(57)【要約】【課題】メンテナンスが正常に行われたか否かを早期に判別することのできるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供する。プラズマ処理レートに異常があったときの要因を特定することができるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】正常な装置状態と、高周波電力の電力条件やガス条件など、チャンバー条件のうちの各要素を変化させたときの、各状態におけるインピーダンスと処理速度を測定し、これらの関係についてあらかじめ変化曲線（関係式）を作成しておき、メンテナンス後に電力条件を測定し、測定値があらかじめ決められた範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に応じて、早期に異常を検出するとともに、不良要因を特定するようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気されたチャンバー内に反応性ガスを導入し、高周波電力発生源から高周波電力を印加して、プラズマを励起し、被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
正常な処理状態におけるインピーダンスと、そのときの前記被処理基板の処理速度とを測定し、正常状態の範囲を規定する工程と、
前記プラズマ処理を行うに先立ち、ダミーウェハを用いてインピーダンスと、前記ダミーウェハの処理速度を測定する測定工程と、
前記測定工程において、前記処理条件が、前記範囲内にあるか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
さらに、あらかじめ、正常な処理状態から、少なくとも２つの処理条件を変化させたときのそれぞれの処理条件変化に対するインピーダンス変化と、そのときの前記被処理基板の処理速度変化とに対して、変化曲線を作成する工程を具備し、
前記判定工程で、前記範囲外にあると判定された場合には、前記ダミーウェハを用いた場合のインピーダンスおよび処理速度の測定値と、前記変化曲線とを比較照合することにより、原因を特定する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記測定工程は、メンテナンス後、実行されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記測定工程は、所定の枚数のウェハを処理する度ごとに、実行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記インピーダンスは、電流および電圧を測定し、これらの値に基づいて算出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
真空排気され得るように形成されたチャンバーと、
前記チャンバー内を所望の圧力となるまで真空排気する排気手段と、
前記チャンバー内に反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段と、
前記チャンバー内で相対向するように配設された２つの電極間に、高周波電力を発生して、前記反応性ガスをプラズマ励起する高周波電力発生源とを具備し、前記電極の一方に載置された被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記高周波電力の電流および電圧を検出する電流・電圧検出器と、
前記電流・電圧検出器の出力からインピーダンスを算出する変換器と、
前記プラズマ処理の処理速度を検出する速度検出器と、
正常な処理状態における前記変換器および前記速度検出器の出力を基準値範囲とし、この基準値範囲を格納するとともに、正常な処理状態から、少なくとも２つの処理条件を変化させたときのそれぞれの処理条件変化に対するインピーダンス変化と、そのときの前記被処理基板の処理速度変化とに対して、変化曲線を作成し、この変化曲線を格納するデータベースと、
前記速度検出器および変換器の出力を前記データベースから取り出されたデータとを比較照合する比較器と、
前記比較器の比較結果から異常の原因を特定するように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置にかかり、特にそのメンテナンス後のチェック方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
近年、半導体ウェハ特にシリコンウェハや液晶用ガラス基板などの大型化が急速に進んでいる。このため、半導体装置や液晶表示装置などの製造におけるプラズマ処理例えばエッチングや成膜に際しては、基板全面にわたって均一なエッチングあるいは成膜が極めて重要な課題となっている。
【０００３】
