JP2004039952A - Plasma treatment apparatus and monitoring method thereof - Google Patents

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中川 裕一
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring method of a plasma treatment apparatus which can operate the plasma treatment apparatus always in a normal state by measuring optical data accurately even after the operation for a fixed time, and to provide the plasma treatment apparatus. <P>SOLUTION: In the method, the operation condition of a plasma treatment apparatus 100 is monitored by using a plurality of detectors including an optical detector 20 for detecting optical data attached to the plasma treatment apparatus 100 by utilizing detection values of each detector detected for each workpiece. In the optical detector 20 for detecting optical data, the variation of detection values of the plasma treatment device 100 is recorded. Emission intensity from an optical source 30 provided in opposition to the optical detector 20 is detected immediately before each treatment and compared with emission intensity from the optical source 30 in the initial state of the plasma treatment device 100, and optical data are corrected. When emission intensity is attenuated to a specified value or lower, an alarm is emitted. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置にかかり,特に,プラズマ処理装置の状態を監視するために検出される光学的データの信頼性を高めることで,より正確にプラズマ処理装置の状態を把握することが可能なプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造工程においては,多種類の製造装置や検査装置が用いられている。これらの処理装置は,その運転状況を制御,あるいは監視するための多くのパラメータを有しており,それらをコントロールあるいはモニタして,様々な処理を最適条件で行えるようにしている。
【0003】
上記パラメータには,例えば,半導体ウエハやガラス基板等の被処理体に,成膜やエッチング処理を行うプラズマ処理装置では,処理室内に導入する処理ガスの流量,処理ガスをプラズマ化するために処理室内に例えば対向して設置された電極の電極間距離,それら電極の少なくとも一方に与えられる高周波電力等,制御可能なパラメータ(以下制御パラメータと称する)がある。
【0004】
また,処理室内に励起されたプラズマ状態を把握するためのプラズマ分光分析等の光学的データ,そのプラズマに基づく基本波及び高調波の高周波電圧,高周波電流などの電気的データ等のパラメータ(以下プラズマ反映パラメータと称する)がある。
【0005】
さらに,処理室内の電極に高周波電力を印加する際インピーダンス整合をとるために設けられる整合器の整合状態での可変コンデンサの容量や,整合器内の測定域により測定される高周波電圧等のパラメータ(以下装置状態パラメータと称する)がある。
【0006】
処理を行う際には,制御パラメータを最適と思われる値に設定し,プラズマ反映パラメータや装置状態パラメータをそれぞれの検出器によりモニタしながら常に最適な処理が行えるようプラズマ処理装置を制御するわけであるが,これらパラメータは数十種類にも及ぶため,運転状態に異常が認められた場合に原因を究明するのは非常に困難である。
【0007】
そこで,例えば特開平11−87323号公報には,半導体ウエハ処理システムの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てプロセス特性やシステム特性の変化を検出する処理装置の監視方法及び処理装置について提案されている。
【0008】
また,他の方法として,上記複数のパラメータを少数のパラメータにまとめ,少数の統計的データに基づいて処理装置の運転状況を監視することができるよう,多変量解析の1つである主成分分析の手法を用いて運転状況を評価する方法がある。
【0009】
さらに,上記プラズマ反映パラメータを検出し,異常が認められた場合に,多変量解析の1つである部分最小二乗法の手法を用いて,上記制御パラメータ,あるいは装置状態パラメータのいずれに異常が生じているのか,予測して特定する方法も提案されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで,上記いずれの方法においても,処理状態を把握するためには各パラメータを正確に検出することが重要である。ところが,パラメータによってはプラズマ処理装置の経時変化によって検出値が変動することがあり,正確な検出データを得られないという問題がある。
例えば,上記プラズマ反映パラメータに含まれる光学的データは,処理室外に設けた光学検出器によって処理室側壁に設けた検出窓を介して検出した値を用いている。このため,プラズマ処理装置を長時間稼動させることにより上記検出窓が汚れ,この汚れにより光の反射,吸収などが生じてプラズマ発光の透過率が減衰するため,光学検出器で正確な発光強度を測定できなくなるという問題があった。
【0011】
そこで,本発明は,従来のプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の目的は,プラズマ処理装置の長時間稼動後も正確な光学的データを得ることができ,メンテナンスが必要な時にはその旨を通知することで,装置状態や処理結果の予測などの精度を高め,プラズマ処理装置を正確に監視することができる,新規かつ改良されたプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため,本発明の第1の観点によれば,少なくとも処理室内の光(例えば光強度)を検出する光学検出器を含む複数の検出器を用いて被処理体毎に検出された前記各検出器の検出値を例えば光学的データなどの解析データとして利用して多変量解析を行い,その結果に基づいてプラズマ処理に関する情報を監視するプラズマ処理装置の監視方法であって,前記光学検出器における前記プラズマ処理装置の検出値の変動を検出する変動量検出段階と,前記変動量に基づいて前記検出値を補正して前記解析用データとする補正段階と,を有することを特徴とするプラズマ処理装置の監視方法が提供される。
【0013】
前記変動検出段階は,前記プラズマ処理装置が初期状態にあるときに,変動検出用として設けた光源から前記処理室内へ光を照射して,この光源からの光の光強度(例えば発光強度)を検出し,その検出値を基準値として記憶する段階と,前記各被処理体をプラズマ処理する前に,前記光源からの光の光強度を検出し,その検出値の前記基準値に対する割合を前記変動量として求めて記憶する段階とを有し,前記補正段階は,各被処理体のプラズマ処理時に前記処理室内の光を前記検出器で検出し,その検出値から前記変動量として求めた割合の1/2乗の値を除することによりその検出値を補正して前記解析用データとするように構成してもよい。
【0014】
このような本発明にかかる方法によれば,プラズマ処理装置を一定時間以上稼働することで例えば検出窓や光学検出器の汚れにより光学的データの検出精度が低下する等プラズマ処理装置の経時変化などによって光学的データが変動しても,光学的データの検出精度が良好だった納品時やメンテナンス直後などの初期状態のときと同様となるように補正することができるので,常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ,歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【0015】
特に,光学的データを含めた解析用データを利用して多変量解析を行うことによって,上記装置内のプラズマの状態,上記装置に印加する高周波電圧等の装置状態,処理ガスの流量等の制御状態,ウエハなどの被処理体の削れ量等の処理結果など各種データを予測する場合には,プラズマ処理装置の一定時間以上の稼働により光学的データの検出精度が低下しても予測精度の低下を防止することができるので,常に高い予測精度を保持することができ,より正確にプラズマ処理装置を監視することができる。
【0016】
さらに,前記変動量として求めた割合が予め定めた一定量以下であるか否か判断し,一定量以下でないと判断したときに前記補正段階の処理を行い,一定量以下であると判断したときには前記補正段階の処理を行わずに警報器により警告を発する段階を有してもよい。これによれば,光源からの検出値が一定量以下に減衰している場合には,例えばメンテナンスを促すような警報を発するので,もはや補正では正常な監視ができない程度に光検出精度が低下した場合であっても,メンテナンスが行われることにより常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ,歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【0017】
また,前記変動量は光の各波長ごとに検出し,前記補正は光の波長ごとに補正する如く構成すれば,光学的データをより正確に補正することができる。また前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も変動が大きい波長(例えば最も減衰が大きい波長)の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを判断する如く構成すれば,光学検出器から検出された光のすべての波長が減衰しなくても警告を発することができるので,より適切なメンテナンス時期に警告を発することができる。また前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も多変量解析の結果への影響が大きい波長の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを判断する如く構成すれば,光学検出器における検出値の変動が多変量解析の結果へ影響することを防止できるような適切なメンテナンス時期に警告を発することができる。
【0018】
また,前記解析データを用いて多変量解析として主成分分析を行い,前記プラズマ処理に関する情報の監視として例えば前記プラズマ処理装置の運転情報を監視するようにしてもよい。また,前記解析データを用いて多変量解析として部分最小二乗法を行い,前記プラズマ処理に関する情報の監視として例えば前記プラズマ処理装置の装置状態又は被処理体の処理結果を予測し,予測値に基づいて前記プラズマ処理装置を監視するようにしてもよい。
【0019】
上記課題を解決するため,本発明の第2の観点によれば,高周波電力を印加してプラズマを発生させて処理室内の被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって,前記処理室の壁部に設けた前記検出窓を介して前記処理室内の光を検出する光学検出器と,前記処理室の壁部に前記検出窓と対向する位置に設けた光源窓を介して変動検出用の光を前記処理室内へ照射する光源と,前記プラズマ処理装置が初期状態にあるときの前記光源からの光を前記光学検出器で検出し,その検出値を基準値として記憶する基準値検出手段と,各被処理体のプラズマ処理前に前記光源からの光を前記光学検出器で検出し,その検出値の前記基準値に対する割合を求めて記憶する割合算出手段と,各被処理体のプラズマ処理時に前記処理室内の光を前記光学検出器で検出し,その検出値から前記割合の1/2乗の値を除することにより補正し,その補正値を光学的データとする補正手段と,少なくとも前記光学的データを用いて多変量解析を行い,その結果に基づいてプラズマ処理に関する情報の監視を行う監視手段とを設けたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【0020】
また,前記光源は,複数の波長を発し,前記基準値検出手段は,前記光源からの光の各波長ごとの光強度を検出し,その検出値を基準値として記憶し,前記割合算出手段は,各被処理体のプラズマ処理前に光の各波長ごとに光強度を検出し,その検出値の前記基準値に対する割合を記憶し,前記補正手段は,各被処理体のプラズマ処理時に光の各波長ごとの光強度の検出値を補正して光学的データとするようにしてもよい。
【0021】
このような本発明にかかる装置によれば,プラズマ処理装置を一定時間以上稼働することで光学的データの検出精度が低下しても,各被処理体を処理する前に光学的データを初期状態のときと同様となるように補正することができるので,常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ,歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【0022】
特に,光学的データを含めた解析用データを利用して多変量解析を行うことによって,上記装置内のプラズマの状態,上記装置に印加する高周波電圧等の装置状態,処理ガスの流量等の制御状態,ウエハなどの被処理体の削れ量等の処理結果など各種データを予測する場合には,プラズマ処理装置の一定時間以上の稼働により光学的データの検出精度が低下しても予測精度の低下を防止することができるので,常に高い予測精度を保持することができる。
