CN113272939A - 等离子体处理装置以及等离子体处理装置的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供等离子体处理装置以及等离子体处理装置的工作方法。为了高精度地检测对样品台或者其内部的电极供给的高频电力的波形并使成品率和工作的效率提高，等离子体处理装置使用在配置于真空容器内部的处理室内形成的等离子体对配置于该处理室内的样品台的上表面载置的处理对象的晶圆进行处理，该等离子体处理装置具备：高频电源，在所述晶圆的处理中形成对所述等离子体或者晶圆以规定的周期脉冲状地供给的高频电力；判断器，根据以比所述周期长的间隔检测到的所述高频电力的电压或者电流的值来计算该电压或者电流的波形，判断该波形是否处于预先规定的允许范围内；和通知器，对使用者通知该判断器的判断结果以及该波形的形状。

Description

等离子体处理装置以及等离子体处理装置的工作方法

技术领域

本发明与使用在真空容器内部的处理室内形成的等离子体来对在该处理室内配置的晶圆进行处理的等离子体处理装置以及等离子体处理装置的工作方法有关，涉及以规定时间的间隔对大小的振幅进行反复来对载有晶圆的样品台内部的电极供给高频电力，同时对晶圆进行处理的等离子体处理装置以及等离子体处理方法。

背景技术

在将半导体晶圆设为对象的等离子体处理装置中，经由上述处理室内的样品台或者其内部的电极来检测高频电力的值，判断使用了处理室内的等离子体的处理的状态有无异常，作为这样的技术的例子，已知有日本特开2017-162713号公报(专利文献1)中记载的内容。在该专利文献1中，具备：高频电源，在每个规定的期间与构成样品台的电极连接；放电传感器，经由样品台或者其内部的电极，将通过从高频电源供给的高频电力而形成于处理室内的等离子体的放电的状态作为电位来检测；和信号解析部，对来自放电传感器的信号进行解析来检测异常。

特别是，在本专利文献1中公开了以下内容：信号解析部对作为处理中的采样期间当中的第N期间内来自经由电极检测到高频电力的电位的放电传感器的信号的绝对值的平均值的第N平均值、和第N期间以前的最近的第N-n采样期间的信号的绝对值的第N-n平均值进行比较来求得增减速率，在该增减速率超过了规定比例的情况下判断为引起了异常。

进而，在日本特开2016-051542号公报(专利文献2)中公开了一种以脉冲状的波形输出高频电力的高频电源，其具备对高频电力的输出进行调节的RF电力控制部、和将从RF电力控制部脉冲输出的信号进行放大并输出的DC-RF变换部，且具备由配置于RF电力控制部的脉冲波形控制部进行脉冲输出的控制的结构。特别地，公开了以下的技术：利用脉冲波形控制部，在输出电力与目标输出电力的差分为基准值以上的情况下，进行以规定的时间间距增大上升沿和下降沿的各时间的处理，在差分成为基准值以下的时间点停止该处理。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-162713号公报

专利文献2：日本特开2016-051542号公报

发明内容

发明要解决的课题

上述现有技术中，由于对以下的点考虑不充分因而产生了问题。

即，上述现有技术中进行以下的动作：探测在电源中输出的信号，对该信号和基准值进行比较来进行是否正确的判断，或者在特定的多个期间的每一个期间中以规定的时间间隔对施加于处理室内的样品台或者其内部的电极的来自高频电源的电力进行多次采样，判断这样的进行了多次采样的信号的减少速率是否正常。然而，上述那样的现有技术中，关于从电源输出时的高频电力的波形是否遵循预定的基准或者目标的形状这一点是不明确的，关于对其进行检测而进行判断这一点没有任何考虑。

因此，上述现有技术中，即使针对高频电力的波形实现了所期望的调节，其结果所得到的波形是否接近所期望的波形也是不明确的，因此产生了以下的问题：不能以高精度来实现在供给高频电力的同时所进行的、作为处理对象的样品的晶圆上表面的处理对象膜的蚀刻等处理之后的形状的调节，处理的成品率会受损。

作为解决上述问题的手段，考虑在每个规定的期间确认从高频电源输出的电力。例如，专利文献2中，如果定期地进行用于确认脉冲控制设备是否正常地动作的维护作业，则电源停止的时间就会增大，会降低效率。进而，专利文献1中，如果以规定的采样间隔检测晶圆的处理中的来自高频电源的输出，并想要确认在基于基准或者目标的形状的允许范围内存在波形，则在从高频电源以规定的时间的间隔对大小的振幅进行反复而供给电力的情况下，为了对按每个时间间隔增减的波形根据以比该间隔相应短的采样间隔探测到的信号来高精度地进行检测，并短时间地判断其有无异常，所需要的传感器、判断器的功能就会变高，成本就会增大。

本发明的目的在于提供一种高精度地检测对样品台或者其内部的电极供给的高频电力的波形，使成品率和工作的效率提高的等离子体处理装置或者等离子体处理装置的工作方法。

用于解决课题的手段

上述目的通过以下的等离子体处理装置及其工作方法实现，该等离子体处理装置使用在配置于真空容器内部的处理室内形成的等离子体对在配置于该处理室内的样品台的上表面载置的处理对象的晶圆进行处理，该等离子体处理装置具备：高频电源，在所述晶圆的处理中形成对所述等离子体或者晶圆以规定的周期脉冲状地供给的高频电力；判断器，根据以比所述周期长的间隔检测到的所述高频电力的电压或者电流的值计算该电压或者电流的波形，判断该波形是否处于预先规定的允许范围内；和通知器，对使用者通知该判断器的判断结果以及该波形的形状。

发明效果

根据本发明，能够提供一种等离子体处理装置或者等离子体处理装置的工作方法，通过进行等离子体处理装置所具备的脉冲控制设备的波形监视，来保障脉冲控制设备的动作，避免维护作业，基于此来提高工作的效率。

