JP2001335949A - プラズマ式化学蒸気沈積設備の自動監視方法及び系統 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応室内のプラズマ反応結果による輻射光が
良好であるか否かを自動的に監視し、並びに従来の反応
室に直接、且つ、簡易にマッチングして使用できるプラ
ズマの輻射光を自動的に監視する方法とその系統を得
る。 【解決手段】 本発明は光学モデルで、直接反応室２０
から輻射光信号を捕獲し、フォトエレクトリック回路４
０によって信号を処理して、更に電子デジタル信号に変
換し、且つ、中央処理ユニット６０に連接してプラズマ
輻射光の現象資料を読取り、分析・判断及び制御するプ
ラズマ式化学蒸気沈積設備の自動監視方法及び系統を提
供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体プロセスで
あるプラズマ式化学蒸気沈積設備の製造プロセスにおい
て、自動的に反応室内のプラズマの輻射光の状況を探測
監視することができる方法及び系統に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の化学蒸気沈積設備（ＣＶＤ）は数
個の基本的な補助系統によって組成されている。その補
助系統はラジオフレクェンシイパワー系統、電子電気回
路系統、真空圧力系統、ウエーハ伝送系統、温度制御系
統、プロセス反応室系統及び気体系統である。

【０００３】設備工作台本体には工作台制御器が設けら
れていて、該工作台全体の動作を制御する役目をつかさ
どっている。前記補助系統間とはアナログ或いはデジタ
ル信号でもって伝達を行っている。

【０００４】その中、ラジオフレクェンシイパワー系統
は主としてラジオフレクェンシイジェネレーターとイン
ピダンスマッチングカップリングで組成されている。而
して、ラジオフレクェンシイジェネレーターは自身のデ
テクタ回路を通して、反応室に伝送されたフォーワード
パワーとリフレクトパワーを探知し、然る後、信号でも
って前記工作台制御器に伝え、前記工作台のパワーアウ
トプット監視機能はこれによりその機能を果たすもので
ある。

【０００５】前記ラジオフレクェンシイジェネレーター
を通して伝送されたパワーは前記反応室内の気体を電離
して高エネルギーイオン状態（プラズマ）に形成し、そ
の後、その中で加工されているウエーハの表面上の気体
分子と化学反応をして、固体沈積を進行するのである。

【０００６】前記化学蒸気沈積設備全体がウエーハの製
造過程を処理する上に於て、前記反応室内のプラズマの
発生とその発生の良否は直接ウエーハの制作の成敗に大
きく影響するものである。

【０００７】前記反応室内に於てプラズマの状態に影響
するものは、：ラジオフレクェンシイパワーの大小、
：反応気体の種類と反応気体の流量、：反応室の圧
力等の三種のパラメーターである。この三種のパラメー
ターの制御関係は下記の通りである。

【０００８】１：反応室２０内におけるプラズマ状態の
輻射光１０はラジオフレクェンシイパワーの状態とは正
変化の関係にある。前記ラジオフレクェンシイパワーが
増大した時、前記プラズマ内のイオン化の程度も上昇
し、よって輻射光１０の強度も増強する。但し、イオン
化の程度の上昇は無限でなく、前記ラジオフレクェンシ
イパワーが増加して或る一定の程度に達した時、前記プ
ラズマを発生する両端の極板付近にあるイオン密度は飽
和状態となり、よって光度は前記ラジオフレクェンシイ
パワー内増加に伴って増加することができない。而し
て、前記ラジオフレクェンシイパワーが減少した時、イ
オン化の程度は直接その影響を受ける。而して、その間
には何等の障害要因もない。

【０００９】２：反応室２０内における輻射光１０と反
応気体流量の関係はS₁H₄気体が正変化を呈している関係
にある時は、流量が多ければ多いほど、輻射光もそれに
伴って増強する。N₂O 気体が負変化を呈している関係に
ある時は、流量が多ければ多い程、輻射光はそれに伴っ
て弱くなる。

【００１０】３：反応室２０内の輻射光１０と圧力状態
の関係が正変化を呈している関係にある時は、圧力が大
きい程、輻射光度も強い。それは、圧力が大きい程、自
由電子が分子及びイオンと衝突する距離が小さくなり、
よって輻射光度もそれに伴って強くなるのである。