特に半導体装置分野では、半導体装置の高集積化に伴い、半導体装置の微細化は進む一方である。このため、エッチングあるいは成膜の分野でも高品質で信頼性の高い工程を必要とするようになってきている。
【０００４】
そこで、比較的低温で高精度の加工が可能な方法としてプラズマを用いたプラズマ処理がある。このようなプラズマ処理においても、高精度の加工を行うためにはプラズマ状態を常に安定な状態に維持しておく必要がある。そこで従来、プラズマ状態をモニタするために種々の方法が提案されている。
【０００５】
（１）プラズマにレーザ光等をあて、特定スペクトルの原子吸光を利用してプラズマ状態を測定する方法
（２）質量分析器を用いて、真空容器内の分子を質量から判断して何が出ているかを測定する方法
（３）プラズマ状態内に測定プローブを突き出して、測定プローブに流れる電流でプラズマ状態を測定する方法
（４）高周波電力を測定する検出器を下部電極と整合器の間に挿入して、プラズマのインピーダンスからプラズマ状態を測定する方法などがある。
【０００６】
なかでも、現在は、上記（３）や（４）の方法で、プラズマ状態のモニタリングを行う方法が主流である。
【０００７】
しかしこのような方法で、大面積にわたり均一性をモニタするには、時間と労力に限界があり、短時間で効率よくモニタするための種々の方法が提案されている。
【０００８】
例えば従来のプラズマエッチング装置では、装置の制御パラメータである高周波電力、チャンバー圧力、ガス流量、マッチングポジション、などをモニタし、パラメータごとにあらかじめ決められている所定の範囲から外れたときに、異常であると判断し、装置の動作を停止するインターロック方式が一般に採用されている。
またこのような測定値からマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定の値を超えたとき異常動作が発生したことを判定する方法が考案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特願２０００−１１４１３０号
【００１０】
ところで従来のプラズマ処理装置は、図４に示すように、チャンバー１０１内の上部にとりつけられた上部電極１０２と、この上部電極１０２に相対向して設けられ被処理基板が設置される下部電極１０３と、チャンバー１０１内を真空排気する真空ポンプ（図示せず）と、チャンバー１０１内に所望の反応性ガスを供給するガス供給源（図示せず）と、前記上部電極１０２と下部電極１０３との間に高周波電圧を供給し、プラズマを発生する高周波電源１０７とを具備してなるものである。また、下部電極１０３は高周波整合器１０８を介して高周波電源１０７に接続されており、下部電極１０３と上部電極１０４との間にＲＦ高周波（１３．５６ＭＨｚ）を印加することにより、真空処理槽１０１内にプラズマを励起しエッチングあるいは成膜等の表面処理を行うように構成されている。
【００１１】
プラズマ処理に際しては、このチャンバー１０１内に対向して配置された電極に対して、上部電極１０２を接地電位（ＧＮＤ）に接続し、下部電極１０３に整合器１０８を介して高周波電源１０７を接続しておく。
【００１２】
そしてまず、このチャンバー１０１内を真空ポンプで排気し所望の真空度となるまで減圧する。
次にプロセス処理に必要な反応性ガスを流してチャンバー１０１内を一定の圧力に保ち、高周波電源１０２から高周波電力を下部電極１０３に印加することによりプラズマを生起せしめる。ここで下部電極１０３に印加される高周波電力は、コイルや可変コンデンサで構成される整合器１０８によって整合をとっている。
【００１３】
例えばエッチング処理に用いられる場合、エッチング処理が進行するに従い、反応生成物がチャンバー内壁に堆積していき、ある程度以上に達すると反応性生物はパーティクルとしてウェハ上に落下してしまう。このため、エッチング装置の場合はＲＦ放電時間が所定の時間に達するとチャンバーを開いて、反応生成物の堆積したチャンバー内の拭き取りメンテナンスやパーツの交換などを実施している。
【００１４】
例えば従来は、メンテナンス実施（ステップ１００１）後の装置立ち上げの手順としては、そのプロセスの一例を図５に示すように、まず真空引き（ステップ１００２）を数時間行い、次に、シーズニングを行い（ステップ１００３）、メンテナンステストを行い（ステップ１００６）、最後にエッチングレートおよびパーティクルの測定（ステップ１００７）を行い、ＯＫであるか否かを判断している（ステップ１００５）。
【００１５】
したがって、メンテナンス時などに、ボルトの締め忘れやパーツの上下逆取付けなどの間違いが発生した時には、最終のエッチングレート測定まで異常として発見されないことがある。
最終のエッチングレート測定時に異常が発見された場合、この後、修復を行い、再度メンテナンス（ステップ２００８）を行わねばならない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、再メンテナンスにより更に生産停止時間が延び、これが生産性低下の要因となっている。また、レート測定で異常が発見されたときでもその要因特定が難しく、時間を要していた。