附图说明

图1为示意性表示本发明的实施例所涉及的等离子体处理装置的结构的概略的纵剖视图。

图2为示意性表示图1所示的实施例所涉及的等离子体处理装置的控制微型计算机的结构的概略的图。

图3为表示图1所示的实施例的控制微型计算机以及输入输出基板的结构的概略的模块图。

图4为示意性地表示在图1所示的实施例所涉及的等离子体处理装置中以规定的采样间隔检测到的偏置电位形成用的高频电力的例子的图表。

图5为示意性地表示使用对来自图4所示的实施例所涉及的等离子体处理装置的高频偏置电源的输出进行采样所得到的值而形成的假设波形和目标波形的例子的图表。

图6为示意性地表示使用对来自图4所示的实施例所涉及的等离子体处理装置的高频偏置电源的输出进行采样所得到的值而形成的假设波形和目标波形的例子的图表。

图7为示意性地表示使用对来自图4所示的实施例所涉及的等离子体处理装置的高频偏置电源的输出进行采样所得到的值而形成的假设波形和目标波形的例子的图表。

图8为示意性地表示使用对来自图4所示的实施例所涉及的等离子体处理装置的高频偏置电源的输出进行采样所得到的值而形成的假设波形和目标波形的例子的图表。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

实施例

使用图1至图5对本发明的实施例进行说明。图1为示意性地表示本发明的实施例所涉及的等离子体处理装置的结构的概略的纵剖视图。

本实施例的等离子体处理装置100具备真空容器部、等离子体形成部和排气部，其中，真空容器部具备：真空容器；处理室，是配置于真空容器内部且内侧被排气而减压的空间，在其上部形成等离子体；以及样品台，在处理室内配置于形成等离子体的区域的下方，载置并保持作为处理对象的基板状的样品的半导体晶圆，等离子体形成部在真空容器的上部的上方或者包围真空容器而配置，且形成并供给用于在处理室内形成等离子体的电场或者磁场，排气部与真空容器的下方连结，在处理室内配置于样品台的下方，且包含与排出内部的气体、等离子体的排气口连通配置的涡轮分子泵等排气泵。等离子体处理装置100成为使用形成于处理室内的等离子体对配置于该处理室内的样品的表面的膜进行蚀刻处理的蚀刻处理装置。

本图中，等离子体处理装置100具备在内部具备处理室的作为真空容器的反应容器101。在反应容器101的上部的构成圆筒形状部分的侧壁部的上端上方，载置构成反应容器101且覆盖处理室的顶面的石英等电介质制的圆板状的盖构件，从而构成反应容器101的顶板部。盖构件通过与反应容器101的圆筒形的侧壁部上端之间夹着O型环等密封构件地载置保持于其上，从而将反应容器101外部的空间与内部的处理室之间气密地划分。

在反应容器101的内部，配置作为包含在内侧形成等离子体111的圆筒形状的部分的空间的处理室，在处理室的下部具备具有圆筒形状的样品台104，该样品台104在其上表面上方载置保持半导体晶圆等基板状的样品105。在样品台104的内部配置具有圆板或者圆筒形状部分的由金属等具有导电性的材料构成的电极，经由匹配器115通过同轴线缆等布线、线缆而与高频偏置电源107电连接。在样品105载置于样品台104上进行处理的期间，从高频偏置电源107对电极供给高频电力，在样品105的上表面上方，与形成于处理室内的等离子体111之间，形成偏置电位，该偏置电位形成与该等离子体111的电位相应的电位差。

在反应容器101上部的盖构件上方配置有构成等离子体形成部且具有圆筒形状部分的波导管110，该圆筒形状部分是用于提供对反应容器101的处理室内供给的等离子体发生用的微波的电场的管路，且在盖构件的中心部分的上方在上下方向上延伸。波导管110具备截面具有矩形或者方形的方形部分，该方形部分是轴在水平方向上延伸的部分，其中，该轴将在上下方向上延伸的截面为圆形的圆筒部分的上端部和其一端部连接且通过中心部，在方形部分的另一端部分配置有振荡并形成微波的电场的磁控管等振荡器103。此外，在反应容器101的具有圆筒形状的侧壁部的外周以及盖构件的上方的波导管110的周围配置电磁铁线圈102而构成等离子体形成部，该电磁铁线圈102包围上述外周以及周围而配置且产生为了在反应容器101中形成等离子体111而供给的磁场。需要说明的是，虽然未图示，但在波导管110的下端部与盖构件上表面之间具备具有圆筒形的空洞部，该空洞部具有与盖构件相同的直径或者具有近似于视作相同的程度的直径且直径比波导管110直径大，使通过波导管110而传播的微波的电场在内侧扩散而形成具有规定的模式的电场，该电场通过电介质制的盖构件后从上方供给到处理室内。

在反应容器101的侧面部连接用于供给工艺气体的管路106，该工艺气体通过其原子或者分子被激发而进行电离或者离解，从而形成等离子体111。连接了管路106的反应容器101的上部的贯通孔与配置于未图示的盖构件的下方且构成处理室的顶板面的具有圆板形状的簇射板和盖构件之间的间隙连通，在管路106内通流的工艺气体从与反应容器101连接的连接部导入到簇射板与盖构件的间隙，在间隙内部进行了扩散之后通过配置于簇射板的中央部分的贯通孔而从上方导入到处理室的内部。

在反应容器101的底部的样品台104的下方配置将处理室内部与外部之间连通的开口，处理室和排气部夹着该开口而连结。具有圆形的该开口为处理室内的气体、等离子体、处理中生成的生成物的粒子通过该开口而排出的部位，且构成与排气部的涡轮分子泵114的入口连通的排气口。进而，处理室在其内部在样品台104下表面与开口之间具有空间，在该空间中配置有可从将开口闭塞的位置起在上方进行上下移动的具有圆形的排气调节阀112。排气调节阀112在其圆形部的外周缘部具备沿着圆的面方向向外侧延伸的2个梁状的凸缘部，凸缘部的下表面与安装于反应容器101底面的致动器的前端部连接，通过该致动器的动作，排气调节阀112构成在样品台104下方的处理室内使与排气口之间的距离增减而使来自处理室内的排气的流路面积增减的阀。

需要说明的是，处理室内的压力根据如下这样各个量之间的平衡而调节：通过管路106且由配置于该管路106上的未图示的流量调节器(Mass Flow Controller，MFC)调节了流量或者速度的工艺气体向处理室内的供给、和包含涡轮分子泵114以及排气调节阀114在内的排气部的动作所引起的来自排气口的排气的各个量的平衡。

