(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件を設定する方法であって、
前記プラズマの発光を分光する工程と、
分光された前記プラズマ光の各波長の発光強度を算出する工程と、
前記製造条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って前記発光強度が変化する前記各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として前記各パラメータごとに選択する工程と、
前記パラメータの値を増加又は減少させたときに、前記各対応波長の前記発光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示す基準発光データを前記各パラメータごとに作成する工程と、
前記パラメータの許容範囲に対応した、前記各対応波長の前記発光強度に基づく範囲である許容発光範囲を前記各パラメータごとに決定する工程と、
前記被処理基板に前記処理を施す際に得られる前記プラズマ光の前記各対応波長の発光強度である処理中発光強度を算出する工程と、
前記基準発光データに基づいて、前記処理中発光強度に応じた候補パラメータを前記各パラメータの中から選定する工程と、
前記処理中発光強度に基づく値が前記許容発光範囲を越えたときに、当該処理中発光強度に基づく値が前記許容発光範囲内になるまで前記候補パラメータの値を調整する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造条件設定方法。
【請求項２】
前記パラメータは、前記プラズマを生成するための高周波電力、前記プラズマを生成するための周波数、前記プラズマ内に含まれるイオン又はラジカルを前記被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、前記チャンバ内に流入するガスの流量、前記チャンバ内の圧力、前記プラズマを高密度に維持するための磁界の強さ、又は前記チャンバ内の温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載の半導体製造条件設定方法。
【請求項３】
プラズマを使用して被処理基板に処理を施す工程の条件を設定する方法であって、
前記プラズマの発光を分光する工程と、
分光された前記プラズマ光の各波長の発光強度を算出する工程と、
前記条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って前記発光強度が変化する前記各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として前記各パラメータごとに選択する工程と、
前記パラメータの値を増加又は減少させたときに、前記各対応波長の前記発光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示す基準発光データを前記各パラメータごとに作成する工程と、
前記パラメータの許容範囲に対応した、前記各対応波長の前記発光強度に基づく範囲である許容発光範囲を前記各パラメータごとに決定する工程と、
前記被処理基板に前記処理を施す際に得られる前記プラズマ光の前記各対応波長の発光強度である処理中発光強度を算出する工程と、
前記基準発光データに基づいて、前記処理中発光強度に応じた候補パラメータを前記各パラメータの中から選定する工程と、
前記処理中発光強度に基づく値が前記許容発光範囲を越えたときに、当該処理中発光強度に基づく値が前記許容発光範囲内になるまで前記候補パラメータの値を調整する工程と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理における条件設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電力を利用してチャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理基板に処理を施すプラズマエッチング、スパッタリング、プラズマＣＶＤ等（以下「プラズマプロセス」という。）の半導体製造工程において、高周波電力等の諸条件を設定する方法、装置、この装置を用いた半導体製造装置、及びこの半導体装置により製造された半導体基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体製造プロセスの中で、プラズマを使用するプラズマプロセスが知られている。このプラズマプロセスを効率良く行うためには、プラズマを発生するための高周波電力、チャンバ内の圧力、及びチャンバ内に流入するエッチングガス等の流量等を所定の値に設定しておくことが必要であり、これら高周波電力、チャンバ内圧力、及びガス流量等のパラメータは、それぞれ半導体製造装置の外部に付設された高周波電力計、容器内圧力計、及びガス流量計等により監視されている。
【０００３】
これらの計器によれば、プラズマプロセス中に、チャンバの外部から与えた各パラメータの大きさ、具体的には、高周波発生器からチャンバ内の高周波電極等に印加された高周波電力、排気バルブからチャンバ内のガスが排出された後の容器内圧力、及びガス導入バルブを通過してチャンバ内に流れ込むガスの流量等を測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラズマプロセス中の半導体製造装置においては、プロセス中に生成された処理材料の分解物がチャンバの内部壁面や高周波電極に付着するため、高周波発生器から供給される高周波電力に対するインピーダンス変化を起こして反応に使われる実効電力が変動し、また、真空保持用の材料の劣化に伴って、容器内圧力が変動する。さらには、ガス導入バルブの開放時に生じるガスの急激かつ多量の流入やガス導入バルブの開閉誤差のため、チャンバ内、特に、ウエハ等の被処理基板の近傍のガス流入量やガスの混合比が変動してしまう。実効電力や容器内圧力等のパラメータの変動は、例えば、プラズマエッチングにおいてエッチングの方向が所望の方向にならなかったり、プラズマＣＶＤにおいて膜質が変質したり均一にならない、という製品の品質低下を招くことになる。