【００１１】故に、従来の工作台のパワージェネレータ
ーのアウトプットの監視は、只プラズマ形成条件の部分
的なコントロールをしているだけである。若し、その他
のプラズマ形成条件が失調した時、単独にパワージェネ
レーターのアウトプットだけにたよる監視は、往々にし
て必ずしも良好なプラズマ状態を形成し得ることを保証
することができない。よって、監視の失敗を来す上に、
不真実の状況が発生する。即ち、これが従来のプラズマ
式化学蒸気沈積設備の欠点である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】反応室内のプラズマ反
応結果による輻射光が良好であるか否かを自動的に監視
し、並びに従来の反応室に直接、且つ、簡易にマッチン
グして使用できるプラズマの輻射光を自動的に監視する
方法とその系統を得るために解決せられるべき技術的課
題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本課題は前記の課題を解
決する手段として、光学モデルで、直接反応室から輻射
光信号を捕獲し、フォトエレクトリック回路によって信
号を処理して、更に電子デジタル信号に変換し、且つ、
中央処理ユニットに連接してプラズマ輻射光の現象資料
を読取り、分析・判断及び制御するプラズマ式化学蒸気
沈積設備の自動監視方法及び系統を提供するものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は輻射光発生の示意図であ
る。プラズマは製造過程において反応室気体がラジオフ
レクェンシイエネルギーの励起を受けて形成されるもの
である。そして、励起分子の自我輻射とプラスイオン
（ｉｏｎ＋）及びマイナス電子（ｅ−）間の再結合によ
って、特定波長の輻射光１０を輻射するのである。

【００１５】本発明は反応室２０におけるプラズマの製
造過程に発生する輻射光の物理現象に対して、光学方式
で直接前記反応室２０の狭い観測口２１から前記輻射光
１０の現象を捕獲し、更に、フォトエレクトリック回路
４０を経て処理した後、中央処理ユニット６０に連接
し、並びに異常法則の判断、エキスパートソフトウェア
システムの手助けによって前記プラズマによる輻射光１
０の資料を読取り、分析・判断及び制御するように構成
されている。

【００１６】図２は反応室機構の外観示意図である。そ
の中前記反応室２０は非常に狭い観測口２１（６×６×
２４mm）を具有していて、前記観測口２１を通して前記
プラズマの輻射光１０を目測することができるように形
成されている。

【００１７】図３は本発明の監視系統図である。その
中、監視系統の輻射光捕獲器の探測端３１１はオプチカ
ルファイバーマウントａによって速やかに前記反応室２
０の前記観測口２１に取り付けられ、直接プラズマ放電
による前記輻射光１０を探測する。而して、出力端３１
２はフォトエレクトリック回路４０に連接されている。
前記輻射光１０の信号は、これにより電子アナログ信号
に変換される。その後、更にアナログ／デジタル変換イ
ンタフェース５０で前記電子アナログ信号をデジタル電
子信号に変換し、中央処理ユニットに伝送する。この中
央処理ユニット６０はホストコンピュータ或いはマイク
ロコントローラで、前記ホストコンピュータ或いはマイ
クロコントローラによって資料を読取り、分析・判断及
び制御する上、コンピュータースクリーン７０に各種解
読情報及び制御情報をディスプレイする。

【００１８】前記輻射光捕獲器３０はオプチカルファイ
バー３１の探測端３１１にナローバンドインタフェラン
スフィルターを組合わせて組成されたものである。前記
ナローバンドインタフェランスフィルターは温度制御系
統の散発赤外線の干渉を消去することができる上、有効
的にスペクトラムの紫外線付近に分布している特定波長
の前記輻射光１０を捕獲することができる。

【００１９】前記フォトエレクトリック回路４０は、フ
ォトデテクター４１（フォトマルチプライヤーセル）と
バイアスボルテージ回路及び信号処理系統４３の組合せ
によって形成したものである。その中、前記フォトデテ
クター４１は前記輻射光１０の強度信号を電気信号に変
換する（本発明は前記フォトデテクターの機構本体の外
縁に不透明な物質で包覆することを建議する。例えば、
ブラックテープは有効的に内部のライト信号の外も水を
遮断する上、外部光源の侵入干渉を防止することができ
る）。その後、前記電気信号は前記信号処理系統４３に
伝送される。前記信号処理系統４３は前記電気信号のシ
グナルノイズ比率を高めることを司るものである。前記
バイアスボルテージ回路４２は前記フォトデテクター４
１（フォトマルチプライヤセル）に良好な工作区域（比
較的高く放大した区域で操作）を提供するものである。
本発明の系統の電気回路の設計は多くの信号品質を防護
及び処理する措置を取っている。よって、インプットし
たライト信号を高品質の電気信号に変換することができ
る。

