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JP2002110568A - ウェハプロセスの管理方法およびプロセス装置 - Google Patents

ウェハプロセスの管理方法およびプロセス装置

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Publication number
JP2002110568A
JP2002110568A JP2000303984A JP2000303984A JP2002110568A JP 2002110568 A JP2002110568 A JP 2002110568A JP 2000303984 A JP2000303984 A JP 2000303984A JP 2000303984 A JP2000303984 A JP 2000303984A JP 2002110568 A JP2002110568 A JP 2002110568A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chamber
mass analyzer
film
wafer
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000303984A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhide Ino
和英 伊野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2000303984A priority Critical patent/JP2002110568A/ja
Publication of JP2002110568A publication Critical patent/JP2002110568A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセスを行っているその場で(in situ)
プロセスの異常を検出し得るようにし、直ちにフィード
バックすることができるウェハプロセスの管理方法およ
びそれに用いるプロセス装置を提供する。 【解決手段】 気体をチャンバ1内に導入し、そのチャ
ンバ1内で前記気体を反応させることにより、チャンバ
1内に配設される図示しないウェハ表面に処理を施す場
合に、チャンバ1に質量分析器(QMS)2を取り付
け、その質量分析器2によりチャンバ1内の特定元素の
変化を測定することにより前記プロセスの状態を管理す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程などで行われる、ウェハ表面に成膜したり、エッチ
ングしたりするプロセスの管理方法およびそれに用いる
プロセス装置に関する。さらに詳しくは、チャンバ内で
プロセスを行いながら、その場でプロセスの状況をモニ
タしながらプロセスを進めることができるウェハプロセ
スの管理方法およびそれに用いるプロセス装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、たとえば半導体装置の製造工程の
成膜工程やエッチングなどのプロセスが、設計値通りに
行われているか否かを調べるため、ウェハ内にモニタ部
分を設けたり、ロット単位で本来の製品用のウェハとは
別にテスト用のウェハを用いて一連のプロセスを行い、
一連のプロセスが終了した後に、モニタ部分やテスト用
ウェハを分解して所定プロセスが行われているかどうか
の検査が行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の半導体
装置では、回路の微細化、高集積化に伴いそのプロセス
制御も非常に複雑で、シビアな条件が要求されてきてお
り、同じロット内でもバラツキが生じる可能性が増えて
きている。さらに、複雑なプロセスや高集積化に伴い、
チップ当りのコストも高くなり、製造装置などに発生す
る異常に関するフィードバックが遅れると、非常にロス
が大きくなり、コストアップになるという問題がある。
【0004】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、プロセスを行っているその場で(in
situ)プロセスの異常を検出し得るようにし、直ちに
フィードバックすることができるウェハプロセスの管理
方法およびそれに用いるプロセス装置を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、プラズマエ
ッチングやプラズマCVDなどのチャンバ内に気体を導
入してプロセスを行う場合、たとえばシラン(Si
4)と酸素(O2)ガスを導入してシリコン酸化膜(U
SG膜)を成膜する場合、そのチャンバに質量分析器を
接続してその反応後の残留イオンであるH2 +を検出して
積算することにより、USG膜の成膜した厚さを知るこ
とができ、その反応量により正確にプロセスの進行状況
をリアルタイムに知ることができることを見出した。
【0006】本発明によるウェハプロセスの管理方法
は、気体をチャンバ内に導入し、該チャンバ内で前記気
体を反応させることにより、前記チャンバ内に配設され
るウェハ表面に処理を施すウェハプロセスの管理方法で
