 일치하지 않으면 프로세스이상의 판단(606)으로 이행한다.
제 4 실시형태에 의하면, 메인티넌스후의 복귀작업의 종점을 명확하게 얻을 수 있게 하는 외에, 더미 웨이퍼(257S)가 없는 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 시점에서 처리결과를 예측하기 때문에, 표면의 오염의 영향을 저감하여, 정밀도가 좋은 예측을 행할 수 있게 된다. 또한 이상의 설명에서는 웨이퍼(257T)의 처리결과를 예측함으로써 메인티넌스후의 복귀작업을 판단하는 방법을 설명하였으나, 복수의 예측식을 사용하여 복수의 처리결과를 예측하면서 실시하면, 더욱 정확하게 장치의 상태를 파악할 수 있고, 복귀작업후의 처리를 확실한 것으로 할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제 5 실시형태를 설명하는 도면이다. 여기서는 가상적인 측정기를 사용하여 장치상태를 평가하는 방법에 대하여 설명한다.
플라즈마처리실(250)의 내벽에는 여러가지의 화학물질이 부착된다. 예를 들면 실리콘산화물도 그 하나이다. 이 실리콘산화물을 제거하기 위하여 예를 들면 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 처리가스로서 SF6을 도입하여 SF6 플라즈마를 생성함으로써 SiFx (x = 1∼4)로서 제거한다고 한다. 이와 같은 경우, 플라즈마의 발광 스펙트럼중의 파장 440 나노미터 부근에 SiF의 존재를 발견할 수 있으나, 실리콘산화물 그 자체를 찾아내는 것은 어렵다. 즉, SiF의 발광강도가 충분히 감쇠한 것을 가지고, 부착되어 있는 실리콘산화물이 적어진 것을 추측할 수는 있으나, 확실하게 제거할 수 있었던 것을 확인할 수는 없다.
이와 같은 경우, 플라즈마처리실(250)의 벽에 ZnSe 등으로 구성된 창을 설치하여, 그곳을 투과하는 적외선의 흡수 스펙트럼을 사용하여 실리콘산화물의 존재를 검출하는, 이른바 FT-IR(Fourier Transformation InfraRed Spectroscopy)을 상태검출기(264)로서 사용하는 것이 바람직하나, 한편으로 이 장치가 고가인 등의 이유로, 상업용 플라즈마처리장치에 탑재하는 것은 어렵다.
따라서 이것에 대처하는 방법을 도 17에 나타낸다. 먼저 도 17(a)에 나타내는 바와 같이 플라즈마처리장치의 출하전에 벌크의 Si 더미 웨이퍼에 대하여 플라즈마처리(354)를 행하여, 어느 정도의 부착물을 부착하여 둔다. 다음에 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 행하여 부착물을 어느 정도 제거하고, FT-IR로 부착물의 양을 측정하기 위한 측정(701)을 행한다. 이 작업을 소정회수 반복한 후, FT-IR로 측정되는 부착물의 양을 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 시점에서 예측하는 예측식을 작성한다. 플라즈마처리장치를 출하할 때에는 FT-IR의 측정기를 떼어 내고 이 예측식을 기억시켜 둔다. 이후, 출하지에서는 도 17(b)의 순서에 의하여 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 사이에 부착물의 양을 실시간으로 산출하는 예측(703)을 행하여, 제 2 실시형태에서의 종점검지와 마찬가지로 예측값이 소정의 값 이하가 될 때까지 웨이퍼리스 컨디셔닝을 계속한다. 예측값이 소정의 값 이하가 되면 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)을 종료하고, 제품 웨이퍼의 플라즈마처리(354)를 실시한다. 이와 같이 함으로써, FT-IR가 없어도, 마치 FT-IR에 의해 부착물의 양을 측정하고 있는 것처럼 처리할 수 있다. 이에 의하여 예를 들면 플라즈마의 발광 스펙트럼 등으로는 제거할 수 없었는지의 여부를 판별하기 어려운 부착물에 대하여 제거의 종점을 검출할 수 있다.