【0023】
さらに,前記割合算出手段で算出した割合が予め定めた一定量以下であるか判断し,一定量以下でないと判断したときには前記補正手段による検出値の補正を行い,一定量以下であると判断したときには警報器により警告を発するようにしてもよい。これによれば,もはや補正では正常な監視ができない程度に光検出精度が低下した場合であっても,メンテナンスが行われることにより常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ,歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら,本発明にかかるプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0025】
図1は,本発明の1実施の形態にかかるプラズマ処理装置100を示す概略構成図,図2は,プラズマ処理装置100の多変量解析手段の1例を示すブロック図,図3は,プラズマ処理装置100の初期状態における光源30の発光強度の波長依存性を示す図,図4は,汚れた検出窓を通した光源30の発光強度の波長依存性を示す図,図5は,光学的データの補正方法を示すフローチャートである。
【0026】
図1に示すように,プラズマ処理装置100は,アルミニウム製の処理室と,処理室1内に配置された下部電極2を,絶縁材2Aを介して支持する昇降可能なアルミニウム製の支持体3と,支持体3の上方に配置されプロセスガスを供給しかつ上部電極を兼ねるシャワーヘッド(以下上部電極ともいう)4とを備えている。
【0027】
処理室1は,上部が小径の上室1Aとして形成され,下部が大径の下室1Bとして形成されている。下室1Bの上部には,ウエハWを搬出入するための出入り口が形成され,この出入口にはゲートバルブ6が取り付けられている。また,下部電極2には,整合器7Aを介して高周波電源7が接続され,この高周波電源7から下部電極2に対して13.56MHzの高周波電力Pを印加し,上室1A内で上部電極4との間で垂直方向の電界を形成する。この高周波電力Pは,高周波電源7と整合器7A間に接続された電力計7Bを介して検出する。高周波電力Pは,制御可能なパラメータで,前述した制御パラメータを構成する。
【0028】
また,上記整合器7Aの下部電極2側(高周波電圧の出力側)には電気計測器(例えばVIプローブ)7Cが取り付けられ,この電気計測器7Cの介して下部電極2に印加される高周波電力Pにより上室1A内に発生するプラズマに基づく基本波および高調波の高周波電圧V,高周波電流Iを電気データとして検出する。これら電気データは,前述したプラズマ反映パラメータを構成する。
【0029】
さらに,上記整合器7Aは,例えば2個の可変コンデンサC1,C2コンデンサCおよびコイルLを内蔵し,可変コンデンサC1,C2を介してインピーダンス整合をとっている。整合状態での可変コンデンサC1,C2の容量,上記整合器7A内の測定器(図示せず)により測定される高周波電圧Vppは,後述するAPC(Auto Pressure Contoroller)開度などとともに,前述した装置状態パラメータを構成する。
【0030】
下部電極2の上面には,静電チャック8が配置され,この静電チャック8の電極板8Aには直流電源9が接続されている。従って,高真空下で直流電源9から電極板8Aに高電圧を印加することにより,静電チャック8によってウエハWを静電吸着する。下部電極2の外周にはフォーカスリング10が配置され,上室1A内で生成したプラズマをウエハWに集める。またフォーカスリング10の下側には支持体3の上部に取り付けられた排気リング11が設置されている。排気リング11には複数の孔が全周にわたって周方向等間隔に形成され,これらの孔を介して上室1A内のガスを下室1Bへ排気する。
【0031】
支持体3はボールネジ機構12およびベローズ13を介して上室1Aと下室1B間で昇降可能になっている。従って,ウエハWを下部電極2上に供給する場合には,支持体3を介して下部電極2が下室1Bまで下降し,ゲートバルブ6を解放して図示しない搬送機構を介してウエハWを下部電極2に供給する。下部電極2と,上部電極4との間の電極間距離は,所定の値に設定可能なパラメータで,制御パラメータとして構成されている。
【0032】
下部電極2の内部には冷媒配管14に接続された冷媒流路3Aが形成され,冷媒配管14を介して冷媒流路3A内で冷媒を循環させ,ウエハWを所定の温度に調整する。さらに,支持体3,絶縁材2A,下部電極2および静電チャック8にはそれぞれガス流路3Bが形成され,ガス導入機構15からガス配管15Aを介して静電チャック8とウエハW間の細隙にHeガスを所定の圧力でバックサイドガスとして供給し,Heガスを介して静電チャック8とウエハWとの間の熱伝導性を高めている。なお,排気リング11の下部には,ベローズカバー16が設けられている。
【0033】
シャワーヘッド4の上面には,ガス導入部4Aが形成され,ガス導入部4Aには配管17を介してプロセスガス供給系18が接続されている。プロセスガス供給系18は,Arガス供給源18A,COガス供給源18B,Cガス供給源18C,およびOガス供給源18Dを有している。これらのガス供給源18A,18B,18C,18Dは,バルブ18E,18F,18G,18Hおよびマスフローコントローラ18I,18J,18K,18Lを介してそれぞれのガスを所定の設定流量でシャワーヘッド4へ供給し,その内部で所定の配合比を持った混合ガスとして調整する。各ガス流量はそれぞれのマスフローコントローラ18I,18J,18K,18Lによって検出可能であり,かつ制御可能なパラメータであり,制御パラメータとして構成されている。
【0034】
シャワーヘッド4の下面には複数の孔4Bが全面に亘って均等に配置され,これらの孔4Bを介してシャワーヘッド4から上室1A内へ混合ガスをプロセスガスとして供給する。また,下室1Bの下部の排気孔には排気管1Cが接続され,この排気管1Cに接続された真空ポンプ等からなる排気系19を介して処理室1内を排気して所定のガス圧を保持している。排気管1CにはAPCバルブ1Dが設けられ,処理室1内のガス圧に即して開度が自動的に調節される。この開度は装置状態を示す装置状態パラメータで,制御できないパラメータである。
【0035】
また,上室1Aの側壁には,処理室1内の発光を検出するための検出窓28が設けられ,そのすぐ外側には処理室1内のプラズマ発光を検出する分光器(以下光学検出器と称す)20が設けられている。この光学検出器20によって得られる特定波長に関する光学的データに基づいてプラズマ状態を監視し,プラズマ処理の終点を検出している。この光学的データは,高周波電力Pにより発生するプラズマに基づく電気的データと共にプラズマ状態を反映するプラズマ反映パラメータを構成する。
【0036】
さらに,上室1Aの検出窓28に対向して,検出窓32が設けられ,そのすぐ外側には,検出窓32と共に本実施の形態の特徴である光学的データの変動検出用の光源30が備えられている。光源30は,プラズマ処理装置の初期状態や,各処理直前の検出窓28,32の汚れ具合を調査するために発光される光源である。
【0037】
光源30としては,上記プラズマ反映パラメータの光学的データとして検出される,例えば200〜950nmの範囲の,例えば1024個など,複数の波長の光を発する少なくとも1個以上の光源(1つの波長を発する光源を複数個,または全ての波長を発光する光源1個)が好ましい。例えば,連続スペクトル光源の重水素ランプ,キセノンフラッシュランプ,キセノンランプ,水銀キセノンランプ,輝線スペクトル光源の低圧水銀ランプ,ホローカソードランプなどを用いることができる。
【0038】
出力は,上記連続スペクトル光源では概ね,低い方からキセノンフラッシュランプ,重水素ランプ,キセノンランプ,水銀キセノンランプの順に高出力が得られるが,例えばキセノンフラッシュランプではパルス点灯により数μsでの比較をすれば,連続点灯タイプに比べ約1000倍の高出力が得られる。
【0039】
光出力の安定性においては,同様に低い方からキセノンフラッシュランプ,水銀キセノンランプ,キセノンランプ,重水素ランプの順に高安定であるが,凸面鏡やスリットなどを利用して発光の中心部を用いるようにすれば,キセノンフラッシュランプ等安定性の低い光源でも高安定な光出力を利用することが可能である。
【0040】
図2に示すように,上記プラズマ処理装置は,多変量解析手段200を備えている。多変量解析手段200は,例えば,多変量解析プログラムを記憶する多変量解析プログラム記憶手段201と,電気計測器7C,光学検出器20およびパラメータ計測器21からの信号を間欠的にサンプリングする電気的信号サンプリング手段202,光学的信号サンプリング手段203およびパラメータ信号サンプリング手段204と,複数のプラズマ反映パラメータ(電気データおよび光学的データ)に基づいて複数の制御パラメータおよび装置状態パラメータを予測するモデル式を記憶するモデル式記憶手段205と,モデル式を介して複数の制御パラメータおよび/または装置状態パラメータを算出する演算手段206と,演算手段206からの演算信号に基づいて制御パラメータおよび/または装置状態パラメータの予測,診断,制御を行う予測・診断・制御手段207とを備えている。上記演算手段206には,光学的信号サンプリング手段203などの各サンプリング手段からのデータを記憶する記憶手段206aが設けられている。上記各パラメータは解析データを構成する。
【0041】
また多変量解析手段200にはプラズマ処理装置を制御する制御装置22,警報器23および表示装置24がそれぞれ接続されている。制御装置22は例えば予測・診断・制御手段207からの信号に基づいてウエハWの処理を継続または中断する。警報器23および表示装置24は後述のように予測・診断・制御手段207からの信号に基づいて制御パラメータおよび/または装置状態パラメータの異常を報知する。また,パラメータ計測器21は流量検出などの複数の制御パラメータの計測を1つにまとめて示したものである。
【0042】
上記演算手段206と予測・診断・制御手段は,例えば多変量解析プログラム記憶手段201からのプログラムに基づいて動作するマイクロプロセッサなどで構成してもよい。多変量解析プログラム記憶手段201,モデル式記憶手段205,記憶手段206aはそれぞれメモリなどの記録手段で構成してもよく,またハードディスクなどの記録手段にそれぞれのメモリ領域を設けて構成してもよい。
【0043】
上記記憶手段206aは,図2に示すように演算手段206内に設けてもよく,また演算手段206とは別個に設け,演算手段206からアクセスできるように構成してもよい。上記記憶手段206aは,上記各サンプリング手段からのプラズマ反映パラメータ,制御パラメータ,装置状態パラメータなどの運転データを記憶する手段を構成する運転データ記憶部として機能させてもよい。なお,処理結果データを予測する場合には,上記記憶手段206aは,ウエハの削れ量などの処理結果データを記憶する手段を構成する処理結果データ記憶部として機能させてもよい。
【0044】
本実施の形態においては,多変量解析として,例えばJOURNAL OF CHEMOMETRICS,VOL.2(PP211−228)(1998)に掲載されている部分最小二乗法(以下PLS(Partial Least Sqares)法と称す)を用いることができる。PLS法においては説明変数として,複数のプラズマ反映パラメータを用い,目的変数を複数の制御パラメータおよび装置状態パラメータとし,両者を関連付けた下記▲1▼のモデル式(回帰式などの予測式,相関関係式)を作成する手法として用いられる。下記▲1▼のモデル式において,Xは説明変量の行列を意味し,Yは被説明変量の行列を意味する。また,Bは説明変量の係数(重み)からなる回帰行列であり,Eは残差行列である。
Y=BX+E・・・▲1▼
【0045】
このPLS法は,行列X,Yそれぞれに多数の説明変量及び被説明変量があってもそれぞれの少数の実測値があればXとYの関係式を求めることができる。しかも,少ない実測値で得られた関係式であっても安定性及び信頼性の高いものであることもPLS法の特徴である。
【0046】
本実施の形態では,多変量解析プログラム記憶手段201にはPLS法用のプログラムが記憶され,演算手段206において説明変数,目的変数とするデータをプログラムの手順に従って処理し,上記▲1▼式を求め,この結果をモデル式記憶手段205で記憶する。従って,本実施形態では上記▲1▼式を求めれば,後は説明変量とするデータを行列Xに当てはめることによって目的変数を予測することができる。しかもこの予測値は信頼性の高いものになる。
【0047】
例えば,XY行列に対してi番目の固有値に対応する第i主成分はtで表される。行列Xはこの第i主成分の得点tとベクトルpiを用いると下記の▲2▼式で表され,行列Yはこの第i主成分の得点tとベクトルcを用いると下記の▲3▼式で表される。なお,下記の▲2▼式,▲3▼式において,Xi+1,Yi+1はX,Yの残差行列であり,Xは行列Xの転置行列である。以下では指数Tは転置行列を意味する。
X=t+t+t+・・+t+Xi+1・・・▲2▼
Y=t+t+t+・・+t+Yi+1・・・▲3▼
【0048】
而して,第1の実施形態で用いられるPLS法は,上記式▲2▼,▲3▼を相関させた場合の複数の固有値及びそれぞれの固有ベクトルを少ない計算量で算出する手法である。
【0049】
PLS法は以下の手順で実施される。先ず第1段階では,行列X,Yのセンタリング及びスケーリングの操作を行う。そして,i=1を設定し,X=X,Y=Yとする。また,uとして行列Yの第1列を設定する。尚,センタリングとは各行の個々の値からそれぞれの行の平均値を差し引く操作であり,スケーリングとは各行の個々の値をそれぞれの行の標準偏差で除する操作(処理)である。
【0050】
第2段階では,w=X /(u )を求めた後,wの行列式を正規化し,t=Xを求める。また,行列Yについても同様の処理を行って,c=Y /(t )を求めた後,cの行列式を正規化し,u=Y/(c )を求める。
【0051】
第3段階ではXローディング(負荷量)p=X /(t ),Y負荷量q=Y /(u )を求める。そして,uをtに回帰させたb=u /(t )を求める。次いで,残差行列X=X−t ,残差行列Y=Y−b を求める。そして,iをインクリメントしてi=i+1を設定し,第2段階からの処理を繰り返す。これら一連の処理をPLS法のプログラムに従って所定の停止条件を満たすまで,あるいは残差行列Xi+1がゼロに収束するまで繰り返し,残差行列の最大固有値及びその固有ベクトルを求める。