【００１７】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、メンテナンスが正常に行われたか否かを早期に判別することのできるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、プラズマ処理レートに異常があったときの要因を特定することができるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、種々の実験の結果、本発明者らは、インピーダンスと処理速度との関係が、高周波電力の電力条件やガス条件など、チャンバー条件のうちの要素毎の変化に応じて、変化するのみならず、変化曲線が各要素に対応した傾きを持つという事実を発見し、本発明はその事実に着目してなされたものである。
【００２０】
本発明では、正常な装置状態と、高周波電力の電力条件やガス条件など、チャンバー条件のうちの各要素を変化させたときの、状態毎のインピーダンスと処理速度を測定し、これらの関係についてあらかじめ変化曲線（関係式）を作成しておき、メンテナンス後に電力条件を測定し、測定値があらかじめ決められた範囲内にあるか否かを判断し、その判断結果に応じて、早期に異常を検出するとともに、不良要因を特定するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
すなわち本発明の第１では、真空排気されたチャンバー内に反応性ガスを導入し、高周波電力発生源から高周波電力を印加して、プラズマを励起し、被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、正常な処理状態におけるインピーダンスと、そのときの前記被処理基板の処理速度とを測定し、正常状態の範囲を規定する工程と、前記プラズマ処理を行うに先立ち、ダミーウェハを用いてインピーダンスと、前記ダミーウェハの処理速度を測定する測定工程と、前記測定工程において、前記処理条件が、前記範囲内にあるか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
係る構成によれば、あらかじめ正常な処理状態におけるインピーダンスと処理速度とを測定しその範囲を規定しておくようにし、処理を行うに先立ち、ダミーウェハを用いてインピーダンスおよび処理速度を測定することにより、早期に異常を発見することができ、処理に要する時間の低減をはかることができる。ここでダミーウェハとしてはベアのシリコンウェハを使用するようにすれば、マスクパターンの形状など、他の要因に左右されることなく容易に処理を行うことが可能となる。なお、インピーダンスはプラズマ密度に対応している。すなわちインピーダンスが低いということはプラズマ中に電子、イオンが多く、プラズマ密度が高い。
【００２３】
さらに、あらかじめ、正常な処理状態から、少なくとも２つの処理条件を変化させたときのそれぞれの処理条件変化に対するインピーダンス変化と、そのときの前記被処理基板の処理速度変化とに対して、変化曲線を作成する工程を具備し、前記判定工程で、前記範囲外にあると判定された場合には、前記ダミーウェハを用いた場合のインピーダンスおよび処理速度の測定値と、前記変化曲線とを比較照合することにより、原因を特定する工程とを含むことにより、容易に異常要因を特定することができ、作業性よく修復を行うことが可能となる。
【００２４】
また望ましくは、この測定工程は、メンテナンス後、実行するようにすれば、ダミーウェハに対して早期に測定を行うことができ、作業性よく処理を行うことが可能となる。
【００２５】
また、この測定工程は、所定の枚数のウェハを処理する度毎に、実行されるようにすれば、早期に異常発見を行うことが可能となる。
さらに前記インピーダンスは、電流および電圧を測定し、これらの値に基づいて算出するようにすれば、容易に検出可能である。
【００２６】
本発明の第２では、真空排気され得るように形成されたチャンバーと、前記チャンバー内を所望の圧力となるまで真空排気する排気手段と、前記チャンバー内に反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段と、前記チャンバー内で相対向するように配設された２つの電極間に、高周波電力を発生して、前記反応性ガスをプラズマ励起する高周波電力発生源とを具備し、前記電極の一方に載置された被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記高周波電力の電流および電圧を検出する電流・電圧検出器と、前記電流・電圧検出器の出力からインピーダンスを算出する変換器と、前記プラズマ処理の処理速度を検出する速度検出器と、正常な処理状態における前記変換器および前記速度検出器の出力を基準値範囲とし、この基準値範囲を格納するとともに、正常な処理状態から、少なくとも２つの処理条件を変化させたときのそれぞれの処理条件変化に対するインピーダンス変化と、そのときの前記被処理基板の処理速度変化とに対して、変化曲線を作成し、この変化曲線を格納するデータベースと、前記速度検出器および変換器の出力を前記データベースから取り出されたデータとを比較照合する比較器と、前記比較器の比較結果から異常の原因を特定するように構成したことを特徴とする。
