(57)【要約】  【課題】プラズマの影響による真空容器内の経時劣化を自動的に判定する。  【解決手段】ガス導入ライン２４および排気ライン１５が接続され、高周波発振器２７が接続された真空容器１１を有するプラズマＣＶＤ装置１０において、プラズマ生成中の高周波発振器２７の進行波電力値Ｐn と使用時間Δｔとの積によって表される総進行波電力量Ｗをコントローラ２８内の記憶装置３２に格納し、予め設定された管理値と比較することにより真空容器１１内のプラズマの影響による腐食または劣化を判定し、保守時期を警報する。プラズマの影響による真空容器内の経時劣化を自動的に判定することで、人為的な誤差を排除でき、プラズマＣＶＤ装置の製造歩留りやスループットを向上できる。  【選択図】図３
2007059659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入手段および真空排気手段が接続され、かつまた、高周波電力供給手段が接続された真空容器を備えており、この真空容器内で前記高周波電力供給手段によって生成されたプラズマを利用し、基板に対して処理を施す半導体製造装置において、
前記プラズマを生成するために使用する前記高周波電力供給手段の高周波電力と、その使用時間との積によって表される進行波電力量をコントローラ内の記憶装置に格納し、予め設定された比較基準と比較することにより前記真空容器内の腐食または劣化を判定し、保守時期を通知することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置、特に、基板が配置された真空容器内にガスを導入して高周波エネルギーの印加よりプラズマを生成し、このプラズマによって処理を施すものに関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に薄膜を形成するのに利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法においてウエハに薄膜を形成する半導体製造装置として、プラズマＣＶＤ装置が使用されることがある。
【０００３】
従来のこの種のプラズマＣＶＤ処理装置として、排気装置によって真空排気される真空容器と、真空容器内に設置されたカソード電極（陰極）およびアノード電極（陽極）と、真空容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給源とを備えているものがある（特許文献１参照）。
このプラズマＣＶＤ装置によってウエハに薄膜が形成される際には、ウエハが真空容器内の陰極兼載置台の上に配置された状態で、原料ガス供給源からの原料ガスがガス流量制御手段を介して真空容器内に導入される。
そして、真空容器内の圧力と目標圧力とが比較され、この比較結果に基づいて真空容器の排気装置に設けられた可変コンダクタンスバルブが調整され、真空容器内の圧力が目標圧力になるように制御される。真空容器内の圧力が目標の圧力に保たれた時に、カソード電極とアノード電極との間に高周波電圧が高周波電源により印加され、真空容器内の原料ガスが励起されてカソード電極とアノード電極との間にプラズマが生成される。
このプラズマによりガス分子の一部がラジカルとして発生され、このラジカルがウエハの上に堆積されて成膜される。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３３５５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プラズマＣＶＤ装置においては、ウエハだけにプラズマ処理を施すことは困難であり、真空容器の内面や真空容器内の部品にもプラズマの影響が及んでしまう。すなわち、真空容器の内面や真空容器内の部品の表面に予め被着された被膜が、そのプラズマの影響によって除去されたり、変質されたりする。
例えば、陽極（アノード電極）および陰極（カソード電極）兼載置台（サセプタ）の構成材料に含まれる金属等は、スパッタされることによって真空容器内に飛散される。その飛散物が堆積中のＣＶＤ膜中に混入することにより、製品であるＩＣに欠陥が作り込まれてしまう。
また、陽極および陰極兼載置台の表面が劣化すると、同一の処理条件を適用しても劣化前と同様のプラズマを生成することができなくなるために、製品であるＩＣの性能（電気的特性）が所期のものと異なってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、経時劣化を自動的に判定することができる半導体製造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】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）ガス導入手段および真空排気手段が接続され、かつまた、高周波電力供給手段が接続された真空容器を備えており、この真空容器内で前記高周波電力供給手段によって生成されたプラズマを利用し、基板に対して処理を施す半導体製造装置において、
