(57)【要約】【課題】プラズマ発生状態の変化を高感度に検出可能なプラズマ処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】例えば、高周波電源１３の出力からマッチングボックス１４によるインピーダンス整合を介してチャンバ１１内にプラズマを生成するプラズマ処理装置を用い、インピーダンス整合に伴い自動調整されるマッチングボックス１４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧をサンプリング収集しながら半導体ウエハＷのプラズマ処理を行う。そして、各サンプリングポイントで収集したポジション電圧の内、デバイスプロセスが実際に行われている区間で収集したポジション電圧を対象として、Δ監視部１８ｂにより連続するサンプリングポイント間でのポジション電圧の差分値を評価し、σ監視部１８ｃにより収集したポジション電圧の標準偏差を評価する。【選択図】図１
2007214254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）ウエハ処理容器と、高周波電源と、前記高周波電源の出力と前記ウエハ処理容器内に生成するプラズマとの間でインピーダンス整合を行うために電気的パラメータが可変調整可能なマッチングボックスとを備えたプラズマ処理装置を用意する工程、
（ｂ）前記ウエハ処理容器内に半導体装置を搬入する工程、
（ｃ）前記ウエハ処理容器内に前記高周波電源の出力を用いてプラズマを生成する工程、
（ｄ）前記生成したプラズマの状態を検出し、前記マッチングボックスが前記検出した結果に応じて前記電気的パラメータを自動的に調整する工程、
（ｅ）前記生成したプラズマを用いて前記半導体装置の処理を行う工程、
（ｆ）前記マッチングボックスによって調整される前記電気的パラメータの値を時系列的に取得する工程、
（ｇ）前記時系列的に取得された前記電気的パラメータの値を用いて前記生成したプラズマの状態を評価する工程、
ここで、前記（ｇ）工程は、前記生成したプラズマの状態の評価を開始する評価開始時点と、前記生成したプラズマの状態の評価を終了する評価終了時点とを決定し、前記（ｆ）工程によって時系列的に取得された前記電気的パラメータの値の中から前記評価開始時点と前記評価終了時点の間に取得された前記電気的パラメータの値を評価対象として前記生成したプラズマの状態を評価する。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記プラズマ処理装置は、前記ウエハ処理容器内で前記半導体装置を固定するための静電チャックを備える。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｇ）工程は、以下の工程を有する：
（ｇ１）前記評価対象となる前記電気的パラメータの値に対して時系列的な差分値を算出し、予め設定した規格値と前記算出した差分値とを比較判定する工程、
（ｇ２）前記評価対象となる前記電気的パラメータの値の標準偏差を算出し、予め設定した規格値と前記算出した標準偏差とを比較判定する工程。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記評価開始時点は、前記（ｃ）工程でプラズマの生成が開始した以降で、なおかつ前記（ｄ）工程で前記プラズマの生成の開始に伴う初期の前記電気的パラメータの自動調整が完了した以降の時間帯に決定される。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記プラズマの生成の開始に伴う初期の前記電気的パラメータの自動調整が完了したか否かは、前記（ｆ）工程によって時系列的に取得された前記電気的パラメータに対して時系列的な差分値を算出することで判断される。
【請求項６】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記評価開始時点は、前記プラズマの生成の開始に伴う初期の前記電気的パラメータの自動調整が完了した以降となる時点を予め予測しておき、前記予測した時点を予めタイマに設定しておくことで決定される。
【請求項７】
以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）ウエハ処理容器と、高周波電源と、前記高周波電源の出力と前記ウエハ処理容器内に生成するプラズマとの間でインピーダンス整合を行うために電気的パラメータが可変調整可能なマッチングボックスとを備えたプラズマ処理装置を用意する工程、
（ｂ）前記ウエハ処理容器内に半導体装置を搬入する工程、
（ｃ）前記ウエハ処理容器内に前記高周波電源の出力を用いてプラズマを生成する工程、
（ｄ）前記生成したプラズマの状態を検出し、前記マッチングボックスが前記検出した結果に応じて前記電気的パラメータを自動的に調整する工程、
（ｅ）前記生成したプラズマを用いて前記半導体装置の処理を行う工程、
（ｆ）前記マッチングボックスによって調整される前記電気的パラメータの値を時系列的に取得する工程、
（ｇ）前記時系列的に取得された前記電気的パラメータの値を用いて前記生成したプラズマの状態を評価する工程、
ここで、前記（ｇ）工程は、以下の工程を有する：
（ｇ１）前記生成したプラズマの状態の評価を開始する評価開始時点と、前記生成したプラズマの状態の評価を終了する評価終了時点とを決定する工程、
（ｇ２）前記評価開始時点と前記評価終了時点の間で前記（ｆ）工程によって取得した前記電気的パラメータの値を評価対象として、前記評価対象となる前記電気的パラメータの値の時系列的な差分値を算出し、予め設定した規格値と前記算出した差分値とを比較判定する工程、
（ｇ３）前記評価対象となる前記電気的パラメータの値の標準偏差を算出し、予め設定した規格値と前記算出した標準偏差とを比較判定する工程。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記電気的パラメータの値は、粗調整用の可変容量の調整位置を示す値と、微調整用の可変容量の調整位置を示す値を含む。
【請求項９】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｆ）工程では、予め設定したサンプリング周期に基づいて各サンプリングポイント毎の前記電気的パラメータが取得され、
前記（ｇ２）工程で算出する時系列的な差分値は、互いに連続する２つのサンプリングポイントでそれぞれ取得した前記電気的パラメータの値の差分値である。
【請求項１０】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｇ２）工程と前記（ｇ３）工程のいずれか一方でも、それぞれの前記規格値を満たさなかった場合に前記生成したプラズマの状態を異常と判定する。
【請求項１１】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程は、成膜工程である。
【請求項１２】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程は、エッチング工程である。
【請求項１３】
高周波電源と、
内部に半導体ウエハを固定し、前記高周波電源の出力を用いて内部にプラズマを生成し、前記プラズマにより前記半導体ウエハの処理を行うウエハ処理容器と、
前記ウエハ処理容器と前記高周波電源の間に設けられ、可変調整可能な電気的パラメータを含み、前記プラズマの発生状態に応じて前記電気的パラメータを自動で調整することにより、前記高周波電源の出力と前記プラズマの間のインピーダンス整合を行うマッチングボックスと、
前記マッチングボックスで調整される前記電気的パラメータの値をサンプリング周期に基づいて時系列的に取得する機能と、