【０００５】
このようなパラメータの変動は、半導体製造装置の外部に付設された高周波電力計等の各種計器では測定不可能なため、各種計器が所望の値を示しているにもかかわらず、実際のパラメータの値は所望の値とは異なるという事態が生じる。そして、かかる事態の発生は、外部の各種計器では発見できないため、プラズマプロセスが正常に行われていないにもかかわらず半導体の製造処理が継続して進行されたり、また、プロセス終了後の材料の不具合から半導体製造装置の異常に気付いても、材料に不具合を生じさせる原因となったパラメータが分からないため、装置の復旧方法を見出すことができない。
【０００６】
このようにプラズマプロセスの進行に影響を与える各パラメータの状況を高周波電力計、容器内圧力計、及びガス流量計等のチャンバ外部に取り付けられた計器により監視するだけでは、チャンバ内において時々刻々と変化するパラメータの値を掌握することができず、半導体製造装置による安定したプラズマプロセスを行うことが困難となる。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、外部の計器では測定できないパラメータの変化を把握することで、半導体のプラズマプロセスを安定な状態で行え、かつ、高品質な半導体を製造することができる半導体製造条件設定方法、半導体製造条件設定装置、この装置を用いた半導体製造装置、及びこの半導体製造装置により製造された半導体基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明に係る半導体製造条件設定方法は、チャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件を設定する方法であって、プラズマの発光を分光する工程と、分光されたプラズマ光の各波長の発光強度を算出する工程と、製造条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って発光強度が変化する各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として各パラメータごとに選択する工程と、パラメータの値を増加又は減少させたときに、各対応波長の発光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示す基準発光データを各パラメータごとに作成する工程と、パラメータの許容範囲に対応した、各対応波長の発光強度に基づく範囲である許容発光範囲を各パラメータごとに決定する工程と、被処理基板に処理を施す際に得られるプラズマ光の各対応波長の発光強度である処理中発光強度を算出する工程と、基準発光データに基づいて、処理中発光強度に応じた候補パラメータを各パラメータの中から選定する工程と、処理中発光強度に基づく値が許容発光範囲を越えたときに、当該処理中発光強度に基づく値が許容発光範囲内になるまで候補パラメータの値を調整する工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明に係る半導体製造条件設定方法によれば、まず、チャンバ内のプラズマの発光は、例えば、回折格子等によって分光され、分光されたプラズマ光は、リニアイメージセンサー等によって受光されて、各波長における発光強度が算出される。分光されたプラズマ光の各波長の中には、高周波電力等のパラメータの値を増減変化させたときに、当該パラメータの変化に伴って発光強度が変化するものがあるが、この発光強度が変化する波長の中から少なくとも二以上の波長が対応波長として選択される。対応波長の選択は、各パラメータごと、すなわち、高周波電力、ガス流量等のパラメータそれぞれについて行われる。
【００１０】
対応波長が選択された後、パラメータの値と、各対応波長の発光強度との関係を示す基準発光データが各パラメータごとに作成される。基準発光データが作成さる一方、パラメータの許容範囲に対応する各対応波長の発光強度に基づく範囲である許容発光範囲も決定される。ここで、パラメータの許容範囲について説明すると、パラメータが所望範囲から外れてある値（異常値）になると、半導体製造工程を経た被処理基板が目的の機能を果たさなくなるが、例えば、この異常値から十分なマージンを考慮したものが、パラメータの許容範囲となる。尚、パラメータの所望範囲とは、半導体製造工程を経た被処理基板に不具合が生じなかった場合の理想的な範囲を意味するものである。
【００１１】
各パラメータごとの許容発光範囲が算出された後、被処理基板に実際に処理が施され、プラズマ光の各対応波長の発光強度である処理中発光強度が算出される。そして、基準発光データに基づいて、数種類のパラメータの中から、処理中発光強度に応じた候補パラメータが選定される。さらに、処理中発光強度が許容発光範囲を越えたときに、処理中発光強度が許容発光範囲内になるまで候補パラメータの値が調整されて、チャンバ内の各パラメータを所望範囲の近傍に設定・維持することができる。これにより、半導体製造工程を安定な状態で行うことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体製造条件設定方法において、パラメータが、プラズマを生成するための高周波電力、プラズマを生成するための周波数、プラズマ内に含まれるイオン又はラジカルを被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、チャンバ内に流入するガスの流量、チャンバ内の圧力、プラズマを高密度に維持するための磁界の強さ、又はチャンバ内の温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【００１３】