前記プラズマを生成するために使用する前記高周波電力供給手段の高周波電力と、その使用時間との積によって表される進行波電力量をコントローラ内の記憶装置に格納し、予め設定された比較基準と比較することにより前記真空容器内の腐食または劣化を判定し、保守時期を通知することを特徴とする半導体製造装置。
（２）ガス導入手段および真空排気手段が接続され、かつまた、高周波電力供給手段が接続された真空容器を備えており、この真空容器内で前記高周波電力供給手段によって生成されたプラズマを利用し、基板に対して処理を施す半導体製造装置において、
プラズマ自己バイアス電圧の絶対値を累積加算することにより、前記真空容器内の腐食または劣化を判定し、保守時期を通知することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の効果】
【０００８】
前記した手段によれば、真空容器内の腐食または劣化を自動的に判定し、保守時期を警報することができるので、半導体製造装置の製造歩留りを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
本実施の形態において、図１に示されているように、本発明に係る半導体製造装置はプラズマＣＶＤ装置として構成されている。
図１に示されているように、プラズマＣＶＤ処理装置１０は処理室１２を形成した真空容器１１を備えている。真空容器１１の側壁には、被処理基板としてのウエハ１を処理室１２内に搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３が開設されており、ウエハ搬入搬出口１３はゲートバルブ１４によって開閉されるように構成されている。
【００１１】
真空容器１１の底壁には排気ライン１５の一端が流体的に接続されており、排気ライン１５の他端は真空排気手段としての真空排気装置１６に流体的に接続されている。排気ライン１５の途中には排気コンダクタンス調整手段としての排気コンダクタンス調整弁１７が介設されている。
排気コンダクタンス調整弁１７には排気コンダクタンス調整弁制御装置１８が、電気的に接続されており、排気コンダクタンス調整弁制御装置１８には、処理室１２内の圧力を検出する圧力センサ１９が電気的に接続されている。排気コンダクタンス調整弁制御装置１８は圧力センサ１９からの検出結果およびコントローラ２８からの指令に基づいて、排気コンダクタンス調整弁１７を制御することにより、処理室１２内の圧力を調整するように構成されている。
【００１２】
真空容器１１の処理室１２内にはアノード電極（陽極）２０が設置されている。
アノード電極２０の内部にはガス通路２１が形成されており、アノード電極２０の下面にはシャワー板２２がガス通路２１を仕切るように嵌め込まれている。シャワー板２２には多数個の吹出口２３がガスをシャワー状に吹き出すように開設されている。
アノード電極２０のガス通路２１にはガス導入手段としてのガス導入ライン２４が接続されており、ガス通路２１にはガス導入ライン２４から多種類のガスが導入されるようになっている。
【００１３】
一方、真空容器１１の処理室１２の下部にはカソード電極２５が設置されている。カソード電極２５はウエハ１を載置した状態で保持する基板載置台（サセプタ）を兼用するように構成されており、サセプタ兼用のカソード電極２５には保持したウエハを加熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。
【００１４】
アノード電極２０とカソード電極２５との間には、高周波電力供給手段としての高周波発振器２７がインピーダンス整合器２６を介して接続されており、高周波発振器２７はコントローラ２８に通信線２９によって接続されている。
高周波発振器２７はコントローラ２８からの指令に応答してインピーダンス整合器２６を介してアノード電極２０とカソード電極２５との間に高周波電圧を印加するようになっている。
カソード電極２５には自己バイアス電圧検出手段としての電圧計３０が接続されており、電圧計３０は検出結果を通信線３１によってコントローラ２８に送信するように構成されている。
コントローラ２８には記憶装置３２、表示装置３３および入力装置３４が接続されている。
コントローラ２８にはソフトウエアの機能として、後述する進行波電力量および累積自己バイアス電圧の管理機能が組み込まれている。