評価開始時点と評価終了時点を設定し、前記評価開始時点と前記評価終了時点の間の時間帯で取得した前記電気的パラメータの値を評価対象として前記プラズマの発生状態を評価する機能とを有するプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１３記載のプラズマ処理装置において、
前記ウエハ処理容器は、静電チャックを用いて前記半導体ウエハを固定する。
【請求項１５】
請求項１３記載のプラズマ処理装置において、
前記プラズマの発生状態を評価する機能は、
前記評価対象となる前記電気的パラメータの値に対して、互いに連続する２つのサンプリングポイントでそれぞれ取得した前記電気的パラメータの値の差分値を算出し、予め設定した規格値と前記差分値を比較する機能と、
前記評価対象となる前記電気的パラメータの値の標準偏差を算出し、予め設定した規格値と前記標準偏差を比較する機能と、
前記差分値と前記標準偏差の比較結果に応じて前記プラズマの発生状態の正常／異常を判定する機能とを有する。
【請求項１６】
請求項１５記載のプラズマ処理装置において、
前記電気的パラメータの値は、粗調整用の可変容量の調整位置を示す値と、微調整用の可変容量の調整位置を示す値を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ処理装置の監視を含んだ半導体装置の製造方法およびそれに用いられるプラズマ処理装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−２５９９４１号公報（特許文献１）には、マッチング機構における電気的物理量を用いて異常放電を検知するスパッタエッチング装置が記載されている。具体的には、各半導体ウエハの処理毎に、マッチング機構に含まれる高周波ロード電圧、ＲＦチューン電圧、電極電圧の最大値と最小値を記録し、多数の半導体ウエハの処理に伴いこの最大値と最小値を随時平均化していき、その都度それぞれの平均値に所定電圧を上乗せした値を異常放電の判定基準となる電圧閾値として設定する。この電圧閾値を設定した後の半導体ウエハの処理時に、前述したマッチング機構の電気的物理量の最大値と最小値が、設定した電圧閾値を超えた場合が異常とみなされる。
【０００３】
特開２００３−２３４３３２号公報（特許文献２）には、プラズマ処理装置の上部電極や下部電極のバイアス電圧を監視し、このバイアス電圧の変化量によってプラズマの異常を検出するプラズマ処理装置の監視装置が記載されている。特開２００４−３６３４０５号公報（特許文献３）には、各半導体ウエハ毎に高周波電源から出力された電気的信号の平均値を算出し、この平均値の変化を表す基準式や、各半導体ウエハの処理間の時間間隔を反映した補正式を算出することで、異常を検出するプラズマ処理装置の異常検出方法が記載されている。
【０００４】
特開平１０−７４７３４号公報（特許文献４）には、プラズマのインピーダンスの変化を検出することで異常放電をモニタするプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法が記載されている。特開２００１−３１９９２２号公報（特許文献５）には、プラズマの異常放電による発光をチャンバ壁部の窓からカメラ等で計測し、このカメラ等による二次元画像を処理手段により処理することで異常放電の発生およびその発生位置を特定する異常放電検出装置が記載されている。特開平７−３２６４８９号公報（特許文献６）には、スパッタリング装置のチャンバのプラズマ発生空間に浮遊電極を設け、この浮遊電極に発生した電位を電圧計等で計測することによりプラズマの異常を検出する放電検出機が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２５９９４１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４３３２号公報
【特許文献３】特開２００４−３６３４０５号公報
【特許文献４】特開平１０−７４７３４号公報
【特許文献５】特開２００１−３１９９２２号公報
【特許文献６】特開平７−３２６４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体装置の微細化が進み、益々高精度なデバイスプロセスが求められている。デバイスプロセスでは、成膜、エッチング、アッシングといった処理が繰り返し行われ、これらの処理において、様々なプラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置では、使用期間の経過に伴いチャンバ内に付着物が発生したり、各種部品が消耗・劣化することなどによってプラズマ発生状態に変化が生じることが知られている。したがって、高精度なデバイスプロセスを実現するためには、このプラズマ発生状態の変化を高感度で検出することが求められる。
【０００６】
また、プラズマ発生状態の変化に伴い、所謂異常放電と呼ばれるものが発生することがある。異常放電が発生すると、例えば半導体ウエハ上に異物が混入するなどの現象が起こり、これによって不良製品が作り込まれることになる。異常放電は、一度発生すると以降継続して発生する場合が多く、この発見が遅れると大量の不良製品を作り込み、甚大な被害を被ってしまう。このような不良製品の作り込みを防止するためには、プラズマ発生状態の変化を高感度で検出し、異常放電又はその予兆を早期に発見することが求められる。
【０００７】
このようなプラズマ発生状態の変化を検出するためには、例えば、前述した特許文献１〜６のような技術を用いることが考えられる。しかしながら、特許文献２の技術では、例えば、下部電極に備わった静電チャックの影響などによって、検出感度が低下することが懸念される。特許文献３の技術では、異常放電などが高周波電源の電気的信号からは検出できない可能性が考えられる。また、特許文献４の技術では、プラズマインピーダンスの変化（実際上は、チャンバからの反射波）を検出することになるが、実際上、この反射波は、ある程度以下の大きさだとマッチングボックスによって即座に打ち消されるため比較的小さい変化が検出されず、検出感度が低下する恐れがある。
【０００８】
一方、特許文献１の技術では、マッチングボックスの電気的物理量を用いるため、高感度な検出が可能と考えられる。この技術では、各半導体ウエハの処理毎に高周波ロード電圧等の最大値と最小値が検出され、この２つの値によって各半導体ウエハの処理毎の良否が判定される。しかしながら、この最大値と最小値は、各半導体ウエハの処理内で実質的なデバイスプロセスを行わない時間帯での取得値になることも予想され、必ずしも、実質的なデバイスプロセスに対応したプラズマ発生状態を表したものになるとは限らない。また、最大値と最小値の２つの値によって各半導体ウエハの処理を評価した場合、明らかな異常放電は検出できる可能性が高いが、小さい異常放電や、又はデバイスプロセスの精度に影響を及ぼす程度のプラズマ発生状態の変化は検出困難となる恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的の一つは、プラズマ発生状態の変化を高感度に検出可能なプラズマ処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
本発明による半導体装置の製造方法は、ウエハ処理容器、高周波電源およびインピーダンス整合を担うマッチングボックスなどを含んだプラズマ処理装置を用いて半導体装置の処理を行うものである。この半導体装置の処理に際しては、マッチングボックスがインピーダンス整合を行う際に自動調整する電気的パラメータを時系列的に取得し、更に、評価開始時点と評価終了時点を決定し、この評価開始時点と評価終了時点の間に取得した時系列的な電気的パラメータを評価対象としてプラズマの発生状態の評価を行う。
【００１２】
このように、マッチングボックスの電気的パラメータを用いて評価を行うことでプラズマ発生状態の変化を高感度に検出することが可能となる。更に、評価開始時点と評価終了時点を決定することで、例えば、実際にデバイスプロセスが行われている部分のみを対象にプラズマの発生状態を評価できるため、高精度または信頼性が高い評価が実現可能となる。
