(57)【要約】【課題】劣化することがなく、処理室を汚染するおそれがない電源を備えたプロセスモニタを提供すること。【解決手段】プロセスモニタとして半導体ウェハ上に設けられたセンサを用い、その電源としてコンデンサを採用する。コンデンサはポリシリコンとシリコンナイトライドでウェハ上に積層形成することができる。また、タイマを備えてプロセスモニタの動作時間や動作タイミング等を指定することができる。さらに、キーワードをプロセスモニタのＲＯＭに記憶させることにより、不正使用を防止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上に形成されたセンサを有するセンサウェハによりプロセスをモニタするプロセスモニタであって、前記センサウェハにコンデンサを備えて電源とすることを特徴とするプロセスモニタ。
【請求項２】
記憶手段を備え、前記モニタの結果である測定データを記憶することを特徴とする請求項１記載のプロセスモニタ。
【請求項３】
タイマを備え、前記タイマによって測定時期及び測定期間を指定することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロセスモニタ。
【請求項４】
キーワードを記憶しているＲＯＭを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセスモニタ。
【請求項５】
前記コンデンサは、ポリシリコンとシリコンナイトライドを前記半導体ウェハ上に積層して形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロセスモニタ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロセスモニタを使用する半導体製造装置であって、前記プロセスモニタを格納するプロセスモニタ格納部を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロセスモニタを使用する半導体製造装置であって、プロセスモニタの電源である前記コンデンサを充電する充電機構を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
請求項２〜５のいずれか１項に記載のプロセスモニタを使用する半導体製造装置であって、前記記憶手段に記憶された測定データを読み書きする読み書き機構を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項９】
前記読み書き機構から読み出された測定データを予め作成した基準データと比較して、前記測定データが前記基準データの所定範囲を超えた場合に所定の制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプラズマ処理のような半導体製造プロセスをモニタするプロセスモニタ及びプロセスモニタを使用する半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置において、プラズマプロセスを最適に制御するためのプラズマ密度、温度等の測定は、例えば工場での開発時にプラズマプローブや熱電対をプラズマ処理室に挿入して測定していた。しかし、ＬＳＩの製造において多品種小量生産が増えてくると、それぞれプロセスの条件が異なり、プロセスの変更ごとにプラズマ状態の測定が必要となってくる。そしてその都度プローブ等を挿入して測定するとなると非常に面倒なもので、測定・制御用の配線が必要で、測定対象に外乱を与えるものであった。また、多点同時測定が困難であり、実際に測定が必要な領域を測定するのも困難であった。更に汚染の問題や稼動率の低下の問題も生じる。
【０００３】
最近、プローブを用いないセンサであって、通常のシリコンウェハと同様に搬送を行うことができるセンサウェハが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｙｅｎ  Ｔｒａｎ，  Ｔｉｍ  Ｙｅｈ  ａｎｄ  Ｂｒｕｃｅ  Ｄｕｎｎ  （ＵＣＬＡ）  「センサアレイを動作させるためのリチウムバッテリの開発」（”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ａｒｒａｙｓ”  ）  ＳＦＲ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １４，  ２００１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、センサウェハの電源であるバッテリは充放電を繰り返すことにより劣化するものであり、不測の事故等でセンサウェハが破損するような場合バッテリを構成する材料によってプラズマ処理室が汚染されるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み、ほとんど劣化することがなく、汚染のおそれがない電源を備えたプロセスモニタ、及び該プロセスモニタを使用する半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、センサウェハを用いるプロセスモニタの電源としてコンデンサを採用する。コンデンサは、絶縁膜が変質しない限りは充放電を繰り返すことによる劣化はなく、コンデンサを構成する材料も処理室を汚染するおそれがない材料を選択することができる。例えば、コンデンサはポリシリコンとシリコンナイトライドで積層形成することができる。