【0052】
PLS法は残差行列Xi+1の停止条件またはゼロへの収束が速く,10回程度の計算の繰り返すだけで残差行列が停止条件またはゼロに収束する。一般的には4〜5回の計算の繰り返しで残差行列が停止条件またはゼロへの収束する。この計算処理によって求められた最大固有値及びその固有ベクトルを用いてXY行列の第1主成分を求め,X行列とY行列の最大の相関関係を知ることができる。
【0053】
本実施形態において具体的にPLS法により上記モデル式▲1▼を求めるには,予めトレーニングセットとして所定枚数(例えば18枚)のウエハをプラズマ処理(例えばエッチング処理)して,複数の説明変数(上述の電気的データや光学的データからなるプラズマ反映パラメータ)および目的変数(上述の高周波電力P,ガス流量などの制御パラメータ,可変コンデンサC1,C2の容量等装置状態パラメータ)を計測しておき,それらの平均値を用いて,PLS法により説明変数と目的変数の関係式であるモデル式▲1▼を求める。
【0054】
プラズマ処理装置100でウエハWの処理が行われる際には,電気計測器7Cによりプラズマに基づく基本波および高調波の高周波電圧V,高周波電流Iを測定し,光学検出器20によりプラズマの特定波長範囲における各波長の発光強度を測定し,それらの平均値を求めてモデル式に代入し,各ウエハW毎の複数の制御パラメータおよび装置状態パラメータの予測値を算出することができる。これにより,常にプラズマ処理装置100の状態を監視することが可能であり,制御パラメータ,装置状態パラメータのいずれかに異常が認められる場合には,警報器23から警報を発して異常を報知させ,常に正常な状態でプラズマ処理装置100が運転されるよう制御することができる。
【0055】
ここで,上記監視,制御等を正確に行うために,正確な光学的データを得る方法について説明する。図3は,光源30として重水素ランプを用い,清浄な状態の検出窓28,32を介して光学検出器20で各波長における発光強度を測定した図,図4は,一定時間使用後の検出窓28,32を介して光学検出器20で各波長における発光強度を測定し,清浄な窓を介して検出される各発光強度で規格化した図である。測定は,1nm毎に行っている。
【0056】
図3の横軸は,波長(nm),縦軸は発光強度を表す。図3に示すように,清浄な検出窓28,32を通した重水素ランプの発光強度は約230〜450nmの範囲で変動がある。これに対し,約80時間稼動させた後の,異物が付着してかなり汚れた状態と思われる検出窓28,32を介して同様に各波長の発光強度を測定し,清浄な状態の検出窓28,32での各波長における発光強度をそれぞれ100%としてそれに対する相対発光強度で表すと,図4に示すように,低波長側で減衰が大きく,なだらかな右上がりのカーブを描く。相対発光強度は例えば,226nmで50%,260nmで67%,400nmで96%である。
【0057】
図3,図4からわかるように,光学検出器20で検出される各波長での発光強度は検出窓28,23が清浄な状態では様々であり,検出窓28,32が汚れると,波長200から400nmの範囲では,低波長側ほど減衰が大きいので,正確な光学的データを上記モデル式に当てはめるために,次のような手順を踏むこととする。
【0058】
図5に示すようにまず,ステップ501にてクリーニング直後等の清浄な検出窓28,32を通して光源30を発光させ,ステップ502にて各波長での発光強度を光学検出器20で測定する。この測定値を「初期値」という。次いでステップ503にて演算手段206の記憶手段206aに初期値を記憶させる。続いてステップ504にてプラズマ処理装置100により1枚目のウエハWに対して1回目のプラズマ処理(例えばエッチング処理)を行う。なお,この初期値となる光学的データはその後の光学データを補正する際の基準となるものである。
【0059】
プラズマ処理装置100による2回目からのプラズマ処理においては,各ウエハWのプラズマ処理を行う直前にプラズマを発生させない状態で光源30を発光させ(ステップ505),各波長での発光強度を光学検出器20で測定する。このときの測定値を「処理前測定値」という。次いでステップ506にて演算手段206において,処理前測定値を各波長毎に初期値と比較し,処理前測定値の初期値に対する割合(変動量)である相対発光強度を求め,演算手段206の記憶手段206aに記憶させる。
【0060】
次に,ステップ507にて相対発光強度が予め定められたある一定量(以下,「基準値」という。)以下か否かを判断する。ステップ507にて相対発光強度が基準値以下でないと判断した場合には,ステップ508にてウエハWに対して実際にプラズマ処理を行う。このような実際のプラズマ処理時には光源30をオフにして発光させず,ステップ509にてプラズマから発せられる発光強度のみを光学検出器20で測定する。この場合,予め定められた波長(例えば200〜950nm)における発光強度を光学検出器20で測定する。
【0061】
続いてステップ510にて光学検出器20からの測定値を上記で計算された各波長毎の相対発光強度の1/2乗の値で除すことにより各波長毎に補正し,補正後の値(補正値)を光学的データとする。相対発光強度の1/2乗の値で除するのは,補正の際には2つの検出窓28,32を通過することにより発光強度が2重に減衰するのに対して,実際のプラズマ処理の際は1つの検出窓28のみで発光強度が減衰するので,このことを考慮して補正するためである。
そしてステップ511にてこの光学的データの補正値を他の電気的データなどとともにプラズマ反映パラメータとしてモデル式に代入し,上述の制御パラメータ,装置状態パラメータなどを予測する多変量解析を行い,プラズマ処理装置100の監視,制御を行う。その後,ステップ505に戻り処理を継続する。
【0062】
なお,処理前測定値の初期値に対する割合である相対発光強度が,基準値を下回った場合,検出窓28,32は補正によって正確な多変量解析ができない汚れ具合であると判断し,警報器23より警報を発し(ステップ512),メンテナンス時期であることを報知させるようにすることが好ましい。警報が発せられた場合には直ちに処理を中止し,クリーニングなど適切な処置を行う(ステップ513)。これにより,歩留まりの低下などを防ぐことができる。上記基準値の決め方は,図4に示すように,低波長側で減衰が大きいことがわかっているので,低波長領域の例えば230nmで80%以下等としてもよい。
【0063】
また,本実施の形態においては,多変量解析の1つであるPLS法を用いてモデル式を作成し,プラズマ処理装置100の監視,制御を行う場合について説明したが,この光学的データの補正方法は,多変量解析の他の1つである,主成分分析を用いて,プラズマ処理装置の監視を行う場合にも有用である。
【0064】
主成分分析は,概念的にいうと,例えば主成分や残差のような少ないパラメータにまとめ,それらのパラメータの,予め定められた値に対する変動を監視することでプラズマ処理装置の状態を把握しようとするものである。上記のようにプラズマ処理装置の状態を示すパラメータとして非常に多くのプラズマ反映パラメータ,制御パラメータ,装置状態パラメータ等がある場合に少ないパラメータにまとめるため,状況が把握し易くなる。上記主成分分析についての詳細は例えば特願2000−201729に掲載されている。
【0065】
上記の場合,主成分を求めるために,それぞれのプラズマ処理装置の状態を示すパラメータに重み係数(ローディングベクトル)を乗ずる方法がとられる。正常時の,或は正常時と異常時のプラズマ処理装置の状態を示すパラメータの値を主成分分析して例えば第1主成分を求めた場合,光学的データの重み係数は,使用される処理ガスの種類や異常の原因などにより変化する。その重み係数(第1主成分のローディングベクトルの成分)の値が最も大きい波長における上記相対発光強度に対し基準値を定め,基準値を下回ると警報を発するようにして,主成分分析に最も影響の大きい光学的データに一定以上の変動がでないように考慮し,プラズマ処理装置の監視,制御が正確に行えるようにしてもよい。
また,主成分の重み係数の他に寄与率の低い高次の主成分を一つにまとめた残差ベクトルの成分の値が最も大きい波長や単に値の変動が最も大きい波長における上記相対発光強度に対して基準値を求めるようにしてもよい。
【0066】
以上説明したように,本実施の形態によれば,プラズマ処理装置を一定時間以上稼働することで例えば検出窓や光学検出器の汚れにより光学的データの検出精度が低下するなどプラズマ処理装置の経時変化によって光学的データが変動しても,各ウエハを処理する前に光学的データの検出精度が良好だったメンテナンス後などの初期状態のときと同様となるように補正することができるので,常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ,歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【0067】
特に,光学的データを含めた解析用データを利用して多変量解析を行うことによって,上記装置内のプラズマの状態,上記装置に印加する高周波電圧等の装置状態,処理ガスの流量等の制御状態,ウエハの削れ量等の処理結果など各種データを予測する場合には,プラズマ処理装置の一定時間以上の稼働により光学的データの検出精度が低下しても予測精度の低下を防止することができるので,常に高い予測精度を保持することができ,より正確にプラズマ処理装置を監視することができる。
【0068】
例えば,光学的データを含む解析用データを用いて多変量解析手段を行い,プラズマ処理装置稼働開始後に,プラズマ処理装置が安定したことの確認,稼働中にプラズマ処理装置が安定状態から外れたことの確認,制御パラメータや装置状態パラメータの予測,エッチングレートの均一性,パターン寸法,エッチング形状,ダメージなどのプロセス予測などを行う際に,プラズマ処理装置の経時変化による光学的データの変動を補正するので,より正確に制御,予測を行うことができるので,本実施の形態を適用する効果は大きい。
【0069】
さらに,各ウエハのプラズマ処理前に光学検出器で検出した基準値に対する割合が予め定めた一定量以下であるか否か判断し(補正幅がある一定以上か否か),一定量以下でないと判断したときに光学的データの補正を行い,一定量以下であると判断したときには補正を行わずに警報器により警告を発するので,光源からの検出値が一定量以下に減衰している場合には,例えばメンテナンスを促すような警報を発するので,もはや補正では正常な監視ができない程度に光検出精度が低下した場合であっても,メンテナンスが行われることにより常に正常な状態でプラズマ処理装置を稼働させることができ,歩留まりの低下等を防ぐことができる。
【0070】
また,プラズマ処理装置の経時変化による光学的データの変動量は光の各波長ごとに検出し,光学的データの補正は光の波長ごとに補正するので,光学的データをより正確に補正することができる。
【0071】
また,上記例えば警報器による警報などの警告を発するか否かの判断基準として,光学的データの変動量として求めた各波長の割合のうち最も変動が大きい波長(例えば最も減衰が大きい波長)の割合が予め定めた一定量以下であるかを基準としてもよい。このようにすれば,光学検出器から検出された光のすべての波長が減衰しなくても警告を発することができるので,より適切なメンテナンス時期に警告を発することができる。
【0072】
また,上記警告を発するか否かの判断基準として,前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も多変量解析の結果への影響が大きい波長の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを基準としてもよい。このようにすれば光学検出器における検出値の変動が多変量解析の結果へ影響することを防止できるような適切なメンテナンス時期に警告を発することができる。
【0073】
以上,添付図面を参照しながら本発明にかかるプラズマ処理装置の監視方法およびプラズマ処理装置の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0074】
例えば,プラズマ処理装置の構成については,上記の例に限定されず,同様にプラズマを用いた処理を行い,その分光分析等光学的データを利用するものには,本発明は適用が可能である。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明によれば,プラズマ処理装置の長時間稼動後も光学的データの検出精度が良好だった納品時やメンテナンス直後などの初期状態のときと同様となるように補正することにより,正確な光学的データを得ることができ,メンテナンスが必要な時にはその旨を報知することで,装置状態や処理結果の予測などの精度を高め,プラズマ処理装置を正確に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施の形態にかかるプラズマ処理装置100を示す概略構成図である。
【図2】プラズマ処理装置100の多変量解析手段200の1例を示すブロック図である。
【図3】プラズマ処理装置100の初期状態における光源30の発光強度の波長依存性を示す図である。
【図4】汚れた検出窓を通した光源30の発光強度の波長依存性を示す図である。
【図5】光学的データの補正方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1   処理室
1A  上室
1B  下室
1C  排気管
1D  バルブ
2   下部電極
2A  絶縁材
3   支持体
3A  冷媒流路
3B  ガス流路
4   シャワーヘッド(上部電極)
4A  ガス導入部
4B  孔
6   ゲートバルブ
7   高周波電源
7A  整合器
7B  電力計
7C  電気計測器
8   静電チャック
8A  電極板
9   直流電源
10   フォーカスリング
11   排気リング
12   ボールネジ機構
13   ベローズ
14   冷媒配管
15   ガス導入機構
15A  ガス配管
16   ベローズカバー
17   配管
18   プロセスガス供給系
18A  ガス供給源
18B  ガス供給源
18C  ガス供給源
18D  ガス供給源
18E  バルブ
18I  マスフローコントローラ
19   排気系