【００１３】
ここで、プラズマの発生状態を評価する際には、例えば、サンプリング周期に基づいて時系列的に取得した各電気的パラメータの値に対して、これらの標準偏差や、連続するサンプリングポイント間での電気的パラメータの変動値（差分値）などを算出し、これらの算出値と予め設定した規格値とを比較判定するとよい。これによって、デバイスプロセス内での大規模な異常放電のみならず、例えば小規模な異常放電などの様々な異常を高感度に検知することが可能となる。
【００１４】
また、プラズマ処理装置の中には、静電チャック機構を備えたものが多いが、このような機構を備えた装置に対しても、前述したような手法を用いることでプラズマの発生状態の変化を高感度に検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１６】
プラズマ処理装置におけるマッチングボックスの電気的パラメータの値を時系列的に取得し、この取得値の内、評価開始時点と評価終了時点の間の取得値を評価対象とし、この評価対象となる取得値に対して標準偏差や時系列的な差分値を算出して評価することで、プラズマ発生状態の変化を高感度に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００１８】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるプラズマ処理装置において、その構成の一例を示す概略図である。図１に示すプラズマ処理装置は、半導体ウエハに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理部１０と、このプラズマ処理部１０の状態を監視し、監視結果に応じた所望の処理を行う異常監視部１８から構成される。プラズマ処理部１０は、ウエハ処理容器となるチャンバ１１と、チャンバ１１内でプラズマを発生させるための高周波電源１３（例えば１３．５６ＭＨｚ）およびマッチングボックス１４と、マッチングボックス１４の電気的パラメータを観測するＣ１ポジションモニタ部１５ａおよびＣ２ポジションモニタ部１５ｂなどを含む。更に、プラズマ処理部１０は、高周波電源１３に向けた反射波を観測するための反射電力（Ｐｒ）検出部１６と、Ｐｒ検出部１６で観測結果の異常が発生した際に各種処理を行うエラー処理部１７などを備える。
【００２１】
チャンバ１１は、真空ポンプ（図示せず）に接続される排気口１１ｂや、処理ガスが導入されるガス流入口１１ａを備え、チャンバ１１内には、上部電極１２ａおよび下部電極１２ｂが設けられる。ここでは、下部電極１２ｂが接地電位ＧＮＤに接続され、上部電極１２ａがマッチングボックス１４を介して高周波電源１３に接続される構成を例としている。このような構成では、上部電極１２ａと下部電極１２ｂ間にプラズマを発生し、下部電極１２ｂ上に搭載した半導体ウエハＷに対して所望の処理を行う。このようなプラズマ発生機構は、一般的に容量結合型または平行平板型などと呼ばれている。
【００２２】
なお、プラズマ発生機構には、平行平板型以外にも様々なものが存在し、代表的なものとして、例えば、誘電コイルを用いる誘電結合型（ＩＣＰ型）や、２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を用いるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型などが挙げられる。また、平行平板型においても、高周波電源１３が上部電極１２ａに接続されたものに限らず、下部電極１２ｂに接続されたものもある。本実施の形態１のプラズマ処理装置は、その構成内にマッチングボックス１４を備えていればよく、前述したような電極構成やプラズマ発生機構が異なったものに対しても同様に適用可能である。
【００２３】
マッチングボックス１４は、例えば、高周波電源１３の出力と上部電極１２ａの間に直列接続された可変容量Ｃ２およびインダクタＬ１と、高周波電源１３の出力と接地電位ＧＮＤの間に接続された可変容量Ｃ１とを備える。可変容量Ｃ１，Ｃ２は、通常、一方が粗調整用であり、他方が微調整用となっている。ここでは、可変容量としたが、例えば、並列の容量は直列のインダクタで置換することが可能であるため、可変インダクタを用いることも可能である。
【００２４】
可変容量Ｃ１，Ｃ２の大きさ（ここでは、Ｃ１値をマッチング値、Ｃ２値をチューン値とする）は、高周波電源１３によって上部電極１２ａおよび下部電極１２ｂ間にプラズマが発生した際に、そのプラズマからの反射波をＰｒ検出部１６で検出し、この反射波を無くすような値に自動で調整される。すなわち、プラズマ部分に効率的に電力を供給するため、プラズマ部分とインピーダンス整合が取れるような値に自動的に調整される。なお、この際に、Ｐｒ検出部１６で検出した反射波が大きく、可変容量Ｃ１，Ｃ２の調整範囲では反射波を抑えきれないような場合には、エラー処理部１７によってエラー処理が行われる。このエラー処理としては、例えば、警報の発信やインターロック（装置の停止処理）などが挙げられる。
【００２５】
Ｃ１ポジションモニタ部１５ａおよびＣ２ポジションモニタ部１５ｂは、マッチングボックス１４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジションをそれぞれ電圧信号としてモニタする。このモニタされた電圧信号は、異常監視部１８に出力される。異常監視部１８は、例えば、シーケンス制御部１８ａと、Δ監視部１８ｂと、σ監視部１８ｃなどから構成される。この異常監視部１８の処理内容について、図２を用いて説明する。
【００２６】
図２は、図１のプラズマ処理装置において、その異常監視部の処理内容の一例を説明する概略図である。図２では、横軸を時間軸として、１回のウエハプロセス内の各時間帯における、反射電力Ｐｒの変動と、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧の変動の様子を示している。高周波電源１３がオンすると、図２のように、通常はＰｒ検出部１６によって大きな反射電力Ｐｒが検出され、これを受けて、マッチングボックス１４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２が未動作区間から変動区間へと移行する。変動区間内では、反射電力Ｐｒが低減するように可変容量Ｃ１，Ｃ２の値が自動的に変動し、インピーダンス整合が取れた時点で動作安定区間となる。通常、動作安定区間では、Ｃ１，Ｃ２値は、プラズマ状態に異常が生じない限り、さほど変化することはない。
【００２７】
このような処理において、異常監視部１８内のシーケンス制御部１８ａは、Ｃ１，Ｃ２を時系列的に取得する時間間隔（すなわち、サンプリング周期）の設定や、その取得した値を評価する時間帯の設定や、Δ監視部１８ｂおよびσ監視部１８ｃの制御などを行う。具体的に、シーケンス制御部１８ａは、Ｃ１，Ｃ２の値を評価する時間帯として、プラズマ発生後、プラズマ放電が安定した以降の時間帯（すなわち、動作安定区間）ＳＴを設定する。そして、この時間帯ＳＴの中で最初のサンプリングポイントの値をＶ０とし、以降、サンプリング周期毎にＶ１，Ｖ２，…，Ｖｎ−１，Ｖｎという具合に時系列的に値を取得していく。なお、サンプリング周期は、任意に設定可能であるが、できるだけ短い方が高精度なプラズマ評価を実現できる。現実的には、例えば０．０１ｍｓ程度の値が設定可能である。
【００２８】
異常監視部１８内のΔ監視部１８ｂは、各サンプリング周期毎の取得値の差分値Δを演算する。すなわち、Δ［１］＝｜Ｖ１−Ｖ０｜，Δ［２］＝｜Ｖ２−Ｖ１｜，…，Δ［ｎ］＝｜Ｖｎ−（Ｖｎ−１）｜を演算する。そして、シーケンス制御部１８ａの制御を受けて、この各差分値Δが、予め設定した規格値を超えていないかを検証する。異常監視部１８内のσ監視部１８ｃは、各サンプリング周期毎の取得値の標準偏差σを演算する。すなわち、Ｖ０，Ｖ１，…，Ｖｎの標準偏差を算出する。そして、シーケンス制御部１８ａの制御を受けて、この標準偏差σが、予め設定した規格値を超えていないかを検証する。なお、各検証結果が規格値を超えていた場合は、図１のエラー処理部１７に通知し、これによって警報の発信や装置停止等の処理が行われる。
