JP2003173973A - プラズマ処理装置及び処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及び処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】異常放電発生時にプラズマ処理を停止してプラ
ズマ処理不良の発生を防止する。 【解決手段】処理ガス導入手段３、排気手段６及び半導
体ウエハを載置するウエハステージ２７を備えた真空チ
ャンバ２と、該真空チャンバ２内に高周波電力を供給し
て前記真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ
生成手段１を備え、前記ウエハステージ２７に載置した
半導体ウエハ５にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置
２３において、該処理装置２３は、処理装置の状態量を
電気的あるいは光学的に測定するセンサ９を備え、該セ
ンサ出力の微分値１７をもとにプラズマ放電の異常を検
出する。
ズマ処理不良の発生を防止する。 【解決手段】処理ガス導入手段３、排気手段６及び半導
体ウエハを載置するウエハステージ２７を備えた真空チ
ャンバ２と、該真空チャンバ２内に高周波電力を供給し
て前記真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ
生成手段１を備え、前記ウエハステージ２７に載置した
半導体ウエハ５にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置
２３において、該処理装置２３は、処理装置の状態量を
電気的あるいは光学的に測定するセンサ９を備え、該セ
ンサ出力の微分値１７をもとにプラズマ放電の異常を検
出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置及
び処理方法に係り、特にプラズマ放電の異常（不安定放
電を含む）に基づくプラズマ処理不良の発生を防止する
ことのできるプラズマ処理装置等に関する。
び処理方法に係り、特にプラズマ放電の異常（不安定放
電を含む）に基づくプラズマ処理不良の発生を防止する
ことのできるプラズマ処理装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＶＤ（化学的蒸着法）あるいはエッチ
ング等のプラズマ処理装置においては、近年の半導体デ
バイスの微細化に対応して、ウエハ内に均一な処理結果
が得られるプロセス条件の許容幅（プロセスウインド
ウ）が年々狭くなってきている。このためプラズマ処理
装置は、より完全なプロセス条件での運用が望まれる。
また、前記プロセス条件は、１枚のみでなく多数のウエ
ハの処理期間に渡って安定していることが要求される。
ング等のプラズマ処理装置においては、近年の半導体デ
バイスの微細化に対応して、ウエハ内に均一な処理結果
が得られるプロセス条件の許容幅（プロセスウインド
ウ）が年々狭くなってきている。このためプラズマ処理
装置は、より完全なプロセス条件での運用が望まれる。
また、前記プロセス条件は、１枚のみでなく多数のウエ
ハの処理期間に渡って安定していることが要求される。
【０００３】一般に、プロセス条件は、処理を重ねるに
したがって発生した反応生成物の付着等によって変動す
る。ＣＶＤ（化学的蒸着法）あるいはエッチングにおい
ては、処理を重ねるにしたがって発生した反応生成物の
付着等によってチャンバの状態が変化し、徐々にプラズ
マ処理の条件がが変化する。例えば、チャンバに付着し
た反応生成物によってパーティクルが発生し、また、プ
ラズマ処理中に解離種の組成、プラズマの電位あるいは
密度等が変化する。
したがって発生した反応生成物の付着等によって変動す
る。ＣＶＤ（化学的蒸着法）あるいはエッチングにおい
ては、処理を重ねるにしたがって発生した反応生成物の
付着等によってチャンバの状態が変化し、徐々にプラズ
マ処理の条件がが変化する。例えば、チャンバに付着し
た反応生成物によってパーティクルが発生し、また、プ
ラズマ処理中に解離種の組成、プラズマの電位あるいは
密度等が変化する。
【０００４】以下、パーティクルの発生について具体的
に述べる。通常、プラズマ処理を行う真空チャンバに
は、表面をアルマイト処理したアルミニウム等が用いら
れる。プラズマ処理を重ねて行くと前記アルマイト層上
に反応生成物の堆積膜が生成される。この堆積膜の表面
は、プラズマ中の電子によってチャージアップされやす
くなっており、堆積膜表面の電子が過大な量となる。こ
の電子がバルクプラズマ中に放出されることにより堆積
膜が剥がれると、これらはダストとなってプラズマ中に
放出される。このようなダストの一部はウエハ上に飛来
し、プラズマ処理不良をもたらす。また、プラズマ中に
