JP2003045846A

JP2003045846A - 半導体製造装置の監視方法及びその制御方法

Info

Publication number: JP2003045846A
Application number: JP2001233438A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tomoyasu; 昌幸友安
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-02-14
Also published as: WO2003012847A1; TW559974B

Abstract

(57)【要約】【課題】オペレータが過去の蓄積処理データに基づい
て経験と勘によってウエハ処理の監視、制御用のセンサ
の上下限値を安全サイドに設定するため、装置の制御域
が狭く、しかも、本来は仕様に則った良品デバイスを製
造できる制御域であるにも拘わらず、センサの検出値が
設定範囲を超え易く運転時間が短くなる。また、例えば
複数のセンサを介して得られた複数の検出データの統計
的処理を行ってプラズマ処理特性を予測し、この予測値
に基づいてプラズマの状態の正常、異常を判断している
ため、プラズマの状態を予測し得ても、そのプラズマ状
態でウエハを正常に処理し得るか否かが必ずしも明確で
はない。【解決手段】本発明の半導体製造装置の監視、制御方
法は、試用ウエハＷをプラズマ処理装置１０を用いてエ
ッチングし、処理後の試用ウエハＷが期待構造を満足す
るか否かを判定し、期待構造を満足する時の複数のセン
サの検出データを許容検出データとして含む変動許容範
囲群を作成し、この変動許容範囲群に基づいてプラズマ
処理装置１０を監視し、制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置の
監視方法及びその制御方法に関し、更に詳しくは、被処
理体に半導体素子を製造する際に所定の仕様に叶った半
導体素子を製造するように半導体製造装置を監視し、制
御することができる半導体製造装置の監視方法及びその
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程では種々の半導体製造装
置が用いられている。半導体ウエハ（以下、「ウエハ」
と称す。）やガラス基板等の被処理体の成膜工程やエッ
チング工程ではプラズマ処理装置等の半導体製造装置が
広く使用されている。例えばウエハに所定のプラズマ処
理を施して所定の仕様に叶った半導体素子（以下、「デ
バイス」と称す。）を製造する場合には、このデバイス
を製造するのに最適な装置パラメータ（高周波電力、処
理室内のガス圧力、ガス流量、サセプタ温度等のウエハ
を処理する際に装置に直接設定する数値データ）を選択
した後、これらの装置パラメータを半導体製造装置に設
定する。そして、これらの装置パラメータを設定した後
に半導体製造装置の運転を行う。運転中には装置パラメ
ータを監視するパラメータセンサを用いてそれぞれの実
際の値を検出すると共に、ウエハの処理に影響する高周
波電源の高調波、位相、インピーダンス等の電気的信号
やプラズマ発光強度等の運転データをそれぞれの追加セ
ンサを介して検出し、これらの検出データに基づいて半
導体製造装置を監視し、制御している。この際、複数の
パラメータセンサ及び追加センサからの検出データを多
変量解析等の統計的処理により解析して各検出データ間
の相関関係を求め、この相関関係に基づいてウエハの処
理結果を予測したり、半導体製造装置を監視し、制御
し、ひいては装置の異常やウエハの異常を検知し、必要
に応じて装置を停止させている。尚、本明細書では、パ
ラメータセンサとは、複数の装置パラメータの実測値を
検出し監視するセンサのことを云い、追加センサとは、
装置パラメータ以外でウエハの処理状態に影響する因
子、例えば高周波電源の高調波、位相、インピーダンス
等の電気的信号やプラズマ発光強度、排気ガスのガス成
分等を検出し監視するセンサのことを云う。

