(57)【要約】【課題】従来は、一定の固定基準値を決定する際に、製品不良の発生のおそれを考慮しつつも過剰な生産性低下を避けるため、静電吸着ステージの表面状態や半導体ウェーハの製造ロットやエッチング条件の相違なども見込んだ基準値とし、比較的ゆるめの基準値となる傾向にあり、技術的根拠に基づく判定精度の良い最適な基準値を決定することはきわめて困難であった。【解決手段】静電吸着ステージ６上に半導体ウェーハ５を吸着保持し、それらの隙間に冷却ガスを流しながら所定のエッチング処理を施す工程で、冷却ガスの実測流量値を基準値と比較判定して、静電吸着ステージ６に対する半導体ウェーハ５の吸着状態および冷却ガスによる半導体ウェーハ５の冷却状態の異常の有無を判定する異常判定方法において、基準値は、順次、エッチング処理する半導体ウェーハ５ごとに設定される変動基準値を少なくとも基準値のひとつとして含む。【選択図】図２
2007110020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置されたステージ上に被処理体を吸着保持し、前記ステージと前記被処理体の隙間に前記被処理体を冷却するための冷却ガスを流しながら前記被処理体に所定のエッチング処理を施す工程で、前記冷却ガスの実測流量値を基準値と比較判定して、前記ステージに対する前記被処理体の吸着状態および前記冷却ガスによる前記被処理体の冷却状態の異常の有無を判定するプラズマエッチング処理における異常判定方法において、前記基準値は、順次、エッチング処理する被処理体ごとに設定される変動基準値を少なくとも基準値のひとつとして含むことを特徴とするプラズマエッチング処理における異常判定方法。
【請求項２】
前記変動基準値は、エッチング処理予定の被処理体と同一製造ロットであり、かつ、前記処理予定の被処理体と同一ステージで、同一エッチング条件で、以前にエッチング処理した被処理体の処理時の実測流量値を元に算出することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング処理における異常判定方法。
【請求項３】
前記処理予定の被処理体の以前にエッチング処理した被処理体は、前記処理予定の被処理体の直前にエッチング処理した被処理体であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング処理における異常判定方法。
【請求項４】
前記変動基準値と一定の固定基準値とを併用することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマエッチング処理における異常判定方法。
【請求項５】
前記プラズマエッチング装置が、複数のチャンバ（およびステージ）を備えたマルチチャンバタイプの場合、前記変動基準値は、各チャンバ（各ステージ）ごとに設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマエッチング処理における異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング装置のステージ上に被処理体を載置し、ステージと被処理体の隙間に被処理体を冷却するための冷却ガスを流しながら被処理体に所定のエッチング処理を施す際に、冷却ガスの実測流量値を基準値と比較して、ステージに対する被処理体の吸着状態および冷却ガスによる被処理体の冷却状態の異常の有無を判定するプラズマエッチング処理における異常判定方法に関する。
【０００２】
先ず最初に、プラズマエッチング装置の概略構成と動作を説明する。図３は、プラズマエッチング装置の縦断面図である。
【０００３】
図３に示すように、プラズマエッチング装置１は、主に、真空チャンバ２と、その内部に対向配置された下部電極３及び上部電極４と、下部電極３上に配置され被処理体としての半導体ウェーハ５を吸着保持する静電吸着ステージ６と、真空チャンバ外部に配置されたプラズマ発生用のＲＦ電源７とで構成されている。
【０００４】
また、真空チャンバ２には、反応性ガスを導入するガス導入口８と、不要ガスを排気するガス排気口９とが設けられており、上部電極４は接地され、下部電極３はＲＦ電源７に電気的接続され、下部電極３に高周波電圧を加えることにより下部電極３と上部電極４との間の空間にプラズマを励起するようになっている。
