(57)【要約】【課題】異常放電により半導体素子に不良品が発生することを抑制する。【解決手段】第１の電極２と第２の電極５を互いに向き合うように離間して配置し、前記第１の電極２、又は前記第２の電極５のうち少なくとも一方を接地し、かつ他方にプラズマ発生用の電力を印加することによりプラズマを発生させ、前記第１の電極２、又は前記第２の電極５のうち一方に載置された半導体ウェハＷａｆを前記プラズマを用いて処理しつつ、接地電位に対するプラズマ電位Ｖｐと、接地電位に対す前記半導体基板表面上の電位の差Ｖｄｃの変動を測定し、該測定した値の変動に基づいて異常放電の有無を判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極を互いに向き合うように離間して配置し、
前記第１の電極、又は前記第２の電極のうち少なくとも一方にプラズマ発生用の電力を印加することによりプラズマを発生させ、
前記第１の電極又は前記第２の電極に載置された半導体基板を前記プラズマを用いて処理しつつ、プラズマ電位と、前記半導体基板の電位との差の変動を測定し、該測定結果に基づいて異常放電の有無を判断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
接地している第１の電極と第２の電極とを互いに向き合うように離間して配置し、
前記第２の電極にプラズマ発生用の電力を印加することによりチャンバー内にプラズマを発生させ、
前記チャンバー内に配置された半導体基板を前記プラズマを用いて処理しつつ、前記第２の電極の電位を測定し、該測定した値に基づいて異常放電の有無を判断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
第１の電極と第２の電極を互いに向き合うように離間して配置し、
前記第１の電極及び前記第２の電極にプラズマ発生用の電力を印加することによりチャンバー内にプラズマを発生させ、
前記チャンバー内に配置された半導体基板をプラズマを用いて処理しつつ、前記第１の電極と前記第２の電極間の電位差を測定し、該測定した値に基づいて異常放電の有無を判断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
第１の電極と第２の電極を互いに向き合うように離間して配置し、
前記第１の電極及び前記第２の電極にプラズマ発生用の電力を印加することによりチャンバー内にプラズマを発生させ、
前記チャンバー内に配置された半導体基板をプラズマを用いて処理しつつ、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち一方の電極の電位を測定し、該測定した値に基づいて異常放電の有無を判断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記測定した値の所定時間内における変動量の絶対値がしきい値を超えた場合に、異常放電があったと判断する請求項２から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記測定した値の変動量の微分値がしきい値を超えた場合に、異常放電があったと判断する請求項２から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
接地されている第１の電極と、
前記第１の電極と向き合うように離間して配置され、プラズマ発生用の電力が印加される第２の電極と、
前記第２の電極の電位を測定する電圧モニタ部と、
前記電圧モニタ部で測定した値に基づいて異常放電の有無を判断する判断部と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
互いに向き合うように離間して配置され、プラズマ発生用の電力が印加される第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極間の電位差を測定する電圧モニタ部と、
前記電圧モニタ部で測定した値に基づいて異常放電の有無を判断する判断部と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
互いに向き合うように離間して配置され、プラズマ発生用の電力が印加される第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極、及び前記第２の電極のうち一方の電極の電位を測定する電圧モニタ部と、
前記電圧モニタ部で測定した値に基づいて異常放電の有無を判断する判断部と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【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及びプラズマ処理装置に関する、特に本発明は、異常放電により半導体素子に不良品が発生することを抑制できる半導体装置の製造方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造ラインには各種プラズマ処理装置が用いられている。プラズマＣＶＤ装置もその一つであり、通常、直流放電又は高周波放電を用いてチャンバー内にプラズマを発生させる。これにより、チャンバー内に導入した反応ガスが活性化し、成膜処理（例えば、層間絶縁膜やパッシベーション膜を形成）が行われる。
【０００３】
