(57)【要約】【課題】プラズマにより半導体基板を加工する前に異常を検知して半導体基板を加工しないようにする半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】プラズマ５を発生させる前に、下部電極１１に半導体基板２を載置する第１ステップと、不活性ガス導入ライン２２が半導体基板２と下部電極１１との間に不活性ガスを導入する第２ステップと、ガス流量計２５が不活性ガス導入ライン２２の不活性ガスの流量を計測する第３ステップと、不活性ガスの流量が所定範囲内にないときに、ガス流量モニタリング部２７が高周波電源部１７に高周波電力を印加しないように指示する第４ステップとを有する。【選択図】図１
2009088126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と、
半導体基板が載置される下部電極と、
前記上部電極と前記下部電極とを含むチャンバーと、
前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる高周波電源部と、
前記チャンバー内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入ラインと、
前記半導体基板と前記下部電極との間に不活性ガスを導入する不活性ガス導入ラインと、
前記不活性ガス導入ラインの前記不活性ガスの流量を計測するガス流量計と、
前記ガス流量計で計測した前記不活性ガスの流量を検知するガス流量モニタリング部と備えて、
前記プラズマ及び前記プロセスガスにより前記半導体基板を加工するプラズマ加工装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記プラズマを発生させる前に、
前記下部電極に前記半導体基板を載置する第１ステップと、
前記不活性ガス導入ラインが前記半導体基板と前記下部電極との間に不活性ガスを導入する第２ステップと、
前記ガス流量計が前記不活性ガス導入ラインの前記不活性ガスの流量を計測する第３ステップと、
前記不活性ガスの流量が所定範囲内にないときに、前記ガス流量モニタリング部が前記高周波電源部に前記高周波電力を印加しないように指示する第４ステップと
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上部電極と、
半導体基板が載置される下部電極と、
前記上部電極と前記下部電極とを含むチャンバーと、
前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる高周波電源部と、
前記チャンバー内にプロセスガスまたは不活性ガスを導入するプロセスガス導入ラインと、
前記高周波電力の進行波電力または反射波電力を検知する進行波・反射波モニタリング部と備えて、
前記プラズマ及び前記プロセスガスにより前記半導体基板を加工するプラズマ加工装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記プラズマ及び前記プロセスガスにより前記半導体基板を加工する前に、
前記下部電極に前記半導体基板を載置する第１ステップと、
前記プロセスガス導入ラインが前記チャンバー内に不活性ガスを導入する第２ステップと、
前記高周波電源部が前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる第３ステップと、
前記進行波・反射波モニタリング部が前記高周波電力の進行波電力または反射波電力を検知して進行波電力または反射波電力が所定範囲内にないときに前記高周波電源部に前記高周波電力の印加を中断して前記半導体基板を加工しないように指示する第４ステップと
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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に関し、特にプラズマ加工装置を用いて半導体基板上に膜を形成したり、半導体基板上の膜を除去したりする半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置を構成する各素子が微細化されるのに伴い、半導体基板を加工するのにプラズマ加工装置が多く用いられている。プラズマ加工装置を用いて半導体基板を加工したときに生じる加工不良の原因には次の２つがある。
【０００３】
第１に、プラズマを発生するために上部電極と下部電極との間に印加する高周波電力の進行波電力が所定値よりも小さいとき、あるいは高周波電力の反射波電力が所定値よりも大きいときにプラズマの発生量が小さくなり、成膜速度やエッチング速度が低下して要求される加工特性が得られないことである。
【０００４】
第２に、静電吸着方式またはメカニカルクランプ方式により半導体基板を下部電極上で固定して半導体基板と下部電極との間にヘリウムガスを流して半導体基板を所定温度に維持するときに、プラズマ加工による反応生成物がチャンバー内壁や下部電極近傍に堆積したり、チャンバー内壁に付着した反応生成物が下部電極上に落下したりすることにより半導体基板と下部電極との間隔が大きくなってヘリウムガスがチャンバー内にもれ、半導体基板を所定温度に維持できず、要求される加工特性が得られないことである。
