JPH09219396A - 半導体製造装置における反応検出方法 - Google Patents

半導体製造装置における反応検出方法

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JPH09219396A
JPH09219396A JP4827696A JP4827696A JPH09219396A JP H09219396 A JPH09219396 A JP H09219396A JP 4827696 A JP4827696 A JP 4827696A JP 4827696 A JP4827696 A JP 4827696A JP H09219396 A JPH09219396 A JP H09219396A
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plasma
reaction
state
impedance
detecting
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JP4827696A
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Atsuhiro Ando
厚博 安藤
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 経時変化に応じて調整作業やメンテナンスを
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のインピーダンス変化を検出
することにより行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体の微細加工では、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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】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が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のセンサか
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
の清掃や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、人件費や
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】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。
【0009】
【発明の実施の形態】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】
【実施例】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
下一対の電極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
スの供給管が接続され、真空ポンプ等の室内圧力調整装
置や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
の出力信号が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
ング処理の開始前においては、比較的低い略一定値を示
し、電源を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や抵抗成分
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の経時的変化
(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、装置状態の
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。
【0034】
【発明の効果】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】
【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。
【符号の説明】
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。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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。
  2. 【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。
  3. 【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。
JP4827696A 1996-02-08 1996-02-08 半導体製造装置における反応検出方法 Pending JPH09219396A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001525618A (ja) * 1997-12-01 2001-12-11 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド チャンバインピーダンスを監視し調整する方法および装置
US6989073B2 (en) 1999-03-19 2006-01-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device manufacturing system for etching a semiconductor by plasma discharge
JP2006332658A (ja) * 2005-05-20 2006-12-07 Asm Japan Kk プラズマ処理の異常動作を検知するための方法

Cited By (4)

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US7067761B2 (en) 1999-03-19 2006-06-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device manufacturing system for etching a semiconductor by plasma discharge
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Effective date: 20040106

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