【０００５】
また、静電吸着ステージ６と半導体ウェーハ５の隙間に冷却ガス（例えば、ヘリウム）を流すための静電吸着ステージ６に設けられた複数の開口部（図示せず）と繋がった配管１０と、その配管１０の先に接続された冷却ガス制御部１１と、その冷却ガス制御部１１の末端にそれぞれ接続された冷却ガスを排気する排気ポンプ１２と、冷却ガスを貯留した冷却ガス供給源１３とが配置されている。
【０００６】
尚、静電吸着ステージ６と半導体ウェーハ５の隙間に冷却ガスを流し半導体ウェーハ５を冷却するのは、エッチング処理により半導体ウェーハ５が加熱され、半導体ウェーハ表面に塗布されたレジストが変質するレジスト焼けと呼ばれる不良やエッチング量のばらつきによる膜ムラと呼ばれる不良が生じることを防止するためである。
【０００７】
また、冷却ガス制御部１１は、冷却ガスを供給／停止させる開閉バルブ１４と、冷却ガスの圧力値を測定する圧力計１５と、冷却ガスの流量値を測定したり流量調整するマスフローコントローラ１６と、開閉バルブ１４の開閉動作を制御したり、実測圧力値を設定圧力値に近づけるようにマスフローコントローラ１６を制御したり、実測流量値を基準値と比較判定しその判定結果に基づいてエッチング処理を継続／中止したりする、記憶・演算機能や制御機能を有する制御機能部１７とを内蔵している。
【０００８】
ここで、上述したように冷却構造が静電吸着ステージ６と半導体ウェーハ５の隙間に冷却ガスを流して冷却する構造となっているため、冷却ガスの実測流量値は、静電吸着ステージ６と半導体ウェーハ５の隙間から漏れる冷却ガスの量とほぼ等しい。また、実測流量値は、隙間の大きさに依存し隙間が大きくなればなるほど大きくなった。このため、実測流量値は、静電吸着ステージ６に対する半導体ウェーハ５の吸着状態および吸着状態によって大きく影響を受けると予想される冷却ガスによる半導体ウェーハ５の冷却状態の異常判定のための指標（代用特性）として用いることができた。
【０００９】
異常判定方法の詳細は後述するが、より具体的には、例えば半導体ウェーハ裏面に異物が付着し突発的に隙間が大きくなったような場合は、半導体ウェーハ裏面に十分な圧力が加わらず冷却不足となるため、実測流量値と基準値とを比較判定することでこれを検出しエッチング処理を中止するなどした。
【００１０】
このようなプラズマエッチング装置１の使用方法は、半導体ウェーハ５を静電吸着ステージ６上に吸着保持し、真空チャンバ２内を真空にしてガス導入口８より反応性ガスを導入した後、ＲＦ電源７をＯＮにして下部電極３と上部電極４との間の空間にプラズマを励起させ、プラズマ中に発生するイオンや中性ラジカルで半導体ウェーハ５表面に所定のエッチング処理を施す。
【００１１】
その後、エッチング処理が終了したら、ＲＦ電源７をＯＦＦにして不要ガスをガス排気口９から排気した後、半導体ウェーハ５を静電吸着ステージ６から離脱させる。
【００１２】
尚、冷却ガスの供給は、ＲＦ電源７のＯＮと同時に開始され、ＯＦＦと共に停止される。即ち、半導体ウェーハ５をエッチング処理する間のみ冷却ガスは供給される。
【００１３】
以上の動作を繰返し、順次、半導体ウェーハ５に対してプラズマエッチング処理を行う。
【００１４】
次に、このようなプラズマエッチング処理における異常判定方法の一例を図４，図５を用いて説明する。尚、図４は、冷却ガスの実測流量値の変化と基準値の関係を示す説明図であり、図５は、異常判定の手順の一例を示すフロー図である。
【００１５】
図４に示すように、冷却ガスはエッチング処理が開始されるまでは供給停止状態であり、エッチング処理が開始されると同時に供給が開始される（タイミングｔ０）。その後、短時間で設定圧力値に到達させるように制御されるため、実測流量値は、供給開始当初はオーバーシュートし不安定となるが徐々に圧力調整がなされるに従い一定時間経過後には安定する。この安定領域の実測流量値は、静電吸着ステージと半導体ウェーハの隙間からほぼ定常的に漏れる冷却ガスの量であり、冷却ガスを供給停止するまでの間、この漏れ量に相当する冷却ガスを流すことで半導体ウェーハを安定して冷却できる。尚、異常判定のタイミングｔ１は、この安定領域に設定する。
【００１６】
次に、基準値は、通常、静電吸着ステージの表面状態や半導体ウェーハの製造ロットやエッチング条件などに係らず、一定の固定基準値（上限ＳＵ）を用いる。（例えば、特許文献１参照）