【００２９】
図３は、図１のプラズマ処理装置において、そのσ監視部の監視結果の一例を示すグラフであり、（ａ）は正常動作時の一例、（ｂ）は異常動作時の一例を示すものである。図３（ａ）では、各ウエハプロセス間で（枚葉式の場合は各ウエハ毎に）、標準偏差σの値にぱらつきが生じている箇所があるが、規格値は超えていない。一方、図３（ｂ）では、各ウエハプロセス間で、標準偏差σの値にばらつきが大きい箇所があり、規格値を超えている箇所がある。この箇所に該当する半導体ウエハは、異常監視部１８によって異常と判定される。この場合、当該半導体ウエハに対して、例えば異常放電の発生による異物や、デバイス精度の低下などが調査される。また、場合によってはチャンバ１１内の調査なども行う必要がある。
【００３０】
以上、本実施の形態１のプラズマ処理装置を用いることで、例えば次のような効果が得られる。
【００３１】
（１）プラズマ発生状態の評価にマッチングボックスの電気的パラメータ（例えばＣ１，Ｃ２の値）を用いることで、プラズマ発生状態の変化を高感度に検出し、高精度な評価が実現可能となる。そして、この際に、実質的にデバイスプロセスが行われる区間（図２の動作安定区間ＳＴ）を設定してＣ１，Ｃ２の値を評価することで、より厳密な評価が実現できる。すなわち、プラズマの発生当初の不安定な時間帯での値を除外することで、評価の精度および信頼性を高めることができる。
【００３２】
（２）各半導体ウエハのプロセス内におけるＣ１，Ｃ２の時系列的な取得値を、差分値Δや標準偏差σによって評価することで、より高精度な評価が実現できる。すなわち、例えば、比較的短期間のみにＣ１，Ｃ２値のばらつきが発生した場合は、差分値Δによって異常を高感度に検出でき、各サンプリングポイント間でのばらつきが比較的小さくても、それが長期間に渡って発生した場合には標準偏差σによって異常を高感度に検出できる。これによって、各半導体ウエハのプロセス内で、大規模の異常放電のみならず小規模の異常放電が生じた場合や、プラズマ状態の不安定などによりデバイス加工精度に影響を及ぼす程度の異常が生じた場合などでも高感度に検出可能となる。
【００３３】
（３）前述した（１），（２）によって、不良製品の作り込み防止などによるコスト低減や、デバイス加工精度の向上や、装置メンテナンス時期の最適な把握による製造効率の向上などが実現可能となる。
【００３４】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置において、その構成の一例を示す概略図である。図４に示すプラズマ処理装置は、半導体ウエハに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理部４０と、このプラズマ処理部４０の状態を監視し、監視結果に応じた所望の処理を行う異常監視部４８から構成される。図４のプラズマ処理装置は、実施の形態１で示した図１のプラズマ処理装置とは、プラズマ処理部４０の構成が若干異なっている。異常監視部４８は、図１に示した異常監視部１８と構成および動作共に同様であり、シーケンス制御部４８ａ、Δ監視部４８ｂおよびσ監視部４８ｃを備えている。
【００３５】
プラズマ処理部４０は、図１の構成と同様に、チャンバ４１と、高周波電源４３およびマッチングボックス４４と、Ｃ１ポジションモニタ部４５ａおよびＣ２ポジションモニタ部４５ｂと、反射電力（Ｐｒ）検出部４６と、エラー処理部４７などを備えている。チャンバ４１も、図１の構成と同様に、排気口４１ｂとガス流入口４１ａを備え、チャンバ４１内には、上部電極４２ａおよび下部電極４２ｂが設けられる。
【００３６】
ここで、図１の構成例との違いは、この下部電極４２ｂ上に静電チャック４２ｃが設けられ、静電チャック４２ｃに対して直流電圧源４９による電圧印加が可能な構成となっていることである。更に、上部電極４２ａ側が接地電位ＧＮＤに接続され、下部電極４２ｂ側に高周波電源４３からマッチングボックス４４を介して高周波信号を印加する構成となっていることである。代表的なものとして、例えば、成膜を行うプラズマＣＶＤ装置などでは、通常、図１のように上部電極に高周波信号が印加され、エッチングを行うＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置などでは、図４のように下部電極に高周波信号が印加される。
【００３７】
静電チャック４２ｃは、例えば、誘電体または絶縁材料からなり、内部に導体パターンが埋め込まれた構成となっている。このような構成では、この静電チャック機構４２ｃ上に半導体ウエハＷを搭載し、直流電圧源４９から静電チャック４２ｃ内部の導体パターンに対して電圧を印加することで、クローン力を利用して半導体ウエハＷを吸着させる。また、絶縁材料に流れる微小電流によって電気的吸着力を発生させるというジョンソンラベック力を利用して半導体ウエハＷを吸着させることも可能である。なお、本実施の形態２のプラズマ処理装置は、静電チャック４２ｃとマッチングボックス４４を備えていればよく、実施の形態１の場合と同様に電極構成やプラズマ発生機構が異なったものに対しても同様に適用可能である。
【００３８】
このような静電チャック４２ｃを備えたプラズマ処理装置では、静電チャック部分の絶縁成分が影響するため、前述した特許文献２に示されるような下部電極４２ｂのバイアス電圧Ｖｄｃを計測する方式では、計測精度または感度が低下する恐れがある。また、静電チャック部分の絶縁成分に加え、デバイスプロセス内で発生した付着物などによっても絶縁成分が変化する恐れがあるため、安定した計測が困難となることが予想される。一方、図４のように、マッチングボックス４４の電気的パラメータを計測する方式では、このような問題が生じない。
【００３９】
したがって、本実施の形態２のプラズマ処理装置を用いることで、実施の形態１で述べた（１）〜（３）のような効果に加えて更に、広く用いられている静電チャックを備えたプラズマ処理装置に対しても、プラズマ発生状態の変化を高感度に検出することが可能となる。
【００４０】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、実施の形態１，２で述べたようなプラズマ処理装置が例えばプラズマＣＶＤ装置であるものとして、この装置を用いて成膜工程を行った場合の処理内容について説明する。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態３による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。図６は、図５のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図７〜図９のそれぞれは、図５のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。以下では、図１のプラズマ処理装置に基づいて説明を行うが、図４の場合でも同様である。
【００４２】
図５の処理フローにおいて、図１のプラズマ処理部１０では、まず、半導体ウエハＷがチャンバ１１内に搬入され、下部電極１２ｂ上に搭載および吸着される（Ｓ５０１）。ここでは、この初期状態における半導体ウエハＷの構成の一部を、例えば図７のようなものと想定する。図７に示す半導体ウエハ（半導体装置）Ｗは、例えば図示しない半導体基板の上層部分にＳｉＯ２などの絶縁層７０が形成され、絶縁層７０上に、ＴｉＮ／Ｔｉなどのバリア層７１、Ａｌ−Ｃｕなどのメタル層７２、ＴｉＮなどの反射防止層７３が順に形成されている。これは、例えば、多層配線工程内でのデバイス状態である。
【００４３】