このため、コントローラ２８はプラズマ処理に関するデータとして、進行波電力値を高周波発振器２７から通信線２９を通して取得し、記憶装置３２に格納するように構成されている。
また、コントローラ２８はプラズマ処理に関するデータとして、自己バイアス電圧値を電圧計３０から通信線３１を通して取得し、記憶装置３２に格納するように構成されている。
【００１５】
次に、前記構成に係るプラズマＣＶＤ装置１０によるウエハ１へのＣＶＤ膜の形成方法を説明する。
【００１６】
ＣＶＤ膜を形成すべきウエハ１がウエハ搬入搬出口１３に搬送されて来ると、ゲートバルブ１４が開けられ、ウエハ１がウエハ搬入搬出口１３から処理室１２内に搬入され、サセプタを兼用するカソード電極２５の上に載置される。
ウエハ１がカソード電極２５に載置されて保持されると、ウエハ搬入搬出口１３がゲートバルブ１４によって閉じられる。
処理室１２内が真空排気装置１６によって排気ライン１５および排気コンダクタンス調整弁１７を通じて排気される。処理室１２内が所定の圧力に維持されながら、原料ガスがガス導入ライン２４からガス通路２１に導入され、処理室１２内にシャワー板２２の吹出口２３からシャワー状に吹き出される。
処理室１２内の圧力を一定に維持する方法としては、圧力センサ１９から出力されて排気コンダクタンス調整弁制御装置１８に入力される信号に基づいて、排気コンダクタンス調整弁１７が制御されるフィードバック制御方法が使用される。
【００１７】
処理室１２内が所定の圧力に維持された状態で、コントローラ２８に入力装置３４から設定された電力値が高周波発振器２７に通信線２９を通じて設定され、高周波電力が高周波発振器２７によって発生される。高周波発振器２７によって発生された高周波電力は、アノード電極２０にインピーダンス整合器２６を通して印加される。
高周波電力が印加されると、アノード電極２０とカソード電極２５との間にプラズマが生成される。
このようにして生成されたプラズマにより、処理室１２内にシャワー状に吹き出された原料ガスが分解または活性化し、サセプタを兼ねるカソード電極２５に保持されたウエハ１の上に堆積し、ＣＶＤ膜が形成される。
【００１８】
以上のプラズマＣＶＤ膜の形成処理においては、プラズマの影響が処理室１２やサセプタを兼用するカソード電極２５の表面等にも及ぶために、処理が繰り返し実施されると、処理室１２やカソード電極２５の表面に予め被着された被膜がプラズマの影響によって除去されたり、変質されたりする。
そして、処理室１２やカソード電極２５の表面に予め被着された被膜がプラズマの影響によって除去されたり、変質されたりすると、プラズマＣＶＤ装置１０の製造歩留りが低下してしまう。
そこで、本実施の形態においては、プラズマＣＶＤ装置１０における真空容器１１内の腐食または劣化を自動的に判定し、保守時期を警報することにより、プラズマＣＶＤ装置１０の製造歩留りの低下を未然に防止する。
【００１９】
以下、図２および図３について、第一実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の保守時期の警報方法を説明する。
【００２０】
図２はウエハへのプラズマＣＶＤ膜の形成処理時の進行波電力の変化を示すグラフであり、横軸に時間が取られ、縦軸に進行波電力が取られている。
進行波電力量は進行波電力を時間で積分することにより、算出することができる。
ここで、進行波電力値モニタリングのサンプリング時間をΔｔ、ｎサンプリング時間経過時の進行波電力値をＰn 、ｎ−１サンプリング時間経過時の進行波電力値Ｐn-1 とすると、サンプリング時間Δｔ当たりの電力量ΔＷは、次式（１）によって近似することができる。
ΔＷ＝｛（Ｐn ＋Ｐn-1 ）／２｝Δｔ  ・・・（１）
したがって、サンプリング時間Δｔ当たりの電力量ΔＷを加算して行くことにより、総電力量を算出することができる。
すなわち、総電力量Ｗは次式（２）によって求めることができる。
Ｗ＝ΣΔＷ  ・・・（２）
【００２１】
図３は進行波電力量管理処理を示すフローチャートである。
次に、図３に示された進行波電力量管理処理による保守時期の警報方法を説明する。
まず、プラズマＣＶＤ装置が起動されると、図３に示されているように、記憶装置３２内にある進行波電力量が初期化され（Ｓ１）、前回サンプリング進行波電力値が初期化され（Ｓ２）、進行波電力管理値が設定される（Ｓ３）。
なお、進行波電力管理値は予め設定された比較基準であり、予め実験により求められて定められている。
次いで、プラズマが生成中かが判定される（Ｓ４）。
プラズマが生成中でない場合（ＮＯ）には、入力装置３４からの進行波電力量消去指示が有るかを判定する（Ｓ１２）。