【００２０】図４は、本発明の自動トリガリング回路で
ある。半導体の製造過程は幾多のステップを含んでい
る。その中、各ステップは必ずしもプラズマ状態の加工
を必要としない。このため、本発明はエネルギーの節約
及び電気回路の使用節減等の経済利益を考慮して、特
に、製造設備工作台本体のインプット／アウトプットイ
ンタフェースに、オプトエレクトロニックカップリング
８１を連結して、自動トリガリング回路を構成してい
る。かくして、製造過程がプラズマを使用する必要な過
程に到った時、前記工作台本体のインプット／アウトプ
ットインタフェースを通してプラズマ操作の前置信号ｂ
を発信して、前記自動トリガリング回路８０を触発して
触発信号ｃを出力し、前記監視系統中の関係する電気回
路を駆動する。即ち、本発明はプラズマが発生する事前
に、前記工作台を通して前記監視系統に通知して前記反
応室２０の輻射光１０に関係する資料を読取り、分析・
判断及び制御の作業を進行することができる。

【００２１】図５は本発明のプラズマ発生信号とトリガ
リング信号発生の示意図である。半導体の製造過程に於
てプラズマを必要とする時、事前に前記工作台本体のイ
ンプット／アウトプットインタフェースを通して、プラ
ズマ操作の前記前置信号を発信することができる。更
に、前記自動トリガリング回路８０はこれにより触発信
号ｃを出力して、前記監視系統中の関係する電気回路を
駆動し、資料の読取り、分析・判断及び制御を進行す
る。本段階に於てプラズマの製造過程が完成した時、同
様に工作台のインプット／アウトプットインタフェース
を通してプラズマ操作終止信号ｄが出力され、前記自動
トリガリング回路８０を駆使して原状にもどし、前記ト
リガリング信号ｃの状況を結束して前記輻射光１０の資
料読取り、分析・判断及び制御を停止する。

【００２２】即ち、前記監視系統の作業は前記自動トリ
ガリング回路８０の自動制御により、前記反応室２０内
で前記輻射光１０が発生する前の僅かな時間に触発前起
動Ｔ１を触発して事前に作用を起動させるようになって
いる。この時、前記反応室２０内に発生した前記輻射光
１０の資料は、前記輻射光捕獲器３０によって探測さ
れ、前記フォトエレクトリック回路４０の処理を経て品
質の良好な電気信号となり、更に、前記アナログ／デジ
タル変換インタフェース５０によってデジタル信号に変
換して前記中央処理ユニット６０にインプットする。然
る後、異常判断の法則によりこの時のプラズマが正常か
否かを判断する。若し、プラズマが正常であれば直流信
号を発出する。前記反応室２０における前記輻射光１０
の製作作用が完成した後、僅かの時間遅延で触発結束Ｔ
２が触発され、前記監視系統及び相関電気回路は前記輻
射光１０の資料分析・判断及び制御を停止する。よっ
て、有効的にエネルギーの節約及び使用の節減の効果を
達成することができる。

【００２３】本発明の提供する方法及び系統により、更
に、エキスパートシステムソフトウェアの処理を行え
ば、前記反応室２０の輻射光１０と製造過程の各制御パ
ラメータ間の解析上の関係を得ることができる。よっ
て、本発明は下記の三種類に応用することができる。

【００２４】１：本発明は反応室の圧力状況を監視する
のに応用することができる。

【００２５】２：本発明は反応室のラジオフレクェンシ
イパワー系統の監視に応用することができる。

【００２６】３：本発明は反応室の気体の種類及び流量
状態の監視に応用することができる。

【００２７】本発明のその他の実施の形態は下記の三方
式にも適用される。

【００２８】１：本発明の輻射光捕獲器の探測端をオプ
チカルファイバーマウントによって、直接従来の反応室
の観測口に配設して使用することができる。

【００２９】２：本発明の輻射光捕獲器の探測端は、
又、直接反応室の本発明特設の観測口に配設して使用す
ることができる。

【００３０】３：本発明のフォトデテクター４１はフォ
トダイオード或いはアレイオブフォトダイオードの形式
で、光学レンズ系統の架構と配合して同等効果の装置で
もって使用することもできる。

【００３１】

【発明の効果】本発明のプラズマ式化学蒸気沈積設備の
自動監視方法及び系統は、反応室内のプラズマ反応の結
果発生した輻射光が良否であるか否かを自動的に監視及
び系統的に自動制御をすることができて、良質の輻射光
による効率の高いウエーハの製造に供し得る上、従来の
反応室にも容易に使用することができる。