进而，本实施例的高频偏置电源107在样品105的处理中将高频电力输出到样品台104内部的金属制的圆形的薄膜状或者圆筒形的块。该高频电力的电压或者电流将其振幅、其大小对应于时刻的推移而使期间、或者使频率等参数进行变化地输出。这样的动作的参数经由有线或者无线的通信路径而将高频电源107和输入输出基板109以能通信的方式连接，表示动作参数的信号从输入输出基板109发送到高频偏置电源107，或者反过来从高频偏置电源107输出而发送到具备接收表示与该动作参数对应的动作的状态的信号的电路的输入输出基板109。

对输入输出基板109指定动作参数的指令信号从经由有线或者无线的通信路径与输入输出基板109以能通信的方式连接的控制微型计算机108发送。或者，将从高频电源107发送到输入输出基板109并表示动作的状态的信号从输入输出基板109发送到控制微型计算机108。本实施例的这些高频电源107、控制微型计算机108、输入输出基板109经由信号的收发用的线缆以能通信的方式连接，但也可进行基于无线的收发。

控制微型计算机108内的运算器接收控制微型计算机108内的未图示的RAM、ROM或者硬盘等存储装置中保存的处理的条件、配方等数据、从装置的使用者给予的信息，基于在存储装置内保存的软件的算法而计算出表示动作参数的指令信号，该指令信号通过控制微型计算机108内部的接口部被发送到输入输出基板109。在输入输出基板109中，形成基于该指令信号的表示动作参数的信号，并在进行了其校正处理之后，从输入输出基板109对高频偏置电源107发送信号，高频偏置电源107的动作被调节为与信号相应的动作。反过来，在高频偏置电源107的动作中，表示其输出的动作参数的信号被发送到输入输出基板109，在进行了校正处理之后，发送到控制微型计算机108并通过接口部被接收。

本实施例的高频偏置电源107具备按每预先规定的采样间隔对供给到样品台104的高频偏置电力的输出的大小、其变化等的动作的状态进行检测的检测器。作为动作参数而输出的该检测器的输出被发送到输入输出基板109而保存于其内部的存储装置内，在进行了校正处理之后，将信号从输入输出基板109发送到控制微型计算机108。高频偏置电源107至少在样品105的处理中，持续地将检测到高频电力的输出的检测器的输出发送到输入输出基板109，在输入输出基板109中，可以按每规定的周期从该发送出的信号中检测上述动作的参数，将在输入输出基板109中进行了对来自高频偏置电源107的信号进行校正的处理而得到的结果发送到控制微型计算机108，在控制微型计算机108中，可以按每规定的周期从该发送出的信号中检测上述动作的参数。

控制微型计算机108的运算器从接收到的信号中，基于存储装置内的软件的算法来检测高频偏置电源107的输出的大小的值，使用预先规定的值或者从使用者给予的基准来实施后述的判断有无异常的处理。

需要说明的是，虽然未图示，但控制微型计算机108具备以下功能：与构成包含电磁铁线圈102、振荡器103、样品台104在内的等离子体处理装置100的各部分以及这些部分所具备的探测各部分的每个部分的动作的状态的传感器之间，通过有线或者无线以能收发信号的方式连接，基于接收到的来自这些各部分的表示其动作状态的信号，与高频偏置电源107同样地计算指令信号，发送到上述各部分而调节动作。

接下来，使用图2对该图1的控制微型计算机108的结构进行说明。图2为示意性地表示图1中所示的实施例所涉及的等离子体处理装置的控制微型计算机的结构的概略的图。

本实施例的控制微型计算机108具有：运算部201，根据在样品105的处理中接收到的信号来检测等离子体处理装置100的动作的状态，并且计算对与该状态相应的动作进行指令的信号；以及存储部202，保存并存储接收到的信号或者表示根据该信号检测到的动作的状态的信息。进而，控制微型计算机108具有未图示的接口部，该接口部经由作为网络208而示意性地表示的通信用的设备，与作为包含对建筑的制造的动作进行调节的计算机在内的控制装置的主机209以能通信的方式连接，上述建筑为设置有等离子体处理装置100的无尘室等对半导体设备进行量产、制造的建筑。作为建筑内的半导体设备制造用的装置之一的等离子体处理装置108或者其控制用微型计算机108能够经由网络208从主机209接收包含与需要相应的样品105的处理的指令、处理样品105时的处理的条件、多个样品105的处理的顺序等配方在内的信息205。

本实施例的运算部201为由包含由基于MPU等半导体的运算用的电路构成的运算器在内的至少一个电路或者元件构成的部分。运算部201具有：处理室控制部203，其在内部包含运算器，该运算器基于由主机209发送的对动作进行指令的信号，来计算对于等离子体处理装置100的各部分调节其动作的指令的信号；状态监视部204，其具有运算器，该运算器根据从成为调节的对象的各设备中所具备的传感器输出的信号，来检测其动作的状态，并判断该状态是否处于包含基准的值的允许范围内。需要说明的是，处理室控制部203和状态监视部204也可以配置于各自不同的电路或者相同的电路或者相同的设备的内部，并构成为能通过布线、线缆进行通信，也可以至少一部分共享相同的电路或者元件、设备(例如运算器等)。

此外，存储部202构成为具有与具备至少一个RAM或者ROM等半导体设备、硬盘驱动器、CD-ROM、DVD-ROM驱动器等能装卸的介质的存储装置收发信号的布线。能够将通过控制微型计算机108所具备的接口部接收到的信号、或者表示由运算部计算、检测到的指令信号、数据的信号等多个种类的信息、数据分别保存于上述的存储装置内。在本实施例中，作为保存在存储装置内的信息，存储部202预先保存如下软件，该软件用于运算部201根据从成为调节的对象的等离子体处理装置100的各设备所具备的传感器输出的信号，来检测其动作的状态，进而进行运算，来对各部分计算调节其动作的指令的信号，并且，作为在运算处理中必须的信息，存储部202具有对应于来自运算部201的指令而取得的配方信息205、参数信息206、处理室状态信息207。