【０００３】例えば、特開平１０−１２５６６０号公報
にはプラズマ状態を反映する電気的信号とプラズマ処理
特性とを関連づける多変量解析によるモデル式を用い、
処理時の電気的信号値をモデル式に当てはめてプラズマ
特性を予測する技術が提案されている。また、特開平１
０−１３５０９１号公報にはプロセス加工工程におい
て、歩留り情報や電気的特性情報等の製品の品質結果情
報と、製造装装置履歴情報等のインライン測定情報等の
製品の品質に影響を与える情報とを用い、これらの製品
の品質結果情報と製品の品質に影響を与える情報との因
果関係を多段多変量解析手段を用いて解析する技術が提
案されている。その他、特開平１１−８７３２３号公報
には複数のプロセスパラメータを分析し、これらのパラ
メータを統計的に相関させ、この相関関係を基にプロセ
ス特性の変化を検出し、単一データのノイズによる悪影
響を防止する技術が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、装置パ
ラメータを設定した後、パラメータセンサや追加センサ
を用いてウエハの処理状況を監視し、制御するために、
オペレータが過去の蓄積処理データに基づいて経験と勘
によってこれらのセンサの検出値の許容範囲を設定する
際に、上下限値を想定する許容限界よりも安全サイドに
設定するため、装置の制御域が狭く運転が窮屈になりが
ちで、しかも、本来は仕様に則った良品デバイスを製造
できる制御域であるにも拘わらず、上下限値を安全サイ
ドに設定したがためにセンサの検出値が設定範囲を超え
易く運転時間が短くなって稼働率が低下するという課題
があった。

【０００５】また、上記各公報に記載された多変量解析
手法を用いる場合には、例えば複数のセンサを介して得
られた複数の検出データと処理結果を関連づけて多変量
解析処理を行ってモデル式を得た後、このモデル式に各
検出データを当てはめてプラズマ処理特性を予測し、こ
の予測値に基づいてプラズマの状態の正常、異常を判断
したり、ウエハの処理結果を予測したりしているが、モ
デル式の作成に用いられた複数の検出データが期待仕様
に叶った構造の正常なデバイス（良品デバイス）を製造
する場合に検出される正常な検出データであるか否かの
判断がなされていないため、実プロセスにおける複数の
検出データからプラズマ状態を予測し得たとしても、そ
の予測値が良品デバイスを製造すること条件に叶った予
測値であるか否かが必ずしも明確ではなく、ウエハの処
理結果を必ずしも正確に予測することができないという
課題があった。

【０００６】本発明は、上記解決するためになされたも
ので、装置の運転に幅を持たせて稼働率を高めることが
できると共に被処理体に対する処理の正常、異常を高感
度で判断することができ、しかも被処理体の処理に異常
があった場合でも簡単且つ確実に正常な状態に補正する
ことができる半導体製造装置の監視方法及びその制御方
法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の半導体製造装置の監視方法は、半導体製造装置の複数
の装置パラメータを上記半導体製造装置に設定し、被処
理体に所定の半導体素子を製造する際に、予め作成され
た上記半導体製造装置の複数のセンサの検出データの変
動許容範囲群に基づいて上記半導体製造装置を監視する
方法であって、上記変動許容範囲群を作成する工程は、
上記被処理体の仕様と上記半導体素子の期待仕様と上記
半導体製造装置の特性に基づいて上記期待仕様を満足す
る上記複数の装置パラメータそれぞれの変動許容範囲を
求める工程と、上記複数の装置パラメータを上記変動許
容範囲内でそれぞれ変化させて試用の被処理体を処理す
る工程と、上記試用の被処理体を処理する際に、上記半
導体製造装置の少なくとも一つの追加センサを含む複数
のセンサからそれぞれの少なくとも一種類の検出データ
を収集する工程と、上記期待仕様を満足する検出データ
のみからなる上記複数のセンサからの検出データの変動
許容範囲群を作成する工程とを備えたことを特徴とする
ものである。

【０００８】また、本発明の請求項２に記載の半導体製
造装置の監視方法は、請求項１に記載の発明において、
実プロセスで検出された少なくとも一つのセンサからの
複数の検出データと上記変動許容範囲群の対応する許容
検出データとをそれぞれ比較することを特徴とするもの
である。

【０００９】また、本発明の請求項３に記載の半導体製
造装置の監視方法は、請求項１または請求項２に記載の
発明において、上記複数の検出データの少なくとも一つ
が対応する許容検出データから外れた時に異常を報知す
ることを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の請求項４に記載の半導体製
造装置の制御方法は、半導体製造装置の複数の装置パラ
メータを上記半導体製造装置に設定し、被処理体に所定
の半導体素子を製造する際に、予め作成された上記半導
体製造装置の少なくとも一つのセンサの複数の検出デー
タの変動許容範囲群に基づいて上記半導体製造装置を制
御する方法であって、上記変動許容範囲群を作成する工
程は、上記被処理体の仕様と上記半導体素子の期待仕様
と上記半導体製造装置の特性に基づいて上記期待仕様を
満足する上記複数の装置パラメータそれぞれの変動許容
範囲を求める工程と、上記複数の装置パラメータを上記
変動許容範囲内でそれぞれ変化させて試用の被処理体を
処理する工程と、上記試用の被処理体を処理する際に、
上記半導体製造装置の少なくとも一つの追加センサを含
む複数のセンサからそれぞれの少なくとも一種類の検出
データを収集する工程と、上記期待仕様を満足する検出
データのみからなる上記複数のセンサからの検出データ
の変動許容範囲群を作成する工程とを備えたことを特徴
とするものである。

