【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や液晶などの薄膜デバイスの製造工程でプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置の異常検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置において、プラズマ処理時の異常状態を検出する方法について、図面を用いて以下に説明する。
【０００３】
図４は従来のプラズマ処理装置の概略構成を示すブロック図である。図４において、１はプラズマを発生させてプラズマ処理をするための反応室であるチャンバ、２はチャンバ１内の上部に取り付けられた上部電極、３はチャンバ１内で上部電極２と対向して取り付けられた下部電極、４は下部電極３上に載置された処理対象物である例えば半導体基板（被処理基板）、５はチャンバ１内の上部電極２と下部電極３との間にプラズマを発生させるための高周波電力を供給する高周波電源（ＲＦ電源）、６は下部電極３と高周波電源５の間に設置されプラズマの発生を安定させる高周波整合器（マッチングボックス）、７は下部電極３と高周波整合器６の間に設置され高周波電源５から下部電極３へ印加される高周波の電気的信号（例えば、電流、電圧、位相など）を計測する電気センサ、８は電気センサ７で計測した電気的信号のデータを取り込み処理するデータ処理装置である。
【０００４】
従来のプラズマ処理は、チャンバ１内を真空排気する真空ポンプ（図示せず）にてチャンバ１内を真空状態にし、チャンバ１内にガス供給源（図示せず）より所望のガスを供給し、高周波電源５から高周波電力を供給し、高周波整合器６にてインピーダンス整合をし、上部電極２と下部電極３との間に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、チャンバ１内にプラズマを励起し、処理対象物４である半導体や液晶などの薄膜デバイスにエッチングあるいは成膜等の表面処理を行っていた。
【０００５】
また、電気センサ７により上部電極２と下部電極３との間に印加する高周波の電流及び電圧を計測し、電気センサ７で計測された電流及び電圧データをデータ処理装置８に取り込み、高周波電力印加状態の異常判定を行っていた。高周波電力印加状態の異常判定を行うことにより、高周波整合器６に整合異常が発生し、投入された高周波電力が１００％の効率で電極に伝達されない場合に、電流および電圧の監視を行うことにより高周波電力の異常を検出することが可能であり、投入電力異常による加工不良を防止することが可能であった。
【０００６】
さらに、１つの処理対象物４毎、例えば１枚のウェハ毎で、電気センサ７によって計測された電流及び電圧を分離して時間平均処理等を施した後、品種情報を付加することにより、処理対象物４が処理されることによって生じるプラズマ処理状態やウェハ処理状態の変化をモニタすることが可能となる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００７】
異常状態を検出したならば、ブザーやシグナルタワーなどの警報として外部出力することで、処理を停止したり、あるいは自動で装置を停止させたりする。
一方、近年では、シリコンウェハや液晶用ガラス基板などの配線パターンの微細化、大型化が急速に進んでおり、半導体や液晶などの薄膜デバイス製造におけるプラズマ処理、例えばエッチングや成膜に際しては、基板全面にわたって均一なエッチングあるいは成膜が極めて重要な課題となってきている。
【０００８】
特に半導体デバイス分野では半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの微細化は進む一方であり、エッチングあるいは成膜の分野でも高品質で信頼性の高い処理工程を必要とするようになってきており、比較的低温処理が可能で高精度加工が可能なプラズマ処理においても、高精度の加工を行うためにはプラズマ状態を常に安定な状態に維持しておく必要がある。
【０００９】
さらに、プラズマエッチング加工の微細化に伴い、プラズマ状態をエッチング加工途中で把握し、より精度良く加工形状をコントロールすることが必要であり、プロセス異常・プロセス変化などのプロセス現象を詳細に把握する必要がでてきている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２７０５８１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来のプラズマ処理装置においては、一定条件への制御で運転されているが、プラズマ処理が繰り返される毎に装置内の状態が反応堆積物等の影響で変化していくことによりプラズマの状態が変化していくため、ある一定期間毎にメンテナンスを行わなければならない。また、プラズマ処理の処理時間間隔によりプラズマの状態が変化している。また、メンテナンスによって交換される反応室内のパーツとその組み付けがまったく同一でないことによってもプラズマの状態が変化している。このプラズマの状態の変化に伴い、電気センサ７で計測される電流および電圧が変化するため、プラズマ状態を管理するには、その計測値の変化幅を考慮して広い管理限界を設定しなければならなかった。
【００１２】
このように、管理限界を広く設定することにより、誤った異常検出は発生しないものの、実際には異常が発生していた処理対象物を異常として検出できないことがあるなど、プロセス異常・プロセス変化などのプロセス現象を正確に把握することが困難であった。
【００１３】
以上のように、従来のプラズマ処理装置の異常検出方法では、プラズマ処理の繰り返しと、プラズマ処理の時間間隔、メンテナンス状態の不均一性に伴う電気センサ７の計測値の変化が存在することにより、広い管理限界の設定をしなくてはならず、高精度なプロセス状態の判定ができなくなり、結果として、例えば異常状態の処理を正常と誤判定することで、不良品を後工程に流出してしまうという問題点を有していた。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、プラズマ処理時のプロセス状態を誤判定することなく、プラズマ処理装置の異常状態を精度よく確実に検出することができ、前工程で発生した不良品を後工程に流出することを防止することができるプラズマ処理装置の異常検出方法を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、反応室に高周波電源から出力される電気的信号を計測し、複数枚の基板のプラズマ処理における前記電気的信号の平均値を基板毎に算出し、前記算出した平均値の変化を表す基準式を算出し、前記プラズマ処理の１枚の基板のプラズマ処理終了から次の基板のプラズマ処理開始までの時間間隔に対応する前記電気的信号の平均値に対して前記基準式からの偏差を補正するための補正式を算出し、前記補正式により求められた補正値を監視することにより、前記プラズマ処理装置の異常を検出する方法としたことを特徴とする。