20   光学検出器
21   パラメータ計測器
22   制御装置
23   警報器
24   表示装置
28   検出窓
30   光源
32   検出窓
100   プラズマ処理装置
200   多変量解析手段
201   多変量解析プログラム記憶手段
202   電気的信号サンプリング手段
203   光学的信号サンプリング手段
204   パラメータ信号サンプリング手段
205   モデル式記憶手段
206   演算手段
206a  記憶手段
207   予測・診断・制御手段
W   ウエハ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for monitoring a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus, and more particularly, to improving the reliability of optical data detected for monitoring the state of the plasma processing apparatus, thereby enabling more accurate status of the plasma processing apparatus. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma processing apparatus monitoring method and a plasma processing apparatus capable of grasping the condition.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing process, various types of manufacturing apparatuses and inspection apparatuses are used. These processing devices have many parameters for controlling or monitoring the operation status thereof, and control or monitor them so that various processes can be performed under optimum conditions.
[0003]
The above parameters include, for example, the flow rate of a processing gas introduced into a processing chamber and the processing gas for converting the processing gas into plasma in a plasma processing apparatus that performs film formation and etching processing on an object to be processed such as a semiconductor wafer or a glass substrate. There are controllable parameters (hereinafter referred to as control parameters) such as a distance between electrodes of the electrodes installed in the room and a high-frequency power applied to at least one of the electrodes.
[0004]
Also, parameters such as optical data such as plasma spectroscopic analysis for grasping the state of the plasma excited in the processing chamber, and electrical data such as high-frequency voltage and high-frequency current of fundamental and harmonics based on the plasma (hereinafter referred to as plasma) (Referred to as reflection parameters).
[0005]
In addition, when a high-frequency power is applied to the electrodes in the processing chamber, parameters such as the capacity of a variable capacitor in a matching state of a matching unit provided for impedance matching and a high-frequency voltage measured by a measurement area in the matching unit ( (Hereinafter referred to as device state parameter).
[0006]
When performing processing, control parameters are set to values that are considered optimal, and the plasma processing apparatus is controlled so that optimum processing can always be performed while monitoring the plasma reflection parameters and apparatus state parameters with the respective detectors. However, since these parameters are tens of types, it is very difficult to determine the cause when an abnormality is found in the operation state.
[0007]
Thus, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-87323 discloses a monitoring of a processing apparatus that analyzes a plurality of process parameters of a semiconductor wafer processing system and statistically correlates these parameters to detect a change in process characteristics or system characteristics. Methods and processing devices have been proposed.
[0008]
As another method, one of the multivariate analysis is principal component analysis, which is one of the multivariate analyses, so that the plurality of parameters can be combined into a small number of parameters and the operation status of the processing device can be monitored based on a small number of statistical data. There is a method of evaluating the driving situation by using the method of (1).
[0009]
Furthermore, the above-mentioned plasma reflection parameters are detected, and if an abnormality is found, any of the above-mentioned control parameters or equipment state parameters is abnormally generated using a partial least squares method, which is one of the multivariate analyses. A method of predicting and specifying whether or not it has been proposed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in any of the above methods, it is important to accurately detect each parameter in order to grasp the processing state. However, there is a problem that a detection value may fluctuate due to a change over time of the plasma processing apparatus depending on a parameter, so that accurate detection data cannot be obtained.
For example, as the optical data included in the plasma reflection parameter, a value detected by an optical detector provided outside the processing chamber through a detection window provided on a side wall of the processing chamber is used. For this reason, the detection window is contaminated by operating the plasma processing apparatus for a long time, and the contaminants cause reflection and absorption of light, thereby attenuating the transmittance of plasma light emission. There was a problem that measurement could not be performed.
[0011]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems of the conventional plasma processing apparatus monitoring method and the plasma processing apparatus, and an object of the present invention is to provide an accurate optical processing method even after the plasma processing apparatus has been operated for a long time. New and improved plasma processing equipment can be obtained by improving the accuracy of predicting the state of the equipment and processing results, and accurately monitoring the plasma processing equipment. To provide a method for monitoring a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, detection is performed for each object to be processed using a plurality of detectors including at least an optical detector for detecting light (for example, light intensity) in a processing chamber. A method for monitoring a plasma processing apparatus, wherein a multivariate analysis is performed using detection values of the respective detectors as analysis data such as optical data, and information on plasma processing is monitored based on the results. A variation detection step of detecting a variation of a detection value of the plasma processing apparatus in an optical detector; and a correction step of correcting the detection value based on the variation to obtain the analysis data. The monitoring method of the plasma processing apparatus described above is provided.