上記半導体製造条件設定方法を実施するための半導体製造条件設定装置は、チャンバ内に発生させたプラズマを使用して被処理基板に処理を施す半導体製造工程の製造条件を設定する装置であって、プラズマの発光を分光する分光手段と、プラズマ光の分光方向に分解能を有し、分光されたプラズマ光の各波長成分を受光するとともに当該プラズマ光の各波長の強度に応じた電気信号を出力する光検出手段と、光検出手段から出力された電気信号に基づいて、プラズマ光の各波長の発光強度を算出する発光強度算出手段と、製造条件である複数のパラメータの値を増減変化させたときに当該パラメータの増減変化に伴って発光強度が変化する各波長の中から、少なくとも二以上の波長を対応波長として各パラメータごとに選択する対応波長選択手段と、パラメータの値と、各対応波長の発光強度に基づく値との関係を示す基準発光データを各パラメータごとに作成する基準発光データ作成手段と、パラメータの許容範囲に対応した、各対応波長の発光強度に基づく範囲である許容発光範囲を各パラメータごとに決定する許容発光範囲決定手段と、被処理基板に処理を施す際に得られるプラズマ光の各対応波長の発光強度である処理中発光強度を算出する処理中発光強度算出手段と、基準発光データに基づいて、処理中発光強度に応じた候補パラメータを各パラメータの中から選定する候補パラメータ選定手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記半導体製造条件設定装置によれば、まず、チャンバ内のプラズマ光は、例えば、回折格子等の分光手段によって分光される。さらに、分光されたプラズマ光は、プラズマ光の分光方向に分解能を有する光検出手段によって検出され、当該光検出手段は、当該プラズマ光の各波長の強度に応じた電気信号を出力する。光検出手段から発せられた電気信号を受信した発光強度算出手段は、この電気信号に基づいて、プラズマ光の各波長における発光強度を算出する。分光されたプラズマ光の各波長の中には、高周波電力等のパラメータの値を増減変化させたときに、当該パラメータの変化に伴って発光強度が変化するものがあるが、対応波長選択手段によって、この発光強度が変化する波長の中から少なくとも二以上の波長が対応波長として選択される。対応波長の選択は、各パラメータごと、すなわち、高周波電力、ガス流量等のパラメータそれぞれについて行われる。
【００１５】
対応波長が選択された後、基準発光データ作成手段によって、パラメータの値と、各対応波長の発光強度との関係を示す基準発光データが各パラメータごとに作成される。基準発光データが作成される一方、許容範囲決定手段によって、パラメータの許容範囲に対応する各対応波長の発光強度に基づく範囲である許容発光範囲が決定される。各パラメータごとに許容発光範囲が決定された後、被処理基板に実際に処理が施され、処理中発光強度算出手段によって、プラズマの発光の各対応波長における発光強度である処理中発光強度が算出される。そして、候補パラメータ選定手段によって、数種類のパラメータの中から処理中発光強度に応じた候補パラメータが基準発光データに基づいて選定される。
【００１６】
候補パラメータが選定された後、当該候補パラメータの基準発光データ等が、例えば、ディスプレイ等に表示される。そして、処理中発光強度が許容発光範囲を越えたときに、オペレータは、高周波発生器等の各種計器を操作することにより候補パラメータの値を調整し、処理中発光強度を許容発光範囲内に収める。これにより、チャンバ内のパラメータを所望範囲の近傍に設定・維持することができ、半導体製造工程を安定な状態で進めることができる。
【００１７】
上記半導体製造条件設定装置において、制御信号を受信することにより候補パラメータの値を制御するパラメータ値制御手段と、処理中発光強度に基づく値が許容発光範囲を越えたときに、処理中発光強度に基づく値が許容発光範囲内になるまでパラメータ値制御手段に制御信号を送信するパラメータ値設定手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１８】
上記半導体製造条件設定装置によれば、処理中発光強度に基づく値が許容発光範囲を越えたときに、パラメータ値設定手段によって、処理中発光強度に基づく値が許容発光範囲内になるまでパラメータ値制御手段に制御信号が送信される。制御信号が、パラメータ値制御手段に到達すると、当該パラメータ値制御手段は、候補パラメータの値を制御する。これにより、チャンバ内の候補パラメータを所望範囲の近傍に自動的に設定・維持することができ、半導体製造工程を安定な状態で進めることができる。
【００１９】
上記半導体製造条件設定装置において、パラメータが、プラズマを生成するための高周波電力、プラズマを生成するための周波数、プラズマ内に含まれるイオン又はラジカルを被処理基板方向へ誘導するためのバイアス電圧、チャンバ内に流入するガスの流量、チャンバ内の圧力、プラズマを高密度に維持するための磁界の強さ、又はチャンバ内の温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【００２０】
チャンバ内にプラズマを発生させ、当該プラズマを使用して被処理基板に処理を施すことにより半導体基板を製造する半導体製造装置において、上記半導体製造条件設定装置を備え、チャンバは、当該チャンバ内のプラズマ光を外部へ放出させるための監視窓を有し、半導体製造条件設定装置の分光手段は、監視窓を通過したプラズマ光が入射する位置に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