近年デバイスの微細化、高集積化に伴い、異常放電によるプラズマダメージで半導体素子が破壊される場合がある。異常放電によるプラズマダメージを抑制する従来の方法として、半導体基板にダミーのメタル配線を形成することにより、半導体ウェハにチャージした電荷の逃げ道を増やし、プラズマダメージを低減させる方法がある（例えば特許文献１参照）。また、整合回路部の電圧変化により異常放電を検出する方法もある（例えば特許文献２参照）。ほかに、チャンバー内に石英からなる窓を設け、アーク発光をモニタリングすることにより異常放電を検出する方法もある。
【特許文献１】特開平５−３４７２８３号公報
【特許文献２】特開平１１−１６７９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特開平５−３４７２８３号公報の方法では、異常放電発生を処理中に発見し難い。このため、製造した半導体装置に大量の不良品が発生するおそれがある。また、特開平１１−１６７９９７号公報の方法では、整合回路部の電圧を演算してプラズマ電位を計測することにより、異常放電を検出しているため、多くの演算処理が必要となっていた。
【０００５】
チャンバー内のアーク発光をモニタリングすることにより異常放電を検出する方法は、検出感度が低い。また、窓がエッチング雰囲気に曝されるので表面荒れ、及び反応生成物の堆積が避けられない。このため、処理時間が長くなるにつれて窓の透過率が減少し、検出感度が低下していた。
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、その目的は、チャンバー内の異常放電を多くの演算処理を用いずにリアルタイムで検出することが可能であり、かつ処理時間が長くなっても異常放電を検出する感度が低下することがない半導体装置の製造方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の電極と第２の電極を互いに向き合うように離間して配置し、
前記第１の電極、又は前記第２の電極のうち少なくとも一方にプラズマ発生用の電力を印加することによりプラズマを発生させ、
前記第１の電極又は前記第２の電極に載置された半導体基板を前記プラズマを用いて処理しつつ、プラズマ電位と、前記半導体基板の電位との差の変動を測定し、該測定結果に基づいて異常放電の有無を判断する。
【０００８】
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、接地している第１の電極と第２の電極とを互いに向き合うように離間して配置し、
前記第２の電極にプラズマ発生用の電力を印加することによりチャンバー内にプラズマを発生させ、
前記チャンバー内に配置された半導体基板を前記プラズマを用いて処理しつつ、前記第２の電極の電位を測定し、該測定値に基づいて異常放電の有無を判断する。
【０００９】
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、第１の電極と第２の電極を互いに向き合うように離間して配置し、
前記第１の電極及び前記第２の電極にプラズマ発生用の電力を印加することによりチャンバー内にプラズマを発生させ、
前記チャンバー内に配置された半導体基板をプラズマを用いて処理しつつ、前記第１の電極と前記第２の電極間の電位差を測定し、該測定値に基づいて異常放電の有無を判断する。
【００１０】
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は前第１の電極と第２の電極を互いに向き合うように離間して配置し、
前記第１の電極及び前記第２の電極にプラズマ発生用の電力を印加することによりチャンバー内にプラズマを発生させ、記チャンバー内に配置された半導体基板をプラズマを用いて処理しつつ、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち一方の電極の電位を測定し、該測定値に基づいて異常放電の有無を判断する。
【００１１】
これらの半導体装置の製造方法によれば、プラズマ発生用の電力が印加される電極の電位を測定し、この測定値に基づいて異常放電の有無を判断しているので、異常放電を少ない演算処理量でリアルタイムに検出することが可能である。また、電気的に異常放電の有無を判断しているので、処理時間が長くなっても異常放電の検出感度が低下することがない。
【００１２】
また、測定値の所定時間内における変動量を絶対値で検出し、前記絶対値に基づいて異常放電を検出してもよい。もしくは、測定値の変動量の微分値を算出し、前記微分値に基づいて異常放電を検出してもよい。
ここで、半導体基板は、例えば第１の電極に載置されてもよく、また、第２の電極に載置されてもよい。
【００１３】
本発明に係るプラズマ処理装置は、接地される第１の電極と、
前記第１の電極と向き合うように離間して配置され、プラズマ発生用の電力が印加される第２の電極と、
前記第２の電極の電位を測定する電圧モニタ部と、
前記電圧モニタ部で測定した値に基づいて異常放電の有無を判断する判断部と、
を具備する。
【００１４】
本発明に係る他のプラズマ処理装置は、互いに向き合うように離間して配置され、プラズマ発生用の電力が印加される第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極間の電位差を測定する電圧モニタ部と、
前記電圧モニタ部で測定した値に基づいて異常放電の有無を判断する判断部と、
を具備する。
【００１５】
本発明に係る他のプラズマ処理装置は、互いに向き合うように離間して配置され、プラズマ発生用の電力が印加される第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極のうち一方の電極の電位を測定する電圧モニタ部と、