【００１１】また、本発明の請求項５に記載の半導体製
造装置の制御方法は、請求項４に記載の発明において、
実プロセスで検出された少なくとも一つのセンサからの
複数の検出データと上記変動許容範囲群の対応する許容
検出データとをそれぞれ比較することを特徴とするもの
である。

【００１２】また、本発明の請求項６に記載の半導体製
造装置の制御方法は、請求項４または請求項５に記載の
発明において、上記複数の検出データの少なくとも一つ
が対応する許容検出データから外れた時に異常を報知す
ると共にプロセスを停止することを特徴とするものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１、図２に示す実施形態
に基づいて本発明を説明する。まず、本発明に用いられ
る半導体製造装置としてのプラズマ処理装置について説
明する。このプラズマ処理装置１０は、例えば図１に示
すように、高真空を保持し得るアルミニウム製の処理室
１１と、この処理室１内に配置され且つ被処理体（例え
ば、ウエハ）Ｗを載置する載置台を兼ねる下部電極１２
と、この下部電極１２の上方に配置された上部電極１３
とを備え、後述のように下部電極１２と上部電極１３の
間で生成するプロセスガスのプラズマによって下部電極
１２上のウエハＷに対してエッチングを施すように構成
されている。

【００１４】上記下部電極１２には整合器１４Ａを介し
て第１高周波電源１４が接続され、例えば第１高周波電
源１４から２ＭＨｚの高周波電力を印加する。この下部
電極１２と整合器１４Ａ間には電気測定器１４Ｂが接続
され、この電気測定器１４Ｂを介して下部電極１２に印
加される高周波電圧源１４の基本周波数及び高調波の電
圧、電流、位相、インピーダンス等の電気的信号を測定
する。また、上部電極１３には整合器１５Ａを介して第
１高周波電源１５が接続され、例えば第１高周波電源１
５から６０ＭＨｚの高周波電力を印加する。この上部電
極１３と整合器１５Ａ間には電気測定器１５Ｂが接続さ
れ、この電気測定器１５Ｂを介して上部電極１３に印加
される高周波電圧源１５の基本周波数及び高調波の電
圧、電流、位相、インピーダンス等の電気的信号を測定
する。

【００１５】上記上部電極１３は例えば中空状に形成さ
れ、その上面にはガス配管１６を介してプロセスガス供
給源（図示せず）が接続されている。このプロセスガス
供給源は、例えばＣＦ系ガス等のエッチングガスとアル
ゴンガス等のキャリアガスの二種類のガスを供給するよ
うに構成され、それぞれの第１、第２ガス配管１６Ａ、
１６Ｂがガス配管１６で合流し、エッチングガス、キャ
リアガスの混合ガスを上部電極１３へプロセスガスとし
て供給する。この上部電極１３の下面には多数の孔（図
示せず）が全面に渡って均等に分散して形成され、これ
らの孔を介してプロセスガスを処理室１１内へ供給す
る。また、第１、第２ガス配管１６Ａ、１６Ｂにはそれ
ぞれ第１、第２流量制御装置１７Ａ、１７Ｂが配設さ
れ、これらの流量制御装置１７Ａ、１７Ｂを介してエッ
チングガス、キャリアガスの流量を個別に制御する。更
に、第１、第２ガス配管１６Ａ、１６Ｂにはそれぞれ第
１、第２ガス流量センサ１８Ａ、１９Ｂが配設され、こ
れらのガス流量センサ１８Ａ、１８Ｂを介してエッチン
グガス、キャリアガスの流量を検出する。