【０００８】
また、本発明のプロセスモニタには、測定データを記憶する記憶手段を備えることもできるし、データタイマを用いてプロセスモニタの動作時間や動作タイミング等を指定することもでき、特定の状態について測定することができる。
さらに、キーワードをプロセスモニタのＲＯＭに記憶させることにより、不正使用を防止することができる。
【０００９】
このプロセスモニタを使用する本発明の半導体製造装置は、プロセスモニタを格納するプロセスモニタ格納部、電源であるコンデンサを充電する充電機構、又はプロセスモニタの測定データの読み書き機構を備える。
また、本発明の半導体製造装置は、読み書き機構から読み出された測定データを予め作成した基準データと比較して、前記測定データが前記基準データの所定範囲を超えた場合に所定の制御を行うこともできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の１実施形態のプロセスモニタの概要を示す図である。図１におけるプロセスモニタは、例えば直径３００ｍｍの半導体ウエハ１の表面に、十文字状に並ぶ１０ミリ角の９個のセンサ２１〜２９を備えている。本例では、ウェハ１の２箇所に、直列に接続されて電源として動作する積層コンデンサ１１、１２を備え、センサによる測定及び測定信号の読出し動作の電源として使用される。コンデンサの充放電は、コンデンサの両極に接続する充放電端子３１、３２によって行われる。コンデンサを直列に接続して使用するか、並列に接続して使用するかは、必要な容量、耐電圧等を考慮して適宜選択することができる。
【００１１】
また、タイマ５及びコントローラ４を備え、タイマ５によって、測定動作の開始及び終了時刻又は、測定継続時間などが指定でき、コントローラ４によって、センサによる測定動作、測定された信号の記憶装置への書込み及び読出し、外部との信号の授受等が制御される。
【００１２】
さらに、記憶装置として測定データ記憶用メモリ６及びＲＯＭ７を備え、センサ２１〜２９によって検出されるプラズマの状態を示すデータは測定データ記憶用メモリ６に記憶され、Ｉ／Ｏ端子４１，４２を介して外部に信号を取り出すことができる。ＲＯＭ７には、当該プロセスモニタを特定するためのパスワード又はキーワードが記憶されている。
【００１３】
図２は、プロセスモニタのコンデンサに充電する１例を示す。コンデンサの充放電端子３１，３２に対して、それぞれに対応する端子３１’，３２’を備え、３次元的に移動可能な充電部材３０’を例えばカセット室に設けられる充電機構に備え、接触させて充電する。Ｉ／Ｏ端子４１，４２についても同様に、データ読出し機構に設けられる部材の端子に接触させてデータ信号を取り出すようにする。
【００１４】
図３は、本発明の電源であるコンデンサの一例を示す。図１では、ウェハの２箇所に配置された例を示したが、図３では１個のコンデンサが配置されているものとして説明する。コンデンサは、Ｓｉウェハからなる基板Ｓ上にマイクロマシニングにより作り込まれる。基板Ｓには、図示しないが、測定制御用ＩＣ、測定データ記憶用メモリ（ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）等測定動作及び信号授受のための半導体回路及びその他プロセスモニタに必要な回路が集積配置されている。
【００１５】
基板Ｓの上に絶縁層Ｄ１〜Ｄｎ−２、配線層Ｍ１〜Ｍ２が形成され、配線層Ｍ３〜Ｍｎ−１に設けられた電極Ｅ１〜Ｅｎ−３間に狭持された誘電体層Ｄ２〜Ｄｎ−３によってコンデンサが積層形成されている。電極Ｅ１〜Ｅｎ−３はポリシリコンからなり、誘電体層Ｄ２〜Ｄｎ−３はシリコンナイトライドからなる。端子Ｔ１，Ｔ２は、図１の充放電端子３１，３２に相当する端子であって、端子Ｔ１は、配線層を貫通するビアを介して配線層Ｍ３に設けられた電極Ｍ３に接続し、端子Ｔ２は配線層Ｍｎ−１に設けられた電極Ｅｎ−３に接続される。端子Ｔ１，Ｔ２はＡｌでもよいが、ポリシリコンを用いることもできる。ただし、Ｓｉのエッチングプロセスのセンサとして用いる場合は、端子をＴｉやＷ等の材料で構成してもよい。コンデンサの形成のための積層数は適宜選択することができるが、おおむね１０〜１００層程度である。
【００１６】
このようなマイクロマシニングによるコンデンサの製造方法は適宜公知の方法を用いればよい。本例では、配線層Ｍ１の配線はＡｌ配線を採用しており、前面にＡｌを付着させた後エッチング等でＡｌを取り去って絶縁層を埋めるようにしている。その他上下の層を電気的に接続する配線はＷを用いたビア配線によっているが、他の材料を用いることもできる。また、コンデンサを構成する電極と誘電体も適宜他の材料を使用することができる。コンデンサの形状もさまざまな形状とすることもできるし、コンデンサを形成する部分を他の部分と区別してコンデンサのみを積層構造で形成してもよい。
【００１７】
次に、本発明による１実施形態のプロセスモニタにより半導体製造装置におけるプラズマプロセスを測定する際の動作及び作用を説明する。
