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この項目の情報は公開日時点(1997年8月19日)のものです。
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図面 (6)

課題

経時変化に応じて調整作業メンテナンスをする必要がなく、常に反応状態を正確に検出することが可能な半導体製造装置における反応検出方法を提供する。

解決手段

反応状態をプラズマ状態から検出する半導体製造装置における反応検出方法において、前記プラズマ状態の検出をプラズマインピーダンス変化を検出することにより行う。

概要

背景

半導体微細加工では、直接その加工(反応)の進み具合を観察しながら加工を行うことは大変難しい。たとえ、直接観察しながら加工ができたとしても、その加工装置は高価で且つ大型となることは避けられない。したがって、直接観察に基づいて加工するよりも、簡便に得られる間接的な検出方法に基づいて加工するのが一般的である。

従来の例えばプラズマエッチング装置においては、反応状態の検出、すなわちエッチングの進み具合を、反応室に設けた窓を通して、プラズマ雰囲気内で発生する光の強度の変化を検出することにより行っていた。

概要

経時変化に応じて調整作業メンテナンスをする必要がなく、常に反応状態を正確に検出することが可能な半導体製造装置における反応検出方法を提供する。

反応状態をプラズマ状態から検出する半導体製造装置における反応検出方法において、前記プラズマ状態の検出をプラズマインピーダンス変化を検出することにより行う。

目的

本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、調整やメンテナンスをすることなく常に反応状態を正確に検出することが可能な半導体製造装置における反応検出方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

反応状態プラズマ状態から検出する半導体製造装置における反応検出方法において、前記プラズマ状態の検出をプラズマインピーダンス変化を検出することにより行うことを特徴とする半導体製造装置における反応検出方法。

請求項2

前記プラズマのインピーダンス変化を、反応室内のプラズマ発生電極間に設けたセンサにより検出することを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置における反応検出方法。

請求項3

前記プラズマのインピーダンス変化を、反応室とこの反応室内にプラズマを発生させる高周波電源とのインピーダンスを調整するマッチボックスにより検出することを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置における反応検出方法。

技術分野

0001

本発明は、プラズマCVD装置プラズマエッチング装置等、プラズマを利用して薄膜を形成したり、薄膜を加工する半導体製造装置に関し、特に反応状態プラズマ状態から検出する半導体製造装置における反応検出方法に関するものである。

背景技術

0002

半導体微細加工では、直接その加工(反応)の進み具合を観察しながら加工を行うことは大変難しい。たとえ、直接観察しながら加工ができたとしても、その加工装置は高価で且つ大型となることは避けられない。したがって、直接観察に基づいて加工するよりも、簡便に得られる間接的な検出方法に基づいて加工するのが一般的である。

0003

従来の例えばプラズマエッチング装置においては、反応状態の検出、すなわちエッチングの進み具合を、反応室に設けた窓を通して、プラズマ雰囲気内で発生する光の強度の変化を検出することにより行っていた。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記従来技術によれば、反応状態を検出するための窓は、その内面が直接プラズマ状態の反応性雰囲気に曝されるため、削られたり、反応物が付着したりする。したがって、窓を通過する光の透過率使用状況や使用時間により変化し、この光の強度を検出する反応室外センサから得られる信号も、使用状況や使用時間により変化してしまう。

0005

このような経時変化があるため、従来では、その変化に対応した検出のための調整が必要であった。また、そのような調整で対応できない場合には、窓の清掃交換等のメンテナンスが必要であった。このように、従来技術においては、調整やメンテナンスが必要であるため、装置の稼働率が低下すると共に、人件費部品交換費用がかかり、この調整やメンテナンスを怠ると安定した生産が困難となり、製品の大量な不良発生を招くことになる。

0006

本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、調整やメンテナンスをすることなく常に反応状態を正確に検出することが可能な半導体製造装置における反応検出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

0007

上記目的を達成するため、本発明においては、反応状態をプラズマ状態から検出する半導体製造装置における反応検出方法において、前記プラズマ状態の検出をプラズマのインピーダンス変化を検出することにより行うことを特徴とする半導体製造装置における反応検出方法を提供する。

0008

上記方法によれば、反応状態の検出をプラズマのインピーダンス変化を検出することにより電気的に行うため、反応状態の検出をプラズマ雰囲気内で発生する光の強度の変化を検出することにより光学的に行う従来技術のように、使用状況や使用時間に応じてその検出値を調整したり、メンテナンスしたりする必要はなく、常に反応状態を正確に検出することができる。