【００１６】上記下部電極１２上面の外周縁部にはフォ
ーカスリング１９が配設され、このフォーカスリング１
９を介して処理室１１内で生成したプラズマをウエハＷ
へ集束させる。このフォーカスリング１９の内側には静
電チャック（図示せず）が配設され、この静電チャック
を介してウエハＷを静電吸着する。また、下部電極１２
には温度センサ２０が配設され、この温度センサ２０を
介してウエハＷを処理する時の下部電極１２の温度、ひ
いてはウエハＷの温度を検出する。

【００１７】従って、プロセスガス供給源から処理室１
１内へプロセスガスを供給し、所定の高真空を維持した
状態で上下両電極１２、１３にそれぞれの高周波電力を
印加すると、上部電極１３の高周波電力によってプロセ
スガスのプラズマＰを発生すると共に、下部電極１２の
高周波電力によってバイアス電位を発生し、ウエハＷに
対して反応性イオンエッチングを行う。

【００１８】更に、上記処理室１１の側面には例えば石
英ガラスを填め込んだ窓１１Ａが形成され、この窓１１
Ａには終点検出装置を構成するプラズマ発光分光器２１
が配置されている。この分光器２１によって特定波長を
分光し、この特定波長の強度変化によってエッチングの
終点を検出する。処理室１１には内部の圧力を検出する
圧力センサ（図示せず）が配設され、この圧力センサを
介して処理室１１内の圧力を検出する。

【００１９】また、上記高周波電源１４、１５及び第
１、第２流量制御装置１７Ａ、１７Ｂは制御装置２２に
接続され、この制御装置２２を介してエッチングの装置
パラメータを設定する。また、制御装置２２には電気測
定器１４Ｂ、１５Ｂ、ガス流量センサ１８Ａ、１８Ｂ、
温度センサ２０及びプラズマ発光分光器２１等のセンサ
が接続され、これらのセンサを介してエッチング状況を
検出する。そして、制御装置２２はセンサからの検出値
に基づいてプラズマ処理装置１０を制御して所望のエッ
チングを行う。電気測定器１４Ｂ、１５Ｂ、ガス流量セ
ンサ１８Ａ、１８Ｂ、温度センサ２０及び圧力センサ等
はパラメータセンサとして働き、プラズマ発光分光器２
１は追加センサとして働くことになる。また、電気測定
器１４Ｂ、１５Ｂは高周波電圧源１４、１５の基本周波
数及び高調波の電圧、電流、位相、インピーダンス等の
電気的信号を検出するための追加センサとしても働くこ
とになる。

【００２０】而して、上記制御装置２２は、図１に示す
ように、上記パラメータセンサ及び追加センサからの検
出値を検出データとしてそれぞれ記憶する検出データ記
憶部２２Ａと、この検出データ記憶部２２Ａで記憶され
た検出データに基づいて変動許容範囲群を作成する変動
許容範囲群作成部２２Ｂと、この変動許容範囲群作成部
２２Ｂを介して作成された変動許容範囲群を記憶する変
動許容範囲群記憶部２２Ｃと、変動許容範囲群と実プロ
セス時に得られた検出データとを比較する比較・判定部
２２Ｄと、これらを制御する中央制御部２２Ｅとを備え
ている。この変動許容範囲群は以下で説明するように実
プロセスを実施する前に試用ウエハＷを用いて作成され
る。また、制御装置２２には入出力装置２３が接続さ
れ、この入出力装置２３を介して装置パラメータ等を設
定し、また、処理結果等を入出力装置２３へ出力する。

【００２１】上記変動許容範囲群は、所望のデバイス仕
様（期待構造）を満足するエッチングが行われた時の複
数のセンサ（パラメータセンサ及び追加センサ）の検出
データを纏めたデータ群によって構成されている。この
変動許容範囲群は期待構造を満足するデバイスを製造し
た時の各センサの検出データの最大値及び最小値を含ん
でいる。従って、複数のセンサの全ての検出データがそ
れぞれの最大値と最小値の間の検出値の時には正常なエ
ッチングにより期待構造を満足する半導体素子（以下、
単に「良品」と称す。）が製造されていると判断でき、
複数のセンサの全ての検出データのうちいずれか一つで
もこの範囲を逸脱していれば異常なエッチングにより期
待構造を満足しない半導体素子（以下、単に「不良品」
と称す。）が製造されていると判断することができる。
尚、ここで不良品と判断されたデバイスであっても、そ
の全てが使いものにならないデバイスを意味するもので
はなく、不良品の階級づけがあり、それぞれの階級に応
じた用途がある。