【００１７】
次に、異常判定の手順は、図５に示すように、先ず、任意の半導体ウェーハのエッチング処理を開始する。そして、タイミングｔ１における実測流量値を固定基準値（上限ＳＵ）で異常判定する。もし、固定基準値（上限ＳＵ）を越えて異常と判定された場合は、即座にエッチング処理を中止する。あるいは、固定基準値（上限ＳＵ）以内であり正常と判定された場合は、そのままエッチング処理を継続し完了し、次の半導体ウェーハをエッチング処理する。
【００１８】
尚、プラズマエッチング装置が、複数のチャンバと全チャンバ共通の冷却ガス制御部とを備えたマルチチャンバタイプのプラズマエッチング装置（図示せず）の場合でも、通常、全チャンバ共通の一定の固定基準値を用いていた。
【特許文献１】特開平１０−２４０３５６号公報  図３（ｂ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、このような異常判定方法においては、当然ながら、固定基準値（上限ＳＵ）がゆる過ぎる場合は、異常を見逃し製品不良を発生させるおそれが増加し、反対に、きびし過ぎる場合は、過剰にエッチング処理を中止することになり生産性が落ちるおそれがあった。
【００２０】
またさらに、冷却ガスの実測流量値を変動させる要因、即ち、静電吸着ステージと半導体ウェーハの隙間を変化させる要因としては、前述したような突発的な半導体ウェーハの裏面への異物付着だけではなく、それ以外に、多数の半導体ウェーハを連続してエッチング処理して行くに伴って静電吸着ステージ表面に徐々に堆積していく反応生成物による静電吸着ステージ表面の経時的な平面度の変化や半導体ウェーハの製造ロットごとに固有のソリ量などの出来映えの偏りやエッチング条件（圧力，反応ガス流量，温度など）の相違による差も技術的に無視できない重要な変動要因であった。
【００２１】
このため従来は、一定の固定基準値（上限ＳＵ）を決定する際に、製品不良の発生のおそれを考慮しつつも過剰な生産性低下を避けるため、冷却ガスの実測流量値が影響を受けるであろうと予測される技術的要因である、静電吸着ステージの表面状態の変化や半導体ウェーハの製造ロットに固有の出来映えの偏りやエッチング条件の相違による差なども見込んだ基準値としなければならず、どうしても比較的ゆるめの基準値となる傾向にあり、技術的根拠に基づく判定精度の良い最適な基準値を決定することはきわめて困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明のプラズマエッチング処理における異常判定方法は、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置されたステージ上に被処理体を吸着保持し、ステージと被処理体の隙間に被処理体を冷却するための冷却ガスを流しながら被処理体に所定のエッチング処理を施す工程で、冷却ガスの実測流量値を基準値と比較判定して、ステージに対する被処理体の吸着状態および冷却ガスによる被処理体の冷却状態の異常の有無を判定するプラズマエッチング処理における異常判定方法において、基準値は、順次、エッチング処理する被処理体ごとに設定される変動基準値を少なくとも基準値のひとつとして含むことを特徴とするプラズマエッチング処理における異常判定方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のプラズマエッチング処理における異常判定方法によれば、ステージに対する被処理体の吸着状態および冷却ガスによる被処理体の冷却状態の異常を判定する基準値として、ステージの表面状態の変化や被処理体の製造ロットに固有の出来映えの偏りやエッチング条件の相違による差などの影響を受けにくい最適な基準値を設定でき判定精度の良い異常判定をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、ステージに対する被処理体の吸着状態および冷却ガスによる被処理体の冷却状態の異常を判定する基準値として、ステージの表面状態の変化や被処理体の製造ロットに固有の出来映えの偏りやエッチング処理条件の相違による差の影響を受けにくい最適な基準値を設定し判定精度の良い異常判定をするという目的を、基準値として、順次、エッチング処理する被処理体ごとに設定される変動基準値を少なくとも基準値のひとつとして含むことで実現した。