【０００５】
第１の原因については高周波電力の進行波電力及び反射波電力の異常を検知して、第２の原因についてはチャンバー内へのヘリウムガスのもれを検知して、それぞれ高周波電力の印加を中断することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１９９３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法では、異常を検知したときに高周波電力の印加を中断して加工を中断することはできるが、加工を中断された少なくとも１枚の半導体基板は要求される電気特性が得られないので不良品として廃棄することになるという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、プラズマにより半導体基板を加工する前にチャンバー内にもれる不活性ガスの流量や高周波電力の進行波電力、反射波電力の異常を検知して半導体基板を加工しないようにする半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、上部電極と、半導体基板が載置される下部電極と、
上部電極と下部電極とを含むチャンバーと、上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる高周波電源部と、チャンバー内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入ラインと、半導体基板と下部電極との間に不活性ガスを導入する不活性ガス導入ラインと、不活性ガス導入ラインの不活性ガスの流量を計測するガス流量計と、ガス流量計で計測した不活性ガスの流量を検知するガス流量モニタリング部と備えて、プラズマ及びプロセスガスにより半導体基板を加工するプラズマ加工装置を用いる半導体装置の製造方法であって、プラズマを発生させる前に、下部電極に半導体基板を載置する第１ステップと、不活性ガス導入ラインが半導体基板と下部電極との間に不活性ガスを導入する第２ステップと、ガス流量計が不活性ガス導入ラインの不活性ガスの流量を計測する第３ステップと、不活性ガスの流量が所定範囲内にないときに、ガス流量モニタリング部が高周波電源部に高周波電力を印加しないように指示する第４ステップとを有している。
【０００９】
この方法により、プラズマを発生させる前に、不活性ガスの流量の異常を検知することにより半導体基板と下部電極との間隔の異常を検知して、半導体基板を加工しないようにすることで、不良品の発生を防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上部電極と、半導体基板が載置される下部電極と、上部電極と下部電極とを含むチャンバーと、上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる高周波電源部と、チャンバー内にプロセスガスまたは不活性ガスを導入するプロセスガス導入ラインと、高周波電力の進行波電力または反射波電力を検知する進行波・反射波モニタリング部と備えて、プラズマ及びプロセスガスにより半導体基板を加工するプラズマ加工装置を用いる半導体装置の製造方法であって、プラズマ及びプロセスガスにより半導体基板を加工する前に、下部電極に半導体基板を載置する第１ステップと、プロセスガス導入ラインがチャンバー内に不活性ガスを導入する第２ステップと、高周波電源部が上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる第３ステップと、進行波・反射波モニタリング部が高周波電力の進行波電力または反射波電力を検知して進行波電力または反射波電力が所定範囲内にないときに高周波電源部に高周波電力の印加を中断して半導体基板を加工しないように指示する第４ステップとを有している。
【００１１】
この方法により、半導体基板を加工する前に、高周波電力の進行波電力または反射波電力の異常を検知して半導体基板を加工しないようにすることで、不良品の発生を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマ加工装置は半導体基板を加工する前に異常を検知して半導体基板を加工しないようにすることができるため、要求される加工特性を維持して、不良品の発生を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１の半導体装置の製造方法に係るプラズマ加工装置の概略構成を示す図である。
【００１５】