次に、チャンバ１１内が十分に真空となった状態で、ガス流入口１１ａよりＴＥＯＳ／Ｏ２ガスを導入する（Ｓ５０２）。その後、ガスの流入が安定した状態で高周波電源１３の出力をオンにする。そうすると、上部電極１２ａと下部電極１２ｂ間にプラズマが発生し、また、マッチングボックス１４によって自動的にインピーダンス整合が行われる（Ｓ５０４）。すなわち、マッチングボックス１４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２の値（ポジション電圧）が変動し、インピーダンス整合が取れる最適なポジションに自動的に調整される（Ｓ５０５）。インピーダンス整合が行われると、プラズマが安定放電領域となり、図８に示すように半導体ウエハＷの主面部分でＴＥＯＳとＯ２が反応することにより、図９のように半導体ウエハＷ上にｐ−ＴＥＯＳ  ＳｉＯ２といった層間絶縁層７４が形成される。所望の膜厚となるように層間絶縁層７４を形成したら、高周波電源１３の出力をオフにする（Ｓ５０７）。
【００４４】
このような一連の処理において、マッチングボックス１４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖは、例えば、図６のように変動する。図６では、横軸に時間、縦軸に可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖを示している。高周波電源１３の出力がオンとなった際、図５のＳ５０４，Ｓ５０５の処理に伴い可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧が不特定のポジション電圧から変動を開始する。そして、インピーダンス整合が取れた際に、このポジション電圧の変動が停止する。この開始から停止までの区間を変動区間と呼ぶことにする。変動区間を経た以降は、図５のＳ５０６で述べた安定放電領域となる。この安定放電領域では、プラズマ発生状態が安定しており、通常、図６のように可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧は殆ど変動しない。
【００４５】
一方、前述したようなプラズマ処理部１０の処理と並行して、異常監視部１８では、図５の右側に示すような処理が行われる。まず、Ｓ５０３での高周波電源１３の出力のオンを受けて、シーケンス制御部１８ａに対してスタート信号が通知される（Ｓ５１１）。スタート信号が通知されると、シーケンス制御部１８ａは、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧に対する評価開始時点を設定する（Ｓ５１７）。ここで、評価開始時点とは、実質的にデバイスプロセスが行われる区間内で、プラズマ発生状態の評価を開始する時点のことである。このＳ５１７での処理は、具体的には例えば下記Ｓ５１２〜Ｓ５１６のように行われる。
【００４６】
Ｓ５１２では、Ｓ５１１でのスタート信号を受けて、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧のサンプリング収集を開始する。Ｓ５１３では、各サンプリングポイント毎に、取得したポジション電圧値と一つ前のサンプリングポイントで取得したポジション電圧値との差分を、Δ監視部１８ｂを用いて算出する。そして、この算出した差分値が０（又は０に近い値に任意設定することも可能）であるかを判定する（Ｓ５１４）。この判定結果が０であった場合は、その時点を、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧の評価開始時点として設定し、評価開始時点での可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧を初期値Ｖ０として決定する（Ｓ５１５）。一方、判定結果が０でなかった場合には、不必要となる取得値（すなわち、一つ前のサンプリングポイントで取得したポジション電圧値）を消去するなどして（Ｓ５１６）、Ｓ５１２に移行し、次のサンプリングポイントでのポジション電圧値を取得する。
【００４７】
ここでの処理は、図６における変動区間での処理に該当する。すなわち、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖを所定のサンプリング周期で取得し、各サンプリング周期において取得値の差分が０となるまでＳ５１２〜Ｓ５１４およびＳ５１６の処理を繰り返すことになる。取得値の差分が０（つまり、図６でポジション電圧Ｖの傾きが０）となった時点で、その時点を評価開始時点とし、可変容量Ｃ１のポジション電圧の初期値Ｖ０（Ｃ１）および可変容量Ｃ２のポジション電圧の初期値Ｖ０（Ｃ２）を決定する。
【００４８】
なお、Ｓ５１７では、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧の差分から、実質的にデバイスプロセスが行われる区間となる安定放電領域の開始時点を検出する方式を示したが、スタート信号から安定放電領域に至るまでの時間は、およそ一定であるため、Ｓ５１７での評価開始時点の決定処理をタイマなどによって実現することも可能である。
【００４９】
Ｓ５１５において、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧の初期値が決定されると、以降継続してサンプリング周期に基づくポジション電圧値の収集が行われる（Ｓ５１８）。各サンプリングポイントでのポジション電圧の取得値は、初期値であるＶ０を含めて、それぞれ、Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎ（ｎはサンプリングポイントＮｏ）として保存される。ここでは、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧の評価終了時点を、高周波電源１３の出力がオフした時点とする。この場合、前述したＳ５０７における高周波電源１３の出力のオフを受けて、シーケンス制御部１８ａがポジション電圧の収集を停止する（Ｓ５１９）。なお、このポジション電圧の評価終了時点も、前述した評価開始時点と同様にタイマなどを用いて設定することも可能である。
【００５０】
このようにして収集されたポジション電圧の取得値は、記憶装置となる収集データバッファに保管される（Ｓ５２０）。Ｓ５２１では、Δ監視部１８ｂが、この収集データバッファからデータを読み出し、それぞれ前後の関係となるサンプリングポイントで取得したポジション電圧の差分値Δ＝｜Ｖｎ−（Ｖｎ−１）｜を演算する。そして、Δ監視部１８ｂは、このΔが予め設定しておいた規格値Ｊを超えていないかを判定する（Ｓ５２２）。ここで、超えていない場合には、正常と判定し、演算で得られた差分値Δを、正常データとして識別できる状態で記憶装置に保管する（Ｓ５２３）。
【００５１】
一方、超えていた場合には、異常と判定し、異常データとして識別できる状態で記憶装置に保管する（Ｓ５２４）。なお、Ｓ５２２での正常／異常の判定に際しては、例えば積算回数などを設定してもよい。すなわち、例えば積算回数を２回と設定した場合は、連続するΔ［ｎ−１］（＝｜（Ｖｎ−１）−（Ｖｎ−２）｜）とΔ［ｎ］（＝｜Ｖｎ−（Ｖｎ−１）｜が共に規格値Ｊを超えた場合を異常とする。Ｓ５２２において、差分値Δが異常と判定された場合、Ｓ５２４でデータを保管するとともに、図１のエラー処理部１７に通知される。そして、エラー処理部１７によって、例えば警報の発信や装置停止など所望の処理が行われる（Ｓ５２９）。また、Ｓ５２３，Ｓ５２４での正常時／異常時に対応するΔの保管値は、それを蓄積することで、規格値Ｊを適切に定めるために用いられる。
【００５２】