[0013]
In the fluctuation detecting step, when the plasma processing apparatus is in an initial state, light is radiated from the light source provided for fluctuation detection into the processing chamber, and the light intensity (e.g., light emission intensity) of the light from the light source is measured. Detecting and storing the detected value as a reference value, and detecting the light intensity of the light from the light source before performing plasma processing on each of the objects to be processed, and calculating a ratio of the detected value to the reference value. Determining and storing the variation as a variation, wherein the correcting step comprises detecting the light in the processing chamber with the detector during the plasma processing of each object to be processed, and determining a ratio determined as the variation from the detected value. The detection value may be corrected by dividing the value of 1/2 to the data for analysis.
[0014]
According to such a method according to the present invention, when the plasma processing apparatus is operated for a certain period of time or more, for example, the detection accuracy of optical data is reduced due to contamination of the detection window and the optical detector, and the plasma processing apparatus changes over time. Even if the optical data fluctuates, it can be corrected so that the optical data detection accuracy is the same as in the initial state, such as at the time of delivery or immediately after maintenance, which was good, so the plasma was always kept in a normal state The processing device can be operated, and a decrease in yield can be prevented.
[0015]
In particular, by performing multivariate analysis using analysis data including optical data, control of the state of the plasma in the above apparatus, the state of the apparatus such as a high-frequency voltage applied to the above apparatus, the flow rate of the processing gas, and the like. When predicting various data such as the processing results such as the state and the amount of abrasion of an object to be processed such as a wafer, even if the detection accuracy of optical data is reduced due to the operation of the plasma processing apparatus for a certain period of time or more, the prediction accuracy is reduced. Therefore, high prediction accuracy can be always maintained, and the plasma processing apparatus can be monitored more accurately.
[0016]
Further, it is determined whether or not the ratio obtained as the fluctuation amount is equal to or less than a predetermined amount, and when it is determined that the ratio is not equal to or less than the predetermined amount, the processing in the correction step is performed. The method may include a step of issuing a warning by an alarm without performing the processing of the correction step. According to this, when the detection value from the light source is attenuated below a certain amount, for example, an alarm for urging maintenance is issued, so that the light detection accuracy is reduced to such an extent that normal monitoring cannot be performed anymore by correction. Even in such a case, the maintenance can be performed so that the plasma processing apparatus can always be operated in a normal state, and a decrease in the yield can be prevented.
[0017]
Further, if the amount of fluctuation is detected for each wavelength of light and the correction is performed for each wavelength of light, optical data can be corrected more accurately. Further, if it is configured such that it is determined whether or not the ratio of the wavelength with the largest variation (for example, the wavelength with the largest attenuation) among the ratios of the respective wavelengths obtained as the variation is equal to or smaller than a predetermined fixed amount, the optical detection Since the warning can be issued even if all the wavelengths of the light detected from the container are not attenuated, the warning can be issued at a more appropriate maintenance time. Further, if it is configured such that it is determined whether or not the ratio of the wavelength having the greatest influence on the result of the multivariate analysis among the ratios of the respective wavelengths obtained as the fluctuation amount is equal to or smaller than a predetermined amount, the optical detector A warning can be issued at an appropriate maintenance time so as to prevent the fluctuation of the detected value at the time from affecting the result of the multivariate analysis.
[0018]
Further, a principal component analysis may be performed as a multivariate analysis using the analysis data, and, for example, operation information of the plasma processing apparatus may be monitored as information on the plasma processing. Further, a partial least squares method is performed as a multivariate analysis using the analysis data, and for monitoring information on the plasma processing, for example, an apparatus state of the plasma processing apparatus or a processing result of an object to be processed is predicted. Thus, the plasma processing apparatus may be monitored.
[0019]
In order to solve the above problems, according to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for generating plasma by applying high-frequency power to perform plasma processing on an object to be processed in a processing chamber. An optical detector for detecting light in the processing chamber via the detection window provided on the wall, and a light source window provided on a wall of the processing chamber at a position opposed to the detection window for detecting fluctuation. A light source for irradiating light into the processing chamber; and a reference value detecting means for detecting light from the light source when the plasma processing apparatus is in an initial state with the optical detector and storing the detected value as a reference value. Ratio calculating means for detecting light from the light source by the optical detector before performing plasma processing on each of the objects, calculating and storing the ratio of the detected value to the reference value, and performing plasma processing on each of the objects. Sometimes the light in the processing chamber is Correction means for detecting by a chemical detector, correcting by dividing the value of the above-mentioned power of 1/2 to the detected value, and using the corrected value as optical data; There is provided a plasma processing apparatus characterized by comprising monitoring means for performing a variable analysis and monitoring information relating to plasma processing based on the result.
[0020]
Further, the light source emits a plurality of wavelengths, the reference value detecting means detects the light intensity of each wavelength of the light from the light source, stores the detected value as a reference value, and the ratio calculating means Detecting the light intensity for each wavelength of light before the plasma processing of each processing object, storing the ratio of the detected value to the reference value, and correcting the light during the plasma processing of each processing object. The detected value of the light intensity for each wavelength may be corrected to be optical data.
[0021]
According to such an apparatus of the present invention, even if the detection accuracy of optical data is reduced by operating the plasma processing apparatus for a certain period of time or longer, the optical data is initialized before processing each object. Since the correction can be made to be the same as in the case of the above, the plasma processing apparatus can always be operated in a normal state, and a decrease in yield and the like can be prevented.
[0022]
In particular, by performing multivariate analysis using analysis data including optical data, control of the state of the plasma in the above apparatus, the state of the apparatus such as a high-frequency voltage applied to the above apparatus, the flow rate of the processing gas, and the like. When predicting various data such as the processing results such as the state and the amount of abrasion of an object to be processed such as a wafer, even if the detection accuracy of optical data is reduced due to the operation of the plasma processing apparatus for a certain period of time or more, the prediction accuracy is reduced. Therefore, high prediction accuracy can be always maintained.
[0023]
Further, it is determined whether the ratio calculated by the ratio calculating means is equal to or less than a predetermined fixed amount. If it is determined that the ratio is not equal to or less than the predetermined amount, the detection value is corrected by the correcting means, and it is determined that the value is equal to or less than the certain amount. At times, a warning may be issued by an alarm device. According to this, even if the light detection accuracy is reduced to such an extent that normal monitoring can no longer be performed by correction, maintenance can be performed so that the plasma processing apparatus can always be operated in a normal state, and the yield can be reduced. A decrease or the like can be prevented.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a method for monitoring a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this specification and the drawings, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0025]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a plasma processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an example of a multivariate analysis means of the plasma processing apparatus 100, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the wavelength dependence of the emission intensity of the light source 30 in the initial state of the device 100, FIG. 4 is a diagram showing the wavelength dependence of the emission intensity of the light source 30 through a dirty detection window, and FIG. 5 is a flowchart showing a correction method of the embodiment.
[0026]
As shown in FIG. 1, a plasma processing apparatus 100 includes an aluminum processing chamber and a vertically movable aluminum support 3 that supports a lower electrode 2 disposed in the processing chamber 1 via an insulating material 2A. And a shower head (hereinafter also referred to as an upper electrode) 4 which is arranged above the support 3 and supplies a process gas and also serves as an upper electrode.
[0027]
The processing chamber 1 has an upper part formed as a small-diameter upper chamber 1A and a lower part formed as a large-diameter lower chamber 1B. An entrance for loading / unloading the wafer W is formed in the upper part of the lower chamber 1B, and a gate valve 6 is attached to the entrance. A high-frequency power source 7 is connected to the lower electrode 2 via a matching unit 7A, and a high-frequency power P of 13.56 MHz is applied from the high-frequency power source 7 to the lower electrode 2 so that the upper electrode 1 in the upper chamber 1A. 4 and an electric field in the vertical direction. This high-frequency power P is detected via a power meter 7B connected between the high-frequency power supply 7 and the matching device 7A. The high-frequency power P is a controllable parameter and constitutes the above-described control parameter.
[0028]
An electric measuring device (for example, a VI probe) 7C is attached to the lower electrode 2 side (high-frequency voltage output side) of the matching device 7A, and the high-frequency power applied to the lower electrode 2 via the electric measuring device 7C. P detects a high frequency voltage V and a high frequency current I of a fundamental wave and a harmonic based on the plasma generated in the upper chamber 1A as electric data. These electric data constitute the above-mentioned plasma reflection parameters.
[0029]
Further, the matching device 7A includes, for example, two variable capacitors C1 and C2 and a coil L and performs impedance matching via the variable capacitors C1 and C2. The capacitances of the variable capacitors C1 and C2 in the matching state and the high-frequency voltage Vpp measured by a measuring instrument (not shown) in the matching unit 7A are determined by the above-described apparatus together with the APC (Auto Pressure Controller) opening degree described later. Configure state parameters.
[0030]
An electrostatic chuck 8 is disposed on the upper surface of the lower electrode 2, and a DC power supply 9 is connected to an electrode plate 8A of the electrostatic chuck 8. Therefore, the wafer W is electrostatically attracted to the electrostatic chuck 8 by applying a high voltage from the DC power supply 9 to the electrode plate 8A under a high vacuum. A focus ring 10 is arranged on the outer periphery of the lower electrode 2, and collects plasma generated in the upper chamber 1A on the wafer W. An exhaust ring 11 attached to an upper portion of the support 3 is provided below the focus ring 10. A plurality of holes are formed in the exhaust ring 11 at equal intervals in the circumferential direction over the entire circumference, and the gas in the upper chamber 1A is exhausted to the lower chamber 1B through these holes.
[0031]
The support 3 can be moved up and down between the upper chamber 1A and the lower chamber 1B via the ball screw mechanism 12 and the bellows 13. Therefore, when the wafer W is supplied onto the lower electrode 2, the lower electrode 2 descends to the lower chamber 1B via the support 3, releases the gate valve 6, and transfers the wafer W via a transfer mechanism (not shown). It is supplied to the lower electrode 2. The inter-electrode distance between the lower electrode 2 and the upper electrode 4 is a parameter that can be set to a predetermined value and is configured as a control parameter.
[0032]
A coolant channel 3A connected to the coolant pipe 14 is formed inside the lower electrode 2, and the coolant is circulated in the coolant channel 3A via the coolant pipe 14 to adjust the temperature of the wafer W to a predetermined temperature. Further, a gas flow path 3B is formed in each of the support 3, the insulating material 2A, the lower electrode 2, and the electrostatic chuck 8, and a fine passage between the electrostatic chuck 8 and the wafer W from the gas introduction mechanism 15 via the gas pipe 15A. He gas is supplied to the gap as a backside gas at a predetermined pressure to increase the thermal conductivity between the electrostatic chuck 8 and the wafer W via the He gas. A bellows cover 16 is provided below the exhaust ring 11.