【００２２】次に、変動許容範囲群を作成する方法につ
いて説明する。変動許容範囲群は上述したように実プロ
セスを実施する前に試用ウエハＷを用いて作成される。
試用ウエハＷは実プロセスと同一の材質及び構造を有す
る試用ウエハＷを使用する。変動許容範囲群を作成する
場合には、まずエッチングプロセス前のウエハＷの仕
様、エッチングプロセス後のデバイスの期待構造、期待
構造の許容範囲及びプラズマ処理装置の特性ライブラリ
に基づいて最適と思われる複数の装置パラメータを従来
と同様の手法によって求める。

【００２３】試用ウエハＷの仕様としては、例えば、下
地材料に関する情報（膜種、膜厚、構造、製法等の情
報）、被エッチング膜に関する情報（膜種、膜厚、構
造、製法等の情報）及びマスク材料に関する情報（膜
種、膜厚、マスクパターン等の情報）がある。デバイス
の期待構造を表す情報としては、例えば、デバイスの形
状面からはパターン幅、エッチング深さ、テーパー角
度、ボーイング度合い、マスク材料のエッチング量等の
情報があり、また、電気的特性面からは配線抵抗、コン
タクト抵抗、帯電量、リーク電流、絶縁破壊等の情報が
ある。期待構造の許容範囲は、形状面及び電気的特性面
等の値がデバイス仕様から多少ずれていても許容できる
範囲を意味する。また、プラズマ処理装置の特性ライブ
ラリの情報としては、例えば、プラズマ処理装置の型
式、処理室、電極構造及び高周波電源等に関する情報が
ある。最適な装置パラメータはこれらの情報に基づいて
従来の知見及び／また実験等によって求められる。

【００２４】上記最適な装置パラメータは、プラズマ処
理装置１０の下部電極１２の高周波電力、上部電極１３
の高周波電力、両電極１２、１３間の距離、下部電極１
２の温度、処理室１１内の圧力、エッチングガス流量、
キャリアガス流量等のプラズマ状態に影響し易い装置パ
ラメータによって構成される。従って、処理条件はこれ
らの装置パラメータを入出力装置２３を介してプラズマ
処理装置１０に入力することにより設定することができ
る。

【００２５】最適な装置パラメータを求めた後、最適な
装置パラメータを中心にデバイスの期待構造を満足する
複数の装置パラメータそれぞれの変動許容範囲及び検出
データの変動許容範囲群を従来公知の実験計画法を用い
て実際に試用ウエハＷを用いたエッチングによって求め
る。実験計画法を用いることにより装置パラメータの主
効果や交互作用を勘案してこの変動許容範囲を効率的に
求めることができる。試用ウエハＷを用いてエッチング
を行う際に、各装置パラメータを実験計画法に基づいて
最大、最小及びこれらの間で変化させ、各装置パラメー
タを変化させた時々の電気測定器１４Ｂ、１５Ｂ、第
１、第２ガス流量センサ１８Ａ、１８Ｂ、温度センサ２
０及びプラズマ発光分光器２１等のセンサからの電気的
信号を検出データ信号として検出し、これらの検出デー
タ信号を試用ウエハ毎に制御装置２２に取り込んだ後、
各試用ウエハＷの複数の検出データを検出データ記憶部
２２Ａで記憶する。この際、各試用ウエハＷの複数のパ
ラメータセンサ及び追加センサからの検出データはそれ
ぞれ演算処理されてそれぞれのパラメータセンサ及び追
加センサ毎の平均値が記憶される。各試用ウエハＷとそ
の検出データを関連づけて記憶させる。また、プラズマ
処理装置１０は継続使用によりフォーカスリング１９等
の消耗品の消耗やプラズマ副生成物の処理室１１内部で
の堆積があって装置特性が経時的に変化するため、これ
らの影響を観るために、ある程度消耗した消耗品を装着
した装置についても同様の検出データを求めておくこと
により、より精度の高い変動許容範囲群を作成すること
ができる。