もし、指示が有る場合（ＹＥＳ）には、進行波電力量の初期設定を行い、進行波電力を消去する（Ｓ１３）。その後、プラズマ生成中判定ステップ（Ｓ４）に戻る。
プラズマ生成中判定ステップ（Ｓ４）において、プラズマが生成中である場合（ＹＥＳ）には、予め設定されたサンプリング時間が経過したかを判定する（Ｓ５）。
サンプリング時間が経過していない場合（ＮＯ）には、プラズマ生成中判定ステップ（Ｓ４）に戻る。
サンプリング時間が経過している場合（ＹＥＳ）には、コントローラ２８は現在の進行波電力値を高周波発振器２７から通信線２９を経由して取得する（Ｓ６）。
コントローラ２８はΔｔ時間当たりの進行波電力量ΔＷを、前式（１）によって算出する（Ｓ７）。
次に、総進行波電力量Ｗを、前式（２）によって算出する（Ｓ８）。
続いて、その総進行波電力量Ｗが管理値を超えているかを判定する（Ｓ９）。
総進行波電力量Ｗが管理値を超えている場合（ＹＥＳ）には、保守時期が到来した旨の警報のようなメッセージが表示装置３３に表示される（Ｓ１１）。
プラズマＣＶＤ装置１０の管理者はこのメッセージの通知に基づいて、例えば、サセプタを兼用したカソード電極２５の交換のような保守作業を適時に実施することになる。
他方、総進行波電力量Ｗが管理値を超えていない場合（ＮＯ）には、現在の進行波電力値が前回サンプリング進行波電力値として退避され（Ｓ１０）、プラズマ生成中判定ステップＳ４に戻る。
【００２２】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２３】
1)  高周波発振器の高周波電力値と使用時間との積によって表される進行波電力量を予め設定された管理値と比較することにより、処理室内の腐食または劣化を判定することができるので、保守時期が到来した旨等の警報を自動的に通知することができる。
【００２４】
2)  保守時期が到来した旨等の警報を自動的に通知することにより、プラズマＣＶＤ装置の管理者はこの通知に基づいて、例えば、サセプタを兼用したカソード電極の交換のような保守作業を適時に実施することができるので、プラズマＣＶＤ装置の製造歩留りが低下するのを未然に回避することができ、相対的に、プラズマＣＶＤ装置の製造歩留りを向上させることができる。
【００２５】
3)  処理室内の腐食または劣化をプラズマＣＶＤ装置の管理者の主観ではなく、プラズマＣＶＤ装置自身が自動的かつ定量的に判定することにより、処理室内の腐食または劣化の判定についての人為的な誤差を排除することができるので、例えば、保守作業の遅れによる製造歩留りの低下を防止することができ、反対に、過度の保守作業頻度によるプラズマＣＶＤ装置の休止時間の増加によるスループットの低下を防止することができる。つまり、プラズマＣＶＤ装置の性能を一定に維持することができる。
【００２６】
次に、図４および図５について、第二実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の保守時期の警報方法を説明する。
【００２７】
図４はウエハへのプラズマＣＶＤ膜の形成処理時の自己バイアス電圧の変化を示すグラフであり、横軸に時間が取られ、縦軸に自己バイアス電圧が取られている。
累積自己バイアス電圧は自己バイアス電圧値を時間で積分することにより、算出することができる。
ここで、自己バイアス電圧値モニタリングのサンプリング時間をΔｔ、ｎサンプリング時間経過時の自己バイアス電圧値をＶn 、ｎ−１サンプリング時間経過時の自己バイアス電圧値Ｖn-1 とすると、サンプリング時間Δｔ当たりの累積自己バイアス電圧ΔＶは、次式（３）によって近似することができる。
ΔＶ＝｛（Ｖn ＋Ｖn-1 ）／２｝Δｔ  ・・・（３）
したがって、サンプリング時間Δｔ当たりの累積自己バイアス電圧ΔＶを加算して行くことにより、総累積自己バイアス電圧を算出することができる。
すなわち、総累積自己バイアス電圧Ｖは、次式（４）によって求めることができる。
Ｖ＝ΣΔＶ  ・・・（４）
【００２８】
図５は累積自己バイアス電圧管理処理を示すフローチャートである。
次に、図５に示された累積自己バイアス電圧管理処理による保守時期の警報方法を説明する。
プラズマＣＶＤ装置が起動されると、図５に示されているように、記憶装置３２内にある累積自己バイアス電圧が初期化され（Ｓ２０）、前回サンプリング自己バイアス電圧値が初期化され（Ｓ２１）、累積自己バイアス電圧管理値が設定される（Ｓ２２）。
なお、累積自己バイアス電圧管理値は予め設定された比較基準であり、予め実験により求められて定められている。
次いで、プラズマが生成中かが判定される（Ｓ２３）。
プラズマが生成中でない場合（ＮＯ）には、入力装置３４からの累積自己バイアス電圧消去指示が有るかを判定する（Ｓ３１）。