あって、該チャンバに質量分析器を取り付け、該質量分
析器により該チャンバ内の特定元素の変化を測定するこ
とにより前記プロセスの状態を管理することを特徴とす
る。
【0007】ここに、処理を施すとは、たとえばプラズ
マエッチング、プラズマCVD、熱CVDプロセスなど
の気体をチャンバ内に導入して成膜したり、エッチング
したりする処理を意味する。
【0008】この方法を用いることにより、反応して残
留する物質、またはエッチングにより生成される物質を
検出することができるため、その積分値を求めることに
より、ウェハ上に反応して成膜した量や、エッチングに
より除去された量を正確に知ることができ、正確な処理
量を検出することができる。あるいは、積分値でなく、
信号強度の変化をモニタリングして検出することによ
り、エッチングプロセスの終点判定を行うことも可能で
ある。しかも、プロセスを行いながらその量を正確に知
ることができるため、プロセスなどに異常が発生した場
合には、タイムラグなく、その場でフィードバックする
ことができ、不良品を作ることなく、正確なプロセスを
続けることができる。
【0009】前記質量分析器による前記特定元素のイオ
ン電流を積分することにより、正確な反応量を知ること
ができ、所定量のプロセスの完了時期を知ることがで
き、前記プロセスの終了を判定することができ、成膜厚
さやエッチング量を非常に正確な量で処理することがで
きる。
【0010】本発明によるプロセス装置は、気体を導入
して内部で反応させるプロセスチャンバと、該プロセス
チャンバ内の気体の一部を導入する質量分析器とからな
り、該質量分析器による測定値により前記プロセスチャ
ンバ内での反応の状況を検出し得る構造になっている。
【0011】前記プロセスチャンバが複数個のチャンバ
を有し、前記質量分析器が1個からなり、前記複数個の
チャンバのそれぞれと前記質量分析器とがバルブを介し
て接続され、該バルブの切替動作により前記複数個のチ
ャンバ内それぞれのプロセスをモニタし得る構造にする
ことにより、一連のプロセスに質量分析器を1個設ける
だけで、一連の処理工程を全て正確にモニタすることが
できる。
【0012】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明によるウェハプロ
セスの管理方法およびそれに用いるプロセス装置につい
て説明をする。本発明によるウェハプロセスの管理方法
は、図1に本発明による管理方法を行うプロセス装置の
一実施形態の説明図が示されるように、気体をチャンバ
1内に導入し、そのチャンバ1内で前記気体を反応させ
ることにより、チャンバ1内に配設される図示しないウ
ェハ表面に処理を施す場合に、チャンバ1に質量分析器
(QMS)2を取り付け、その質量分析器2によりチャ
ンバ1内の特定元素の変化を測定することにより前記プ
ロセスの状態を管理することを特徴とする。
【0013】図1に示される例では、プロセスを行うチ
ャンバ1が3個設けられたクラスタの例で、その各々の
チャンバ1に質量分析器2が接続された例が示されてい
る。質量分析器2は、各チャンバ1の排気ライン3に接
続され、各排気ライン3はバルブ4を介してチャンバ1
に接続されている。図1において、5は搬送チャンバ
で、ローダー6から搬入されたウェハを、各プロセスチ
ャンバ1に順次出し入れする装置で、たとえば1番目の
チャンバ1にウェハをセッティングしてSiO2を成膜
し、1番面のチャンバ1からウェハを取り出し、つぎに
2番目のチャンバ1内にウェハをセッティングしてエッ
チングをするなど、順次プロセスを連続して行えるよう
になっており、一連のプロセスが終了したウェハはアン
ローダー7に搬送され、アンローダー7からつぎの工程
に送られる構造になっている。
【0014】質量分析器2としては、たとえば四重極質
量分析器や、磁場偏向型質量分析器などが適している。
四重極質量分析器は、たとえば図2に概略図が示される
ように、4本の電極棒21〜24と出口側に設けられる
イオン検出器26とからなり、x軸方向に配置された一
対の電極棒22、24と、y軸方向に配置された一対の
電極棒21、23との間にそれぞれ直流電圧および高周
波電圧を重畳して印加しておき、z軸に沿ってイオンを
四重極の中心に入射すると、電圧および高周波電圧によ
り定まる特定質量のイオンのみが安定的に四重極を通過
することができ、他の質量のイオン25は途中で発散し
てしまうことにより、特定の質量のイオンのみを検出す
るものである。四重極を通過する質量を軽いものから重
いものまで順に走査することもできる。
【0015】このような構造の装置とし、たとえばチャ
ンバ1がPECVD処理を行うチャンバで、SiH4
2ガスを導入して、USG膜を成膜する場合、四重極
質量分析器2を用い、反応生成物であるH2 +イオン強度
をモニタする。このH2 +イオン強度を積分したときの値
と、その値のときの実測したUSG膜の膜厚の関係を図
3に示す。図3に示されるように、USG膜の成膜厚さ
は、H2 +イオン強度の積分値とほぼ比例関係にあり、H
2 +イオン強度の積分値をモニタすることにより、USG
膜の厚さを知ることができ、成膜速度をin situで管理
することができ、膜厚をリアルタイムでモニタすること
ができる。その結果、成膜速度の経時変化による膜厚の