プラズマ加工装置１は、酸化膜を除去する工程で用られる二周波ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｐｌａｓｍａ；誘導結合方式）型ドライエッチャであり、半導体基板２を載置する下部電極１１と、コイル１２及び誘電板１３を有する上部電極１４と、上部電極１４及び下部電極１１を含み、誘電板１３及び誘電板台（図示せず）と共に真空容器を構成するチャンバー１５と、半導体基板２にプラズマ中のイオンを引き込むために、所定の高周波電力（４ＭＨｚ）を下部電極１１に印加する下部電極電源部１６と、上部電極１４と下部電極１１との間に所定の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加する高周波電源部１７と、下部電極電源部１６及び高周波電源部１７に接続されて高周波電力の進行波電力、反射波電力の異常を検知する進行波・反射波モニタリング部１８とを備えている。
【００１６】
プラズマ加工装置１は、更に、チャンバー１５内にプロセスガス３またはアルゴンガスなどの不活性ガスを導入するプロセスガス導入ライン２１と、半導体基板２と下部電極１１との間に半導体基板２を冷却するヘリウムガスを導入するヘリウムガス導入ライン２２と、チャンバー１５内に排気されないヘリウムガスを排気するヘリウムガス排気ライン２３と、ヘリウムガス導入ライン２２に設けられてヘリウムガスの圧力を制御する圧力コントローラ２４と、ヘリウムガス導入ライン２２に設けられたガス流量計２５と、ヘリウムガス排気ライン２３に設けられてヘリウムガス排気ライン２３方向に流れるヘリウムガスを一定流量に調整するニードルバルブ２６と、ガス流量計２５に接続されてヘリウムガス流量の異常を検知するヘリウムガス流量モニタリング部２７とを備えている。
【００１７】
ヘリウムガスは圧力コントローラ２４で圧力制御された流量が、下部電極１１方向とヘリウムガス排気ライン２３方向へと分かれて流れる。チャンバー１５にもれるヘリウムガス４の流量は、ヘリウムガス流量モニタリング装置２７で検知した流量からニードルバルブ２６で調整された流量を差し引いたものになる。
【００１８】
図２は本実施の形態１の半導体装置の製造方法に係るプラズマ加工装置の動作手順を示す図である。
【００１９】
プラズマ加工装置１は、半導体基板２をチャンバー１５内に搬送して下部電極１１上に載置する。半導体基板２を下部電極１１に静電吸着する（時刻ｔ１）。ヘリウムガス導入ライン２２が半導体基板２と下部電極１１との間にヘリウムガスを導入する。圧力コントローラ２４はヘリウムガスが一定の圧力となるように制御する。ヘリウムガス流量モニタリング部２７がガス流量計２５のモニタリングを開始し、ヘリウムガスもれ異常モニタリングを開始する（時刻ｔ２）。
【００２０】
ヘリウムガス流量モニタリング部２７がヘリウムガスもれ異常モニタリングを所定時間行い、ヘリウムガスの流量が所定範囲内であり続けたときに、ヘリウムガスもれ異常モニタリングを終了する（時刻ｔ３）。次に、プロセスガス導入ライン２１がチャンバー１５内にプロセスガス３を導入する（時刻ｔ４）。高周波電源部１７が上部電極１４と下部電極１１との間に所定の高周波電力を印加してプラズマ５を発生させてプラズマ加工を開始して、半導体基板２上に膜を形成するか、または半導体基板２上の膜を除去する（時刻ｔ５）。
【００２１】
一方、ヘリウムガス流量モニタリング部２７は、ヘリウムガスもれ異常モニタリングの期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）にヘリウムガスの流量が所定範囲内にないことを検知したときは、進行波・反射波モニタリング部１８を介して高周波電源部１７に上部電極１４と下部電極１１との間に高周波電力を印加しないように指示してプラズマ加工を行わないようにする。そして、装置管理者などにエラーが発生したことを発信する。
【００２２】
本実施の形態１の半導体装置の製造方法では、プラズマ加工装置１は、プラズマ５を発生させる前に半導体基板２と下部電極１１との間からチャンバー１５にもれるヘリウムガス４の流量の異常を検知して、プラズマ加工による反応生成物がチャンバー１５内壁や下部電極１１近傍に堆積したり、チャンバー１５内壁に付着した反応生成物が下部電極１１上に落下したりするなどの原因により半導体基板２と下部電極１１との間隔が大きくなってヘリウムガス４がチャンバー１５内にもれていることを確認することができる。そして、プラズマ加工装置１は、ヘリウムガス４の流量の異常を検知しないときには、半導体基板２を所定温度に維持してプラズマ加工を行い、要求される加工特性を維持することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態１に係るプラズマ加工装置１では、ヘリウムガス流量モニタリング部２７は進行波・反射波モニタリング部１８を介さないで高周波電源部１７に高周波電力を印加しないように直接指示してもよい。
【００２４】
また、プラズマ加工装置１は、ヘリウムガス４の流量の異常を検知したときに、高周波電源部１７ではなく下部電極電源部１６に高周波電力を印加しないように指示してもよい。
【００２５】
また、プラズマ加工装置１は、半導体基板２と下部電極１１との間にプラズマ加工に影響がない限りにおいては、ヘリウムガス以外の不活性ガスを導入してもよい。
【００２６】
また、プラズマ加工装置１は、半導体基板２と下部電極１１との間に不活性ガスを導入するときに、メカニカルクランプ方式で半導体基板２を下部電極１１上に固定してもよい。