【００２７】
かかる装置によれば、早期に異常検出を行うことができると共に、容易に異常要因を検出することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施形態のプラズマ処理装置は、エッチング装置であり、図３に示した従来例のプラズマ処理装置に、高周波電源１０７に接続されたインピーダンス整合器１０８と、電極１０３との間に、電圧および電流を検出する電流・電圧検出器１０９を配設し、この電流・電圧検出器１０９で検出された電流・電圧から、電流・電圧に加え位相およびインピーダンスに変換する変換器１１０と、変換器１１０の出力を、あらかじめ当該装置における正常状態のインピーダンスと処理速度に関するデータおよび、ガス条件、電力条件等のチャンバー条件の要素を変化させたときの各要素毎の変化曲線の関係データを格納した装置データベース１１２と、実際の測定値とこの装置データベースから読み出した変化曲線との関係を比較照合する比較照合装置１１１とを付加し、早期にメンテナンス不良およびその要因を検出できるようにしたことを特徴とするものである。他の部分については図３に示した従来例のプラズマ処理装置と同様に形成されている。
【００２９】
なお、このチャンバー１０１内には、図３に示した従来のプラズマ処理装置と同様に、平行平板電極が配置されている。下部電極１０３は、エッチング処理をする被処理基板１０４としての半導体ウエハを載置するステージとなり、上部電極１０２は下部電極１０３に対向している。下部電極１０３と上部電極１０２には、高周波電源１０７によって高周波電力が印加されるようになっている。高周波電源１０７と下部電極１０３との間には、下部電極１０３上の半導体ウェハに印加される高周波電力の整合をとるために整合器１０８が設けられている。
【００３０】
整合器１０８は、直列に配線される可変コイルと、可変コンデンサとから構成されている。チャンバー１０１の上部にはガス供給系（図示せず）が接続されている。チャンバー１０１には真空ポンプ（図示せず）が接続されている。一定流量のエッチング処理用ガスを流し、真空ポンプ１０により真空排気をして真空容器１内を一定圧力にして、高周波電源１０７より下部電極１０３に高周波電力を印加し、整合器１０８で整合をとって良好なプラズマ状態を生起する。
【００３１】
以下、前記プラズマ処理装置を用いてドライエッチングを行う方法について図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、実際の操作に先立ちデータベースの作成を行う。
データベースの作成に際しては、まず搬出入手段によりベアの半導体ウェハを被処理基板１０４としてチャンバー１０１に搬入し、下部電極１０３上に載置する。
【００３３】
そして、チャンバー１０１内に反応性ガス導入手段によりガスを導入すると共に、排気手段（図示せず）によりチャンバー１０１内の気体を排出し、圧力制御手段１０２により、チャンバー１０１の内部を所定の圧力に維持する。
【００３４】
次に高周波電源１０７から高周波電力を下部電極１０３に印加する。
下部電極１０３に印加される高周波電力によりチャンバー１０１内の気体がプラズマ化され、プラズマ中の電子およびラジカルにより被処理基板１０４上の被エッチング膜をプラズマエッチングする。
【００３５】
ここで排気ガス成分やエッチング反応により生じた反応生成物は、図示しない排気手段により排気される。
【００３６】
この操作により、高周波電力の印加条件を変更し、電流・電圧検出器１０９の測定値とエッチング速度との関係式を作成する。ここではガス流量やＲＦ電力などの夫々について標準条件に対して±１０％程度変動させたときの測定値とエッチング速度とを測定し、関係式を作成する。ここで半導体ウェハとしてはベアのシリコンを使用して変動要因をできるだけ小さくしてエッチング速度を検出した。このようにして装置データベース１１２を作成しておく。このデータベースの一部を図３に示す。縦軸はエッチング速度（四角ドット）、インピーダンス（三角ドット）、横軸はＣ５Ｆ８の流量変化、酸素Ｏ２の流量変化、下部電極温度ＢＴＭ、上部電極温度ＴＯＰ、チャンバー内圧力Ｐｒｅ、室温Ｂ．ｔｅｍｐを示す。
【００３７】
この状態で、エッチングを開始し、所定期間経過後、メンテナンスを実施する（ステップ１００１）。
【００３８】