上記半導体製造条件設定装置によれば、チャンバに、プラズマ光を外部へ放出させるための監視窓が設けられており、この監視窓を通過したプラズマ光は、上述の半導体製造条件設定装置の分光手段に入射する。プラズマ光が分光手段に入射した後は、半導体製造条件設定装置によって各パラメータの値が所望範囲の近傍に設定・維持されて、半導体製造工程を安定な状態で進めることができる。
【００２２】
上記半導体製造装置において、監視窓が、曇り止め手段を備えていることを特徴とする。
【００２３】
上記半導体製造装置によれば、曇り止め手段によって監視窓の曇りが防止されるため、プラズマ光を効率良く分光手段に入射させることができる。
【００２４】
上記半導体製造装置において、曇り止め手段が、監視窓を加熱するヒータであることを特徴とする。
【００２５】
上記半導体製造装置によれば、ヒータによって監視窓が加熱されるため、チャンバの中心から移動した反応性イオンなどの反応生成物が監視窓に付着しにくくなり、監視窓の曇りが防止される。
【００２６】
半導体基板は、上記半導体製造装置により処理を施されたことを特徴とする。
【００２７】
上記半導体基板は、チャンバ内の候補パラメータが所望範囲の近傍に維持された状態で製造されているため、例えば、エッチング等の処理が精度良くなされており、高品質である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体製造条件設定方法、半導体製造条件設定装置、この装置を用いた半導体製造装置、及びこの半導体製造装置により製造された半導体基板の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する記載は省略する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置２の全体構成を示しており、図のように、本実施形態の半導体製造装置２には、半導体製造条件設定装置４が装備されている。尚、本実施形態に係る半導体製造装置２は、チャンバ６内にプラズマを発生させて被処理基板であるシリコンウエハ７をエッチングするプラズマドライエッチング装置である。
【００３０】
石英等からなる略円筒形のチャンバ６には、エッチングガスであるＣＨＦ3，ＣＦ4，Ａｒ等の混合ガスをチャンバ６内へ流入させるガス導入ポート８が挿入されており、さらに、このガス導入ポート８には、エッチングガスの流入量を調節するガス導入バルブ８ａが備えられている。また、チャンバ６には、チャンバ６内のガスを外部に流出させて減圧するための排気ポート１０が挿入されており、さらに、この排気ポート１０には、ガスの流出量を調節する排気バルブ１０ａが備えられている。
【００３１】
チャンバ６の内部には、上部電極１２ａとウエハ７を支持する下部電極１２ｂとが互いに対向して配置されており、上部電極１２ａには、プラズマ１３を生成するための周波数及び電力を発生させる高周波発生器１４が接続され、下部電極１２ｂには、生成されたプラズマ内に含まれるイオン又はラジカルを当該下部電極１２ｂに誘導するバイアス電圧を供給するためのバイアス電源１６が接続されている。また、下部電極１２ｂの下方には、チャンバ６内の温度を調節するための温度調整器１８が配置されている。さらに、チャンバ６の外周には、環状の磁石コイル２０が設けられている。この磁石コイル２０は、チャンバ６内にプラズマを捕捉する磁場を形成し、高密度のプラズマを生成、維持するものである。
【００３２】
また、チャンバ６の外周面の一部（図１中右側）には、外部に突出した円筒形の突出部２２が形成されており、この突出部２２の先端には、プラズマ光が透過可能な無蛍光ガラス製の監視窓２４がはめ込まれている。さらに、この外周を覆うように、曇り止め手段であるリング状のヒータ２６が突出部２２の外周に配置されている。このヒータ２６は、監視窓２４を加熱するためのものであり、監視窓２４の温度を周囲の突出部２２よりも高くすることによって、チャンバ６内のプラズマ１３から移動した反応性イオンなどの反応生成物が監視窓２４に付着しにくくなり、監視窓２４の曇りが防止される。
【００３３】
また、監視窓２４の曇りを防止するために、ヒータ２６で監視窓２４を加熱する構成でなく、電極を設けて電位勾配を作ることで、反応性イオンを監視窓２４に近付けないようにする構成も採用することができる。図２は、電極を用いた例を示している。図２（ａ）の構成では、突出部２２内に、メッシュ電極２６ａが監視窓２４と平行に配置されており、このメッシュ電極２６ａに電圧を印加すると、反応性イオンがメッシュ電極２６ａに吸着されて監視窓２４まで到達しないか、メッシュ電極２６ａに反発されて監視窓２４から遠ざかる。これにより、監視窓２４の曇りが防止される。図２（ｂ）の構成では、突出部２２の外周に環状電極２６ｂが配置されている。この環状電極２６ｂに電圧を印加すると、反応性イオンは、当該環状電極２６ｂに引きつけられて、突出部２６ｂの内周面に吸着したり、監視窓２４方向への移動を抑制される。このため、反応性イオンは、監視窓２４まで到達せず、監視窓２４の曇りが防止される。
【００３４】
次に、図１を用いて、半導体製造条件設定装置４の構成について説明する。半導体製造条件設定装置４は、監視窓２４を通過してチャンバ６から放出されるプラズマ光を分光する分光器２８及び分光器２８により分光されたプラズマ光を検出するＰＤ（フォトダイオード）アレイ３０を備えている。プラズマ光は、分光器２８の入射スリットに入射され、回折格子に照射されることによってスペクトルに分解される。尚、図示は省略するが、監視窓２４を通過したプラズマ光を効率よく分光器２８に入射させるため、監視窓２４と分光器２８の間には、光ファイバ等が配設されている。ＰＤアレイ３０には、プラズマ光の分光方向、換言すれば、スペクトルの分解方向にフォトダイオードが複数配列され、当該ＰＤアレイ３０は、プラズマ光の各波長成分を受光すると共に当該プラズマ光を光電変換してプラズマ光の各波長における強度に応じたアナログ信号を出力する。尚、分光器として、回折格子の代わりにフィルタを用いることができ、また、光検出器として、ＰＤアレイ３０の代わりに、光電子増倍管等を用いることもできる。