Ｓ５２２において、差分値Δが正常と判定された場合は、Ｓ５２３でデータ保管処理を行う一方、Ｓ５２５において、図１のσ監視部１８ｃが、各サンプリングポイントで取得したポジション電圧値（Ｖ０，…，Ｖｎ）に対する標準偏差σの演算を行う。そして、σ監視部１８ｃは、この標準偏差σが予め設定した規格値Ｋを超えていないかを判定する（Ｓ５２６）。ここで、超えていない場合には、正常と判定し、演算で得られた標準偏差σを、正常データとして識別できる状態で記憶装置に保管する（Ｓ５２７）。そして、通常は、Ｓ５０１に戻って次の半導体ウエハに対する処理が行われる。
【００５３】
一方、超えていた場合には、異常と判定し、異常データとして識別できる状態で記憶装置に保管する（Ｓ５２８）。なお、Ｓ５２６での正常／異常の判定に際しては、差分値Δと同様に積算回数などを設定してもよい。ただし、標準偏差σの場合には、１回のデバイスプロセス（枚葉式の場合は１枚の半導体ウエハプロセス）に対して１つの演算結果が得られることになるので、例えば積算回数を２回と設定した場合は、連続する２回のデバイスプロセスにおいて規格値Ｋを超えた場合に異常と判定することになる。Ｓ５２６において異常と判定された場合、前述したＳ５２９によって所望のエラー処理が行われる。また、Ｓ５２７，Ｓ５２８での正常時／異常時に対応するσの保管値は、それを蓄積することで、規格値Ｋを適切に定めるために用いられる。
【００５４】
図１０は、図５のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図１０に示すように、安定放電領域において、プラズマ発生状態に異常が生じた場合には、インピーダンスのマッチング状態が乱れ、これに応じて自動的にマッチング動作が行われるため可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖが変動する。この変動波形は、異常の状況に応じて様々の形状を取り得るが、図５の処理フローのように差分値Δと標準偏差σを評価することで、大規模な異常放電は言うまでもなく、小規模な異常放電や、デバイス加工精度に影響を及ぼす程度の異常を含めて殆どの異常は検出可能と考えられる。なお、大規模な異常放電が発生した場合には、例えば、図１１に示すようなデバイス状態となってしまう。
【００５５】
図１１は、図５の処理フロー内で大規模な異常放電が発生した場合における半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。図１１に示すように、大規模な異常放電が発生した場合には、チャンバ１１内の付着物が剥がれ落ちることなどにより半導体ウエハＷ上に多数の異物７５が付着したり、また層間絶縁層７４が剥がれ落ちたり、更には正常に層間絶縁層７４が形成できなかったりなど製品不良に繋がる様々な問題が生じる。図５の処理フローを用いると、このような問題が生じた半導体ウエハＷを確実に検出でき、これに伴い装置点検などを行うことによって、以降の不良品の作り込みを確実に防止できる。
【００５６】
以上、本実施の形態３による半導体装置の製造方法を用いることで、前述した実施の形態１および実施の形態２で述べたような各種効果を伴った成膜工程を実現できる。また、差分値Δや標準偏差σの規格値を厳密に管理することによって、例えば高精度が要求される成膜工程などに対しても、そのプロセス精度を十分に管理することが可能となる。なお、図５の処理フローでは、半導体ウエハの処理の終了時に差分値Δや標準偏差σの判定を行ったが、半導体ウエハの処理の最中に逐次判定を行い、異常が生じた段階で即座にエラー処理を行うようなことも可能である。
【００５７】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、実施の形態１，２で述べたようなプラズマ処理装置が例えばＲＩＥ装置であるものとして、この装置を用いてエッチング工程を行った場合の処理内容について説明する。
【００５８】
図１２は、本発明の実施の形態４による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。図１３は、図１２のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図１４〜図１６のそれぞれは、図１２のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。以下では、図４のプラズマ処理装置に基づいて説明を行うが、図１の場合でも同様である。
【００５９】
図１２の処理フローにおいて、図４のプラズマ処理部４０では、まず、半導体ウエハＷがチャンバ４１内に搬入され、静電チャック４２ｃ上に搭載される。そして直流電圧源４９による電圧印加によって静電チャック４２ｃ上に半導体ウエハＷが吸着される（Ｓ１２０１）。ここでは、この初期状態における半導体ウエハＷの構成の一部を、例えば図１４のようなものと想定する。図１４に示す半導体ウエハ（半導体装置）Ｗは、例えば図示しない半導体基板の上層部分にＳｉＯ２などの絶縁層１４０が形成され、絶縁層１４０上に、ＴｉＮ／Ｔｉなどのバリア層１４１、Ａｌ−Ｃｕなどのメタル層１４２、ＴｉＮなどの反射防止層１４３が順に形成されている。また、反射防止層１４３上には、パターンニングのためのレジスト１４４が塗布されている。これは、例えば、多層配線工程内でのデバイス状態である。
【００６０】
次に、チャンバ４１内が十分に真空となった状態で、ガス流入口４１ａよりＢＣｌ３／Ｃｌ２ガスを導入する（Ｓ１２０２）。その後、ガスの流入が安定した状態で高周波電源４３の出力をオンにする。そうすると、上部電極４２ａと下部電極４２ｂ間にプラズマが発生し、また、マッチングボックス４４によって自動的にインピーダンス整合が行われる（Ｓ１２０４）。すなわち、マッチングボックス４４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２の値（ポジション電圧）が変動し、インピーダンス整合が取れる最適なポジションに自動的に調整される（Ｓ１２０５）。
【００６１】
インピーダンス整合が行われると、プラズマが安定放電領域となり、図１５に示すように半導体ウエハＷの主面部分でＣｌイオン等やＣｌラジカルが活性化し、半導体ウエハＷから反応生成物ＡｌＸＣｌＹやレジストの分解生成物ＣＸＣｌＹが排出される。このようにしてエッチングが行われることにより、図１６のようにバリア層１４１、メタル層１４２および反射防止層１４３からなる所望の形状の配線パターンが形成される。絶縁層１４０に達する程度までエッチングが行われたら、高周波電源４３の出力をオフにする（Ｓ１２０７）。
【００６２】
このような一連の処理において、マッチングボックス４４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖは、例えば、図１３のように変動する。図６では、横軸に時間、縦軸に可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖを示している。高周波電源４３の出力がオンとなった際、図１２のＳ１２０４，Ｓ１２０５の処理に伴い可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧が不特定のポジション電圧から変動を開始する。そして、インピーダンス整合が取れた際に、このポジション電圧の変動が停止する。その後は、安定放電区間となり、反射防止膜１４３、メタル層１４２、バリア層１４１、絶縁層１４０の順にエッチングが行われる。ただし、実際には、エッチングの対象となる層に依存してプラズマ発生状態（プラズマインピーダンス）が若干異なることがあり、この場合、この層の切り替わり部分において、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧がシフトすることになる。
【００６３】