異常放電が発生すると、ウエハ上の半導体素子がチャー
ジアップし、過大な電流が流れることによって素子が破
壊されることもある。更に、前記反応生成物の堆積膜に
よって、プラズマとチャンバの間の電気抵抗あるいは静
電容量が変化したり、チャンバ表面における反応バラン
スが変わってプラズマ中の解離種の組成が変化すること
がある。この場合は、プラズマ放電自体が変化してプラ
ズマの不安定を生じ、また、プラズマ処理の不良を引き
起こす。
に述べる。通常、プラズマ処理を行う真空チャンバに
は、表面をアルマイト処理したアルミニウム等が用いら
れる。プラズマ処理を重ねて行くと前記アルマイト層上
に反応生成物の堆積膜が生成される。この堆積膜の表面
は、プラズマ中の電子によってチャージアップされやす
くなっており、堆積膜表面の電子が過大な量となる。こ
の電子がバルクプラズマ中に放出されることにより堆積
膜が剥がれると、これらはダストとなってプラズマ中に
放出される。このようなダストの一部はウエハ上に飛来
し、プラズマ処理不良をもたらす。また、プラズマ中に
異常放電が発生すると、ウエハ上の半導体素子がチャー
ジアップし、過大な電流が流れることによって素子が破
壊されることもある。更に、前記反応生成物の堆積膜に
よって、プラズマとチャンバの間の電気抵抗あるいは静
電容量が変化したり、チャンバ表面における反応バラン
スが変わってプラズマ中の解離種の組成が変化すること
がある。この場合は、プラズマ放電自体が変化してプラ
ズマの不安定を生じ、また、プラズマ処理の不良を引き
起こす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のような異常放電
やプラズマ不安定に起因するトラブルを未然に防ぐため
には、堆積膜がある厚さ以上になる前に真空チャンバの
洗浄等のメンテナンスを行うのが一般的である。しかし
ながら、メンテナンスを行うタイミングを正確に把握す
ることは困難である。仮に、早めにメンテナンスを行う
ようにしても、プラズマ処理の履歴によっては、前記早
めのメンテナンス周期内に異常放電や放電不安定による
処理不良が発生する可能性は避けられない。
やプラズマ不安定に起因するトラブルを未然に防ぐため
には、堆積膜がある厚さ以上になる前に真空チャンバの
洗浄等のメンテナンスを行うのが一般的である。しかし
ながら、メンテナンスを行うタイミングを正確に把握す
ることは困難である。仮に、早めにメンテナンスを行う
ようにしても、プラズマ処理の履歴によっては、前記早
めのメンテナンス周期内に異常放電や放電不安定による
処理不良が発生する可能性は避けられない。
【０００６】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
たもので、異常放電発生時にプラズマ処理を停止してプ
ラズマ処理不良の発生を防止することのできるプラズマ
処理装置を提供する。
たもので、異常放電発生時にプラズマ処理を停止してプ
ラズマ処理不良の発生を防止することのできるプラズマ
処理装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を採用した。
解決するために次のような手段を採用した。
【０００８】処理ガス導入手段、排気手段及び半導体ウ
エハを載置するウエハステージを備えた真空チャンバ
と、該真空チャンバ２内に高周波電力を供給して前記真
空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段
を備え、前記ウエハステージに載置した半導体ウエハ５
にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、該処
理装置は、処理装置の状態量を電気的あるいは光学的に
測定するセンサを備え、該センサ出力の微分値をもとに
プラズマ放電の異常を検出する。
エハを載置するウエハステージを備えた真空チャンバ
と、該真空チャンバ２内に高周波電力を供給して前記真
空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段
を備え、前記ウエハステージに載置した半導体ウエハ５
にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、該処
理装置は、処理装置の状態量を電気的あるいは光学的に
測定するセンサを備え、該センサ出力の微分値をもとに
プラズマ放電の異常を検出する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
図である。プラズマ処理装置２３におけるプラズマ処理
部は、高周波電力発生手段（マイクロ波発生手段を含
む）からの電力供給を受けてプラズマを生成するプラズ
マ生成手段１（例えば、高周波電圧が供給される電極
等）、真空チャンバ２、真空チャンバにガスを導入する