그 외에, 웨이퍼형의 전류 프로브 등을 사용하여 플라즈마처리실(250)의 상태를 상세하게 평가하고 싶은 경우에도 본 실시형태는 유효하다. 즉, 웨이퍼(257)로서 웨이퍼형의 전류측정 프로브를 처리하여 얻어지는 전류값을 예측하는 예측식을 작성하여 두면 웨이퍼리스 컨디셔닝(101) 동안에 다음 처리의 시점에서 전류값이 몇개가 되는 것인지를 예측할 수 있다. 사용하는 프로브의 종류를 늘리고, 예를 들면 전류뿐만 아니라, 전자온도나 전자밀도, 발광강도분포 등을 예측할 수 있게 하고, 상기한 바와 같이 복수의 예측값을 동시에 산출하는 방법을 사용하면, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101) 동안에 더욱 상세하게 플라즈마처리실(250)의 상태를 평가 할 수 있다.
이와 같은 가상적인 측정장치를 사용하면, 플라즈마처리실(250)의 상태에 대하여 상세하게 알 수 있어, 무엇인가의 장치이상이 발생하였을 때의 원인구명에 도움이 되는 데다가 실제의 측정장치를 설치하는 것보다도 플라즈마처리장치가 저렴해진다.
도 18은 본 발명의 제 6 실시형태를 설명하는 도면이다. 이 예에서는 예측값을 기초로 웨이퍼(257)를 처리할 때의 처리조건을 조정함으로써 안정된 처리결과를 얻을 수 있다. 예를 들면 상기한 특허문헌 1 등에 표시되는 종래기술에서는 N 번째의 제품 웨이퍼(257)의 처리결과를 기초로 N + 1번째의 제품 웨이퍼(257)의 처리조건을 조정하여, 항상 일정한 처리결과를 얻을 수 있게 하고 있다. 그러나 처리조건의 조정을 행하면 본 발명에 의한 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 시점에서의 예측결과가 처리결과와 일치하지 않게 된다. 또 본 발명에 의한 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 종점검출이나 리커버리 단계의 실행 등을 행하면, 종래기술에 있어서는 이것이 외란이 되기 때문에, 처리조건의 조정을 정확하게 행할 수 없게 된다. 즉, 본 발명과 종래 기술은 단순한 병용을 할 수 없다.
따라서, 도 18에 나타내는 바와 같이, 종래기술과 같이 N 번째의 처리결과를 N + 1번째로 피드백하는 것이 아니고, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 시점에서의 예측값을 제품 웨이퍼의 플라즈마처리(106)로 피드백하여 처리조건의 조정을 행하면, 종래기술과 본 발명과의 병용이 가능하다. 즉, 도 18에 있어서의 각 처리나 판단은 도 1과 동일하나, 판단(105)에 의하여 정상으로 처리할 수 없다고 예측된 경우 에, 예측값을 기초로 한 처리조건의 조정(752)에 의하여 정상적인 결과를 얻을 수 있을지의 판단(751)을 행하여, 정상적인 결과를 얻을 수 있다고 판단할 수 있으면, 처리조건의 조정(752)을 행하여, 플라즈마처리(106)의 후에서 얻어지는 처리결과를 일정하게 할 수 있다. 이와 같이 하여 불량을 사전에 검지할 수 있는 본 발명의 이점을, 종래기술에 집어 넣을 수 있다.
단, 이때 처리조건의 조정(751)을 행함으로써, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)의 시점에서 행한 처리결과의 예측과 실제의 처리결과는 일치하지 않게 된다. 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)에서의 예측을 행하기 위한 예측식을 작성하는 데 있어서 처리조건의 조정(751)을 행한 후의 처리결과를 사용하여 버리면, 처리조건의 조정(751)이 외란이 되어 버리기 때문에 정상적인 예측식을 작성할 수 없게 된다. 그와 같은 경우에는 처리조건의 조정(751)을 행한 것에 의한 조정분을 보정값으로 하여 실제의 처리결과에 도입하고, 보정된 처리결과를 사용하여 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)에서 사용하는 예측식을 작성하면 좋다.
또, 처리조건의 조정은 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)으로부터 제품 웨이퍼로의 피드백에 한정되는 것이 아니라, 플라즈마처리를 행하기 전에 측정된 불균일을 흡수하도록 피드백 포워드하여도 좋다. 예를 들면 플라즈마처리하기 전의 제품 웨이퍼(257)에, 웨이퍼마다 웨이퍼상의 레지스트 패턴의 불균일이 있는 경우에, 플라즈마처리하기 전에 레지스트패턴을 측정하고, 그 웨이퍼의 레지스트 패턴이 평균적인 폭 보다도 굵은 경우에는 평균적인 폭보다도 굵게 되어 있는 분만큼 정상적인 범위(452)를 가늘게 보정하거나, 예측식을 보정하여 레지스트 패턴의 굵기를 반영할 수 있게 하여 플라즈마처리후의 결과에 레지스트 패턴의 불균일이 반영되지 않게 한다. 이와 같은 방법을 취함으로써 챔버내의 내벽상태의 변화뿐만 아니라, 플라즈마처리전의 포토레지스트나 웨이퍼상에 제막하는 공정 등에 기인하는 불균일도 보정할 수 있기 때문에, 아주 높은 가공 정밀도를 얻을 수 있다.