【００２６】また、全ての試用ウエハＷをエッチングし
た後、各装置パラメータを変化させる度毎に処理された
試用ウエハＷの形状や電気的特性を各種の検査機器を用
いて検査し、全ての試用ウエハＷの形状や電気的特性が
それぞれのデバイスの期待構造を満足するか否かをチェ
ックする。最適な装置パラメータを中心に複数の装置パ
ラメータを変化させて試用ウエハＷをエッチングしたこ
とから、処理後の試用ウエハＷの中にはデバイスの形状
面や電気的特性面からデバイスの期待構造を満足するも
のもあれば、満足しないものもある。図２は、全ての試
用ウエハＷに対する装置パラメータ群Ｐと、これらの装
置パラメータ群Ｐに対応するパラメータセンサ及び追加
センサの検出データ群Ｄとの関係を概念的に示したもの
で、これらの装置パラメータ群Ｐ及び検出データ群Ｄは
期待構造を満足する試用ウエハＷに対するもの及び期待
構造を満足しない試用ウエハＷに対するものの双方を含
んでいる。図２では、期待構造を満足する試用ウエハＷ
に対する許容装置パラメータ群Ｐ１及び許容検出データ
群（変動許容範囲群）Ｄ１をそれぞれ白抜き部分で示
し、期待構造を満足しない試用ウエハＷに対する装置パ
ラメータ群Ｐ２及び検出データ群Ｄ２をそれぞれ斜線部
分で示してある。また、許容装置パラメータ群Ｐ１が得
られた後、更にこの許容装置パラメータ群Ｐ１内の許容
装置パラメータを用いてウエハＷを処理し、この時の許
容検出データを得ることにより、変動許容範囲群の検出
データをより充実したものにすることができる。

【００２７】而して、期待構造を満足する個々の試用ウ
エハＷを特定するナンバー等を入出力装置２３から入力
すると、制御装置２２では中央制御部２２Ｅを介して検
出データ記憶部２２Ａの検出データ群Ｄから許容検出デ
ータ群Ｄ１のみを抽出して変動許容範囲群作成部２２Ｂ
内に取り込む。変動許容範囲群作成部２２Ｂでは、例え
ば許容検出データ群Ｄ１を複数のセンサ毎に分類した
後、それぞれのセンサの許容検出データを大きさ順に最
大値から最小値まで配列したテーブルを変動許容範囲群
として作成した後、中央制御部２２Ｅを介してこの変動
許容範囲群を変動許容範囲群記憶部２２Ｃに格納し、記
憶させる。また、比較・判定部２２Ｄは実プロセス時に
機能するもので、ウエハＷのエッチング中に各センサか
ら入力された検出データと、変動許容範囲群記憶部２２
Ｃから取り込んだ対応する許容検出データＤ１とを常時
比較し、複数の検出データのいずれかがその許容検出デ
ータＤ１から外れると、異常信号を出力してエッチング
の異常を報知し、制御装置２２を介してプロセスを停止
させる。例えば、処理中に何等かの原因で高周波電源１
４、１５に異常があった場合には、電気的測定器１４
Ｂ、１５Ｂの検出データが許容検出データＤ１から外れ
た異常値を示し、この検出値を介して瞬時に異常を知る
ことができる。更に、各許容検出データとは別に、最大
値と最小値の範囲内でこれらの値に近い値を異常接近デ
ータ値として設定することにより、いずれかの検出デー
タが異常接近データ値に達した時に異常状態に近づいた
ことを報知するようにすることもできる。尚、実プロセ
ス時には制御装置２２内に入力した検出データからウエ
ハＷ毎の平均値を逐次求め、平均値を変動許容範囲群の
平均値の変動許容範囲と比較するようにしても良い。

【００２８】ところで、プラズマ処理装置１０は継続使
用により消耗品の消耗やプラズマ副生成物の処理室１１
内部での堆積があり装置特性が経時的に変化するため、
プラズマ処理装置１０に最適な運転パラメータを設定し
ても各センサの検出データはそれぞれ経時的に変化し、
最適な運転パラメータに対応する検出データも変化す
る。本実施形態では最適な運転パラメータでウエハＷを
エッチングする場合には各センサからの検出データと上
述の変動許容範囲群を介して常時監視し、経時的な装置
特性の変化を知ることができる。