発明を実施するための最良の形態

0009

好ましい実施の形態においては、前記プラズマのインピーダンス変化を、反応室内のプラズマ発生電極間に設けたセンサにより検出することを特徴としている。

0010

別の好ましい実施の形態においては、前記プラズマのインピーダンス変化を、反応室とこの反応室内にプラズマを発生させる高周波電源とのインピーダンスを調整するマッチボックスにより検出することを特徴としている。

0011

図1は、本発明に係る半導体製造装置における反応検出方法を適用したプラズマエッチング装置の基本構成を示す図である。

0012

このエッチング装置の反応室1内には、上下一対電極2,3が設けられ、これら両電極2,3間には、マッチングボックス4を介して電力供給用の高周波電源5が接続される。前記下部電極3上には、ウエハ6が載置される。前記マッチングボックス4は、高周波電源5と反応室1のインピーダンスを整合させるために用いられる。

0013

前記反応室1には、図示しないが、反応ガス供給管が接続され、真空ポンプ等の室内圧力調整装置ヒータを含む温度調整装置等が設けられる。

0014

上記構成のプラズマエッチング装置は、所定圧力所定温度に調整された反応室1内に反応ガスを供給すると共に、両電極2,3間に高周波電源5の電力を供給することにより、両電極2,3間にプラズマを発生させ、このプラズマにより反応ガスを活性化し、これをウエハ6上のエッチングしたい材料と化学反応を起こさせてこれを反応ガスとともに除去するようにした装置である。

0015

上記プラズマエッチング装置において、反応状態、すなわちエッチングの進み具合の検出は、両電極2,3間のプラズマ発生部中に設けたインピーダンスセンサ7により行う。

0016

図2は、前記インピーダンスセンサ7からの出力信号反応開始前から反応終了後又は反応が変化するまでの間にどのように変化したかを予めデータ分析した結果の一例を示したグラフである。このグラフからわかるように、プラズマのインピーダンス値は、エッチング処理開始前においては、比較的低い略一定値を示し、電源投入してエッチング処理を開始し、その処理が安定して行われるまでの立上がり時の過渡的状態においては不安定な漸増する値を示す。またエッチング処理が安定して行われている間においては、比較的高い略一定値を示す。エッチング処理が終了し又は1つの安定状態から別の安定状態に変化するまでの過渡的状態においては、漸減する値を示す。エッチング処理の状態変化終了後においては、再び比較的低い略一定値を示す。従って、この電気的に測定された主に電気的容量抵抗成分に係るインピーダンス値を見れば、現在のエッチング処理の進み具合がわかる。

0017

図3は、装置の使用時間に対して検出信号の強度(大きさ)がどのように変化したかを、本発明に係るセンサを用いたインピーダンス検出の場合と、従来の窓を設けた光学的検出の場合とで比較したグラフである。

0018

このグラフからわかるように、本発明のインピーダンス検出の場合は、ラインAで示すように、その検出信号の強度が使用時間に対して殆ど変化せず安定しているため、検出信号の大きさを調整したり、インピーダンスセンサを交換する等のメンテナンスをしたりする必要がない。

0019

これに対して、従来の窓の外部からの光学的検出の場合は窓の汚れのため信号強度経時的変化(低下)が大きくなる。従って、信号強度がある程度低下した時点Cで窓の清掃等のメンテナンスが必要になる。このメンテナンスにより再び信号強度が大きくなる。従って、ラインBで示すように、その検出信号の強度が使用時間に対して鋸歯状に変化することになる。即ち、従来の窓を通した光学的検出では検出信号の大きさを調整したり、窓を清掃交換する等のメンテナンスをする必要があった。

0020

図4は、装置の使用時間に対して検出信号に基づくエッチングの寸法精度(目標値との寸法差)がどのように変化したかを、本発明に係るセンサを用いたインピーダンス検出の場合と従来の窓を設けた光学検出の場合とで比較したグラフである。このグラフからわかるように、本発明のインピーダンス検出の場合は、前述したように、検出信号の強度が使用時間に対して殆ど変化しないため、調整やメンテナンスをしなくてもラインAで示すように、寸法精度を一定の良好な値に保つことができる。

0021

これに対して、従来の光学的検出の場合は、ラインBで示すように、前述したように、検出信号の強度が使用時間に対して鋸歯状に変化するため、寸法精度も鋸歯状に変化し、寸法精度を一定の良好な値に保つことができなかった。