配方信息205为包含进行样品105的处理的条件的信息，且在处理开始前预先由使用者给予。在本实施例的配方信息205中，包含由至少一个工序构成的样品105的处理中的任一个工序的时间、该工序中的处理室内的压力、所供给的气体的种类、作为成为控制的对象的等离子体处理装置100的各设备的输出的基准的值的信息。

在参数信息206中，包含等离子体处理装置100的构成、控制对象的各设备、例如高频偏置电源107的输出的性能上的上限值或者下限值之类的等离子体处理装置100的包含样品105的处理在内的工作中的各设备的动作范围等、等离子体处理装置100的固有的动作的参数的信息。特别是，包含作为预先由使用者或者制造者赋予的信息的、与样品105的处理的条件无关且没有变动的内容的信息。

在处理室状态信息207中，包含从控制对象的各设备发送到控制微型计算机108的表示该设备的状态的信号、表示伴随着样品105的处理的进展而变化的样品105的表面的状态、处理室内部的等离子体111的状态的从传感器等探测器输出的信号等信息。在这些信息中，包含在样品105的处理中转移的每个工序的处理的条件、对应于任意的工序中的处理的进展而变化的信息。

运算部201的动作如以下那样。

处理室控制部203对应于在存储部202中预先保存的软件的算法来读出保存在存储装置中的配方信息205、参数信息206、处理室状态信息207，计算各设备的动作和用于进行该动作的指令的信号。此外，在状态监视部204中，对于由控制微型计算机108经由通信手段接收到的从控制对象的设备、探测器输出的信号，遵循软件的算法将这些信号算出或检测为表示这些控制对象的状态的信息，并作为数据对应于来自运算器的指令发送到存储部202并保存于处理室状态信息207。

进而，在状态监视部204中，按每规定的时间间隔读出根据在样品105的处理中从控制对象的各设备、传感器发送的信号来检测并保存于存储部202的配方信息205、参数信息206、处理室状态信息207中的至少任一个数据，基于该数据判断控制对象的各设备的动作的状态是否处于允许范围内，或者是否产生了异常的状态。进而，在判断为处于异常的状态的情况下，将表示处于异常的状态或者产生了异常的情况的信息经由网络208发送到主机209并发送到处理室控制部203。或者，将指令信号发送到处理室控制部203，以便进行产生了异常时的动作、处理。

接下来，使用图3对控制微型计算机108和输入输出基板109的动作进行说明。图3为表示图1所示的实施例的控制微型计算机以及输入输出基板的结构的概略的模块图。

控制微型计算机108在对等离子体处理装置100的动作进行调节时，对应于图2所示的保存于内部的存储部202中的配方信息205、参数信息206、处理室状态信息207中的至少任一个数据、从主机209经由网络208给予的样品105的处理对象的膜、工艺气体的供给的量、处理室的压力等作为处理的条件的配方数据，由处理室控制部203计算对对象的设备调节动作的指令信号，并将该信号发送到输入输出基板109。

控制微型计算机108内的状态监视部204经由网络208接收表示控制微型计算机108的接口部所接收到的从主机209发送的表示样品105的处理的条件(配方)的信号，根据该信号检测成为该处理中的等离子体处理装置100的各设备的输出的基准的值的信息等处理的条件的数据，使其作为配方信息205保存于存储部。进而，根据通过输入输出基板109接收到的来自等离子体处理装置100的控制对象的各设备、探测器的信号，来检测表示等离子体处理装置100的各设备的动作、处理的状态的值(监视器值)，作为处理室状态信息207使其保存于存储部202。而且，进行作为处理室状态信息207被保存的监视器值是否处于允许的范围内、或者是否产生了异常的判断，在判断为处于允许范围外的情况下，经由网络208将表示异常的发生以及异常的状态的内容的信息发送到主机209。

状态监视部204以规定的时间间隔P1读出样品105的处理中的处理室状态信息207中包含的监视器值，判断异常的发生。因此，在控制微型计算机108中具备采样部301，该采样部301以与时间间隔P1相同或者与该时间间隔P1相比充分小的预先规定的时间间隔P0经由输入输出基板109接收来自等离子体处理装置100的控制对象的各设备、探测器的信号。采样部301也可以对输入输出基板109发送指令，以使得以上述预先规定的时间间隔P0接收来自等离子体处理装置100的控制对象的各设备、探测器的信号，并发送对其进行了校正的信号。或者，可以是，采样部301对输入输出基板109发送指令，以使得将对以比上述预先规定的时间的间隔P0充分小的间隔或者持续地发送的来自控制对象的各设备、探测器的信号进行校正的处理而得到的结果发送到采样部301，并且从采样部301将接收到的该信号发送到状态监视部204，状态监视部204将根据来自采样部301的信号得到的每个上述时间间隔P0的表示监视器值的信号的数据作为处理室状态信息207保存于存储部202。

特别是，在本实施例中，具备以下功能：状态监视部204以预先规定的时间间隔(以下，采样间隔)检测高频偏置电源107输出的高频电力的大小，根据其结果针对从高频偏置107输出的高频电力，计算作为判断有无异常的对象的波形，对该判断的对象的波形和成为基准的波形进行比较来判断有无异常。使用图4说明本实施例中创建的波形。图4为示意性地表示在图1中所示的实施例所涉及的等离子体处理装置中以规定的采样间隔检测到的偏置电位形成用的高频电力的例子的图表。

本实施例的高频偏置电源107对于样品105的处理中输出的样品台104内部的电极，经由匹配器115使高频电力的电压或者电流的振幅的大小以至少2个不同的值且以预先规定的各个期间和顺序进行变化，周期性地反复该动作而输出该高频电力。在图4中，示出了将高频电力的电压的振幅以规定的值X和0分别在预先规定的不同的期间交替地输出，且以预先规定的周期反复进行该输出的例子。

在从高频偏置电源107进行了上述那样的输出的情况下，在将横轴设为时间且将纵轴设为输出时，从由控制微型计算机108接受到指令的输入输出基板108发送到高频偏置电源107的表示输出的定时的指令信号成为振幅作为X而处于恒定的期间夹着振幅为0的期间以脉冲状断续的信号。但是，实际上从高频偏置电源107输出的电力的电压的波形在高频偏置电源107的输出的上升沿时的输出的增大和结束时的减少中其变化的速度是有限的，因而不会成为完全的台阶状而产生“错误(なまり)”。