이상, 제 1 내지 제 6 실시형태를 설명하였다. 그러나 본 발명은 이상의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 또 하드웨어구성에 대해서도 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 지금까지의 설명에서는 웨이퍼(257)를 플라즈마처리하는 장치로서 설명하였으나, 예를 들면 액정디스플레이를 제조하는 장치에 적용하면, 257은 유리기판이 된다.
본 발명의 최대의 특징은, 웨이퍼리스의 웨이퍼리스 컨디셔닝후에 처리되는 제품 웨이퍼의 처리결과를 웨이퍼리스 컨디셔닝의 시점에서 예측하는 것으로, 상기한 하드웨어구성에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 분광기(264) 대신에, 분광기와 마찬가지로 다량의 신호를 출력하는 예를 들면, 플라즈마처리실(250) 내부에 삽입한 플라즈마 프로브이어도 좋고, 가스공급수단에 설치된 가스 유량계이어도 좋고, 플라즈마처리실(250), 또는 가스 배기수단(252)의 후단에 설치된 질량 분석기 등이어도 좋다. 레이저 유기형광법이나 적외 흡수법 등의 플라즈마처리실(250)에 외부로부터 빛을 도입하여 플라즈마를 투과 또는 반사한 빛의 흡수 스펙트럼 등을 검출하는 수단이어도 좋다. 또는 액티브 프로브와 같이 외부로부터 전기신호를 가하여 그 응답을 검출하는 수단이어도 좋다. 이들 상태검출수단은, 일정간격의 시간 또는 설계된 몇개인가의 샘플링시간마다 장치의 상태를 나타내는 신호를 출력한 다. 단일의 파장만을 수광하는 모노크로미터와 같은 검출기이어도 좋으나, 플라즈마처리장치나 플라즈마의 상태를 보다 정확하게 파악하기 위해서는, 다수의 신호를 출력하는 검출기가 바람직하다. 또 상태검출수단(264)의 설치장소는, 도 6에 나타낸 플라즈마처리실(250) 내벽의 위치뿐만 아니라, 플라즈마생성수단(256)이나 스테이지(255)에 설치되어 있어도 좋다.
또한, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)에 플라즈마를 사용하지 않아도, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)후에 처리결과를 예측할 수 있는 하드웨어 구성이면, 본 발명을 실시할 수 있다. 즉, 웨이퍼리스 컨디셔닝(101)으로서, 반응성이 높은 가스를 플라즈마처리실(250)내에 단지 흘리는 것만으로 부착된 화학물질을 제거, 또는 적절하게 화학물질을 부착시키는 것을 행하거나 하는 경우에는, 상태검출수단(258, 261, 264)으로서는, 예를 들면 질량 분석기나 레이저 유기형광법이나 적외 흡수법 등, 플라즈마의 전기적내지 광학적인 특성에 의존하지 않는 것을 사용하면 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 각 실시형태에 의하면, 웨이퍼를 처리하기 직전의 웨이퍼리스 컨디셔닝에 있어서의 플라즈마처리실의 상태검출 데이터와, 웨이퍼의 처리결과를 상관짓는 예측식을 작성함으로써 웨이퍼를 처리하는 사전에 불량이 될지의 여부를 검지할 수 있다. 이 때문에 불량의 발생을 최소한으로 할 수 있다.
또, 웨이퍼리스 컨디셔닝의 종점검출을 명확하게 행하는 것이 가능하게 되기 때문에 과잉의 웨이퍼리스 컨디셔닝에 의한 장치상태의 열화나 부품의 소모를 방지할 수 있다. 또 전종류의 웨이퍼의 처리결과를 웨이퍼리스 컨디셔닝중에 예측할 수 있기 때문에, 복수종류의 웨이퍼를 랜덤하게 처리하는 경우에도, 항상 전종류의 웨이퍼에 대하여 불량이 발생할지의 여부를 예측할 수 있다. 또한 불량이 되면 예측된 웨이퍼의 처리를 정지하고, 정상으로 처리할 수 있다고 예측된 다른 웨이퍼의 처리를 계속할 수 있기 때문에 플라즈마처리장치의 가동율이 향상된다.