【実施例】
【００２５】
本発明のプラズマエッチング処理における異常判定方法の一例を図１，図２を用いて説明する。尚、図１は、冷却ガスの実測流量値の変化と基準値の関係を示す説明図であり、図２は、異常判定の手順の一例を示すフロー図である。また、図４，図５と同一部分には同一符号を用い、プラズマエッチング装置の概略構成および動作については、従来技術で説明した内容と同様であるため説明を省略する。
【００２６】
図１に示すように、冷却ガスはエッチング処理が開始されるまでは供給停止状態であり、エッチング処理が開始されると同時に供給が開始される（タイミングｔ０）。その後、短時間で設定圧力値に到達させるように制御されるため、実測流量値は、供給開始当初はオーバーシュートし不安定となるが徐々に圧力調整がなされるに従い一定時間経過後には安定する。この安定領域の実測流量値は、静電吸着ステージと半導体ウェーハの隙間からほぼ定常的に漏れる冷却ガスの量であり、冷却ガスを供給停止するまでの間、この漏れ量に相当する冷却ガスを流すことで半導体ウェーハを安定して冷却できる。尚、異常判定のタイミングｔ１は、この安定領域に設定する。
【００２７】
次に、基準値は、従来の一定の固定基準値（上限ＳＵ）に加えて、これからエッチング処理する予定の半導体ウェーハ（以降、次ウェーハと呼ぶ）と同一製造ロットであり、かつ、次ウェーハと同一静電吸着ステージで、同一エッチング条件で、直前にエッチング処理した半導体ウェーハ（以降、直前ウェーハと呼ぶ）の処理時のタイミングｔ１における実測流量値に一定の許容範囲ａを加算・減算して求めた変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）を併用する。変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）は、直前ウェーハのタイミングｔ１における実測流量値をもとに順次、新たに算出し次ウェーハの基準値として用いる。（尚、製造ロットとは、半導体製造プロセスをいっしょに流れ、単一ワークとしてトレースされる半導体ウェーハのグループをいう。）
【００２８】
次に、異常判定の手順は、図２に示すように、先ず、同一の静電吸着ステージで、同一のエッチング条件で処理予定の同一製造ロットの半導体ウェーハのうち、最初にエッチング処理する予定の先頭の半導体ウェーハ（以降、先頭ウェーハと呼ぶ）のエッチング処理を開始する。そして、そのタイミングｔ１における実測流量値を固定基準値（上限ＳＵ）で異常判定する。もし、実測流量値が固定基準値（上限ＳＵ）を越えて異常と判定した場合は、即座にエッチング処理を中止する。あるいは、実測流量値が固定基準値（上限ＳＵ）以内であり正常と判定した場合は、そのままエッチング処理を継続し完了する。
【００２９】
またこのとき、正常判定された場合は、先頭ウェーハのタイミングｔ１における実測流量値を記憶し、例えばそれに一定の許容範囲ａを加算・減算して、次ウェーハ（２枚目）のための変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）を算出し設定する。尚、許容範囲ａは、例えば予め、同一静電吸着ステージで、同一エッチング条件でエッチング処理した同一製造ロットの半導体ウェーハの処理時の実測流量値のばらつきを別に取得しておき、それを一般的な統計的手法（例えば３σ法）で算出した一定の許容範囲とする。
【００３０】
その後、引き続き、次ウェーハ（２枚目）のエッチング処理を開始する。そして、そのタイミングｔ１における実測流量値を固定基準値（上限ＳＵ）と変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）の両方の基準値で異常判定する。もし、実測流量値がそれらの基準値（上限ＳＵ，上限ＪＵ，下限ＪＬ）のいずれかを越えて異常と判定された場合は、即座にエッチング処理を中止する。あるいは、すべての基準値（上限ＳＵ，上限ＪＵ，下限ＪＬ）以内であり正常と判定された場合は、そのままエッチング処理を継続し完了する。
【００３１】