【００３５】
ＰＤアレイ３０には、当該ＰＤアレイ３０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３２が接続され、さらに、このＡ／Ｄ変換器３２には、制御部３４が接続されている。制御部３４には、種々の演算処理を行うＣＰＵ３５が内蔵されており、さらに、当該ＣＰＵ３５には、上述のＡ／Ｄ変換器３２からデジタル信号として出力されたプラズマ光の各波長における発光強度に関するデータ等を記憶できるＲＡＭ３５ａ、及び後述する基準発光データを作成するプログラム等が記憶されているＲＯＭ３５ｂが接続されている。また、ＣＰＵ３５には、制御部３４の外部に設けられたディスプレイ３６が出力可能に、キ−ボード３８が入力可能に接続されている。
【００３６】
続いて、図１及び図３のフロー図を用いて、以上のように構成された半導体製造条件設定装置４により半導体製造装置２の製造条件であるパラメータを設定する過程を説明する。尚、半導体製造装置２には、(1)プラズマ１３を生成するために上部電極１２ａに印加される高周波電力、(2)プラズマ１３を生成するための周波数、(3)バイアス電源により下部電極１２ｂに印加されるバイアス電圧、(4)チャンバ６内に流入するガスの流量、(5)チャンバ６内の圧力、(6)磁石コイル２０によりチャンバ内に生成される磁界の強さ、(７)チャンバ６内の温度、の７つの製造パラメータがある。
【００３７】
まず、図１を用いて、チャンバ６内のプラズマの発生から、ＣＰＵ３５が発光強度を算出するまでの過程を説明する。尚、最初に説明するエッチング処理は、ウエハに正式な処理を施すために行うものではなく、後述の基準発光データなどの諸データを求めるために行うものである。以下、このような、諸データを求めるために行うエッチングを試験エッチングという。
【００３８】
ガス導入バルブ８ａを開いてチャンバ６内にエッチングガスを流入させつつ、排気バルブ１０ａの操作によりチャンバ６内を所定圧に減圧し、さらに、チャンバ６内の温度、詳しくは、ウエハ７を支持する下部電極１２ｂの下方の温度を所定温度に設定した後、高周波発生器１４とバイアス電源１６を作動させて上部電極１２ａと下部電極１２ｂとの間に高周波電力を印加させることにより、電極１２ａ，１２ｂ間にプラズマ１３が発生する。このプラズマ１３は、磁石コイル２０により形成された磁場によって、高密度な状態が維持されている。プラズマが発生すると、例えば、ＣＦ4が励起されて、イオンないしはラジカルとなる。そして、このイオン等は、バイアス電圧の作用によって下部電極１２ｂ上に載置されたウエハ７方向に向けて誘導され、ウエハ７の表面に成膜されたＳｉＯ2膜と反応し、試験エッチングが進行する。
【００３９】
また、電極１２ａ，１２ｂ間に発生したプラズマ光は、監視窓２４を通過して分光器２８に到達する。この際、監視窓２４は、ヒータ２６によって曇り止めがなされているため、プラズマ光は、当該監視窓２４を容易に通過することができる。分光器２８の入射スリットに入射したプラズマ光は、回折格子に照射されることによってスペクトルに分解される。そして、スペクトルに分光されたプラズマ光はＰＤアレイ３０によって受光され、プラズマ光の各波長における強度に関するデータである発光強度データがアナログ信号として出力される。発光強度データがアナログ信号としてＡ／Ｄ変換器３２に到達すると、当該アナログ信号はデジタル信号に変換される。そして、デジタル変換された発光強度データは、制御部３４のＣＰＵ３５に送信され、ＣＰＵ３５は、発光強度データに基づいて、プラズマ光の各波長の発光強度を算出するとともに、発光強度データをＲＡＭ３５ａに記憶させる。以上が、発光強度の算出までの過程である。
【００４０】
次に、図３のフロー図を参照して、発光強度を算出したＣＰＵ３５が、エッチング中の各パラメータを所望範囲に設定・維持する制御手順を説明する。尚、パラメータの理想的な範囲である所望範囲はチャンバ外部の各種計器では求めることができないが、プラズマ光の波長から得られる情報に基づいて、パラメータを理想的な範囲に設定・維持することが、本実施形態の目的である。
【００４１】
まず、オペレータは、試験エッチングをしながら、各パラメータの値を強制的に増減変化させる。例えば、チャンバ６内の圧力を増減するには、排気バルブ１０ａを調節すればよい。但し、パラメータは一つずつ変化させ、あるパラメータを変化させている最中は、他のパラメータは変化させない。パラメータの値を強制変化させると、この変化に伴って発光強度が変化する波長が幾つかある。ＣＰＵ３５は、これらの発光強度が変化した波長の中から少なくとも二以上の波長を対応波長として選択する（Ｓ１０１）。すなわち、対応波長とは、パラメータに相関を有し、当該パラメータ値の変化に伴って発光強度が変化する波長を意味する。
【００４２】
ここで一旦、図４を参照して、対応波長の選択方法について具体的に説明する。図４（ａ）は、５つの波長のエッチング中の発光強度を示す発光強度データを図示したものである。横軸はプラズマ光の波長で、縦軸は発光強度（単位は任意）である。図４（ｂ）は、ガス流量を所望値から強制的に増加させた場合の発光強度データを示しており、波長６５６ｎｍと７０４ｎｍにおいて、それぞれ発光強度の大きな減少、増加が見られる。そして、ＣＰＵ３５は、このように発光強度に大きな変化の見られた波長を、対応波長として選択する。選択された対応波長の波長は、ＲＡＭ３５ａに記憶される。尚、対応波長は、三本以上選択してもよく、例えば、図４（ｂ）において、波長６５６ｎｍの左隣の波長も僅かながら発光強度が増しているので、この波長も対応波長として選択しても良い。対応波長を選択する数などの基準は、制御部３４のＲＡＭ３５ａやＲＯＭ３５ｂに予め記憶させておいてもよいし、また、オペレータが、キーボード３８によりその都度入力するようにしてもよい。