一方、前述したようなプラズマ処理部４０の処理と並行して、異常監視部４８では、図１２の右側に示すような処理が行われる。この図１２における異常監視部４８の処理は、図５で述べた異常監視部の処理とほぼ同様であるが、図１３で述べた各層の切り替わりによるポジション電圧のシフトに伴い、評価開始時点と評価終了時点の決定方法を考慮する必要がある。そこで、ここでは、図１２のＳ１２１７における評価開始時点の決定処理をＳ１２１２〜Ｓ１２１５のようにタイマを利用して行うものとする。
【００６４】
すなわち、Ｓ１２０３での高周波電源４３の出力オンを受けて、異常監視部４８のシーケンス制御部４８ａに対してスタート信号が通知されると（Ｓ１２１１）、Ｓ１２１２において、予め設定したサンプリング周期でポジション電圧のサンプリング収集を開始する。また、Ｓ１２１３においてＳ１２１１でのスタート信号の通知を起点に予め設定した時間待機し、この設定時間を経過した時点を評価開始時点とする。Ｓ１２１５において、この評価開始時点に最も近いサンプリングポジションで取得した可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧を、それぞれ初期値Ｖ０（Ｃ１），Ｖ０（Ｃ２）として決定する。これによって、例えば、図１３に示したようにメタル層１４２のエッチング工程に評価の焦点を置くことができる。
【００６５】
続いて、Ｓ１２１８において、図５のＳ５１８と同様に各サンプリングポイントでポジション電圧の収集を継続した後、Ｓ１２１９において、ポジション電圧の収集を停止する。この停止時点（すなわち評価終了時点）は、評価開始時点と同様にタイマを利用して決定する。これ以降のＳ１２２０〜Ｓ１２２９の処理は、前述した図５のＳ５２０〜Ｓ５２９の処理と同様に行われ、規格値に対する差分値Δや標準偏差σの判定結果に基づいて各種処理が行われる。
【００６６】
なお、ここでは、Ｓ１２１７およびＳ１２１９における評価開始時点および評価終了時点の決定処理を、タイマを用いて行ったが、図５のＳ５１２〜Ｓ５１６のような処理を応用することで、この決定処理を実現することも可能である。すなわち、前述したＳ５１２〜Ｓ５１６のような処理を用いることで、図１３におけるエッチング対象となる層の切り替わり部分を検出できるため、例えばメタル層１４２のエッチングを評価したい場合には、２回目切り替わりが生じた以降からデータ収集を開始し、３回目の切り替わりが生じる前までのデータを有効データとして取り扱えばよい。
【００６７】
図１７は、図１２のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図１７に示すように、例えばメタル層１４２のエッチング工程において、プラズマ発生状態に異常が生じた場合には、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖが変動する。この変動波形は、異常の状況に応じて様々の形状を取り得るが、図１２の処理フローのように差分値Δと標準偏差σを評価することで、大規模な異常放電は言うまでもなく、小規模な異常放電や、デバイス加工精度に影響を及ぼす程度の異常を含めて殆どの異常は検出可能と考えられる。なお、大規模な異常放電が発生した場合には、例えば、図１８に示すようなデバイス状態となってしまう。
【００６８】
図１８は、図１２の処理フロー内で大規模な異常放電が発生した場合における半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。大規模な異常放電が発生した場合には、例えば、図１８に示すように、レジスト１４４などを剥離してメタル層１４２部分のオーバーエッチングが生じたり、あるいは逆にエッチング残りが生じたり、もしくは異物が多発したりなどにより、配線の断線またはショートといった製品不良に繋がる様々な問題が生じる。図１２の処理フローを用いると、このような問題が生じた半導体ウエハＷを確実に検出でき、これに伴い装置点検などを行うことによって、以降の不良品の作り込みを確実に防止できる。
【００６９】
以上、本実施の形態４による半導体装置の製造方法を用いることで、前述した実施の形態１および実施の形態２で述べたような各種効果を伴ったエッチング工程を実現できる。また、差分値Δや標準偏差σの規格値を厳密に管理することによって、例えば高精度な配線加工が要求されるエッチング工程などに対しても、そのプロセス精度を十分に管理することが可能となる。なお、図１２の処理フローでは、半導体ウエハの処理の終了時に差分値Δや標準偏差σの判定を行っているが、半導体ウエハの処理の最中に逐次判定を行い、異常が生じた段階で即座にエラー処理を行うようなことも可能である。
【００７０】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、実施の形態１，２で述べたようなプラズマ処理装置が例えばスパッタエッチング装置であるものとして、この装置を用いてスパッタエッチング工程を行った場合の処理内容について説明する。
【００７１】
図１９は、本発明の実施の形態５による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。図２０は、図１９のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図２１、図２２のそれぞれは、図１９のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。以下では、図４のプラズマ処理装置に基づいて説明を行うが、図１の場合でも同様である。
【００７２】
図１９の処理フローにおいて、図４のプラズマ処理部４０では、まず、半導体ウエハＷがチャンバ４１内に搬入され、静電チャック４２ｃ上に搭載される。そして直流電圧源４９による電圧印加によって静電チャック４２ｃ上に半導体ウエハＷが吸着される（Ｓ１９０１）。ここでは、この初期状態における半導体ウエハＷの構成の一部を、例えば図２１のようなものと想定する。図２１に示す半導体ウエハ（半導体装置）Ｗは、例えば図示しない半導体基板の上層部分にＳｉＯ２などの絶縁層２１０が形成されている。
【００７３】
次に、チャンバ４１内が十分に真空となった状態で、ガス流入口４１ａよりＡｒガスを導入する（Ｓ１９０２）。その後、ガスの流入が安定した状態で高周波電源４３の出力をオンにする。そうすると、上部電極４２ａと下部電極４２ｂ間にプラズマが発生し、また、マッチングボックス４４によって自動的にインピーダンス整合が行われる（Ｓ１９０４）。すなわち、マッチングボックス４４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２の値（ポジション電圧）が変動し、インピーダンス整合が取れる最適なポジションに自動的に調整される（Ｓ１９０５）。インピーダンス整合が行われると、プラズマが安定放電領域となり、図２２に示すように絶縁層２１０の表面にＡｒ＋イオンが衝突することにより、絶縁層２１０の表面処理が行われる。表面処理を一定時間行ったら、高周波電源４３の出力をオフにする（Ｓ１９０７）。
【００７４】
このような一連の処理において、マッチングボックス１４内の可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖは、例えば、図２０のように変動する。図２０では、横軸に時間、縦軸に可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖを示している。高周波電源４３の出力がオンとなった際、図１９のＳ１９０４，Ｓ１９０５の処理に伴い可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧が不特定のポジション電圧から変動を開始する。そして、インピーダンス整合が取れた際に、このポジション電圧の変動が停止する。このような変動区間を経た以降は、安定放電領域となり、この領域では、プラズマ発生状態が安定しており、通常、図２０のように可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧は殆ど変動しない。
【００７５】