在本例中，如作为图4的实际波形401所示那样，从输出的值为0即振幅为0的状态起，在相当于指令信号下的振幅X的脉冲状的输出的开始的时刻，该电压值开始增大，在到达了最大值(峰值)之后开始减少，在输出值再次成为0之前的时刻之间的每个期间τ，输出产生变化。进而，输出以描绘出如下那样的曲线的方式进行变化：在从与指令信号的各个脉冲状的输出的期间对应的期间的开始和结束的时刻起规定的期间之间，电压的值在初期其比例较大地变化且逐渐变得缓和。

在本实施例中，上述那样的高频电力被供给到样品台104内部的电极，将由配置于供电路线上的未图示的电压传感器探测该电力的电压值而得到的结果的信号发送到输入输出基板109，其中，该供电路线由在未图示的高频偏置电源107的内部或者高频偏置电源107与匹配器115之间电连接的同轴线缆等布线构成。电压传感器也可以配置在匹配器115与电极之间的供电路线上。将表示输入输出基板109中校正后的电压值的信号发送到控制微型计算机108内部的采样部301，进而采样部301将每个规定的采样周期T所接收到的来自输入输出基板109的表示电压值的信号发送到状态监视部204。

在如本例那样进行变化的高频电力的电压的周期τ和采样周期T不一致的情况下，关于在状态监视部204中检测出的作为每个周期T的多个电压的值的采样值402，例如对于以周期τ脉冲状地输出的高频电力的电压来说，即使使表示其值的大小的波形(以下，脉冲波形)按每周期τ相等，也成为不同的值而不是恒定的值。此外，各个采样值402所检测到的时刻或者视作进行了该检测的采样部301中的各采样周期T所对应的时间序列上的时刻(以下，称作采样时刻)的、包含该采样时刻在内的从各实际波形401的成为一个脉冲波形的基准的开始位置(例如，该脉冲波形的振幅为0的位置或者与其对应的时刻)起的时间或者该时间相对于周期τ的比率(以下称作相位)的值按各采样时刻变动。

在本实施例中，适当地规定采样部301以及状态监视部204中的值的检测的周期T，使用多个从表示每个周期T的采样时刻的电压的信号中检测出的值和周期τ中的相位的值发生变动的各采样值402，创建基于采样值402的1周期的量的波形。将上述那样的波形与成为判断的基准的目标波形相比较，判断高频电力的供给有无异常，使等离子体处理装置100的装置的工作的效率和处理的成品率提高。

在采样部301中，按每个比脉冲波形的周期τ大的值的恒定的周期T从输入输出基板109发送的表示电压的监视器值的信号中检测采样值402，进行脉冲波形的1周期τ中的各采样值402的相位的计算。进而，状态监视部204具有以下功能：接收按每规定的间隔在采样部301内部的存储装置中保存的采样值402以及表示其相位的值的数据，计算作为根据这些采样值402的数据进行判断的对象的波形，并且计算基于预先规定的式子等得到的作为基准的波形的各采样时刻下的值，对这2个波形的数据进行比较，来判断所得到的脉冲波形有无异常。

此外，状态监视部204将由使用者计算出的这些波形和各采样值402的数据保存于内部的存储部202，或者发送并存储于在其他的位置与控制微型计算机108以能通信的方式连接的RAM、ROM、硬盘装置等存储装置。进而，也可以构成为发送到并显示于未图示的等离子体处理装置100所具备的CRT、液晶监视器的显示器。

在本实施例中，在计算高频电力的脉冲波形来进行其有无异常的判断的基础上，需要使得使用根据高频电力的脉冲波形的监视器值得到的采样值402创建的波形更准确地对实际波形401进行再现，在此基础之上，期望脉冲波形的1周期τ的不同的相位的采样值402多。描述用于提高上述那样的基于采样值402的实际波形401的再现性的条件。

研究从表示监视器值的信号起依次在每个采样时刻检测到的多个采样值402的相位如何进行变动。求得采样周期T除以脉冲波形的周期τ后得到的余数，根据从脉冲波形的周期τ的1/2中减去了该余数后得到的值的绝对值求得该各采样值402的相位的变化的量。例如，在采样周期T为100ms且脉冲波形的周期τ为70ms的情况下，按各采样时刻相对于脉冲波形的周期τ产生相当于30ms的相位的变动。在该情况下，在多个采样值402中的最初的采样值402和相位成为0、即任意一个脉冲波形的振幅为0且处于其开始增大的时刻的情况下，在开始时刻以后的每个采样时刻，如30ms、60ms、20ms、50ms...那样，各脉冲波形的周期τ中的相位依次每次以30ms(或者相对于该周期τ的比例)地进行变动。

在实施例中，如果设在相位为0的开始时刻与最后的时刻之间的多个采样时刻按时间序列得到为了创建脉冲波形而使用的多个采样值402，则成为在周期τ被该相位变动的量除尽的情况下、换句话说采样周期T与脉冲波形的周期τ的最小公倍数除以采样周期T后得到的商的值-1个为0以外的值的采样值402。作为例子，在采样周期为90ms且监视对象的周期为60ms的情况下，每个采样的变动值成为30ms。在该情况下，1周期脉冲波形创建时的对应的时间序列成为仅30ms、60ms这2点，因此实际波形的再现度显著地下降。

此外，在按各采样时刻产生的相位的变动较大的情况下，在任意的期间中由采样部301取得的采样值402中，对于创建1周期的量的脉冲波形来说有可能数量不足。为了解决以上的课题，需要规定能用于根据所取得的多个采样值402创建脉冲波形的相位的变动量的允许范围，并选择采样周期T或者脉冲波形的周期τ，以使得相位处于该允许范围内。在本实施例中，预先规定相位的变动量的最小值，并规定成为该值以上的相位的采样周期T。