またこのとき、正常判定された場合は、２枚目の半導体ウェーハのタイミングｔ１における実測流量値を記憶し、それに前述した許容範囲ａを加算・減算して、次ウェーハ（３枚目）のための変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）を新たに算出し設定する。
【００３２】
このようにして、先頭ウェーハについてのみ従来の固定基準値（上限ＳＵ）で異常判定し、２枚目以降の半導体ウェーハについては固定基準値（上限ＳＵ）に加えて、順次、直前ウェーハの実測流量値を元に新たに算出した変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）を用いて異常判定しながらエッチング処理を繰り返す。
【００３３】
ここで、変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）を算出する実測流量値として直前ウェーハの実測流量値を用いるのは、技術的観点から見て、直前ウェーハが次ウェーハに最も近い環境と条件で処理され、次ウェーハの基準値を決める上で最も信頼度が高いと考えるためである。
【００３４】
尚、上記では、プラズマエッチング装置を枚葉式のプラズマエッチング装置とし、静電吸着ステージが１つの場合について説明したが、複数のチャンバと静電吸着ステージを備えたマルチチャンバタイプの場合は、各静電吸着ステージごとに平面度などが異なることが予想されるため各チャンバごとに変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）を決定するとよい。
【００３５】
また、上記では、変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）を算出するのに、直前ウェーハ１枚の実測流量値をもとに算出することで説明したが、必ずしもこれに限るわけではなく、処理予定の半導体ウェーハと近い環境・条件で以前に処理された半導体ウェーハの実測流量値を元に算出するならばよく、例えば、以前に処理された一定枚数分の実測流量値を記憶しその平均値を元に算出するようにしてもよい。
【００３６】
また、異常判定の手順についても、上記の例に限るわけではなく、変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）を少なくとも基準値のひとつとして用いて異常判定する方法であればよく、例えば、判定時間を短縮するために、２枚目以降の半導体ウェーハは、固定基準値（上限ＳＵ）を用いずに変動基準値（上限ＪＵ，下限ＪＬ）だけで異常判定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、被処理体をプラズマエッチング処理するに際し、冷却ガスの実測流量値を基準値と比較して、ステージに対する被処理体の吸着状態および冷却ガスによる被処理体の冷却状態の異常の有無を精度よく判定できる異常判定方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の異常判定方法における冷却ガスの流量変化と基準値の関係を示す説明図
【図２】本発明の異常判定方法の手順の一例を示すフロー図
【図３】プラズマエッチング装置の縦断面図
【図４】従来の異常判定方法における冷却ガスの流量変化と基準値の関係を示す説明図
【図５】従来の異常判定方法の手順の一例を示すフロー図
【符号の説明】
【００３９】
１    プラズマエッチング装置
２    真空チャンバ
３    下部電極
４    上部電極
５    半導体ウェーハ
６    静電吸着ステージ
７    ＲＦ電源
８    ガス導入口
９    ガス排気口
１０    配管
１１    冷却ガス制御部
１２    排気ポンプ
１３    冷却ガス供給源
１４    開閉バルブ
１５    圧力計
１６    マスフローコントローラ
１７    制御機能部
ＳＵ    固定基準値
ｔ０    冷却ガス供給開始タイミング
ｔ１    判定タイミング
ａ      許容範囲
ＪＵ，ＪＬ    直前ウェーハの実測流量値を元に算出した変動基準値
【図１】
2007110020.tif 000003
【図２】
2007110020.tif 000004
【図３】
2007110020.tif 000005
【図４】
2007110020.tif 000006
【図５】
2007110020.tif 000007