もし、指示が有る場合（ＹＥＳ）には、累積自己バイアス電圧の初期設定を行い、自己バイアス電圧を消去する（Ｓ３２）。その後、プラズマ生成中判定ステップ（Ｓ２３）に戻る。
プラズマ生成中判定ステップ（Ｓ２３）において、プラズマが生成中である場合（ＹＥＳ）には、予め設定されたサンプリング時間が経過したかを判定する（Ｓ２４）。
サンプリング時間が経過していない場合（ＮＯ）には、プラズマ生成中判定ステップ（Ｓ２３）に戻る。
サンプリング時間が経過している場合（ＹＥＳ）には、コントローラ２８は現在の自己バイアス電圧値を電圧計３０から通信線３１を通じて取得する（Ｓ２５）。
コントローラ２８はΔｔ時間当たりの累積自己バイアス電圧ΔＶを、前式（３）によって算出する（Ｓ２６）。
次に、総累積自己バイアス電圧Ｖを、前式（４）によって算出する（Ｓ２７）。
続いて、その総累積自己バイアス電圧Ｖが予め設定された管理値を超えているかが、判定される（Ｓ２８）。
総累積自己バイアス電圧Ｖが管理値を超えている場合（ＹＥＳ）には、保守時期が到来した旨の警報のようなメッセージが表示装置３３に表示される（Ｓ３０）。
プラズマＣＶＤ装置１０の管理者はこのメッセージの通知に基づいて、例えば、サセプタを兼用したカソード電極２５の交換のような保守作業を適時に実施することになる。
他方、総累積自己バイアス電圧Ｖが管理値を超えていない場合（ＮＯ）には、現在の自己バイアス電圧値が前回サンプリング自己バイアス電圧値として退避され（Ｓ２９）、プラズマ生成中判定ステップＳ２３に戻る。
【００２９】
前記実施の形態によれば、プラズマ自己バイアス電圧の絶対値を累積加算し、予め設定された管理値と比較することにより、処理室内の腐食または劣化を自動的かつ定量的に判定することができるので、前記第一実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
なお、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において、種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００３１】
例えば、進行波電力管理処理による保守時期の警報方法と、累積自己バイアス電圧管理処理による保守時期の警報方法とは独立して使用するに限らず、併用してもよい。
【００３２】
保守時期を警報するための手段としては、表示装置にメッセージを表示する方法を採用するに限らず、スピーカやブザー等によって警報音を発生してもよいし、それらの警報手段を併用してもよい。
【００３３】
基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置の液晶パネル等であってもよい。
【００３４】
また、本発明は、プラズマＣＶＤ装置に適用する場合に限らず、ドライエッチング装置等のプラズマを利用した半導体製造装置全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置を示す回路図を含む正面断面図である。
【図２】そのプラズマＣＶＤ装置における保守時期の警報方法の第一実施の形態に係る進行波電力特性を示すグラフである。
【図３】その進行波電力量管理処理による保守時期の警報方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置における保守時期の警報方法の第二実施の形態に係る自己バイアス電圧特性を示すグラフである。
【図５】その自己バイアス電圧管理処理による保守時期の警報方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１…ウエハ（基板）、１０…プラズマＣＶＤ装置（半導体製造装置）、１１…真空容器、１２…処理室、１３…ウエハ搬入搬出口、１４…ゲートバルブ、１５…排気ライン、１６…真空排気装置（真空排気手段）、１７…排気コンダクタンス調整弁（排気コンダクタンス調整手段）、１８…排気コンダクタンス調整弁制御装置、１９…圧力センサ、２０…アノード電極（陽極）、２１…ガス通路、２２…シャワー板、２３…吹出口、２４…ガス導入ライン（ガス導入手段）、２５…カソード電極（陰極兼載置台）、２６…インピーダンス整合器、２７…高周波発振器（高周波電力供給手段）、２８…コントローラ、２９…通信線、３０…電圧計（自己バイアス電圧検出手段）、３１…通信線、３２…記憶装置、３３…表示装置、３４…入力装置。
【図１】
2007059659.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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