即，在本实施例中，预先将用高频电力的脉冲波形的周期τ除以为了以所期望的精度创建脉冲波形而需要的采样值402的最小的个数后得到的商的值规定为相位的最小值。在根据基于以周期T对以预先规定的周期τ脉冲状地变动的高频电力的输出的监视器值进行了采样后得到的数据而创建出的脉冲波形的计算值来判断高频电力的波形的异常的情况下，选择采样周期T或者脉冲波形的创建中使用的采样值402的个数，以使得脉冲波形的周期τ中的相位的变动值为上述最小值以上且周期τ不是相位的变动值的自然倍数。通过满足上述那样的条件，能够使在采样部301中取得的监视器值的采样周期T、和成为采样对象的脉冲波形的奈奎斯特周期的值的大小不受影响地进行有无异常的判断。

接下来，对采样部301的动作的详细情况进行说明。采样部301以预先规定的每个采样周期T在样品105的处理中的预先规定的期间中由输入输出基板109接收表示脉冲波形的监视器值的信号，或者将从输入输出基板109接收到的表示监视器值的信号的每个周期T的值作为排列(或者列表)的数据进行保存。该数据中的从开始时刻起第J个采样时刻的数据被保存为作为第J个要素的第J要素，以后的数据也同样地按第J+1个要素、...这样被顺序保存。

进而，计算所保存的各数据的要素以及与其编号对应的采样时刻的脉冲波形的1周期τ中的位置(相位)。例如，将要素编号J和采样周期T相乘后得到的结果除以由使用者向控制微型计算机108作为信息给予的脉冲波形的周期τ，所得到的余数表示在排列(或者列表)中保存的第J个数据第J个要素所对应的采样时刻的脉冲波形1周期τ中的相位。将保存这些采样值402的排列的各要素的相位与该各要素分别关联对应地存储于采样部301内部，例如，保存监视器值的采样值402的排列也可以与各个采样值402一起作为要素包含作为得到该采样值402而对应关联的采样时刻以及上述的采样时刻的周期τ中的相位的值。

接下来，对状态监视部204的动作进行叙述。在采样部301在排列或者列表中作为各要素而保存的数据中针对规定的期间、例如在本实施例中针对1秒期间接收表示包含该1秒期间的采样值402的数据在内的各要素的信号而在存储部202中重新作为排列的数据进行了保存之后，将该排列的数据按各要素的数据所分别对应的脉冲波形1周期τ中的相位的顺序进行排序而重新排列。此时，也可以将存储部202内的排列的各要素中保存的数据重新改写而保存，此外，也可以作为其他的排列而保存在存储部202内。

为了与成为后述的基准的目标波形的值进行比较，求出开始用于创建判断用的波形的采样的采样时刻和监视器值所表示的脉冲波形的上升沿定时之间的时间(偏离量)。在状态监视部204中，在一个周期τ中的以相位的顺序排序后的排列的要素当中，选出排列的任意的要素编号K的要素的值、即作为第K要素的采样值402比接下来的第K+1要素的采样值小的要素，进而，选择这些要素中其值最小的第N要素。将与该第N要素对应的要素编号N视作在判断用中所创建的脉冲波形的振幅开始增大的要素编号，将第N要素的相位视作脉冲波形1周期τ中的偏离量的位置或者偏离量的相位。

使用这样求得的偏离量，进行从第N要素到包含脉冲波形的1周期τ的量的期间在内的规定的个数M-1个要素(第N+M要素)为止的排列的各要素的相位的重新计算。如果从各要素的相位中减去了偏离量的相位后得到的结果为0或者正的数，则将该相减的结果设定为各要素的一个脉冲波形的周期中的相位。此外，如果相减得到的结果为负，则将在该相减的结果上加上脉冲波形的周期τ后的值规定为各要素的第N要素的一个脉冲波形的周期中的位置或者相位。将这样再次规定的相位的值或者1周期τ的量的脉冲波形之中的该相位所对应的时刻的值改写为排列的各要素的数据或者与原来的排列的各要素的其他的数据一起作为其他的排列的数据来保存。使用这样再次计算出的相位以及时刻，将保存了包含上述的波形1周期的量的数据的监视器值的第N要素到第N+M要素以距偏离量的相位的顺序排列，将排列后得到的要素的排列称作假设波形排列。

接下来，为了得到在状态监视部204中对如上述创建的假设波形排列的要素中保存的值有无异常进行判断时使用的基准值，使用在高频电源107中包含且对从高频电源107输出的高频电力的脉冲波形进行振荡而形成的振荡器的时间常数，根据表示所输出的高频电力的电压或者电流的时间变化的目标波形的式子，计算假设波形排列的各要素的采样时刻或者相位中的采样值402的理论的值。用于计算本例的振荡器的时间常数等的监视器值的理论值的目标波形的式子中所使用的参数使用由装置的使用者或者设计者预先输入并保存于控制微型计算机108的参数。

针对如上那样的表示使用了监视器值的采样值402的假设的波形的排列的要素的创建、以及表示监视器值的理论的值的目标波形的创建，使用图5进行说明。图5为示意性地表示使用对来自图4所示的实施例所涉及的等离子体处理装置的高频偏置电源的输出进行采样后得到的值而形成的假设波形和目标波形的例子的图表。通过保存于控制微型计算机108的存储部中的软件，根据由等离子体处理装置100的使用者或者由预先来自主机209的信号预先给予的假设波形501的条件、等离子体处理装置100的成为控制微型计算机108的控制对象的设备的控制时的时间常数，通过配置于控制微型计算机108内部的运算器来创建本例的目标波形。

本图中，脉冲波形1周期的量的假设波形排列的各要素的采样值402示为黑点，将用实线连结这些多个要素的黑点彼此的图表称作假设波形501。此外，将用虚线表示从第N要素到第N+M要素为止的脉冲波形1周期的量的各相位之间的目标波形的图表称作目标波形502。

要求假设波形501和目标波形502的形状在各时刻下的值彼此的差异处于预先规定的允许的范围内。例如，在假设波形501的各相位的值相对于目标波形502的值产生了过冲、下冲的情况下，需要对其进行检测。本实施例中，使用根据该假设波形501的值和目标波形502的值计算出的相关系数，检测假设波形501相对目标波形502的变动的大小。