【００３２】斯くして、作業人員の効率向上を得ること
による人体コストの低減、不良率の減少、多元性の運用
及び設備保全等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】輻射光発生の示意図。

【図２】反応室機構の外観示意図。

【図３】本発明の監視系統図。

【図４】本発明の自動トリガリング回路図。

【図５】本発明のプラズマ発生信号とトリガリング信号
のタイムダイアグラム。

【符号の説明】

ａ オプチカルファイバーマウント ｂ プラズマ操作の前置信号 ｃ 触発信号 ｄ プラズマ操作終止信号 Ｔ１ 触発前起動 Ｔ２ 触発結束 １０ 輻射光 ２０ 反応室 ２１ 観測口 ３０ 輻射光捕獲器 ３１ オプチカルファイバー ３２ ナローバンドインタフェランスフィルタ
ー ４０ フォトエレクトリック回路 ４１ フォトデテクター ４２ バイアスボルテージ回路 ４３ 信号処理系統 ５０ アナログ／デジタルインタフェース ６０ 中央処理ユニット ７０ コンピュータディスプレイ ８０ 自動トリガリング回路 ８１ オプトエレクトロニックカップリング Ｉ／Ｏ インプット／アウトプットインタフェー
ス ＮＯ₂ 気体 S₁H₄ 気体 ３１１ 探測端 ３１２ 出力端

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ式化学蒸気沈積設備の自動監視
   方法であって、該方法には輻射光捕獲器の探測端が設備
   工作台の観測口に取り付けられており、前記輻射光捕獲
   器は設備工作台の観測口を経て、直接反応室から輻射光
   信号を捕獲するように構成され、該輻射光信号はフォト
   エレクトリック回路を経て電子アナログ信号に変換さ
   れ、該電子アナログ信号はアナログ／デジタル信号変換
   インタフェースを経てデジタル電子信号に変換され、更
   に、該電子信号は中央処理ユニットに伝送されて捕獲し
   た輻射光の現象データーを読取り、分析・判断及び制御
   するように形成されたことを特徴とするプラズマ式化学
   蒸気沈積設備の自動監視方法。
2. 【請求項２】 上記プラズマ式化学蒸気沈積設備の自動
   監視方法で、平時プラズマ状態のプロセスを必要としな
   い時、上記設備工作台のインプット／アウトプットイン
   タフェースを通してトリガリング回路を触発して原状に
   もどし、一切の資料の読取り、分析・判断及び制御の操
   作を停止し、前記プラズマ操作の前置信号を受接した時
   は、直ちに自動的に前記プラズマ輻射光の資料の読取
   り、分析・判断及び制御を展開して無用、且つ、長い資
   料を省略することができるように形成されたことを特徴
   とする請求項１記載のプラズマ式化学蒸気沈積設備の自
   動監視方法。
3. 【請求項３】 プラズマ式化学蒸気沈積設備の自動監視
   系統であって、該自動監視系統には輻射光捕獲器が反応
   室の観測口に取り付けられていて、直接プラズマ輻射光
   の現象を探測し、更に、フォトエレクトリック回路があ
   って、前記輻射光捕獲器が伝送してきた輻射光信号を電
   気信号に変換するように構成され、フォトデテクタにバ
   イアスボルテージ回路を加え、更に、信号処理系統と組
   合わされ、一方、アナログ／デジタル変換器があって、
   前記フォトエレクトリック回路のアナログ信号をデジタ
   ル電子信号に変換し、更に、中央処理ユニットがあっ
   て、前記捕獲した輻射光の現象資料を読取り分析・判断
   及び制御し、更に又、コンピュータスクリンがあって、
   前記中央処理ユニットの制御による必要な資料をディス
   プレイすることができるように形成され、斯くして、該
   系統は前記輻射光資料の読取り、分析・判断及び制御を
   することができる機構を構成し、且つ、前記コンピュー
   タスクリンに各種の解読資料及び制御資料をディスプレ
   イすることができるように形成されたことを特徴とする
   プラズマ式化学蒸気沈積設備の自動監視系統。
4. 【請求項４】 上記輻射光捕獲器はオプチカルファイバ
   ーマウントによって、前記探測端を前記反応室の前記観
   測口に取り付けられていることを特徴とする請求項３記
   載のプラズマ式化学蒸気沈積設備の自動監視系統。
5. 【請求項５】 上記輻射光捕獲器は、その前端にオプチ
   カルファイバーでナローバンドインタフェランスフィル
   ターを組合せて組成されたことを特徴とする請求項３記
   載のプラズマ式化学蒸気沈積設備の自動監視系統。