【００４３】
再び、図３のフロー図を用いて、ＣＰＵ３５の制御手順を説明する。各パラメータごとに対応波長を選択した後、ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３５ｂに記憶されたプログラムに基づいて、強制的に値を変化させたときのパラメータ値と各対応波長の発光強度との関係である基準発光データを作成する（Ｓ１０２）。図５は、基準発光データをグラフ化したものであり、図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれパラメータを高周波電力、ガス流量、圧力としたときの基準発光データを示している。縦軸は、対応波長の発光強度（単位は任意）を示しており、横軸は、パラメータ値の目安を示している。但し、このパラメータの値は、チャンバ６外の計器で測定した値であり、チャンバ６内のパラメータの正確な値を示しているわけではない。ＣＰＵ３５は、作成した基準発光データを、ＲＡＭ３５ａに記憶させる。
【００４４】
図５（ａ）〜（ｃ）に示されているように、高周波電力、ガス流量、圧力は、ともに波長６０５ｎｍ，６５６ｎｍ，７０４ｎｍの三つの波長に相関がある。尚、波長６０５ｎｍは酸素（Ｏ）、６５６ｎｍは水素（Ｈ）、７０４ｎｍはフッ素（Ｆ）からの発光である。図６は、図５（ａ）〜（ｃ）の基準発光データに基づいてパラメータと対応波長との関係をまとめた表であり、各パラメータの値を増加又は減少させたときに、各対応波長の発光強度が、増加、減少、又は不変の何れになるかを示している。尚、この図において、右上がりの矢印は増加、右下がりの矢印は減少、水平な矢印は不変を意味している。図６より、例えば、高周波電力を増加させたときは、波長６０５ｎｍ，６５６ｎｍ，７０４ｎｍの発光強度が全て増加し、圧力を増加させたときは、波長６０５ｎｍの発光強度は増加、波長６５６ｎｍの発光強度は不変、波長７０４ｎｍの発光強度は減少、となることがわかる。
【００４５】
再び、図３のフロー図を用いて、ＣＰＵ３５の制御手順を説明する。基準発光データを作成した後、ＣＰＵ３５は、この基準発光データに基づいて、パラメータの許容範囲に対応する各対応波長の発光強度の範囲である許容発光範囲を決定する（Ｓ１０３）。尚、パラメータの許容範囲は、試験エッチングを繰り返すことによって見出される。エッチング中に、高周波電力が正常に変動すれば、高周波電力が要因となる製品不良は当然起こらない。ところが、エッチング開始後のある時刻において、高周波電力をある値以上まで強制的に増加させれば、ウエハ上に塗布されているレジスト膜がプラズマからの加熱によって熱変質を起こす。レジスト膜が変質すると、エッチングが設計通りに行われず、製品の不良につながることになる。すなわち、このときの電力値が、製品に不具合を生じさせない上限になる。一方、高周波電力をある値まで減少させると、プラズマ密度の不足と、ウエハ温度の不足からエッチング速度が低下し、エッチング処理に長時間を要する。すなわち、このときの電力値が、製品に不具合を生じさせない下限になる。そして、これらの上限および下限から十分なマージンを考慮したものが、他のパラメータが一定条件下にあるときの高周波電力の許容範囲となり、このときの発光強度が許容発光範囲となる。オペレータが、許容発光範囲の上限値及び下限値を入力すると、ＣＰＵ３５は、これらの値で規定される範囲を許容発光範囲として決定する。許容発光範囲を決定した後、ＣＰＵ３５は、許容発光範囲に関するデータをＲＡＭ３５ａに記憶させる。
【００４６】
尚、エッチング精度を向上したい場合は、許容発光範囲を狭めて入力すればよい。また、高周波電力に限られず、ガス流量や圧力を強制的に変化させた場合ついても、エッチング形状の不良、エッチング速度の低下、および面内の不均一性など、エッチング処理後のウエハの特性に悪影響の出る場合を予め把握して、許容発光範囲を定める。また、チャンバ６内の温度のように、エッチング開始から時々刻々と値が変動するパラメータについては、エッチング開始から任意の時間ごとに許容発光範囲が決定されることになる。さらにまた、オペレータが許容発光範囲を決定せず、ＣＰＵ３５が、許容発光範囲を決定するように構成することもできる。例えば、試験エッチングを終えた後、完成したウエハ７が高品質であり、エッチング処理が理想的なパラメータ値の下で行われていたことを確認したオペレータが、そのときの各対応波長の発光強度を入力する。そして、ＣＰＵ３５は、入力された発光強度に所定の許容誤差を設け、この許容誤差の範囲を許容発光範囲として決定する。尚、許容誤差の範囲を変更することで、許容発光範囲の幅を調整することができる。
【００４７】
以上のステップ１０３までで試験エッチングは終了し、次に、ウエハ７に対するエッチング処理が実際に開始され、半導体製造条件設定装置４は、エッチング中に各パラメータの値を許容範囲内に設定・維持する。以下、この過程を説明する。
【００４８】
エッチング中にチャンバ６内で発生するプラズマ光は、分光器２８によりスペクトルに分光され、この各波長成分の発光強度データは、ＰＤアレイ３０及びＡ／Ｄ変換器３２を介して、ＣＰＵ３５に到達する。ここで、ＣＰＵ３５は、ＲＡＭ３５ａから、各パラメータの基準発光データと対応波長の波長に関するデータとを呼び出す。この後、ＣＰＵ３５は、発光強度データのうち、対応波長の発光強度のみを監視することになり、随時、エッチング処理中の各対応波長の発光強度を処理中発光強度として算出する（Ｓ１０４）。
【００４９】