前記電圧モニタ部で測定した値に基づいて異常放電の有無を判断する判断部と、
を具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するものである。本方法は、プラズマ処理装置の一例であるプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜処理（例えば、層間絶縁膜及びパッシベーション膜を形成）を行う方法である。チャンバー１内には、下部電極２、及び上部電極５が互いに向き合うように離間して配置されている。下部電極２は接地されており、かつ被処理基板である半導体ウェハＷａｆが載置される。また、上部電極５には高周波電源４からの高周波（ＲＦ）電力が整合回路部３を介して印加される。チャンバー１の上壁には反応ガス等を導入するためのガス供給口６が設けられており、チャンバー１の側面下部にはチャンバー１内を排気するためのガス排気口７が設けられている。
【００１７】
上部電極５に高周波（ＲＦ）電力が印加されることにより、ガス供給口６から導入された反応ガスはプラズマになり活性化する。これにより、半導体ウェハＷａｆに層間絶縁膜やパッシベーション膜等を形成する成膜処理が行われる。
【００１８】
上部電極５には、上部電極５の電位を測定する電圧モニタ部８が接続されている。電圧モニタ部８で測定した値は、インターロック部９に出力される。インターロック部９は電圧モニタ部８で測定した値に基づいて、高周波電源４からの電力供給にインターロックをかける。
【００１９】
図２は、本実施形態におけるプラズマ処理中の下部電極２と上部電極５間の電位差を示した図である。プラズマ処理中の下部電極２と上部電極５間において、プラズマには接地電位を基準とした場合に、所定の電位Ｖｐ（以下、プラズマ電位Ｖｐと記載）が生じる。また、高周波が印加される上部電極５にもＶｄｃ（セルフバイアス電圧）が生じる。異常放電が発生すると、プラズマが不均一になりＶｄｃの値が不安定になる（つまり、接地電位に対するプラズマ電位Ｖｐと、接地電位に対する半導体ウェハＷａｆ表面上の電位の差Ｖｄｃが変動する）。よって、異常放電が発生するときは、下部電極２と上部電極５の電位差が変動する。ここで、下部電極２は接地しているため、上部電極５の電位が変動する。
【００２０】
図３、図４は、電圧モニタ部８にて測定したＶｄｃの値の推移である。正常な状態では、図３（Ａ）のようにプラズマ処理中のＶｄｃの値は安定している。これに対し、異常放電が起こった場合では、図３（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）のようにプラズマ処理中のＶｄｃの値は不安定になる。
【００２１】
そこで、本実施形態に係る異常放電の有無の判断方法では、上部電極５の電位の所定時間内における変動量を絶対値で検出し、この絶対値にしきい値を設ける。絶対値がしきい値を超えた場合は、インターロック部９により高周波電源４からの電力供給にインターロックをかけてプラズマ処理を停止する。もしくは、上部電極５の電位の変動量の微分値を算出し、この微分値にしきい値を設ける。微分値がしきい値を超えた場合は、インターロック部９により高周波電源４からの電力供給にインターロックをかけてプラズマ処理を停止する。
【００２２】
図５は、本実施形態における半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、半導体ウェハＷａｆをチャンバー１内に搬入する（Ｓ１０）。次いで、半導体ウェハＷａｆに対するプラズマ処理を行う（Ｓ２０）。プラズマ処理が終了すると、半導体ウェハＷａｆをチャンバー１内から搬出する（Ｓ３０）。
【００２３】
図６は、プラズマ処理（Ｓ２０）の詳細を説明するためのフローチャートである。まず、電圧モニタ部８にて上部電極５の電位の変動を測定しながら、半導体ウェハＷａｆに対するプラズマ処理を開始する（Ｓ２１）。電圧モニタ部８で測定した値は、インターロック部９に出力される。そして、インターロック部９にて、上部電極５の電位の所定時間内における変動量の絶対値、もしくは算出した上部電極５の電位の変動量の微分値が、しきい値を超えていないかを見る（Ｓ２２）。絶対値、もしくは微分値がしきい値を超えた場合は、インターロック部９により高周波電源４からの電力供給にインターロックをかけてプラズマ処理を停止する（Ｓ２３）。絶対値、もしくは微分値がしきい値を超えない場合は、規定時間になるまでプラズマ処理を実行する（Ｓ２４）。規定時間に達すると、プラズマ処理を終了する（Ｓ２５）。
【００２４】
以上、第１の実施形態における半導体装置の製造方法によれば、電圧モニタ部８にて上部電極５の電位の変動を測定しながらプラズマ処理を行っているので、処理基板に悪影響を及ぼす異常放電を少ない演算処理量でリアルタイムに検出することができる。また、異常放電が起こった場合は、インターロック部９により、高周波電源４からの電力供給にインターロックをかけてプラズマ処理を停止するため、製造した半導体装置に大量の不良品が発生することを抑制できる。また、電気的に異常放電の検出を行っているため、処理時間が長くなっても異常放電を検出する感度が低下することを抑制できる。
【００２５】
次に、図７を用いて第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。本方法で用いられるプラズマＣＶＤ装置は、上部電極５が接地しており、下部電極２に高周波電源４からの高周波（ＲＦ）電力が整合回路部３を介して印加される。また、下部電極２には、下部電極２の電位を測定する電圧モニタ部８が接続されている。以上の点を除いて、本方法で用いられるプラズマＣＶＤ装置の他の構成は、第１の実施形態と同様である。また、本実施形態における半導体装置の製造方法は、プラズマ処理工程における異常放電の有無の判断方法（第１の実施形態においては図６のＳ２２）を除いて第１の実施形態と同様である。