【００２９】次に、本発明方法の一実施形態について説
明する。入出力装置２３を介してプラズマ処理装置１０
に複数の最適装置パラメータを入力した後、プラズマ処
理装置１０が駆動すると、ウエハＷを下部電極１２上に
載置し、プロセスガス供給源から第１、第２流量制御装
置１７Ａ、１７Ｂを介してエッチングガス、キャリアガ
スを供給すると、これらのガスがプロセスガスとして上
部電極１３から処理室１１内に流入する。そして、上下
両電極１２、１３に第１、第２高周波電源１４、１５を
印加すると、上下両電極１２、１３間でプラズマＰを生
成し、ウエハＷのエッチングが行われる。この際、電気
的測定器１４Ｂ、１５Ｂを介して高周波電源１４、１５
の基本周波数及び高調波の電圧、電流、位相、インピー
ダンス等の電気的信号を検出し、第１、第２ガス流量セ
ンサ１８Ａ、１８Ｂを介してエッチングガス、キャリア
ガスの流量をそれぞれ検出し、温度センサ２０を介して
下部電極１２の温度を検出する。同様に、処理室１１内
のガス圧力や上部電極１３の温度を検出する。これらの
パラメータセンサ及び追加センサの検出データが制御装
置２２に入力すると、比較・判定部２２Ｄを介して各検
出データを監視しており、各検出データとそれぞれに対
応する変動許容範囲群の許容検出データＤ１と常時比較
し、各検出データが許容範囲内にあるか否かを判定す
る。

【００３０】ウエハＷのエッチングを終了するまで各検
出データ（または平均値データ）がそれぞれ許容範囲内
にあれば、処理後のウエハＷは期待構造を満足するデバ
イスがえられたことになる。ウエハＷの処理を継続し、
各検出データのいずれか一つでも異常接近データに達す
れば、比較・判定部２２Ｄがその旨を判定して異常接近
信号を出力し、異常状態に近づいていることを報知し、
警告する。更に、ウエハＷの処理を継続した後、各検出
データが許容範囲を逸脱すると、比較・判定部２２Ｄが
異常信号を出力し、この時のデバイスは期待構造を満足
しない異常状態であることを報知する。また、異常のあ
った時には異常データを入出力装置２３に出力すること
により、異常原因を確実に突き止めることができ、プロ
セス条件を確実に補正することができる。

【００３１】以上説明したように本実施形態によれば、
試用ウエハＷをプラズマ処理装置１０を用いてエッチン
グし、処理後の試用ウエハＷが期待構造を満足するか否
かを判定し、期待構造を満足する時の複数のパラメータ
センサ及び追加センサの許容検出データＤ１のみからな
る変動許容範囲群を作成し、この変動許容範囲群に基づ
いてプラズマ処理装置１０を監視し、制御するようにし
たため、パラメータセンサ及び追加センサの変動許容範
囲を最大限まで拡張して装置の運転に幅を持たせて稼働
率を高めることができると共に、プロセスの正常、異常
を高感度で且つ確実に監視し、制御することができる。
しかもプロセス異常があった場合には異常のあった検出
データを確実に突き止めて装置パラメータを確実に補正
することができる。

【００３２】また、本実施形態によれば、実プロセスで
検出された複数の検出データと変動許容範囲群の許容検
出データＤ１とをそれぞれ比較するようにしたため、い
ずれのパラメータセンサの検出データに異常があったか
を簡単に知ることができ、短時間で装置パラメータを補
正してプロセス条件を良好な状態に回復することができ
る。また、変動許容範囲群内に異常接近データ値を設定
することにより、いずれかの検出データが異常状態に近
づいたことを報知するため、異常を瞬時に予測すること
ができる。更に、複数のパラメータセンサ及び追加セン
サの検出データの少なくとも一つが対応する許容検出デ
ータの限界値に超えた時に異常を報知すると共にプロセ
スを停止するようにしたため、プロセス異常の時にはプ
ラズマ処理装置１０が確実に停止し、その後の不良デバ
イスの製造を確実に防止することができる。