目标波形502的各时刻下的值使用由等离子体处理装置100的使用者或者设计者输入且保存于控制微型计算机108的脉冲波形的占空(Duty)比以及周期的值的信息。例如，在目标波形502的1周期中的从相位0的开始时刻起的时间小于占空(Duty)比的值与周期的值的乘积的值的情况下，由于处于脉冲波形的振幅增大的上升沿期间中，因而作为表示该上升沿期间中的脉冲波形的式子，将脉冲波形的输出设定值设为X，将从上升沿期间中的任意时刻的开始时刻起的时间设为S1，将振荡器的时间常数设为T0，使用以下的式子(1)

[数学表达式1]

并通过控制微型计算机108内部的运算器求得目标波形的时刻的值。

此外，从相位0的开始时刻起的时间为占空(Duty)比的值与周期的值的乘积的值以上的情况下，由于处于脉冲波形的振幅减少的下降沿期间中，因而作为表示该下降沿期间中的脉冲波形的式子，将从下降沿期间中的任意时刻中减去了周期与占空(Duty)比的乘积的值后得到的结果设为S2，使用以下的式子(2)

[数学表达式2]

并通过控制微型计算机108内部的运算器求出目标波形的时刻的值。

将状态监视部204的运算器基于上述那样的目标波形的式子计算出的、与假设波形排列的各要素相同的时刻或者周期τ上的相位中的上述目标波形的计算值，对应于来自运算器的指令信号，与该时刻、相位的值一起作为排列的要素保存于存储部202。将上述那样的排列称作目标波形排列。

在状态监视部204中，使用假设波形排列以及目标波形排列以每个规定时间间隔进行脉冲波形形状有无异常的判断。判断是将以下内容作为条件，并通过判断是否满足这些条件来进行的：作为假设波形排列的要素来保存的采样值402的最大值与保存于目标波形排列的目标波形值的最大值之间的差分处于允许范围内，并且保存于假设波形排列的采样值402的最大值没有超过目标波形排列的目标波形值的最大值；进一步地，假设波形排列以及目标波形排列的相同的要素编号(即，相同的时刻或者周期τ中的相位)的采样值402与目标波形值之间的差分处于预先规定的允许范围内；进一步地，假设波形排列与目标波形排列的相关系数为预先规定的基准值以上。

上述的条件中，第一条件为用于进行以下判断的条件：在等离子体处理装置100中从高频电源107输出到样品台104内部的电极的高频电力的大小是否收于适于样品105的处理的预先规定的允许的范围内，是否没有对等离子体处理装置10施加过负载。第二条件为用于进行以下判断的条件：从高频电源107输出的高频电力的电流或者电压的脉冲波形是否为包含适于样品105的处理的期望的值在内的预先规定的允许的范围内的值。第三条件为用于进行以下判断的条件：脉冲波形是否相对于目标波形引起了下冲或者过冲。

本实施例中，对计算第三条件中的相关系数的步骤进行说明。在本例的等离子体处理装置100中，在运算部201中计算该相关系数时，计算假设波形排列以及目标波形排列的协方差以及各排列的标准偏差。

协方差的计算首先针对假设波形排列的任意编号的要素，从该采样值402中减去各要素的采样值402的平均值而计算该编号的要素的采样值402的偏差。同样地，目标波形排列的任意编号的要素的目标波形值的偏差也同样地被计算。进而，计算针对假设波形排列以及目标波形排列的各编号的要素计算出的偏差彼此的乘积，针对2个排列的包含脉冲波形的1周期τ的量的N+M个全部编号的要素，将上述计算出的偏差彼此的乘积的值相加，计算该总和除以要素数N+M后得到的值来作为这些波形排列的协方差。

接下来，计算2个波形排列各自的标准偏差。针对假设波形排列，与上述同样地计算假设波形排列的任意编号的要素的采样值402的偏差。也可以使用在上述协方差的计算时计算出的偏差的值。针对包含脉冲波形的1周期τ的量的N+M个全部编号的要素，计算将各要素的偏差的平方值相加而得到的总和的平方根，计算将该平方根的值除以要素的个数N+M后得到的值，来作为假设波形排列的标准偏差。同样地，针对目标波形排列计算其标准偏差。

使用这样得到的假设波形排列以及目标波形排列的协方差以及各波形排列的标准偏差计算相关系数。通过运算部201的状态监视部204的运算器，利用各波形排列的标准偏差彼此的乘积，对假设波形排列与目标波形排列的协方差做除法来计算相关系数。

接下来，使用图6至图8，对使用了本实施例的假设波形排列以及目标波形排列的每个规定时间间隔的脉冲波形形状有无异常的判断的步骤进行说明。图6至8为示意性地表示使用对来自图4所示的实施例所涉及的等离子体处理装置的高频偏置电源的输出进行采样所得到的值而形成的假设波形和目标波形的例子的图表。这些图中，关于上述图1至5与第一实施例相同的部分，赋予相同的附图标记并省略详细的说明。

在本实施例中，将应判断为在假设波形中产生了异常的情况下的假设波形501以及目标波形502的状态分为3个种类的模式，判断是否为该模式中的任一个，从而判断假设波形501有无异常。即，分类为：假设波形501的值相对目标波形502始终不足的情况；特定的时刻或者脉冲波形的1周期τ中的特定的相位附近的假设波形501的值与目标波形502的值之差持续地较大的情况；以及假设波形501与目标波形502差异较大的情况。

关于各异常模式，将上述图5中说明的表示假设波形501的假设波形排列以及表示目标波形502的目标波形排列的各个要素的值的最大值的差分的值的检测以及与允许值的比较设为监视1，将任意时刻或者相位中的该假设波形排列以及目标波形排列的要素的值的差分的值的检测以及与允许值的比较设为监视2，进而将该假设波形排列以及目标波形排列的相关系数的检测以及相对于其基准值的比较设为监视3。

此外，关于本实施例中有无异常的判断，针对监视1，允许值的范围是所检测到的最大值的差分小于预先规定的值的±15％，将为这些以上的值的情况判断为异常。进而，针对监视2，将假设波形排列的各要素的采样值402的值为与该值相同时刻或者相位的目标波形排列的要素的目标波形值的±10％以上的情况判断为异常。进而，针对监视3，将相关系数的值为0，7以下的情况判断为异常。