処理中発光強度を算出した後、ＣＰＵ３５は、基準発光データに基づいて、処理中発光強度に応じた候補パラメータを各パラメータの中から選定する（Ｓ１０５）。候補パラメータとは、処理中発光強度の変化に影響を与えたパラメータを意味する。ここで、基準発光データをまとめた図６を用いて、候補パラメータの選定方法を説明する。例えば、エッチング中に、波長６０５ｎｍ、６５６ｎｍ、７０４ｎｍの発光強度が全て増加したような場合には、図６上段に示す相関から、高周波電力が何らかの原因で増加したと推定され、高周波電力が候補パラメータとして選定される。また、波長６０５ｎｍと６５６ｎｍの発光強度が増加し、波長７０４ｎｍの発光強度が減少したような場合には、図６中段の相関から、チャンバ６内のガス流量が何らかの原因で減少したと推定され、ガス流量が候補パラメータとして選定される。さらに、波長６５６ｎｍの発光強度が変化せず、波長６０５ｎｍの発光強度が増加し、波長７０４ｎｍの発光強度が減少したような場合には、図６下段の相関から、チャンバ６内の圧力が何らかの原因で増加したと推定され、圧力が候補パラメータとして選定される。
【００５０】
尚、図６に示すデータでは、各パラメータごとに各対応波長の変化の組み合わせが異なるため、三つの対応波長の増減変化を求めれば、一つのパラメータを決定できる。しかし、ある二つのパラメータを増減変化させたときに、三つの対応波長が全て同じ変化をする場合もあり得る。このような場合、ＣＰＵ３５は、選択する対応波長の数を増やしたり、処理中発光強度の値そのものを基準発光データの値と比較して、候補パラメータを選択する。
【００５１】
再び、図３のフロー図を用いて、ＣＰＵ３５の制御手順を説明する。候補パラメータを選択した後、ＣＰＵ３５は、候補パラメータに対応する基準発光データをディスプレイ３６に表示する（Ｓ１０６）。このとき、ディスプレイ３６には、(1)エッチング開始後の時刻、(2)ＲＡＭ３５ａから呼び出された、エッチング開始後の時刻における候補パラメータの許容発光範囲、及び(3)現在の処理中発光強度も併せて表示される。そして、エッチング中に候補パラメータが許容範囲を越えて異常値になったときは、ディスプレイ３６に表示された処理中発光強度が変化して許容発光範囲を越える。このとき、オペレータは、許容発光範囲の限界値と処理中発光強度との差を求め、さらに、この差を埋めるには候補パラメータの値をどれだけ調整すれば良いかを、基準発光データを参照して求める。候補パラメータの調整量を求めたオペレータは、候補パラメータの値を正常な範囲に戻すべく、高周波発生器等の各種計器を操作する。そして、処理中発光強度が許容発光範囲内になるまで各種計器を操作することにより、チャンバ６内の候補パラメータを所望範囲の近傍に設定・維持することができ、これにより、エッチング処理を安定な状態で進めることができる。尚、処理中発光強度が許容発光範囲を越えたときに、ＣＰＵ３５が、その旨をアラームでオペレータに知らせるように構成してもよい。また、許容発光範囲の限界値と処理中発光強度との差をオペレータが求めるのではなく、ＣＰＵ３５が求めるようにしてもよい。
【００５２】
基準発光データをディスプレイ３６に表示した後、ＣＰＵ３５は、エッチングがエンドポイントに達しているか否かを判定する（Ｓ１０７）。尚、ＣＰＵ３５は、エッチングがエンドポイントに達したか否かの判定をするにあたって、ＲＯＭ３５ｂに記憶されているデータや、オペレータにより入力された演算式を参照する。エンドポイントに達していないときは、ステップ１０４にリターンして、再び処理中発光強度の算出を行う。一方、エンドポイントである場合は、ステップ１０８に進み、エッチングが終了した旨をディスプレイ３６に表示してオペレータに知らせる。また、チャンバ６にエッチング終了指令を送出するように構成することも当然可能である。
【００５３】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る半導体製造装置２の全体構成を示しており、本実施形態が第１実施形態と異なるのは、半導体製造条件設定装置４に、各パラメータ値を制御する制御部４０〜５０が装備されている点である。高周波制御部４０は、高周波発生器１４に制御信号を送信して高周波電力および周波数を制御するもので、磁界制御部４２は、磁石コイル２０に制御信号を送信してチャンバ６内の磁界の強さを制御するものである。また、温度制御部４４は、温度調整器１８に制御信号を送信してチャンバ６内の温度を制御するもので、バイアス電圧制御部４６は、バイアス電源１６に制御信号を送信してバイアス電圧を制御するものである。さらに、圧力制御部４８は、排気バルブ１０ａに制御信号を送信してチャンバ６内の圧力を制御するものであり、ガス流量制御部５０は、ガス導入バルブ８ａに制御信号を送信してガス流量を制御するものである。これらの制御部４０〜５０は、全て制御部３４のＣＰＵ３５に接続されている。
【００５４】
続いて、図８のフロー図を用いて、以上のように構成された半導体製造条件設定装置４により半導体製造装置２の製造条件であるパラメータを設定する過程を説明する。但し、ステップ１０１の対応波長の選択から、ステップ１０５の候補パラメータの選定までは、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５５】
ステップ１０５で候補パラメータを選定した後、ＣＰＵ３５は、処理中発光強度が各パラメータの許容発光範囲を越えたか否かを判定する（Ｓ１０６）。処理中発光強度が許容発光範囲を越えないときはエッチングが正常に行われていることを意味し、ステップ１０９に進んで、エッチングがエンドポイントに達しているか否かを判定する。エンドポイントに達していないときは、ステップ１０４にリターンして、再び処理中発光強度の算出が行われる。一方、エンドポイントである場合は、ステップ１１０に進み、エッチングが終了した旨をディスプレイ３６に表示してオペレータに知らせるとともに、ＣＰＵ３５は、各制御部４０〜５０に停止信号を送信して、各制御部４０〜５０は、それぞれ高周波発生器１４、磁石コイル２０、温度調整器１８、バイアス電源１６、排気バルブ１０ａ、ガス導入バルブ８ａに終了信号を送信して、エッチング終了動作を行わせる。
【００５６】