手段３、排気手段６などから構成される。また、真空チ
ャンバの前記プラズマが生成される部分にはウエハステ
ージ２７を備え、該ウエハステージ上には、図示しない
搬送システムによって搬入したウエハを載置する。ま
た、プラズマ生成手段１には、インピーダンス整合手段
７を介して、高周波電力発生手段８が電気的に接続され
ている。
図である。プラズマ処理装置２３におけるプラズマ処理
部は、高周波電力発生手段（マイクロ波発生手段を含
む）からの電力供給を受けてプラズマを生成するプラズ
マ生成手段１（例えば、高周波電圧が供給される電極
等）、真空チャンバ２、真空チャンバにガスを導入する
手段３、排気手段６などから構成される。また、真空チ
ャンバの前記プラズマが生成される部分にはウエハステ
ージ２７を備え、該ウエハステージ上には、図示しない
搬送システムによって搬入したウエハを載置する。ま
た、プラズマ生成手段１には、インピーダンス整合手段
７を介して、高周波電力発生手段８が電気的に接続され
ている。
【００１０】高周波電力発生手段８と整合手段７との間
には、伝達される高周波の進行波電力及び反射波電力を
検出するための方向性結合器９が設置されている。方向
性結合器からは、高周波電力発生手段が発生する周波数
の進行波電力及び反射波電力に比例した電圧波形が出力
される。進行波電力及び反射波電力に比例した電圧波形
は、それぞれ検波回路１０及び１１によって検波され
る。次いで、これらの検波出力は、それぞれ増幅回路１
２及び１３によって適正な電圧に増幅された後、進行は
電力に比例した電圧信号１４及び反射は電力に比例した
電圧信号１５となって出力される。
には、伝達される高周波の進行波電力及び反射波電力を
検出するための方向性結合器９が設置されている。方向
性結合器からは、高周波電力発生手段が発生する周波数
の進行波電力及び反射波電力に比例した電圧波形が出力
される。進行波電力及び反射波電力に比例した電圧波形
は、それぞれ検波回路１０及び１１によって検波され
る。次いで、これらの検波出力は、それぞれ増幅回路１
２及び１３によって適正な電圧に増幅された後、進行は
電力に比例した電圧信号１４及び反射は電力に比例した
電圧信号１５となって出力される。
【００１１】ここで図２は方向性結合器から出力される
反射波電力の波形５０を示す図、図３は反射波電力の検
波後の波形５５を示す図である。
反射波電力の波形５０を示す図、図３は反射波電力の検
波後の波形５５を示す図である。
【００１２】前記方向性結合器９、検波回路１０及び１
１及び増幅回路１２及び１３は、通常、高周波電力発生
手段８を含む電源システム２２に内蔵されており、アナ
ログ出力として、前記信号１４、１５が出力されている
ことが多い。
１及び増幅回路１２及び１３は、通常、高周波電力発生
手段８を含む電源システム２２に内蔵されており、アナ
ログ出力として、前記信号１４、１５が出力されている
ことが多い。
【００１３】図４は、プラズマに異常放電が発生した場
合における検波後の波形６０を示す図である。図に示す
ように、種々のノイズを含んでいる。そこで第１のロー
パスフィルタ１６によって、高周波成分やノイズを取り
除くことによって、図５に示すような信号６５が得られ
る。
合における検波後の波形６０を示す図である。図に示す
ように、種々のノイズを含んでいる。そこで第１のロー
パスフィルタ１６によって、高周波成分やノイズを取り
除くことによって、図５に示すような信号６５が得られ
る。
【００１４】次に、信号６５を微分回路１７に供給して
一次微分を行う。一次微分を得るには、様々な方法があ
るが、S.J Orfanidis： “Introduction to Signal Pro
cessing”： Prentice Hall (1996)に記載されているSa
vitzky-Golay平滑化微分法を用いることにより、図６に
示すような、ノイズの影響の比較的少ない一次微分値信
号７０を得ることができる。
一次微分を行う。一次微分を得るには、様々な方法があ
るが、S.J Orfanidis： “Introduction to Signal Pro
cessing”： Prentice Hall (1996)に記載されているSa
vitzky-Golay平滑化微分法を用いることにより、図６に
示すような、ノイズの影響の比較的少ない一次微分値信
号７０を得ることができる。
【００１５】一次微分信号７０には若干のノイズ変動を
含んでいるので、第２のローパスフィルタ１８をかける
ことにより、図７に示すような、最終的に異常放電の判
別に用いる信号７５が得られる。
含んでいるので、第２のローパスフィルタ１８をかける
ことにより、図７に示すような、最終的に異常放電の判
別に用いる信号７５が得られる。
【００１６】異常放電を検出する異常放電検出回路１９