[0033]
A gas introduction section 4A is formed on the upper surface of the shower head 4, and a process gas supply system 18 is connected to the gas introduction section 4A via a pipe 17. The process gas supply system 18 includes an Ar gas supply source 18A, a CO gas supply source 18B,4F8Gas supply 18C and O2It has a gas supply source 18D. These gas supply sources 18A, 18B, 18C, 18D supply the respective gases to the shower head 4 at a predetermined set flow rate via valves 18E, 18F, 18G, 18H and mass flow controllers 18I, 18J, 18K, 18L. , And is adjusted as a mixed gas having a predetermined compounding ratio inside. Each gas flow rate is a parameter that can be detected and controlled by each of the mass flow controllers 18I, 18J, 18K, and 18L, and is configured as a control parameter.
[0034]
A plurality of holes 4B are uniformly arranged on the lower surface of the shower head 4 over the entire surface, and a mixed gas is supplied as a process gas from the shower head 4 into the upper chamber 1A through these holes 4B. An exhaust pipe 1C is connected to an exhaust hole at a lower portion of the lower chamber 1B, and the inside of the processing chamber 1 is exhausted through an exhaust system 19 including a vacuum pump and the like connected to the exhaust pipe 1C so that a predetermined gas pressure is obtained. Holding. The exhaust pipe 1C is provided with an APC valve 1D, and the opening is automatically adjusted in accordance with the gas pressure in the processing chamber 1. This opening is a device state parameter that indicates the device state and cannot be controlled.
[0035]
A detection window 28 for detecting light emission in the processing chamber 1 is provided on a side wall of the upper chamber 1A, and a spectroscope (hereinafter referred to as an optical detector) for detecting plasma emission in the processing chamber 1 is provided immediately outside the detection window 28. 20) are provided. The plasma state is monitored based on the optical data on the specific wavelength obtained by the optical detector 20, and the end point of the plasma processing is detected. The optical data constitutes a plasma reflection parameter that reflects the plasma state together with electrical data based on the plasma generated by the high frequency power P.
[0036]
Further, a detection window 32 is provided opposite to the detection window 28 of the upper chamber 1A, and a light source 30 for detecting fluctuation of optical data which is a feature of the present embodiment is provided immediately outside the detection window 32 together with the detection window 32. Provided. The light source 30 is a light source that emits light to check the initial state of the plasma processing apparatus and the degree of contamination of the detection windows 28 and 32 immediately before each processing.
[0037]
As the light source 30, at least one or more light sources (e.g., emitting one wavelength) that emit light of a plurality of wavelengths, for example, 1024 in the range of 200 to 950 nm, for example, are detected as optical data of the plasma reflection parameters. A plurality of light sources or one light source emitting light of all wavelengths) is preferable. For example, a deuterium lamp as a continuous spectrum light source, a xenon flash lamp, a xenon lamp, a mercury xenon lamp, a low-pressure mercury lamp as a bright-spectrum light source, and a hollow cathode lamp can be used.
[0038]
The output of the continuous spectrum light source is generally high in the order of xenon flash lamp, deuterium lamp, xenon lamp, and mercury xenon lamp in the order from the lowest. For example, a xenon flash lamp can be compared in several microseconds by pulse lighting. If this is the case, a high output that is about 1000 times higher than that of the continuous lighting type can be obtained.
[0039]
Regarding the stability of light output, the xenon flash lamp, the mercury xenon lamp, the xenon lamp, and the deuterium lamp are similarly stable in the order from the lowest, but use the central part of light emission using a convex mirror or slit. Therefore, a highly stable light output can be used even with a light source having low stability such as a xenon flash lamp.
[0040]
As shown in FIG. 2, the plasma processing apparatus includes multivariate analysis means 200. The multivariate analysis unit 200 includes, for example, a multivariate analysis program storage unit 201 that stores a multivariate analysis program, and an electrical unit that intermittently samples signals from the electrical measuring device 7C, the optical detector 20, and the parameter measuring device 21. A signal sampling unit 202, an optical signal sampling unit 203, a parameter signal sampling unit 204, and a model formula for predicting a plurality of control parameters and apparatus state parameters based on a plurality of plasma reflection parameters (electrical data and optical data) are stored. A model formula storage means 205 for performing calculation, a calculating means 206 for calculating a plurality of control parameters and / or device state parameters through the model formula, and a control parameter and / or device state parameter based on a calculation signal from the calculating means 206. Prediction, diagnosis, And a prediction, diagnosis and control means 207 to perform the control. The calculation means 206 is provided with a storage means 206a for storing data from each sampling means such as the optical signal sampling means 203. Each of the above parameters constitutes analysis data.
[0041]
Further, a control device 22 for controlling the plasma processing apparatus, an alarm device 23, and a display device 24 are connected to the multivariate analysis means 200, respectively. The control device 22 continues or interrupts the processing of the wafer W based on a signal from the prediction / diagnosis / control unit 207, for example. The alarm 23 and the display device 24 notify the abnormality of the control parameter and / or the device state parameter based on the signal from the prediction / diagnosis / control means 207 as described later. The parameter measuring device 21 collectively shows measurement of a plurality of control parameters such as flow rate detection.
[0042]
The calculation means 206 and the prediction / diagnosis / control means may be constituted by, for example, a microprocessor which operates based on a program from the multivariate analysis program storage means 201. The multivariate analysis program storage unit 201, the model expression storage unit 205, and the storage unit 206a may be each configured by a storage unit such as a memory, or may be configured by providing each storage region in a storage unit such as a hard disk. .
[0043]
The storage means 206a may be provided in the arithmetic means 206 as shown in FIG. 2, or may be provided separately from the arithmetic means 206 so as to be accessible from the arithmetic means 206. The storage unit 206a may function as an operation data storage unit that constitutes a unit that stores operation data such as plasma reflection parameters, control parameters, and apparatus state parameters from the respective sampling units. When predicting the processing result data, the storage unit 206a may function as a processing result data storage unit that configures a unit that stores the processing result data such as the wafer scraping amount.
[0044]
In the present embodiment, as the multivariate analysis, for example, JOURNAL OF OF CHEMOMETRICS, VOL. 2 (PP211-228) (1998), a partial least squares method (hereinafter, referred to as a PLS (Partial Least Squares) method) can be used. In the PLS method, a plurality of plasma reflection parameters are used as explanatory variables, and a target variable is a plurality of control parameters and apparatus state parameters. Equation) is used as a method for creating the equation. In the following model formula (1), X means a matrix of explanatory variables, and Y means a matrix of explanatory variables. B is a regression matrix including coefficients (weights) of explanatory variables, and E is a residual matrix.
Y = BX + E (1)
[0045]
In the PLS method, even if there are many explanatory variables and explained variables in each of the matrices X and Y, the relational expression between X and Y can be obtained if there are a small number of actual measured values. In addition, it is a feature of the PLS method that even a relational expression obtained with a small number of measured values has high stability and reliability.
[0046]
In the present embodiment, the program for the PLS method is stored in the multivariate analysis program storage means 201, and the calculation means 206 processes data as explanatory variables and objective variables in accordance with the procedure of the program. Then, the result is stored in the model formula storage means 205. Therefore, in the present embodiment, if the above equation (1) is obtained, the objective variable can be predicted by applying the data as the explanatory variable to the matrix X. Moreover, the predicted value becomes highly reliable.
[0047]
For example, XTThe i-th principal component corresponding to the i-th eigenvalue for the Y matrix is tiIs represented by The matrix X is the score t of the i-th principal component.iAnd the vector pi, the following equation (2) is used, and the matrix Y is the score t of the i-th principal component.iAnd the vector ciIs expressed by the following equation (3). In the following equations (2) and (3), Xi + 1, Yi + 1Is a residual matrix of X and Y, and XTIs the transpose of matrix X. In the following, the index T means transposed matrix.
X = t1p1+ T2p2+ T3p3+ ・ ・ + Tipi+ Xi + 1... ▲ 2 ▼
Y = t1c1+ T2c2+ T3c3+ ・ ・ + Tici+ Yi + 1・ ・ ・ ▲ 3 ▼
[0048]
Thus, the PLS method used in the first embodiment is a method of calculating a plurality of eigenvalues and respective eigenvectors when the above equations (2) and (3) are correlated with a small amount of calculation.
[0049]
The PLS method is performed according to the following procedure. First, in the first stage, the operations of centering and scaling of the matrices X and Y are performed. Then, i = 1 is set, and X1= X, Y1= Y. U1Matrix Y1Is set in the first column. The centering is an operation of subtracting the average value of each row from the individual value of each row, and the scaling is an operation (processing) of dividing the individual value of each row by the standard deviation of each row.
[0050]
In the second stage, wi= Xi Tui/ (Ui Tui), Then wiIs normalized, ti= XiwiAsk for. The same processing is performed for matrix Y to obtain ci= Yi Tti/ (Ti Tti), Then ciNormalize the determinant ofi= Yici/ (Ci Tci).
[0051]
In the third stage, X loading (load amount) pi= Xi Tti/ (Ti Tti), Y load qi= Yi Tui/ (Ui Tui). Then, u is returned to ti= Ui Tti/ (Ti Tti). Then, the residual matrix Xi= Xi-Tipi T, Residual matrix Yi= Yi-Bitici TAsk for. Then, i is incremented to set i = i + 1, and the processing from the second stage is repeated. These series of processes are performed until a predetermined stop condition is satisfied according to the program of the PLS method, or the residual matrix Xi + 1Is repeated until converges to zero, and the maximum eigenvalue of the residual matrix and its eigenvector are obtained.
[0052]
The PLS method uses the residual matrix Xi + 1Quickly converges to the stop condition or zero, and the residual matrix converges to the stop condition or zero only by repeating about 10 calculations. Generally, the residual matrix converges to a stop condition or zero by repeating the calculation four to five times. X is calculated using the maximum eigenvalue and its eigenvector obtained by this calculation process.TThe first principal component of the Y matrix is obtained, and the maximum correlation between the X matrix and the Y matrix can be known.
[0053]
In this embodiment, in order to specifically determine the model formula (1) by the PLS method, a predetermined number (for example, 18) of wafers are subjected to plasma processing (for example, etching processing) as a training set in advance, and a plurality of explanatory variables (for example, The plasma-reflecting parameters consisting of the above-mentioned electrical data and optical data) and target variables (the above-described control parameters such as the high-frequency power P and the gas flow rate, and the device state parameters such as the capacitances of the variable capacitors C1 and C2) are measured. Using these average values, a model formula (1), which is a relational expression between the explanatory variable and the objective variable, is obtained by the PLS method.