【００２７】
（第２の実施形態）
図３は本実施の形態２の半導体装置の製造方法に係るプラズマ加工装置の動作手順を示す図である。本実施の形態２に係るプラズマ加工装置の概略構成は図１に示した実施の形態1に係るプラズマ加工装置１と同様であって、図示及び説明は省略する。
【００２８】
プラズマ加工装置１は、半導体基板２をチャンバー１５内に搬送して下部電極１１上に載置する。半導体基板２を下部電極１１に静電吸着する（時刻ｔ１１）。プロセスガス導入ライン２１がチャンバー１５内にアルゴンガスを導入する。進行波・反射波モニタリング部１８が高周波電力の進行波電力、反射波電力のモニタリングを開始し、高周波電力異常モニタリングを開始する。高周波電源部１７が上部電極１４と下部電極１１との間に所定の高周波電力を印加してアルゴンプラズマを発生させる。アルゴンプラズマはチャージアップダメージの変動などがあっても半導体装置に要求される電気特性に影響を及ぼさないレベルに止める（時刻ｔ１２）。
【００２９】
進行波・反射波モニタリング部１８が高周波電力異常モニタリングを所定時間行い、高周波電力の進行波電力、反射波電力が所定範囲内であり続けたときに、高周波電力異常モニタリングを終了する（時刻ｔ１３）。高周波電源部１７が高周波電力の印加を停止してアルゴンプラズマの発生を停止する。プロセスガス導入ライン２１がチャンバー１５内へのアルゴンガスの導入を停止する（時刻ｔ１４）。
【００３０】
プロセスガス導入ライン２１がチャンバー１５内にプロセスガス３を導入する（時刻ｔ１５）。高周波電源部１７が上部電極１４と下部電極１１との間に所定の高周波電力を印加してプラズマ５を発生させてプラズマ加工を開始して、半導体基板２上に膜を形成するか、または半導体基板２上の膜を除去する（時刻ｔ１６）。
【００３１】
一方、進行波・反射波モニタリング部１８は、高周波電力異常モニタリングの期間（時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３）に高周波電力の進行波電力、反射波電力が所定範囲内にないことを検知したときは、高周波電源部１７に高周波電力の印加を中断するように指示して、その後にプラズマ加工を行わないようする。そして、装置管理者などにエラーが発生したことを発信する。
【００３２】
本実施の形態２の半導体装置の製造方法では、プラズマ加工装置１は、プラズマ加工をする前に高周波電力の進行波電力、反射波電力の異常を検知することができる。そして、プラズマ加工装置１は、高周波電力の進行波電力、反射波電力の異常を検知しないときには、成膜速度やエッチング速度を所定値に維持してプラズマ加工を行い、要求される加工特性を維持することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態２に係るプラズマ加工装置１は、プロセスガス導入ライン２１とは別にチャンバー１５内にアルゴンガスを導入するための不活性ガス導入ラインを設けてもよい。
【００３４】
また、プラズマ加工装置１はアルゴンガスの代わりに他の不活性ガスを導入して、高周波電力の進行波電力、反射波電力の異常を検知してもよい。
【００３５】
なお、本発明は、プラズマにより半導体基板を加工する半導体装置の製造方法に限られるものではなく、プラズマにより膜を形成したり、膜を除去したりする液晶ディスプレイや太陽電池の製造方法とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の半導体装置の製造方法は、プラズマ加工装置により半導体基板を加工する前にプラズマ加工装置の異常を検知して半導体基板を加工しないようにすることができるため、要求される加工特性を維持して、不良品の発生を防ぐことができるもので、プラズマにより半導体基板上に膜を形成したり、半導体基板上の膜を除去したりする半導体装置の製造方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法に係るプラズマ加工装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法に係るプラズマ加工装置の動作手順を示す図
【図３】本発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法に係るプラズマ加工装置の動作手順を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１    プラズマ加工装置
２    半導体基板
３    プロセスガス
４    ヘリウムガス
５    プラズマ
１１    下部電極
１４    上部電極
１５    チャンバー
１７    高周波電源部
１８    進行波・反射波モニタリング部
２１    プロセスガス導入ライン
２２    ヘリウムガス導入ライン
２５    ガス流量計
２７    ヘリウムガス流量モニタリング部
【図１】
2009088126.tif 000003
【図２】
2009088126.tif 000004
【図３】
2009088126.tif 000005