には、反射波電力を示す信号１５をローパスフィルタ１
６，１８及び微分回路によって処理した信号と、進行波
電力を示す信号１４及びインピーダンス整合手段の変動
を示す信号２０が入力される。
には、反射波電力を示す信号１５をローパスフィルタ１
６，１８及び微分回路によって処理した信号と、進行波
電力を示す信号１４及びインピーダンス整合手段の変動
を示す信号２０が入力される。
【００１７】インピーダンス整合手段７は、処理する周
波数によってその形態が異なるが、高周波帯ないしＵＨ
Ｆ帯の整合器においては、内部に２つないし３つの可変
コンデンサを有しており、これらの可変コンデンサの容
量を変化させることによりインピーダンス整合をとる。
したがって、前記インピーダンス整合手段の変動を示す
信号２０は高周波帯ないしＵＨＦ帯の整合器において
は、前記可変コンデンサの容量を示す信号とすることが
できる。
波数によってその形態が異なるが、高周波帯ないしＵＨ
Ｆ帯の整合器においては、内部に２つないし３つの可変
コンデンサを有しており、これらの可変コンデンサの容
量を変化させることによりインピーダンス整合をとる。
したがって、前記インピーダンス整合手段の変動を示す
信号２０は高周波帯ないしＵＨＦ帯の整合器において
は、前記可変コンデンサの容量を示す信号とすることが
できる。
【００１８】なお、前記電源システム２２を含むプラズ
マ処理装置２３の全体は、制御システム４によって制御
され、ウエハステージ２７上に載置されるウエハに対し
て順次プラズマ処理が施される。
マ処理装置２３の全体は、制御システム４によって制御
され、ウエハステージ２７上に載置されるウエハに対し
て順次プラズマ処理が施される。
【００１９】図８は、異常放電検出回路１９の動作を示
すフローチャートである。まず、検出回路は、進行波電
力信号Pf（信号１４）を常時モニタしており、信号１４
が予め設定した値Pf0より大きい場合、プラズマ処理が
開始されたものとして、動作を開始する（ステップ
１）。検出回路は一定時間ごと（この場合は５秒毎）
に、整合器に内蔵された３個の可変コンデンサの容量の
変動の最大値ΔCmax、進行波電力信号Pfの変動ΔPfをチ
ェックし（ステップ２）、これらの変動が、予め設定し
た値ΔC0、ΔPf0より大きい場合、プラズマの着火直後
や処理ステップの切り替えなどの際中であるとして、異
常放電の検出処理を行わない（ステップ４）。そうでな
い場合、プラズマがある程度安定した（異常放電や不安
定が無いという意味ではない）状態であると判断し、異
常放電の検出を開始する（ステップ５）。まず５秒間の
反射波信号を図４ないし図７で説明したように、ローパ
スフィルタ１６、Savitzky-Golay平滑化微分回路１７、
第２のローパスフィルタ１８によって処理し（ステップ
５、６，７，８）、図７に示したような信号７５（最終
的に異常放電の検出に用いる信号）を得る。
すフローチャートである。まず、検出回路は、進行波電
力信号Pf（信号１４）を常時モニタしており、信号１４
が予め設定した値Pf0より大きい場合、プラズマ処理が
開始されたものとして、動作を開始する（ステップ
１）。検出回路は一定時間ごと（この場合は５秒毎）
に、整合器に内蔵された３個の可変コンデンサの容量の
変動の最大値ΔCmax、進行波電力信号Pfの変動ΔPfをチ
ェックし（ステップ２）、これらの変動が、予め設定し
た値ΔC0、ΔPf0より大きい場合、プラズマの着火直後
や処理ステップの切り替えなどの際中であるとして、異
常放電の検出処理を行わない（ステップ４）。そうでな
い場合、プラズマがある程度安定した（異常放電や不安
定が無いという意味ではない）状態であると判断し、異
常放電の検出を開始する（ステップ５）。まず５秒間の
反射波信号を図４ないし図７で説明したように、ローパ
スフィルタ１６、Savitzky-Golay平滑化微分回路１７、
第２のローパスフィルタ１８によって処理し（ステップ
５、６，７，８）、図７に示したような信号７５（最終
的に異常放電の検出に用いる信号）を得る。
【００２０】次いで、前記５秒間における信号７５の最
大値α（正）、最小値β（負）を判断の基準とし、最大
値α、最小値βが、予め設定した値α0、及びβ0に対し
て、α＞α0、かつβ＜β0を満たしたとき、反射波の変
動が異常に大きいとみなして、異常放電であると判断す
る（ステップ９、１０）。ここで、α＞α0、かつβ＜
β0であることを異常放電の有無の判断に使用するの
は、反射波が“増えて減る”、あるいは“減って増え
る”のが異常放電に特有な反射波の変動パターンである
からである。例えば、前記５秒間中にただ大きく減少し
た場合は、β＜β0を満たすが、α＞α0を満たさないた
め、安定放電と判断できる（ステップ１１）。
大値α（正）、最小値β（負）を判断の基準とし、最大
値α、最小値βが、予め設定した値α0、及びβ0に対し