[0054]
When the processing of the wafer W is performed by the plasma processing apparatus 100, the high frequency voltage V and the high frequency current I of the fundamental wave and the harmonic based on the plasma are measured by the electric measuring device 7C, and the specific wavelength of the plasma is measured by the optical detector 20. The emission intensity of each wavelength in the range is measured, the average value thereof is obtained and substituted into the model formula, so that the predicted values of a plurality of control parameters and apparatus state parameters for each wafer W can be calculated. This makes it possible to constantly monitor the state of the plasma processing apparatus 100. If any of the control parameters and the apparatus state parameters is abnormal, an alarm is issued from the alarm device 23 to notify the abnormality. It is possible to control the plasma processing apparatus 100 to always operate in a normal state.
[0055]
Here, a method for obtaining accurate optical data in order to perform the above monitoring and control accurately will be described. FIG. 3 is a diagram in which a deuterium lamp is used as the light source 30 and the light emission intensity at each wavelength is measured by the optical detector 20 through the detection windows 28 and 32 in a clean state. FIG. FIG. 4 is a diagram in which the light emission intensity at each wavelength is measured by the optical detector 20 through the windows 28 and 32 and normalized by each light emission intensity detected through the clean window. The measurement is performed every 1 nm.
[0056]
The horizontal axis in FIG. 3 represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the emission intensity. As shown in FIG. 3, the emission intensity of the deuterium lamp through the clean detection windows 28 and 32 fluctuates in a range of about 230 to 450 nm. On the other hand, after operating for about 80 hours, the emission intensities of the respective wavelengths are measured in the same manner through the detection windows 28 and 32 that are considered to be in a considerably dirty state due to the adhesion of the foreign matter, and the detection window in a clean state is obtained. Assuming that the emission intensity at each wavelength at 28 and 32 is 100%, and expressed as a relative emission intensity with respect to that, as shown in FIG. 4, the attenuation is large on the low wavelength side and a gentle upward curve is drawn. The relative emission intensity is, for example, 50% at 226 nm, 67% at 260 nm, and 96% at 400 nm.
[0057]
As can be seen from FIGS. 3 and 4, the emission intensity at each wavelength detected by the optical detector 20 varies when the detection windows 28 and 23 are clean. In the range from to 400 nm, the attenuation is larger on the lower wavelength side, and the following procedure is taken to apply accurate optical data to the above model formula.
[0058]
As shown in FIG. 5, first, in step 501, the light source 30 emits light through the clean detection windows 28 and 32 immediately after cleaning or the like, and in step 502, the light emission intensity at each wavelength is measured by the optical detector 20. This measured value is called “initial value”. Next, in step 503, the initial value is stored in the storage means 206a of the arithmetic means 206. Subsequently, in step 504, the first plasma processing (for example, etching processing) is performed on the first wafer W by the plasma processing apparatus 100. The optical data serving as the initial value is used as a reference when correcting the optical data thereafter.
[0059]
In the second plasma processing by the plasma processing apparatus 100, the light source 30 is caused to emit light without generating plasma immediately before performing the plasma processing on each wafer W (step 505), and the light emission intensity at each wavelength is measured by an optical detector. Measure at 20. The measured value at this time is referred to as “pre-processed measured value”. Next, in step 506, the calculating means 206 compares the measured value before processing with the initial value for each wavelength to obtain a relative emission intensity which is a ratio (variation amount) of the measured value before processing to the initial value. It is stored in the storage means 206a.
[0060]
Next, in step 507, it is determined whether or not the relative light emission intensity is equal to or less than a predetermined fixed amount (hereinafter, referred to as “reference value”). If it is determined in step 507 that the relative light emission intensity is not lower than the reference value, the plasma processing is actually performed on the wafer W in step 508. At the time of such actual plasma processing, the light source 30 is turned off to emit no light, and only the light emission intensity emitted from the plasma is measured by the optical detector 20 in step 509. In this case, the optical detector 20 measures the emission intensity at a predetermined wavelength (for example, 200 to 950 nm).
[0061]
Subsequently, at step 510, the measured value from the optical detector 20 is divided by the value of the 発 光 power of the relative emission intensity for each wavelength calculated above to make correction for each wavelength, and the corrected value is obtained. (Correction value) is used as optical data. The reason for dividing by the value of the 強度 power of the relative emission intensity is that the emission intensity is attenuated twice by passing through the two detection windows 28 and 32 in the correction, whereas the actual plasma processing is performed. In this case, the light emission intensity is attenuated by only one detection window 28, so that the correction is made in consideration of this.
Then, in step 511, the correction value of the optical data is substituted into a model expression as a plasma reflection parameter together with other electrical data and the like, and a multivariate analysis for predicting the above-mentioned control parameters, apparatus state parameters, and the like is performed, and the plasma processing is performed. It monitors and controls the device 100. Thereafter, the process returns to step 505 to continue the processing.
[0062]
If the relative emission intensity, which is the ratio of the measured value before the processing to the initial value, falls below the reference value, the detection windows 28 and 32 determine that the correction cannot correct the multivariate analysis, and the alarm is turned off. It is preferable that an alarm be issued from 23 (step 512) to notify that it is time for maintenance. If an alarm is issued, the process is immediately stopped, and appropriate measures such as cleaning are performed (step 513). This can prevent the yield from lowering. As shown in FIG. 4, it is known that the reference value is determined so that the attenuation is large on the low wavelength side.
[0063]
Further, in the present embodiment, a case has been described in which the PLS method, which is one of the multivariate analyses, is used to create a model formula to monitor and control the plasma processing apparatus 100. The method is also useful for monitoring a plasma processing apparatus using principal component analysis, which is another type of multivariate analysis.
[0064]
Principal component analysis conceptually summarizes the parameters of the plasma processing apparatus by compiling them into a small number of parameters such as principal components and residuals, and monitoring the fluctuations of those parameters with respect to predetermined values. It is assumed that. As described above, when there are a large number of plasma reflection parameters, control parameters, apparatus state parameters, and the like as parameters indicating the state of the plasma processing apparatus, the parameters are collected into a small number, so that the situation can be easily grasped. The details of the principal component analysis are described in, for example, Japanese Patent Application No. 2000-201729.
[0065]
In the above case, a method of multiplying a parameter indicating a state of each plasma processing apparatus by a weighting coefficient (loading vector) to obtain a main component is used. When, for example, the first principal component is obtained by performing principal component analysis on the parameter values indicating the state of the plasma processing apparatus in a normal state or in a normal state and an abnormal state, the weight coefficient of the optical data is determined by the processing used. It changes depending on the type of gas and the cause of the abnormality. A reference value is determined for the relative emission intensity at the wavelength at which the value of the weighting coefficient (the component of the loading vector of the first principal component) is the largest, and an alarm is issued when the value falls below the reference value, so that the influence on the principal component analysis is minimized. It may be possible to accurately monitor and control the plasma processing apparatus by taking into account that the optical data having a large value does not fluctuate beyond a certain level.
In addition to the weighting factors of the principal components, the relative emission intensity at the wavelength where the value of the component of the residual vector in which the higher-order principal components having a low contribution rate are combined into one, or simply at the wavelength where the value variation is the largest. The reference value may be determined for.
[0066]
As described above, according to the present embodiment, by operating the plasma processing apparatus for a certain period of time or more, the detection accuracy of the optical data decreases due to the contamination of the detection window or the optical detector. Even if the optical data fluctuates due to the change, it can be corrected so that the detection accuracy of the optical data before processing each wafer is the same as that in the initial state such as after maintenance where the detection accuracy was good. The plasma processing apparatus can be operated in a normal state, and a decrease in yield can be prevented.
[0067]
In particular, by performing multivariate analysis using analysis data including optical data, control of the state of the plasma in the above apparatus, the state of the apparatus such as a high-frequency voltage applied to the above apparatus, the flow rate of the processing gas, and the like. When predicting various data such as processing results such as the state and the amount of wafer scraping, it is possible to prevent a decrease in the prediction accuracy even if the detection accuracy of optical data is reduced by operating the plasma processing apparatus for a certain period of time or more. Therefore, high prediction accuracy can be always maintained, and the plasma processing apparatus can be monitored more accurately.
[0068]
For example, a multivariate analysis method is performed using data for analysis including optical data, confirming that the plasma processing apparatus has stabilized after the plasma processing apparatus has started operating, and that the plasma processing apparatus has deviated from a stable state during operation. Corrects optical data fluctuations due to changes over time in the plasma processing equipment when performing confirmation of processing, prediction of control parameters and apparatus state parameters, uniformity of etching rate, process prediction of pattern dimensions, etching shape, damage, etc. Therefore, control and prediction can be performed more accurately, and the effect of applying this embodiment is great.
[0069]
Further, it is determined whether the ratio of each wafer to the reference value detected by the optical detector before the plasma processing is equal to or less than a predetermined amount (whether or not the correction width is equal to or more than a certain amount). When the judgment is made, the optical data is corrected, and when it is judged that it is less than a certain amount, a warning is issued by an alarm without making correction, so if the detected value from the light source is attenuated below a certain amount, For example, a warning that prompts maintenance is issued. Therefore, even if the light detection accuracy is reduced to the extent that normal monitoring can no longer be performed with correction, the plasma processing apparatus is always maintained in a normal state by performing maintenance. It can be operated and a decrease in yield can be prevented.
[0070]
In addition, the amount of change in optical data due to the aging of the plasma processing apparatus is detected for each wavelength of light, and the correction of optical data is corrected for each wavelength of light. Can be.
[0071]
In addition, as a criterion for determining whether or not to issue a warning such as a warning by a warning device, for example, the wavelength of the largest variation (for example, the wavelength of the largest attenuation) of the ratio of each wavelength obtained as the variation of the optical data is used. It may be based on whether the ratio is equal to or less than a predetermined fixed amount. By doing so, a warning can be issued even if all the wavelengths of the light detected from the optical detector are not attenuated, so that a warning can be issued at a more appropriate maintenance time.
[0072]
In addition, as a criterion for determining whether or not to issue the above-mentioned warning, the ratio of the wavelength that has the largest influence on the result of the multivariate analysis among the ratios of the respective wavelengths obtained as the variation is equal to or less than a predetermined amount. It may be based on whether or not. In this manner, a warning can be issued at an appropriate maintenance time that can prevent a change in the detection value of the optical detector from affecting the result of the multivariate analysis.