또 복수종류의 예측값에 의해 장치상태를 명확하게 파악하는 것이 가능하게 되어, 가령 장치상태의 이상이 검출되어 리커버리 단계를 행하는 것이 필요하게 되었다 하여도 적절한 리커버리 단계 조건을 설정할 수 있다. 또 가상적인 측정장치를 탑재할 수 있다. 이것에 의하여 보다 상세하게 장치상태를 파악하여 트러블슈팅에 도움이 될 수 있다.
또 본 발명은 종래기술과 병용할 수 있다. 또 종래기술과 하드웨어 구성의 대부분이 공통하기 때문에, 대폭적인 개변이나 증설을 하지 않고 본 발명을 이용하는 것이 가능하여, 실시가 매우 간편하다.
본 발명은, 이상의 구성을 구비하기 때문에, 가공불량의 발생을 미연에 검지할 수 있고, 또한 표면상태가 관리된 더미 웨이퍼를 사용하지 않아도 정확하게 처리결과를 예측할 수 있는 플라즈마처리기술을 제공할 수 있다.
Claims (17)
- 플라즈마처리장치에 있어서,처리가스의 공급수단 및 플라즈마생성수단을 구비하고, 시료가 반입되어 있지 않은 상태 및 시료가 반입된 상태에서 각각 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 실시하는 처리실과,상기 처리실내의 플라즈마상태를 검출하는 상태검출수단과,상기 플라즈마처리실에서 처리가 실시된 시료의 처리결과 데이터를 입력하는 입력수단과,시료가 반입되어 있지 않은 상태에서 시료가 존재하는 상태를 처리실내에 모의한 플라즈마처리시에 상기 상태검출수단에 의해 검출한 플라즈마상태 데이터와, 후속되는 시료가 반입된 상태에 있어서의 플라즈마처리시에 처리가 실시되고 상기 입력수단을 거쳐 입력된 상기 시료의 처리결과 데이터를 기초로 처리결과의 예측식을 생성하여 기억하는 예측식의 생성수단을 구비한 제어부를 구비하고,상기 제어부는, 시료가 반입되어 있지 않은 상태에 있어서 상기 상태검출수단을 거쳐 새롭게 취득한 플라즈마상태 데이터와 상기 기억한 예측식을 기초로 후속되는 플라즈마처리에 있어서의 처리결과를 예측하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 시료가 존재하는 상태를 처리실내에 모의한 플라즈마처리는, 상기 시료에 플라즈마처리를 실시하였을 때에 얻어지는 반응생성물의 성분을 포함하는 처리가스를 처리실로 도입하여 행하는 플라즈마처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 시료가 존재하는 상태를 처리실내에 모의한 플라즈마처리는, 처리실에 SiF4, SiCl4, SiBr4의 적어도 하나를 포함하는 처리가스를 도입하여 행하는 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 플라즈마처리장치에 있어서,처리가스의 공급수단 및 플라즈마생성수단을 구비하고, 시료가 반입되어 있지 않은 상태 및 시료가 반입된 상태에서 각각 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 실시하는 처리실과,상기 처리실내의 플라즈마상태를 검출하는 상태검출수단과,상기 플라즈마처리실에서 처리가 실시된 시료의 처리결과 데이터를 입력하는 입력수단과,시료가 반입되어 있지 않은 상태에서의 플라즈마처리시에 상기 상태검출수단에 의해 검출한 플라즈마상태 데이터와, 후속되는 시료가 반입된 상태에 있어서의 플라즈마처리시에 처리가 실시되고 상기 입력수단을 거쳐 입력된 상기 시료의 처리결과 데이터를 기초로 처리결과의 예측식을 생성하는 예측식의 생성수단을 구비한 제어부를 구비하고,상기 제어부는, 시료가 반입되어 있지 않은 상태에 있어서 상기 상태검출수단을 거쳐 새롭게 취득한 플라즈마상태 데이터와 상기 예측식을 기초로 후속되는 플라즈마처리에 있어서의 처리결과를 예측하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서,시료가 반입되어 있지 않은 상태에 있어서의 처리 시, 플라즈마처리실을 가열 또는 냉각하는 수단 또는 플라즈마처리실로 이온 인입용의 전계를 형성하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서,시료가 반입되어 있지 않은 상태에서 행하는 플라즈마처리는, Br 또는 Cl을 함유하는 가스를 도입하여 행하는 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서,시료가 반입되어 있지 않은 상태에서 행하는 플라즈마처리는, 처리실에 퇴적한 퇴적물을 제거하는 가스 또는 처리실에 퇴적물을 퇴적시키는 가스를 도입하여 행하는 