まず搬出入手段により被処理基板１０４としてのダミーの半導体ウェハをチャンバー１０１に搬入し、同様にして下部電極１０３上に載置する。チャンバー１０１内に反応性ガス導入手段によりガスを導入すると共に、排気手段（図示せず）によりチャンバー１０１内の気体を排出し、圧力制御手段１０２により、チャンバー１０１の内部を所定の圧力に維持する（ステップ１００２）。
【００３９】
次に高周波電源１０７から高周波電力を下部電極１０３に印加する。
下部電極１０３に印加される高周波電力によりチャンバー１０１内の気体がプラズマ化され、プラズマ中の電子およびラジカルによりダミー基板上の被エッチング膜をプラズマエッチングするとともに、このときのインピーダンスとエッチング速度（処理速度）を検出する（ステップ１００３Ｓ）。
【００４０】
そして装置データベースとの比較照合を行う（ステップ１００４）。ここでは電流電圧検出器１０９で検出された検出値から変換器１１０により電流・電圧を位相およびインピーダンスに変換し、装置データベース１１２と照合することによりメンテナンスの良否判定を行う。
【００４１】
そしてＯＫであるか否かを判断し（ステップ１００５）、ＯＫであれば、メンテナンスを行う（ステップ１００６）。ここではプラズマ処理のためのガス流量、圧力、チャンバーリークの有無などを検出する。
【００４２】
そしてエッチング速度、およびパーティクルの測定を行い（ステップ１００６）、次のバッチのエッチング処理工程を実行する。
前記判断ステップ１００５でメンテナンスに問題があると判断された場合は要因に対する処置を行う（ステップ１００８）。このときデータベースの照合により要因がガス流量のずれなのか圧力のずれなのかパーツ組み付けミスであるのかなど原因を特定することができる。
例えば、インピーダンスが１０５．９オーム、エッチング速度が４１０ｎｍ／ｍｉｎであったとき、この値がエッチング速度３９５ｎｍ／ｍｉｎ、インピーダンス１０６．５５オームを外れており、異常であると判断する。さらにこの点は図３の曲線上のどの上にあるかを判断し、要因を調べる。
この場合は、図３の曲線上の点Ａにもっとも近く、従ってＣ５Ｆ８流量増加時の変化と類似していると判断し、異常要因がＣ５Ｆ８の流量増大によるものであると判断する。
またインピーダンスが１０５．５オーム、エッチング速度が４００ｎｍ／ｍｉｎであったとき、同様にして、異常の有無および、要因を調べる。
この場合は、図３の曲線上の点Ｂにあり、圧力低下時の変化と類似していると判断し、異常要因が圧力低下によるものであると判断する。
【００４３】
このようにして、上記特定された要因を修復し、再度チャンバーの真空引きステップ１００２に戻り再度良否判定を行う。
この方法によれば、メンテナンステストを行うに先立ちメンテナンスの良否が判定されるため、早期に異常が発見されるため、処理を効率化することが可能となる。
【００４４】
このモニタリングにより、プラズマ処理のためのガス温度、圧力、チャンバーリークの有無などを、早期に効率よく異常を発見することができるため、長期にわたって作業性よく高精度で安定した測定を行うことができる。
【００４５】
なお前記実施の形態では、エッチング処理について説明したが、プラズマＣＶＤ，プラズマスパッタリングなどの成膜工程でも適用可能であることはいうまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、メンテナンス後に検出された電流、電圧、位相およびインピーダンスがあらかじめ決められた所定の範囲内にあるか否かを判定し、範囲外の時にはあらかじめ作成された関係式と比較照合することにより、メンテナンスが正常に行われたか否かを早期に判別することができ、かつ要因を、特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のプラズマ処理装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のプラズマ処理工程のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態で用いられるデータベースのインピーダンス、エッチング速度の変化曲線データを示す説明図である。
【図４】従来例のプラズマ処理装置を示す図である。
【図５】従来例のプラズマ処理工程のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１０１  チャンバー
１０２  上部電極
１０３  下部電極
１０４  被処理基板
１０７  高周波電源
１０８  整合器
１０９  電流・電圧検出器
１１０  変換器
１１１  比較照合器
１１２  装置データベース
【図１】
2004152999.tif 000003
【図２】
2004152999.tif 000004
【図３】
2004152999.tif 000005
【図４】
2004152999.tif 000006
【図５】
2004152999.tif 000007