て、α＞α0、かつβ＜β0を満たしたとき、反射波の変
動が異常に大きいとみなして、異常放電であると判断す
る（ステップ９、１０）。ここで、α＞α0、かつβ＜
β0であることを異常放電の有無の判断に使用するの
は、反射波が“増えて減る”、あるいは“減って増え
る”のが異常放電に特有な反射波の変動パターンである
からである。例えば、前記５秒間中にただ大きく減少し
た場合は、β＜β0を満たすが、α＞α0を満たさないた
め、安定放電と判断できる（ステップ１１）。
【００２１】図８に示したフローチャートにおいては、
５秒間といった一定時間毎に異常放電の有無を判断した
が、図７に示すように、まず最初の５秒間の処理を行っ
た後、次に来る５秒間の処理を行っても良いし、あるい
は、図９に示すように、ある時刻から５秒間さかのぼっ
た時刻までの信号の履歴を用いて連続的に異常放電の有
無を判断する処理を行っても良い。
５秒間といった一定時間毎に異常放電の有無を判断した
が、図７に示すように、まず最初の５秒間の処理を行っ
た後、次に来る５秒間の処理を行っても良いし、あるい
は、図９に示すように、ある時刻から５秒間さかのぼっ
た時刻までの信号の履歴を用いて連続的に異常放電の有
無を判断する処理を行っても良い。
【００２２】異常放電検出回路１９によって異常放電が
発生したと判断した場合、異常放電検出信号２１を制御
システム４に出力する。制御システム４は、直ちにプラ
ズマ処理を停止することができる。なお、発生した異常
放電の程度によってはプラズマ処理に対して重大な影響
を与えない場合もあるため、処理中のウエハはそのまま
プラズマ処理を実行し、次以降のウエハのプラズマ処理
を中断してもよい。あるいは警報を発報してもよい。
発生したと判断した場合、異常放電検出信号２１を制御
システム４に出力する。制御システム４は、直ちにプラ
ズマ処理を停止することができる。なお、発生した異常
放電の程度によってはプラズマ処理に対して重大な影響
を与えない場合もあるため、処理中のウエハはそのまま
プラズマ処理を実行し、次以降のウエハのプラズマ処理
を中断してもよい。あるいは警報を発報してもよい。
【００２３】以上の説明においては、プラズマの異常放
電を検出するための信号としてプラズマ生成用高周波電
力の反射波を用いていたが、本発明は反射波に限定され
ることなく、プラズマ処理状態を示す電気的あるいは光
学的な信号の全てが利用可能である。
電を検出するための信号としてプラズマ生成用高周波電
力の反射波を用いていたが、本発明は反射波に限定され
ることなく、プラズマ処理状態を示す電気的あるいは光
学的な信号の全てが利用可能である。
【００２４】また、プラズマの異常放電を検出するため
の信号としては、プラズマ生成用高周波電力の反射波の
外に他の手段からの検出信号を組み合わせて利用するこ
とができる。
の信号としては、プラズマ生成用高周波電力の反射波の
外に他の手段からの検出信号を組み合わせて利用するこ
とができる。
【００２５】例えば、インピーダンス整合手段７の変動
を示す信号２０（可変コンデンサの容量を示す信号）等
を利用することができる。この場合は検出した高周波電
力の反射波の時間的な変動の程度が大きく、かつ前記整
合手段の変動を示す信号２０の時間的な変動の程度が小
さい場合に異常放電が発生したと判別することができ
る。
を示す信号２０（可変コンデンサの容量を示す信号）等
を利用することができる。この場合は検出した高周波電
力の反射波の時間的な変動の程度が大きく、かつ前記整
合手段の変動を示す信号２０の時間的な変動の程度が小
さい場合に異常放電が発生したと判別することができ
る。
【００２６】図１０は、他の実施形態を示す図である。
なお、図において図１に示される部分と同一部分につい
ては同一符号を付してその説明を省略する。プラズマ処
理装置においては、被処理物に入射するイオンエネルギ
ーを制御するために、プラズマ生成用電源とは別の高周
波電源３１（以下、バイアス用電源と呼ぶ）が、バイア
ス用整合器３０を介して被処理物を載置するウエハステ
ージ２７に接続される。図１０では、プラズマ生成用の
高周波電力の反射波に替えて、このバイアス用電源３１
のピーク電圧３２、ＤＣ成分３３、反射電力３４等のバ
イアス用電源に係る信号を第１のローパスフィルタ１６
に供給する。ローパスフィルタ１６，微分回路１７及び
第２のローパスフィルタ１８はこれらの信号をフィルタ
及び微分処理を行った後、異常放電検出回路１９に供給
する。異常放電検出回路はこれらの信号、あるいはこれ
らの信号と前記インピーダンス整合手段７の変動を示す
信号２０（可変コンデンサの容量を示す信号）等を利用
することにより、プラズマ生成用電力の反射波を検出す
る場合と同様にプラズマの不安定や異常放電を検出する
ことが可能である。
なお、図において図１に示される部分と同一部分につい