关于第一模式，使用图6进行说明。图6为示意性地示出表示保存于假设波形排列的假设波形501的采样值402在与由实线表示的目标波形502相比较时整体上值小的情况的例子的图表。本图的假设波形501成为其输出不足的异常的条件为做出如下判断的情况：监视1异常，监视2在全部的时刻或者相位中异常，监视3正常(无异常)。在由状态监视部204的运算器判断为上述条件成立的情况下，控制微型计算机108对包含高频电源107的等离子体处理装置100的各控制对象的设备发送用于样品105的处理的停止的、或者进行其输出、动作的补正的指令。输出的补正在控制微型计算机108中如下：计算各时刻的假设波形501相对于目标波形502的输出不足的量的比例，将对输入输出基板109求得的输出不足的比例和对该输出不足进行补偿的输出的设定值相乘，将相乘后得到的值相加，发送该相加后得到的输出值的设定。

关于第二模式，使用图7进行说明。图7为示意性地表示根据采样值402创建的假设波形501在与目标波形502相比较时仅特定的时刻或者相位下差异较大的例子的图表。将判断为在特定的时刻或者相位下假设波形501与目标波形502的值之差持续地大的条件设为以下情况：在监视2中，从特定的时刻起仅持续地对规定的时间或者相位检测到异常，另一方面，监视1以及监视3判断为没有异常。在上述条件成立的情况下，由于设想了控制对象设备或者附随的环境异常，因而控制微型计算机108不发出进行输出的补正的指令，而是给出等离子体处理装置100的样品105的处理停止的指令。

使用图8说明第三模式。图8是示意性地表示根据采样值402创建的假设波形501在与目标波形502相比较时波形形状差异较大的例子的图表。假设波形501与目标波形502差异较大的条件设为做出如下判断的情况：监视3与监视1以及监视2的状态无关地处于异常。在上述条件成立的情况下，由于设想了控制对象设备或者附随的环境异常，因而控制微型计算机108不给出对输出进行补正的指令，而是发出停止样品105的处理的指令。

根据以上的实施例，能以高的精度检测从高频偏置电源107输出的高频电力的波形的异常，提高样品105的处理的成品率。

附图标记说明：

101...反应容器

102...电磁铁线圈

103...振荡器

104...样品台

105...样品

106...管路

107...高频偏置电源

108...控制微型计算机

109...输入输出基板

201...运算部

202...存储部

203...处理室控制部

204...状态监视部

205...配方信息

206...参数信息

207...处理室状态信息

208...网络

209...主机

301...采样部

401...实际波形

402...采样值

501...假设波形

502...目标波形。

Claims (11)

1.一种等离子体处理装置，使用在配置于真空容器内部的处理室内形成的等离子体对配置于该处理室内的样品台的上表面载置的处理对象的晶圆进行处理，该等离子体处理装置具备：

高频电源，在所述晶圆的处理中形成对所述等离子体或者晶圆以规定的周期脉冲状地供给的高频电力；

判断器，根据以比所述周期长的间隔检测到的所述高频电力的电压或者电流的值来计算该电压或者电流的波形，并判断该波形是否处于预先规定的允许范围内；和

通知器，对使用者通知该判断器的判断结果以及该波形的形状。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，

输出用于在所述晶圆上形成偏置电位的所述高频电力的所述高频电源与配置于所述样品台内部的电极电连接。

3.根据权利要求1或者2所述的等离子体处理装置，其中，

所述判断器判断计算出的所述波形的振幅的大小以及计算出的该波形与成为基准的波形之间的比较的结果是否处于所述预先规定的允许范围。

4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其中，

所述判断器对计算出的所述波形和成为所述基准的波形进行比较，针对计算出的所述波形与成为所述基准的波形的值之差以及计算出的所述波形与该成为基准的波形之间的相关性中的至少任一个来判断是否处于所述允许范围内。

5.根据权利要求3或者4所述的等离子体处理装置，其中，

所述判断器具备存储装置，该存储装置在所述晶圆的处理开始前预先存储表示成为所述基准的波形的信息，对根据存储的所述信息计算出的成为所述基准的波形和计算出的所述波形进行比较。

6.一种等离子体处理装置的工作方法，使用在配置于真空容器内部的处理室内形成的等离子体对配置于该处理室内的样品台的上表面载置的处理对象的晶圆进行处理，该等离子体处理装置具备高频电源，该高频电源在所述晶圆的处理中形成对所述等离子体或者晶圆以规定的周期脉冲状地供给的高频电力，

根据以比所述周期长的间隔检测到的所述高频电力的电压或者电流的值来计算该电压或者电流的波形，判断该波形是否处于预先规定的允许范围内，在判断为所述波形处于所述允许范围外的情况下，变更对所述晶圆进行处理的工作的条件。

7.根据权利要求6所述的等离子体处理装置的工作方法，其中，

在判断为所述波形处于所述允许范围外的情况下，停止所述晶圆的处理。

8.根据权利要求6或者7所述的等离子体处理装置的工作方法，其中，

输出用于在所述晶圆上形成偏置电位的所述高频电力的所述高频电源与配置于所述样品台内部的电极电连接。

9.根据权利要求6～8中任一项所述的等离子体处理装置的工作方法，其中，

判断计算出的所述波形的振幅的大小以及计算出的该波形与成为基准的波形之间的比较的结果是否处于所述预先规定的允许范围。

10.根据权利要求9所述的等离子体处理装置的工作方法，其中，

对计算出的所述波形和成为所述基准的波形进行比较，针对计算出的所述波形与成为所述基准的波形的值之差以及计算出的所述波形与该成为基准的波形之间的相关性中的至少任一个来判断是否处于所述允许范围内。

11.根据权利要求6所述的等离子体处理装置的工作方法，其中，

判断计算出的所述波形的振幅的大小以及计算出的该波形与成为基准的波形之间的比较的结果是否处于所述预先规定的允许范围，在判断为所述波形处于所述允许范围外的情况下，使用计算出的所述波形的振幅的大小以及计算出的该波形与成为基准的波形之间的比较的结果，对前期晶圆处理中的所述高频电力的电压或者电流的输出设定值进行补正。

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