以下、本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２６】
本実施形態では、上部電極５が接地しており、下部電極２に高周波が印加される。よって、チャンバー１内で異常放電が発生し、Ｖｄｃの値が不安定になるときは、下部電極２の電位が変動する。そこで、本実施形態における異常放電の有無の判断方法では、下部電極２の電位の所定時間内における変動量を絶対値で検出し、この絶対値にしきい値を設ける。絶対値がしきい値を超えた場合は、インターロック部９により高周波電源４からの電力供給にインターロックをかけてプラズマ処理を停止する。もしくは、下部電極２の電位の変動量の微分値を算出し、この微分値にしきい値を設ける。微分値がしきい値を超えた場合は、インターロック部９により高周波電源４からの電力供給インターロックをかけてプラズマ処理を停止する。
よって、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
次に、図８を用いて第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。本方法で用いられるプラズマＣＶＤ装置は、下部電極２及び上部電極５のそれぞれに高周波電源４からの高周波（ＲＦ）電力が整合回路部３を介して印加される。また、下部電極２及び上部電極５のそれぞれに、下部電極２と上部電極５の電位差を測定する電圧モニタ部８が接続されている。以上の点を除いて、本方法で用いられるプラズマＣＶＤ装置の他の構成は第１の実施形態と同様である。また、本実施形態における半導体装置の製造方法は、プラズマ処理工程における異常放電の有無の判断方法（第１の実施形態においては図６のＳ２２）を除いて第１の実施形態と同様である。
以下、本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２８】
本実施形態では、下部電極２及び上部電極５が接地しておらず、下部電極２及び上部電極５のそれぞれに高周波が印加される。よって、チャンバー１内で異常放電が発生し、Ｖｄｃの値が不安定になるときは、下部電極２及び上部電極５の少なくとも一方の電位が変化し、下部電極２と上部電極５間の電位差が変動する。
【００２９】
そこで、本実施形態における異常放電の有無の判断方法では、下部電極２と上部電極５間の電位差の所定時間内における変動量を絶対値で検出し、この絶対値にしきい値を設ける。絶対値がしきい値を超えた場合は、インターロック部９により高周波電源４からの電力供給にインターロックをかけてプラズマ処理を停止する。もしくは、下部電極２と上部電極５間の電位差の変動量の微分値を算出し、この微分値にしきい値を設ける。微分値がしきい値を超えた場合は、インターロック部９により高周波電源４からの電力供給にインターロックをかけてプラズマ処理を停止する。
よって、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、第１から第３の実施形態それぞれにおいて、インターロック部９に限らず、警報器等を配備してオペレータに知らせるようにしてもよい。また、プラズマ処理装置の一例としてプラズマＣＶＤ装置を示したが、これに限らず、エッチング装置、またはスパッタ装置等に本発明を用いることができる。
【００３１】
また、第３の実施形態において、下部電極２の電位の変動のみを電圧モニタ部８で測定し、高周波電源４からの電力供給を制御してもよい。この場合、下部電極２の電位の所定時間内における変動量を絶対値で検出、もしくは下部電極２の電位の変動量の微分値を算出して、異常放電を検出するようにしてもよい。
また、第３の実施形態において、上部電極５の電位の変動のみを電圧モニタ部８で測定し、高周波電源４からの電力供給を制御してもよい。この場合、上部電極５の電位の所定時間内における変動量を絶対値で検出、もしくは上部電極５の電位の変動量の微分値を算出して、異常放電を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す図。
【図２】プラズマ処理中の上部電極５と下部電極間２の電位差を示した図。
【図３】（Ａ）は、正常な状態における、Ｖｄｃの値の推移を示したグラフ。（Ｂ）は、異常放電が起こったときにおける、Ｖｄｃの値の推移の例を示したグラフ。
【図４】、異常放電が起こったときにおける、Ｖｄｃの値の推移の例を示したグラフ。
【図５】プラズマ処理工程を説明するためのフローチャート。
【図６】図５の（Ｓ２０）の詳細を説明するためのフローチャート。
【図７】は、第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す図。
【図８】は、第３の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・チャンバー、２・・・下部電極、３・・・整合回路部、４・・・高周波電源、５・・・上部電極、６・・・ガス供給口、７・・・ガス排気口、８・・・電圧モニタ部、９・・・インターロック部、Ｗａｆ・・・半導体ウェハ
【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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