[0073]
As described above, the preferred embodiments of the monitoring method and the plasma processing apparatus according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person skilled in the art can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims, and those changes naturally fall within the technical scope of the present invention. It is understood to belong.
[0074]
For example, the configuration of the plasma processing apparatus is not limited to the above example, and the present invention can be applied to an apparatus that performs processing using plasma and uses optical data such as spectral analysis. .
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after the plasma processing apparatus has been operated for a long time, the correction is made to be the same as in the initial state, such as at the time of delivery or immediately after maintenance, in which the detection accuracy of optical data was good. As a result, accurate optical data can be obtained, and when maintenance is required, the fact is notified, so that the accuracy of the apparatus status and processing results can be improved, and the plasma processing apparatus can be monitored accurately. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a plasma processing apparatus 100 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a multivariate analysis unit 200 of the plasma processing apparatus 100.
FIG. 3 is a diagram showing the wavelength dependence of the emission intensity of the light source 30 in an initial state of the plasma processing apparatus 100.
FIG. 4 is a diagram showing the wavelength dependence of the emission intensity of the light source 30 through a dirty detection window.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for correcting optical data.
[Explanation of symbols]
1 Processing room
1A @ Upper room
1B lower room
1C exhaust pipe
1D valve
2 lower electrode
2A insulation
3 Support
3A refrigerant channel
3B gas flow path
4 shower head (upper electrode)
4A Gas introduction section
4B hole
6 Gate valve
7 High frequency power supply
7A matching device
7B power meter
7C @ Electric measuring instrument
8 mm electrostatic chuck
8A electrode plate
9 DC power supply
10 focus ring
11 exhaust ring
12mm ball screw mechanism
13 bellows
14 refrigerant pipe
15 Gas introduction mechanism
15A gas piping
16 bellows cover
17 piping
18 Process gas supply system
18A gas supply source
18B gas supply source
18C gas supply source
18D gas supply source
18E valve
18I Mass Flow Controller
19mm exhaust system
20 ° optical detector
21 Parameter measuring instrument
22 control device
23 alarm
24 display device
28 ° detection window
30 ° light source
32 detection window
100 plasma processing equipment
200 multivariate analysis means
201 Multivariate analysis program storage means
202 electrical signal sampling means
203 Optical signal sampling means
204 parameter signal sampling means
205 model expression storage means
206 arithmetic means
206a storage means
207 Prediction, diagnosis and control means
W wafer

Claims (11)

少なくとも処理室内の光を検出する光学検出器を含む複数の検出器を用いて被処理体毎に検出された前記各検出器の検出値を解析用データとして利用して多変量解析を行い,その結果に基づいてプラズマ処理に関する情報を監視するプラズマ処理装置の監視方法であって,
前記光学検出器における前記プラズマ処理装置の検出値の変動を検出する変動量検出段階と,
前記変動量に基づいて前記検出値を補正して前記解析用データとする補正段階と,
を有することを特徴とするプラズマ処理装置の監視方法。
A multivariate analysis is performed by using, as analysis data, a detection value of each of the detectors detected for each object to be processed using a plurality of detectors including an optical detector for detecting light in the processing chamber. A monitoring method of a plasma processing apparatus for monitoring information on a plasma processing based on a result,
A fluctuation amount detecting step of detecting a fluctuation of a detection value of the plasma processing apparatus in the optical detector;
A correction step of correcting the detection value based on the variation amount to obtain the analysis data;
A method for monitoring a plasma processing apparatus, comprising:
前記変動検出段階は,前記プラズマ処理装置が初期状態にあるときに,変動検出用として設けた光源から前記処理室内へ光を照射して,この光源からの光の光強度を検出し,その検出値を基準値として記憶する段階と,前記各被処理体をプラズマ処理する前に,前記光源からの光の光強度を検出し,その検出値の前記基準値に対する割合を前記変動量として求めて記憶する段階とを有し,
前記補正段階は,各被処理体のプラズマ処理時に前記処理室内の光を前記検出器で検出し,その検出値から前記変動量として求めた割合の1/2乗の値を除することによりその検出値を補正して前記解析用データとすること,
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置の監視方法。
In the fluctuation detecting step, when the plasma processing apparatus is in an initial state, light is emitted from the light source provided for fluctuation detection into the processing chamber, and the light intensity of the light from the light source is detected. Storing a value as a reference value, and detecting the light intensity of the light from the light source before performing plasma processing on each of the objects to be processed, and calculating a ratio of the detected value to the reference value as the variation. Remembering,
In the correcting step, the light in the processing chamber is detected by the detector at the time of plasma processing of each object to be processed, and a value of a 1/2 power of a ratio obtained as the fluctuation amount is divided from the detected value. Correcting the detection value to obtain the analysis data,
The method for monitoring a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein:
前記変動量として求めた割合が予め定めた一定量以下であるか否か判断し,一定量以下でないと判断したときに前記補正段階の処理を行い,一定量以下であると判断したときには前記補正段階の処理を行わずに警報器により警告を発することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のプラズマ処理装置の監視方法。It is determined whether or not the ratio obtained as the fluctuation amount is equal to or less than a predetermined amount. When it is determined that the ratio is not equal to or less than the predetermined amount, the processing in the correction step is performed. The monitoring method for a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a warning is issued by an alarm device without performing the step processing. 前記変動量は光の各波長ごとに検出し,前記補正は光の波長ごとに補正することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のプラズマ処理装置の監視方法。4. The method according to claim 1, wherein the amount of change is detected for each wavelength of light, and the correction is performed for each wavelength of light. 前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も変動が大きい波長の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを判断することを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置の監視方法。5. The monitoring of the plasma processing apparatus according to claim 4, wherein it is determined whether or not the ratio of the wavelength having the largest variation among the ratios of the wavelengths obtained as the variation is equal to or less than a predetermined amount. Method. 前記変動量として求めた各波長の割合のうち最も多変量解析の結果への影響が大きい波長の割合が予め定めた一定量以下であるか否かを判断することを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置の監視方法。5. The method according to claim 4, wherein, among the ratios of the respective wavelengths obtained as the fluctuation amounts, a ratio of wavelengths having the greatest influence on the result of the multivariate analysis is determined to be equal to or less than a predetermined amount. The monitoring method of the plasma processing apparatus described in the above. 前記解析データを用いて多変量解析として主成分分析を行い,前記プラズマ処理装置の運転情報を監視することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のプラズマ処理装置の監視方法。The method according to any one of claims 1 to 4, wherein principal component analysis is performed as multivariate analysis using the analysis data, and operation information of the plasma processing apparatus is monitored. . 前記解析データを用いて多変量解析として部分最小二乗法を行い,前記プラズマ処理装置の装置状態又は被処理体の処理結果を予測し,予測値に基づいて前記プラズマ処理装置を監視することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のプラズマ処理装置の監視方法。A partial least squares method is performed as a multivariate analysis using the analysis data, an apparatus state of the plasma processing apparatus or a processing result of an object to be processed is predicted, and the plasma processing apparatus is monitored based on the predicted value. The method for monitoring a plasma processing apparatus according to claim 1. 高周波電力を印加してプラズマを発生させて処理室内の被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって,
前記処理室の壁部に設けた前記検出窓を介して前記処理室内の光を検出する光学検出器と,
前記処理室の壁部に前記検出窓と対向する位置に設けた光源窓を介して変動検出用の光を前記処理室内へ照射する光源と,
前記プラズマ処理装置が初期状態にあるときの前記光源からの光を前記光学検出器で検出し,その検出値を基準値として記憶する基準値検出手段と,
各被処理体のプラズマ処理前に前記光源からの光を前記光学検出器で検出し,その検出値の前記基準値に対する割合を求めて記憶する割合算出手段と,
各被処理体のプラズマ処理時に前記処理室内の光を前記光学検出器で検出し,その検出値から前記割合の1/2乗の値を除することにより補正し,その補正値を光学的データとする補正手段と,
少なくとも前記光学的データを用いて多変量解析を行い,その結果に基づいてプラズマ処理に関する情報の監視を行う監視手段と,
を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus for generating plasma by applying high-frequency power to perform plasma processing on an object to be processed in a processing chamber,
An optical detector that detects light in the processing chamber through the detection window provided in a wall of the processing chamber;
A light source for irradiating the processing chamber with light for fluctuation detection through a light source window provided on a wall of the processing chamber at a position facing the detection window;
Reference value detection means for detecting light from the light source when the plasma processing apparatus is in an initial state with the optical detector and storing the detected value as a reference value;
Ratio calculating means for detecting light from the light source by the optical detector before the plasma processing of each object to be processed, and calculating and storing a ratio of the detected value to the reference value;
At the time of plasma processing of each object to be processed, light in the processing chamber is detected by the optical detector, and corrected by dividing a value of a 1/2 power of the ratio from the detected value. Correction means,
Monitoring means for performing multivariate analysis using at least the optical data and monitoring information relating to plasma processing based on the result;
A plasma processing apparatus comprising:
前記光源は,複数の波長を発し,
前記基準値検出手段は,前記光源からの光の各波長ごとの光強度を検出し,その検出値を基準値として記憶し,
前記割合算出手段は,各被処理体のプラズマ処理前に光の各波長ごとに光強度を検出し,その検出値の前記基準値に対する割合を記憶し,
前記補正手段は,各被処理体のプラズマ処理時に光の各波長ごとの光強度の検出値を補正して光学的データとすることを特徴とする請求項9に記載のプラズマ処理装置。
The light source emits a plurality of wavelengths;
The reference value detection means detects light intensity of each wavelength of light from the light source, stores the detected value as a reference value,
The ratio calculating means detects light intensity for each wavelength of light before plasma processing of each object to be processed, and stores a ratio of the detected value to the reference value,
10. The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the correction unit corrects the detected value of the light intensity for each wavelength of the light at the time of the plasma processing of each object to be processed into optical data.
前記割合算出手段で算出した割合が予め定めた一定量以下であるか判断し,一定量以下でないと判断したときには前記補正手段による検出値の補正を行い,一定量以下であると判断したときには警報器により警告を発することを特徴とする請求項9又は請求項10に記載のプラズマ処理装置。It is determined whether or not the ratio calculated by the ratio calculating means is equal to or less than a predetermined amount. If it is determined that the ratio is not equal to or less than the predetermined amount, the detection value is corrected by the correcting means. 11. The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein a warning is issued by a vessel.
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