【００３３】尚、上記実施形態では数種のパラメータセ
ンサ及び追加センサを用いて検出データを得ているが、
本発明はこれらのセンサに制限されるものではなく、プ
ラズマ状態を検出する他のセンサ（プラズマ密度やプラ
ズマ温度を検出するセンサ）、残留ガス分析器（ＲＧ
Ａ）、プラズマ中浮遊粒子検出器、ＩＲ−ＬＡＳ等のプ
ラズマ中のラジカル種や密度の測定器、プロセス容器へ
の堆積膜厚や膜種の測定器、ウエハ表面温度、プロセス
容器温度、電極表面等の温度測定器を用いることができ
ることは云うまでもない。また、上記実施形態ではプラ
ズマ処理装置１０自体がプロセス異常を報知するように
してあるが、プラズマ処理装置１０から上位コンピュー
タに異常を報知し、上位コンピュータを介してオペレー
タに異常を知らせるようにすることもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項６に記載の発
明によれば、装置の運転に幅を持たせて稼働率を高める
ことができると共に被処理体に対する処理の正常、異常
を高感度で判断することができ、しかも被処理体の処理
に異常があった場合でも簡単且つ確実に正常な状態に補
正することができる半導体製造装置の監視方法及びその
制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に用いられる半導体製造装置の一例
を示す構成図である。

【図２】プロセス条件と検出データの対応関係を概念的
に示す説明図である。

【符号の説明】

１２下部電極１３上部電極１４、１５高周波電源１４Ｂ、１５Ｂ電気的測定器（パラメータセンサ兼追
加センサ）１８Ａ、１９Ａ流量センサ（パラメータセンサ）２０温度センサ（パラメータセンサ）２１分光器（追加センサ）２２制御装置２２Ａ検出データ記憶部２２Ｂ変動許容範囲群作成部２２Ｃ変動許容範囲群記憶部２２Ｄ比較・判定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体製造装置の複数の装置パラメータ
を上記半導体製造装置に設定し、被処理体に所定の半導
体素子を製造する際に、予め作成された上記半導体製造
装置の複数のセンサの検出データの変動許容範囲群に基
づいて上記半導体製造装置を監視する方法であって、上
記変動許容範囲群を作成する工程は、上記被処理体の仕
様と上記半導体素子の期待仕様と上記半導体製造装置の
特性に基づいて上記期待仕様を満足する上記複数の装置
パラメータそれぞれの変動許容範囲を求める工程と、上
記複数の装置パラメータを上記変動許容範囲内でそれぞ
れ変化させて試用の被処理体を処理する工程と、上記試
用の被処理体を処理する際に、上記半導体製造装置の少
なくとも一つの追加センサを含む複数のセンサからそれ
ぞれの少なくとも一種類の検出データを収集する工程
と、上記期待仕様を満足する検出データのみからなる上
記複数のセンサからの検出データの変動許容範囲群を作
成する工程とを備えたことを特徴とする半導体製造装置
の監視方法。
【請求項２】実プロセスで検出された少なくとも一つ
のセンサからの複数の検出データと上記変動許容範囲群
の対応する許容検出データとをそれぞれ比較することを
特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置の監視方
法。
【請求項３】上記複数の検出データの少なくとも一つ
が対応する許容検出データから外れた時に異常を報知す
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半
導体製造装置の監視方法。
【請求項４】半導体製造装置の複数の装置パラメータ
を上記半導体製造装置に設定し、被処理体に所定の半導
体素子を製造する際に、予め作成された上記半導体製造
装置の少なくとも一つのセンサの複数の検出データの変
動許容範囲群に基づいて上記半導体製造装置を制御する
方法であって、上記変動許容範囲群を作成する工程は、
上記被処理体の仕様と上記半導体素子の期待仕様と上記
半導体製造装置の特性に基づいて上記期待仕様を満足す
る上記複数の装置パラメータそれぞれの変動許容範囲を
求める工程と、上記複数の装置パラメータを上記変動許
容範囲内でそれぞれ変化させて試用の被処理体を処理す
る工程と、上記試用の被処理体を処理する際に、上記半
導体製造装置の少なくとも一つの追加センサを含む複数
のセンサからそれぞれの少なくとも一種類の検出データ
を収集する工程と、上記期待仕様を満足する検出データ
のみからなる上記複数のセンサからの検出データの変動
許容範囲群を作成する工程とを備えたことを特徴とする
半導体製造装置の制御方法。
【請求項５】実プロセスで検出された少なくとも一つ
のセンサからの複数の検出データと上記変動許容範囲群
の対応する許容検出データとをそれぞれ比較することを
特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置の制御方
法。
【請求項６】上記複数の検出データの少なくとも一つ
が対応する許容検出データから外れた時に異常を報知す
ると共にプロセスを停止することを特徴とする請求項４
または請求項５に記載の半導体製造装置の制御方法。