一方、ステップ１０６において、処理中発光強度が許容発光範囲を越えたときは、ＣＰＵ３５は、各制御部４０〜５０に制御信号を送信する。例えば、候補パラメータとして、温度が選択されたとする。この場合において、各対応波長の処理中発光強度が温度に関する許容発光範囲を越えたときは、ＣＰＵ３５（パラメータ値設定手段）は、温度制御部４４に温度を制御する旨の指令を送信し、当該指令を受信した温度制御部４４（パラメータ値制御手段）は、温度調整器１８を調整する。
【００５７】
温度制御部４４に指令を送信した後、ＣＰＵ３５は、各対応波長の処理中発光強度が許容発光範囲内になったか否かを判定する（Ｓ１０８）。各対応波長の処理中発光強度が許容発光範囲内にならない場合は、ＣＰＵ３５は、ステップ１０７にリターンして、再び温度制御部４４へ温度を制御する旨の指令を送信する。一方、各対応波長の処理中発光強度が許容発光範囲内になった場合は、温度がその時間における理想的な値にあることになり、ステップ１０９に進んで、エッチングがエンドポイントに達しているか否かを判定する。尚、本実施形態では、温度を制御する場合について説明したが、他のパラメータについても、同様に制御することができる。
【００５８】
エッチングがエンドポイントに達した場合は、ステップ１１１に進み、エッチングが終了した旨をディスプレイ３６に表示してオペレータに知らせるとともに、ＣＰＵ３５は、各制御部４０〜５０に停止信号を送信して、各制御部４０〜５０は、それぞれ高周波発生器１４、磁石コイル２０、温度調整器１８、バイアス電源１６、排気バルブ１０ａ、ガス導入バルブ８ａに終了信号を送信して、エッチング終了動作を行わせる。本実施形態の半導体製造装置２によれば、ＣＰＵ３５が各対応波長の処理中発光強度を許容範囲内にすることで各パラメータを所望範囲に近付けることができるため、オペレータが操作する必要がなくなる。このため、エッチング処理をスムーズに進めつつ、高品質の半導体基板を得ることができる。しかも、不良製品が低減し、歩留まりの改善を行える。また、半導体製造装置が安定状態から逸脱する機会が減少するため、装置の稼働時間が延びて、全体としての生産性が向上する。
【００５９】
（第３実施形態）
第３実施形態の半導体製造条件設定装置の構成は、第２実施形態の構成と同様である。第２実施形態の半導体製造条件設定装置４と異なるのは、各パラメータを理想的な範囲に設定・維持するためにプラズマ光の発光強度そのものを用いるのではなく、各対応波長の発光強度の比を用いる点に特徴がある。具体的には、基準発光データを、パラメータの値と各波長の発光強度の比の値（発光強度に基づく値）との関係を示すものとし、許容発光範囲を各対応波長の発光強度の比で定めた範囲（発光強度に基づく範囲）にする。そして、各対応波長ごとに算出した処理中発光強度の比の値（処理中発光強度に基づく値）が許容発光範囲を越えたときに、候補パラメータの値が調整されることになる。
【００６０】
本実施形態の半導体製造条件設定装置によれば、各対応波長の発光強度の値そのものでなく、各対応波長間の発光強度の比を用いて各種演算処理を行っているため、あるエッチング処理で、例えば、チャンバ外部の環境温度が変化してＰＤアレイの感度が低下したとしても、各対応波長の発光強度の相対値は殆ど変わらないので、基準発光データとの比較の際に誤差が生じにくく、候補パラメータを所望範囲の近傍に効率よく維持することができる。
【００６１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ウエハへの処理はエッチングに限られず、スパッタリングやプラズマＣＶＤなど、他のプラズマプロセスでもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光強度の変化を監視することで、外部の計器では測定できないパラメータの変化を把握することができ、半導体のプラズマプロセスを安定な状態で行え、かつ、高品質な半導体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体製造装置の全体構成図である。
【図２】図２（ａ）は、監視窓の曇りを防止するためにメッシュ電極を用いた構造を示す図である。図２（ａ）は、監視窓の曇りを防止するために環状電極を用いた構造を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るＣＰＵの制御手順を示すフロー図である。
【図４】第１実施形態において対応波長の選択方法を説明するために用いた発光強度データであり、図４（ａ）は、パラメータ値を変化させる前の発光強度を示す図である。図４（ｂ）は、パラメータ値を強制的に変化させた場合の発光強度を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、高周波電力の基準発光データを示す図である。図５（ｂ）は、ガス流量の基準発光データを示す図である。図５（ｃ）は、圧力の基準発光データを示す図である。
【図６】図５（ａ）〜（ｃ）の基準発光データに基づいて、パラメータと対応波長との関係をまとめた表である。
【図７】第２実施形態に係る半導体製造装置の全体構成図である。
【図８】第２実施形態に係るＣＰＵの制御手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
２…半導体製造装置、４…半導体製造条件設定装置、６…チャンバ、７…ウエハ、８…ガス導入ポート、８ａ…ガス導入バルブ、１０…排気ポート、１０ａ…排気バルブ、１２ａ…上部電極、１２ｂ…下部電極、１３…プラズマ、１４…高周波発生器、１６…バイアス電源、１８…温度調整器、２０…磁気コイル、２２…突出部、２４…監視窓、２６…ヒータ、３４…制御部。
【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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