ては同一符号を付してその説明を省略する。プラズマ処
理装置においては、被処理物に入射するイオンエネルギ
ーを制御するために、プラズマ生成用電源とは別の高周
波電源３１（以下、バイアス用電源と呼ぶ）が、バイア
ス用整合器３０を介して被処理物を載置するウエハステ
ージ２７に接続される。図１０では、プラズマ生成用の
高周波電力の反射波に替えて、このバイアス用電源３１
のピーク電圧３２、ＤＣ成分３３、反射電力３４等のバ
イアス用電源に係る信号を第１のローパスフィルタ１６
に供給する。ローパスフィルタ１６，微分回路１７及び
第２のローパスフィルタ１８はこれらの信号をフィルタ
及び微分処理を行った後、異常放電検出回路１９に供給
する。異常放電検出回路はこれらの信号、あるいはこれ
らの信号と前記インピーダンス整合手段７の変動を示す
信号２０（可変コンデンサの容量を示す信号）等を利用
することにより、プラズマ生成用電力の反射波を検出す
る場合と同様にプラズマの不安定や異常放電を検出する
ことが可能である。
【００２７】また、真空チャンバに設けた光検出器２８
によって得られたプラズマ発光を検出し、検出したプラ
ズマ発光を分光及び信号増幅ユニット２９を介して分光
し、この分光信号を第１のローパスフィルタ１６，微分
回路１７及び第２のローパスフィルタ１８を介して異常
信号検出回路に供給するようにしても上記と同様にプラ
ズマの異常放電を検出することが可能である。
によって得られたプラズマ発光を検出し、検出したプラ
ズマ発光を分光及び信号増幅ユニット２９を介して分光
し、この分光信号を第１のローパスフィルタ１６，微分
回路１７及び第２のローパスフィルタ１８を介して異常
信号検出回路に供給するようにしても上記と同様にプラ
ズマの異常放電を検出することが可能である。
【００２８】図１１は、さらに他の実施形態を示す図で
ある。なお、図において図１に示される部分と同一部分
については同一符号を付してその説明を省略する。
ある。なお、図において図１に示される部分と同一部分
については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２９】図において、データ収集部２５は制御シス
テム４からプロセスレシピデータ信号２６を受信するこ
とにより、真空チャンバに供給するガス流量、電力、ガ
ス圧力等、プラズマ処理に必要なプロセスレシピデータ
を常時収集する。また、進行波電力、反射波電力、イン
ピーダンス整合手段の変動を示す信号も同様に収集す
る。
テム４からプロセスレシピデータ信号２６を受信するこ
とにより、真空チャンバに供給するガス流量、電力、ガ
ス圧力等、プラズマ処理に必要なプロセスレシピデータ
を常時収集する。また、進行波電力、反射波電力、イン
ピーダンス整合手段の変動を示す信号も同様に収集す
る。
【００３０】異常放電検出回路１９は、これら全てのデ
ータを常時監視する。全く同じプロセスレシピにおい
て、既に処理したウエハに対するこれらの処理信号の履
歴信号に対して、新たに行ったプラズマ処理信号が大き
く異なる場合はこれを検出し、制御システム４に異常信
号を送り、ユーザに警告を発する。あるいは、処理実行
中のウエハのプラズマ処理もしくは処理実行中のウエハ
の次以降のウエハのプラズマ処理を停止する。
ータを常時監視する。全く同じプロセスレシピにおい
て、既に処理したウエハに対するこれらの処理信号の履
歴信号に対して、新たに行ったプラズマ処理信号が大き
く異なる場合はこれを検出し、制御システム４に異常信
号を送り、ユーザに警告を発する。あるいは、処理実行
中のウエハのプラズマ処理もしくは処理実行中のウエハ
の次以降のウエハのプラズマ処理を停止する。
【００３１】図１に示す例においては、予め異常放電を
判断するための適切なパラメータ（α0、β0）を設定し
ておく必要があるが、この例においては、プロセスレシ
ピデータと、たとえは反射波電力の変動を示す信号デー
タとを蓄積し、正常な処理をおこなったときの履歴デー
タと現在行っている処理信号とを比較をすることによ
り、異常放電発生の検出あるいは予測を行うことができ
る。
判断するための適切なパラメータ（α0、β0）を設定し
ておく必要があるが、この例においては、プロセスレシ
ピデータと、たとえは反射波電力の変動を示す信号デー
タとを蓄積し、正常な処理をおこなったときの履歴デー
タと現在行っている処理信号とを比較をすることによ
り、異常放電発生の検出あるいは予測を行うことができ
る。
【００３２】以上説明したように、真空チャンバへの反
応生成物の堆積に伴う異常放電を速やかに検知すること
ができる。また、この検知に基づき、例えばプラズマ処
理を中断し、パーティクル、チャージアップダメージ、
プロセスのシフト等に起因するプラズマ処理不良を防止
することができる。従って、全体としてのプラズマ処理
性能、および装置の稼働率が向上し、微細なエッチング