0022

図5は、本発明に係るインピーダンスセンサの検出信号に基づいてエッチング制御する場合の原理図を示す。

0023

この場合、反応室1内のプラズマ発生部中に設けたインピーダンスセンサ7は、CPU等からなるデータ処理装置8に接続される。

0024

エッチングの処理状態をインピーダンスの形で検出したセンサ7からの信号は、データ処理装置8に入力され、データ処理装置8は、前記図2のように反応状態の分析結果に基づいて、反応ガス供給装置、室内圧力調整装置、温度調整装置等を制御する。

0025

このように制御することにより、一般的にはシーケンス制御されているプラズマエッチング装置をフィードバック制御することができ、より高品質な製品を得ることが可能となる。

0026

さらに、前記反応ガス供給装置等の制御に加えて、反応室内の上下電極に電力を供給する高周波電源の制御も可能である。

0027

前記図1は、本発明に係るインピーダンスセンサ7の検出信号に基づいて反応ガス供給装置、室内圧力調整装置、温度調整装置等および高周波電源5を制御する構成を示している。

0028

この場合、データ処理装置8には、モニター9とデータ記録装置10とプリンタ11とが接続される。前記モニター9は、ディスプレイ装置からなり、エッチング処理の進み具合を監視する。また、前記データ記録装置10は、メモリーハードディスク等からなり、リアルタイムのデータを生データとして保管し、その後の処理履歴の管理を容易にする。さらに、プリンタ11は、リアルタイムのデータを印刷し保管する。

0029

上記の制御によれば、前記図2のデータ分析結果を目標値のパターンとしてデータ記録装置10に記録しておくことにより、インピーダンスセンサ7からの出力に基づいて目標値に対しフィードバック制御するとともに、著しく外れた値がデータ処理装置8に入力された場合に、データ処理装置8は、モニター9にアラーム信号を送ることができ、エッチング処理行程における作業を速やかに停止させることができ、大量の不良品発生を防止することができる。

0030

さらに、検出されるインピーダンスは反応室1内の上下電極2,3間の距離に対応しているため、この距離のずれにより、インピーダンスセンサ7からの検出値が異なってくる。これを利用すれば、装置状態自己診断ができ、上下電極2,3間の距離を常に反応条件に応じて設定された基準の距離に調整することができ、この点からも大量の不良発生を防止することができる。

0031

尚、上記実施例では、プラズマのインピーダンス変化をインピーダンスセンサで検出したが、これに代えて既存のマッチングボックスを利用して検出することも可能であり、この場合にも、前記従来の窓を設ける光学的な検出方法のように反応室に加工を施さなくて良い。

0032

また、上記実施例では、反応室が1つであるが、2つ以上の反応室を有するシステムにも適用でき、この場合には、各反応室内のインピーダンスセンサから出力された信号に基づいて1つのデータ処理装置により各反応室の反応を集中制御することができる。

0033

また、上記実施例は、半導体製造装置をプラズマエッチング装置とした場合であるが、反応状態をプラズマ状態から検出する半導体製造装置であれば、例えば、プラズマCVD装置やスパッタ装置であっても良い。

発明の効果

0034

以上説明したように、本発明においては、プラズマ状態の検出をプラズマの電気的なインピーダンス変化を検出することにより行うようにしたため、反応状態を常に安定したほぼ一定の検出出力により正確に検出することができる。従って、安定したプロセス制御が可能になり信頼性の高い半導体製品が得られる。またプラズマ状態の検出を反応室に窓を設けた従来の光学的検出方法のように、経時変化に対応させて検出信号を調整したり、窓の清掃や交換等のメンテナンスをしたりする必要がなく、従来方法に比べて、半導体製造装置の稼働率を向上させることができる。さらに、経時変化に対応させて調整やメンテナンスが必要な従来方法に比べて、人件費等の費用がかからない分、コストを低減することができる。

図面の簡単な説明

0035

図1本発明に係る半導体製造装置における反応検出方法を適用したプラズマエッチング装置の基本構成図である。
図2本発明に係るインピーダンスセンサからの検出信号をデータ分析した結果のグラフである。
図3本発明と従来技術の比較のために、プラズマエッチング装置の使用時間と検出信号との関係を示したグラフである。
図4本発明と従来技術の比較のために、プラズマエッチング装置の使用時間とエッチングの寸法精度との関係を示したグラフである。
図5本発明に係るインピーダンスセンサの検出信号に基づいてエッチング制御する場合の原理図である。

--

0036

1:反応室、2:上部電極、3:下部電極、4:マッチングボックス、5:高周波電源、6:ウエハ、7:センサ、8:データ処理装置、9:モニター、10:データ記録装置、11:プリンター

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