変動を成膜時間の変更により補正することが可能とな
る。あるいは、成膜に関する異常を素早く検知でき、そ
の対応をすることができる。なお、イオン強度と成膜速
度が完全に比例関係にない場合は、微小時間ごとにイオ
ン強度を成膜速度に変換し、時間積分していくことによ
り成膜膜厚をモニタすることもできる。
【0016】また、SiH4/PH3/O2ガスを導入し
て、PSG膜を成膜する場合、四重極質量分析器2を用
い、反応生成物であるPH3 +イオン強度を測定すること
により、PSG膜中のリン(P)濃度を管理することが
できる。このPH3 +イオン強度を積分したときの値と、
その値のときの実測したPSG膜中のP濃度との関係を
図4に示す。図4に示されるように、PSG膜中のP濃
度(a.u.)は、PH 3 +イオン強度の積分値とほぼ一定
の関係にあり、予めこの関係を調べておけば、PH3 +
オン強度の積分値をモニタすることにより、PSG膜中
P濃度を知ることができ、膜質をin situで管理するこ
とができる。
【0017】前述の例では、PSG膜中のP濃度を管理
したが、同様に、BSG膜、BPSG膜を成膜する際に
は、BH3 +イオン強度を測定することにより、BSG膜
またはBPSG膜中のボロン(B)濃度を管理すること
ができる。
【0018】この方法は、以上の例に限らず、たとえば
ポリシリコン膜、金属薄膜などのプラズマCVD法、熱
CVD法などによる成膜、プラズマエッチングプロセス
などに同様に用いることができ、これらのプロセスをin
situで管理することができる。
【0019】図1に示される例では、それぞれのプロセ
ス用チャンバごとに質量分析器2を取り付けたが、図5
は、クラスタの複数のチャンバに、質量分析器2を1個
取り付けた例である。すなわち、各チャンバ1に接続さ
れる排気ライン3のバルブ4を経た後に、1つの排気ラ
イン8に結合し、その排気ライン8に質量分析器2が取
り付けられている。この構造で、バルブ4を順次制御す
ることにより、1個づつのチャンバ1内の反応生成物を
検出することができ、順次各チャンバ内のイオンを検出
し、管理することができる。この構造にすることによ
り、複数個のプロセスチャンバを有する1台のクラスタ
に質量分析器を1個取り付けるだけですみ、コストを抑
えることができる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、プロセスを行いながら
その内容を管理することができるため、プロセスのウェ
ハ間でのバラツキ、チャンバ間でのバラツキがあって
も、常に一定の品質で製造することができる。しかも、
装置に異常が発生しても、直ちにその異常を検出するこ
とができ、フィードバックすることができるため、不良
品を大量に製造することがなくなり、直ちに装置の異常
を正して製造を続けることができる。そのため、オフラ
インでの管理に比べ、不良品という無駄な製造工程を省
くことができ、製品の品質向上と共にコストダウンにも
大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプロセス装置の一実施形態の説明
図である。
【図2】図1に示される質量分析器の一例の構成説明図
である。
【図3】本発明によりUSG膜を成膜する際のH2 +イオ
ン強度の測定値とUSG膜厚との関係を示す図である。
【図4】本発明によりPSG膜を成膜する際のPH3 +
オン強度の測定値とP濃度との関係を示す図である。
【図5】本発明によるプロセス装置の他の実施形態を示
す説明図である。
【符号の説明】
1 チャンバ 2 質量分析器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気体をチャンバ内に導入し、該チャンバ
    内で前記気体を反応させることにより、前記チャンバ内
    に配設されるウェハ表面に処理を施すウェハプロセスの
    管理方法であって、該チャンバに質量分析器を取り付
    け、該質量分析器により該チャンバ内の特定元素の変化
    を測定することにより前記プロセスの状態を管理するウ
    ェハプロセスの管理方法。
  2. 【請求項2】 前記質量分析器による前記特定元素のイ
    オン電流を積分し、前記プロセスの終了を判定する請求
    項1記載のウェハプロセスの管理方法。
  3. 【請求項3】 気体を導入して内部で反応させるプロセ
    スチャンバと、該プロセスチャンバ内の気体の一部を導
    入する質量分析器とからなり、該質量分析器による測定
    値により前記プロセスチャンバ内での反応の状況を検出
    し得るプロセス装置。
  4. 【請求項4】 前記プロセスチャンバが複数個のチャン
    バを有し、前記質量分析器が1個からなり、前記複数個
    のチャンバのそれぞれと前記質量分析器とがバルブを介
    して接続され、該バルブの切替動作により前記複数個の
    チャンバ内それぞれのプロセスをモニタし得る請求項3
    記載のプロセス装置。
JP2000303984A 2000-10-03 2000-10-03 ウェハプロセスの管理方法およびプロセス装置 Pending JP2002110568A (ja)

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