加工や、高品質な成膜加工、表面処理加工等が可能とな
る。
応生成物の堆積に伴う異常放電を速やかに検知すること
ができる。また、この検知に基づき、例えばプラズマ処
理を中断し、パーティクル、チャージアップダメージ、
プロセスのシフト等に起因するプラズマ処理不良を防止
することができる。従って、全体としてのプラズマ処理
性能、および装置の稼働率が向上し、微細なエッチング
加工や、高品質な成膜加工、表面処理加工等が可能とな
る。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、異
常放電発生時にプラズマ処理を停止してプラズマ処理不
良の発生を防止することのできるプラズマ処理装置を提
供することができる。
常放電発生時にプラズマ処理を停止してプラズマ処理不
良の発生を防止することのできるプラズマ処理装置を提
供することができる。
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置を
示す図である。
示す図である。
【図２】方向性結合器から出力される反射電力の波形を
示す図である。
示す図である。
【図３】反射電力の検波後の波形を示す図である。
【図４】プラズマに異常放電が発生した場合の検波後の
波形を示す図である。
波形を示す図である。
【図５】ローパスフィルタによる処理後の波形を示す図
である。
である。
【図６】一次微分信号を示す図である。
【図７】異常放電の判別に用いる信号の波形を示す図で
ある。
ある。
【図８】異常放電検出回路の動作を示すフローチャート
である。
である。
【図９】履歴を用いて行う異常放電の判別を説明する図
である。
である。
【図１０】他の実施形態を説明する図である。
【図１１】さらに他の実施形態を説明する図である。
１ プラズマ生成手段
２ 真空チャンバ
３ ガス導入手段
４ プラズマ処理装置の制御システム
５ 半導体ウエハ
６ 排気手段
７ インピーダンス整合器
８ 高周波電力発生手段
９ 方向性結合器
１０，１１ 検波回路
１２，１３ 増幅回路
１６ 第１のローパスフィルタ
１７ 一次微分回路
１８ 第２のローパスフィルタ
１９ 異常放電検出回路
２２ 電源システム
２３ プラズマ処理装置
２５ データ収集部
２７ ウエハステージ
２８ 光検出器
２９ 分光及び信号増幅ユニット
３０ バイアス用整合器
３１ バイアス用高周波電源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０５Ｈ 1/00 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｅ
(72)発明者 牧野 昭孝
山口県下松市大字東豊井794番地 株式会
社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括
本部笠戸事業所内
(72)発明者 山本 秀之
山口県下松市大字東豊井794番地 株式会
社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括
本部笠戸事業所内
Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA42 AA70 BC04
BC06 BD14 CA15 CA25 CA47
CA65 DA01 EB01 EB41
4K030 FA01 HA12 KA39
5F004 BA04 BB11 BB18 BD03 CB05
CB09
5F045 AA08 BB20 DP03 EH14 GB08
GB15 GB16
Claims (8)
- 【請求項１】 処理ガス導入手段、排気手段及び半導体
ウエハを載置するウエハステージを備えた真空チャンバ
と、 該真空チャンバ内に高周波電力を供給して前記真空チャ
ンバ内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段を備
え、 前記ウエハステージに載置した半導体ウエハにプラズマ
処理を施すプラズマ処理装置において、 該処理装置は、処理装置の状態量を電気的あるいは光学
的に測定するセンサを備え、該センサ出力の微分値をも
とにプラズマ放電の異常を検出することを特徴とするプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項２】 処理ガス導入手段、排気手段及び半導体
ウエハを載置するウエハステージを備えた真空チャンバ
と、 該真空チャンバ内に高周波電力を供給して前記真空チャ
ンバ内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段を備
え、 前記ウエハステージに載置した半導体ウエハにプラズマ
処理を施すプラズマ処理装置において、 真空チャンバ内に供給する高周波電力の反射電力を測定