【００１８】
半導体製造装置は公知のどのようなものでもよいが、ここではプラズマ処理室のほか、カセット室、アライメント室、搬送ロボット室等が設けられ、処理すべきウェハは、カセット室に載置されて、搬送ロボットによりカセット室からアライメント室を介してプラズマ処理室に搬送され、処理が終わるとカセット室に戻るような装置を例に説明する。
【００１９】
センサウェハであるプロセスモニタは半導体製造装置のカセット室に格納されている。カセット室は、センサウェハの電源であるコンデンサを充電するための充電機構及び測定されたデータの読出し機構を備えている。ロット開始前など処理室のプラズマ条件を測定する必要があるときには、カセット室から通常のウェハを搬送するのと同様に、充電され測定可能となったプロセスモニタをウェハ搬送ロボットで取り出し、搬送し、処理室に導入し、サセプタに載置して測定用プロセスを実行する。センサ自体の動作は公知のもので、予め決められた測定プロセスに従ってプラズマ密度やプラズマ温度等を測定する。測定時間は通常１分から３０分であって、半導体ウェハ上のコンデンサによる電源で充分動作させることができる。
【００２０】
本例のセンサウェハは、またタイマを備えていて、処理プロセスの開始時・中間・終了時といった特定の測定期間を選択することができる。これはプロセス全体にわたる平均化したデータではなく、特定の期間のデータを得ることができることを意味する。例えば、プラズマ着火時のプラズマの不安定性により素子にダメージが入るようなプロセスでは、プラズマ着火時のデータのみを測定することができ、非常に有効である。
【００２１】
なお、センサウェハを格納し充電などを行う室はカセット室に限るものではない。搬送ロボット室、アライメント室でもよいし、センサウェハのための専用チャンバを設けてもよい。また、充電時にタイマをセットするようにしてもよい。場合によっては、処理すべき通常のウェハとともにセンサウェハをウェハカセットに載置して、プラズマ処理後に取り出すようにしてもよい。
【００２２】
測定終了後はカセット室にセンサウェハを戻し、必要に応じて充放電端子３１，３２により外部電源と接続して、測定データ記録用メモリ６に保存されたデータをＩ／Ｏ端子４１，４２を介して読み出す。データ読出しの際には、センサウェハのＲＯＭ７に記憶された特定のキーワードをデータ読出し機構で読み取ることができないとデータ読出しの動作ができないようにする。このようにすれば、センサウェハの不正使用を防止することができる。
【００２３】
また、測定データに基づいて製造条件の変更やメンテナンス要求を行う制御手段を設けてもよい。すなわち、プラズマに関して予め測定し事前評価したデータからなるデータベースを構築しておき、このデータベースを半導体製造装置内に備えるか、あるいは外部サーバに備えるようにする。そして、この制御手段によりセンサウェハから読み出された測定データを、半導体製造装置内のデータベース、あるいは通信手段により接続された外部サーバのデータベースとを比較する。
【００２４】
データベースのデータと測定データとの比較結果が基準値外である場合は、制御手段により半導体製造装置の動作条件を変更するようにコントロールしてもよいし、装置を停止しメンテナンスを要求する信号を発信することとしてもよい。いずれにせよ製品歩留まりの低下を防ぐことが可能となる。なお、センサウェハが不正に使用されたような場合は、比較すべき測定データが取得できないこととなるが、このような場合には読み出し機構が測定データとしてダミーデータを送信するようにしてもよい。
【００２５】
本例では信号の授受や充電等は各々Ｉ／Ｏ端子や充放電端子を介して行ったが、信号は無線や赤外線を利用して送受信してもよいし、充電電力も非接触でコンデンサに送ることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のプロセスモニタは、コンデンサを電源として使用するので、ほとんど劣化することもなく、処理室の汚染の原因となることもない。また、タイマにより特定期間のデータのみを得ることができ、データ読出しに際してキーワードを必要とするようにしたので、不正使用を防ぐことができる。また、本発明のプロセスモニタを使用する半導体製造装置においては、汚染や稼動率の低下の問題にわずらわされることなく測定を行うことができ、適切なメンテナンスを行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプロセスモニタの概要を示す図である。
【図２】本発明によるプロセスモニタの充電手段の１例を示す図である。
【図３】本発明によるプロセスモニタが備える電源としてのコンデンサの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体ウェハ
１１、１２…コンデンサ
２１〜２９…センサ
３１、３２…充放電端子
４…コントローラ
４１，４２…Ｉ／Ｏ端子
５…タイマ
６…測定データ記憶用メモリ
７…ＲＯＭ
【図１】
2004153119.tif 000003
【図２】
2004153119.tif 000004
【図３】
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