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서,시료가 반입되어 있지 않은 상태에서 행하는 플라즈마처리는, 처리실에 불소원자, 산소원자, 실리콘원자 및 카본원자의 적어도 하나를 가스 도입하여 행하는 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서,시료가 반입되어 있지 않은 상태에서의 플라즈마처리시에 상기 상태검출수단에 의해 검출하는 플라즈마상태 데이터는, 상기 플라즈마처리의 종료 직전에 취득한 데이터인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서,처리결과의 예측은 실시간으로 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 시료가 반입되어 있지 않은 상태 및 시료가 반입된 상태에서 각각 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실내의 플라즈마상태를 검출하는 상태검출수단과,상기 플라즈마처리실에서 처리가 실시된 시료의 처리결과 데이터를 입력하는 입력수단을 구비하고 시료가 반입되어 있지 않은 상태에서 시료가 존재하는 상태를 처리실내에 모의한 플라즈마처리를 행할 때,미리, 상기 상태검출수단에 의해 검출한 플라즈마상태 데이터와, 후속되는 시료가 반입된 상태에 있어서의 플라즈마처리를 행할 때에 처리가 실시되어 상기 입력수단을 거쳐 입력된 상기 시료의 처리결과 데이터를 기초로 처리결과의 예측식을 생성하여 두고,상기 생성한 예측식과, 시료가 반입되어 있지 않은 상태에 있어서 상기 상태검출수단을 거쳐 새롭게 취득한 플라즈마상태 데이터를 기초로, 후속되는 플라즈마처리에 있어서의 처리결과를 예측하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치의 처리결과 예측방법.
- 제 11항에 있어서,상기 시료가 존재하는 상태를 처리실내에 모의한 플라즈마처리는, 상기 시료에 플라즈마처리를 실시하였을 때에 얻어지는 반응생성물의 성분을 함유하는 처리가스를 처리실에 도입하여 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치의 처리결과 예측방법.
- 제 11항에 있어서,상기 시료가 존재하는 상태를 처리실내에 모의한 플라즈마처리는, 처리실에 SiF4, SiCl4, SiBr4의 적어도 하나를 함유하는 처리가스를 도입하여 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치의 처리결과 예측방법.
- 시료가 반입되어 있지 않은 상태 및 시료가 반입된 상태에서 각각 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실내의 플라즈마상태를 검출하는 상태검출수단과,상기 플라즈마처리실에서 처리가 실시된 시료의 처리결과 데이터를 입력하는 입력수단을 구비하고 시료가 반입되어 있지 않은 상태에서의 플라즈마처리시에 상기상태검출수단에 의해 검출한 플라즈마상태 데이터와, 후속되는 시료가 반입된 상태에 있어서의 플라즈마처리시에 처리가 실시되고 상기 입력수단을 거쳐 입력된 상기 시료의 처리결과 데이터를 기초로 처리결과의 예측식을 생성하여, 생성한 예측식과, 시료가 반입되어 있지 않은 상태에 있어서 상기 상태검출수단을 거쳐 새롭게 취득한 플라즈마상태 데이터를 기초로, 후속되는 플라즈마처리에 있어서의 처리결과를 예측하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치의 처리결과 예측방법.
- 제 11항 또는 제 14항에 있어서,시료가 반입되어 있지 않은 상태에 있어서의 처리시, 플라즈마처리실을 가열 또는 냉각하고, 또는 플라즈마처리실에 이온 인입용의 전계를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치의 처리결과 예측방법.
- 제 11항 또는 제 14항에 있어서,시료가 반입되어 있지 않은 상태에서의 플라즈마처리시에 상기 상태검출수단에 의해 검출하는 플라즈마상태 데이터는, 상기 플라즈마처리의 종료 직전에 취득하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치의 처리결과 예측방법.
- 제 11항 또는 제 14항에 있어서,처리결과는 실시간으로 예측하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치의 처리결과 예측방법.
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