するセンサを備え、該センサ出力の微分値をもとにプラ
ズマ放電の異常を検出することを特徴とするプラズマ処
理装置。 - 【請求項３】 請求項１ないし請求項２の何れか１の記
載において、 プラズマ放電の異常は、センサ出力の所定時間内におけ
る最大値が予め設定した正の設定値よりも大きく、且つ
前記所定時間内における最小値が予め設定した負の設定
値よりも小さいときに異常と判定することを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項４】 処理ガス導入手段、排気手段及び半導体
ウエハを載置するウエハステージを備えた真空チャンバ
と、 該真空チャンバ内にインピーダンス整合手段を介して高
周波電力を供給して前記真空チャンバ内にプラズマを発
生させるプラズマ生成手段を備え、 前記ウエハステージに載置した半導体ウエハにプラズマ
処理を施すプラズマ処理装置において、 真空チャンバ内に供給する高周波電力の反射電力を測定
するセンサの検出信号と、前記インピーダンス整合手段
の変動を示す信号をもとにプラズマ放電の異常を検出す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項５】 処理ガス導入手段、排気手段及び半導体
ウエハを載置するウエハステージを備えた真空チャンバ
と、 該真空チャンバ内にインピーダンス整合手段を介して高
周波電力を供給して前記真空チャンバ内にプラズマを発
生させるプラズマ生成手段を備え、 前記ウエハステージに載置した半導体ウエハにプラズマ
処理を施すプラズマ処理装置において、 真空チャンバ内に供給する高周波電力の反射電力を測定
するセンサの検出信号と、前記インピーダンス整合手段
を構成する素子の容量変動を示す信号をもとに、 高周波電力の反射波の時間的な変動が大きく、かつ前記
整合手段の容量変動を示す信号の時間的な変動が小さい
場合にプラズマ放電の異常と判定することを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項６】 処理ガス導入手段、排気手段及び半導体
ウエハを載置するウエハステージを備えた真空チャンバ
と、 前記ウエハステージに高周波バイアス電圧を供給するバ
イアス用電源と、 該真空チャンバ内にインピーダンス整合手段を介して高
周波電力を供給して前記真空チャンバ内にプラズマを発
生させるプラズマ生成手段と、 前記真空チャンバ内のプラズマ発光を検出する光検出器
とを備え、 前記ウエハステージに載置した半導体ウエハにプラズマ
処理を施すプラズマ処理装置において、 前記バイアス用電源に係る信号及び前記光検出器の検出
信号をもとにプラズマ放電の異常を検出することを特徴
とするプラズマ処理装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項６の何れか１の記
載において、プラズマ放電の異常を検出する異常放電検
出手段は検出信号を収集するデータ収集手段を備え、収
集手段に収集した正常放電時の収集データと比較するこ
とにより異常放電の発生を予測することを特徴とするプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項８】 処理ガス導入手段、排気手段及び半導体
ウエハを載置するウエハステージを備えた真空チャンバ
と、 該真空チャンバ内に高周波電力を供給して前記真空チャ
ンバ内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段を備
え、 前記ウエハステージに載置した半導体ウエハにプラズマ
処理を施すプラズマ処理方法において、 真空チャンバ内に供給する高周波電力の反射電力を測定
するセンサを備え、該センサ出力の微分値をもとにプラ
ズマ放電の異常を検出し、該検出信号に基づき、警報の
発報、処理中のプラズマ処理の停止、あるいは次以降の
被処理物のプラズマ処理の停止の何れかを選択処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001370226A JP3893276B2 (ja) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | プラズマ処理装置 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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-
2001
- 2001-12-04 JP JP2001370226A patent/JP3893276B2/ja not_active Expired - Fee Related
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