一方、前述したようなプラズマ処理部４０の処理と並行して、異常監視部４８では、図１９の右側に示すような処理が行われる。ここでのＳ１９１１〜Ｓ１９２９の処理は、図５のＳ５１１〜Ｓ５２９の処理と同様であるため詳細な説明は省略し、簡単に概要を説明する。まず、Ｓ１９１１〜Ｓ１９１５において、高周波電源４３の出力のオンを受けて、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧のサンプリング収集を開始し、初期のマッチングに伴うポジション電圧が安定し、安定放電領域となったところでポジション電圧の初期値Ｖ０（Ｃ１），Ｖ０（Ｃ２）を決定する。
【００７６】
次いで、Ｓ１９１８，Ｓ１９１９において、ポジション電圧のサンプリング収集を継続し、高周波電源４３の出力のオフを受けてこの収集を停止する。その後、Ｓ１９２０〜Ｓ１９２９において、収集したポジション電圧に対する標準偏差σや、各サンプリングポイント間でのポジション電圧の差分値Δを演算し、これらを予め設定した規格値と比較することで正常／異常の判定を行う。正常であった場合には、次の半導体ウエハの搬入などを行い、異常であった場合には、警報の発信や装置停止などといったエラー処理を行う。
【００７７】
図２３は、図１９のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。図２３に示すように、安定放電領域において、プラズマ発生状態に異常が生じた場合には、インピーダンスのマッチング状態が乱れ、可変容量Ｃ１，Ｃ２のポジション電圧Ｖが変動する。この変動波形は、異常の状況に応じて様々の形状を取り得るが、図２３の処理フローのように差分値Δと標準偏差σを評価することで、大規模な異常放電は言うまでもなく、小規模な異常放電や、デバイス加工精度に影響を及ぼす程度の異常を含めて殆どの異常は検出可能と考えられる。
【００７８】
なお、大規模な異常放電が発生した場合には、例えば、絶縁層２１０の表面に異物が付着することなどにより、以降の工程（例えば絶縁膜上に配線層を形成）が仮に正常に行われたとしても、最終的には当該半導体ウエハが不良品となる可能性が高い。また、次の半導体ウエハに対するスパッタエッチング工程においても、同様に不良を作り込んでしまう恐れがある。図１９の処理フローを用いると、このような問題が生じた半導体ウエハＷを確実に検出でき、これに伴い装置点検などを行うことによって、以降の不良品の作り込みを確実に防止できる。
【００７９】
以上、本実施の形態５による半導体装置の製造方法を用いることで、前述した実施の形態１および実施の形態２で述べたような各種効果を伴ったスパッタエッチング工程を実現できる。なお、図１９の処理フローでは、半導体ウエハの処理の終了時に差分値Δや標準偏差σの判定を行ったが、半導体ウエハの処理の最中に逐次判定を行い、異常が生じた段階で即座にエラー処理を行うようなことも可能である。
【００８０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明による半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ装置、ＲＩＥ装置、スパッタエッチング装置などを代表とする各種プラズマ処理装置と、このような装置の監視を伴う半導体装置の製造工程に対して広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態１によるプラズマ処理装置において、その構成の一例を示す概略図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置において、その異常監視部の処理内容の一例を説明する概略図である。
【図３】図１のプラズマ処理装置において、そのσ監視部の監視結果の一例を示すグラフであり、（ａ）は正常動作時の一例、（ｂ）は異常動作時の一例を示すものである。
【図４】本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置において、その構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態３による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。
【図６】図５のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。
【図７】図５のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図８】図５のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図９】図５のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図１０】図５のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。
【図１１】図５の処理フロー内で大規模な異常放電が発生した場合における半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。
【図１３】図１２のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。
【図１４】図１２のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図１５】図１２のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図１６】図１２のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図１７】図１２のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。
【図１８】図１２の処理フロー内で大規模な異常放電が発生した場合における半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態５による半導体装置の製造方法において、その処理内容の一例を示すフロー図である。
【図２０】図１９のフロー図に対応して、プラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。
【図２１】図１９のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図２２】図１９のフロー図に伴って形成される半導体装置の一部の構成例を示したデバイス断面図である。
【図２３】図１９のフロー図に対応して、異常が発生した場合におけるプラズマ処理装置のマッチングボックスの状態例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０，４０  プラズマ処理部
１１，４１  チャンバ
１１ａ，４１ａ  ガス流入口
１１ｂ，４１ｂ  排気口
１２ａ，４２ａ  上部電極
１２ｂ，４２ｂ  下部電極
１３，４３  高周波電源
１４，４４  マッチングボックス
１５ａ，４５ａ  Ｃ１ポジションモニタ部
１５ｂ，４５ｂ  Ｃ２ポジションモニタ部
１６，４６  Ｐｒ検出部
１７，４７  エラー処理部
１８，４８  異常監視部
１８ａ，４８ａ  シーケンス制御部
１８ｂ，４８ｂ  Δ監視部
１８ｃ，４８ｃ  σ監視部
４２ｃ  静電チャック
４９  直流電圧源
７０，１４０，２１０  絶縁層
７１，１４１  バリア層
７２，１４２  メタル層
７３，１４３  反射防止層
７４  層間絶縁層
７５  異物
１４４  レジスト
Ｃ１，Ｃ２  可変容量
Ｌ１  インダクタ
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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