【００１６】
以上により、生産状況に応じて起こるプラズマ状態の変化やプラズマ処理装置のメンテナンスの前後で起こるプラズマ状態の変化があっても、その変化に影響されることなく、プラズマ処理装置の異常を正しく検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示すプラズマ処理装置の異常検出方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１８】
本実施の形態のプラズマ処理装置の異常検出方法を実現するためのプラズマ処理装置は、図４に示す従来のプラズマ処理装置と同様の装置を用いる。
図１は本実施の形態のプラズマ処理装置の異常検出方法を示すフロー図である。補正及び装置の異常検知には、複数枚の基板のプラズマ処理時に反応室への高周波電源から出力される電気的信号について求めたそれら各電気的信号の平均値を用いる。この平均値算出処理は、計測された電気的信号がゼロからゼロでない値に変化した時点から、再びゼロに戻るまでの平均値を計算する。この際ゼロからゼロではない値への変化や、再びゼロからゼロでない値へ変化するときに信号が乱れる場合には、信号の平均するデータの前後数秒、例えば３秒程度切り取ることを行ってもよい。
【００１９】
まずデータが計測され（ステップ＃１）平均処理された毎に、プラズマ処理を行うことによるチャンバ１内の状態の変化によるプラズマ状態変化を示す基準式を算出する（ステップ＃２）。例えば、インピーダンス計測値の平均値を補正する場合、プラズマ処理回数を用いて基準式を算出するとした時は、インピーダンスの平均値Ｚとプラズマ処理回数Ｔｔとの関係を、例えば最小二乗法を用いることにより、Ｚの基準式Ｚｓを（式３）に示すＴｔの１次式として算出する。
【００２０】
【数３】
その後、プラズマ処理の時間間隔に応じて起こるプラズマ状態の変化による計測値の変化を補正するため、まず計測値の平均値と計測時のプラズマ処理回数を用いて基準式からの偏差を算出し、プラズマ処理時間間隔と偏差とのグラフを図２に示すように作成する。
【００２１】
次に、このグラフから偏差Ｚｒとプラズマ処理時間間隔Ｔｉとの関係を表す１次以上の多項式（式４）を、図２のように算出し補正式２１とする（ステップ＃３）。
【００２２】
【数４】
ここで、Ｎ：１以上の整数
（式４）の算出の際は、例えば１次式から高次へと順番に重回帰分析を行うことで、適当な補正式の次数を決定する。そして、この補正式を用いて、全計測値について、インピーダンス測定値の平均値からプラズマ処理時間間隔に対する補正式の値を引くことにより補正を行う（ステップ＃３）。そして、再びその補正値に対し、基準式の算出と補正式の算出、計測値の補正を行う。
【００２３】
この２つの式の算出を、基準式と補正式の係数ａ、ｂ、ｃｎが一定値に収束するまで繰り返す（ステップ＃４）。
このようにして基準式と補正式をデータ計測毎に算出していき、算出終了後、基準式と補正式の係数が前回の計測データ時のものと比べて変化が小さくなり収束した時（ステップ＃５）、算出された係数による基準式と補正式を装置管理用の基準式、補正式として用いる（ステップ＃６）。この後、基準式と補正式の算出は行わなくてもよいが、算出を続ける（ステップ＃７）ことで、プラズマ装置の状態変化情報を抽出することが可能である。
【００２４】
その後、メンテナンスが行われた場合（ステップ＃８）、電気的信号の計測値は全体的にシフトするが、計測値（ステップ＃９）と、プラズマ処理回数やプラズマ処理時間間隔との関係は傾向が類似しているため、メンテナンス直後、補正式はそのまま用い、基準式は１枚目の基板で計測されたデータが含まれるように前述基準式の係数ｂを変化させることで平行移動し基準式として装置管理に用いる。そして、新規に基準式と補正式の算出を行っていき、それまで用いていた基準式と補正式とに置換して（ステップ＃１０）装置管理を行う。
【００２５】
プラズマ処理装置を管理する際は、図３に示すように、算出された基準式３１と（式５）で示される平行な直線による管理基準式３２を設定する。
【００２６】
【数５】
ここで、Ｌ：管理幅を示す定数
そして、計測値を補正式によって補正した値に対し監視を行い、この補正値が管理基準式３２を超えた場合に、プラズマ処理装置に異常が発生したとして検知する。管理基準式３２は事前に実験などでプロセス異常状態をつくり出して、正常状態との境界値として予め求めた値である。
【００２７】
このようにして異常を検知した際には、ブザーやシグナルタワーなどの警報として外部出力することで、作業者が処理を停止したり、あるいは自動で装置を停止させたりする。
【００２８】
また、以上のように、装置管理に用いる基準式、補正式及び管理基準式３２は、プラズマ処理対象が異なると、電気的信号の計測値が変化するため、プラズマ処理対象が異なる毎に設定し管理を行う。
【００２９】
以上のように本実施の形態によれば、生産状況に応じて起こるプラズマ状態の変化やプラズマ処理装置のメンテナンスの前後で起こるプラズマ状態の変化があっても、その変化に影響されることなく、プラズマ処理装置の異常を正しく検出することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、生産状況に応じて起こるプラズマ状態の変化やプラズマ処理装置のメンテナンスの前後で起こるプラズマ状態の変化があっても、その変化に影響されることなく、プラズマ処理装置の異常を正しく検出することができる。
【００３１】
そのため、プラズマ処理時のプロセス状態を誤判定することなく、プラズマ処理装置の異常状態を精度よく確実に検出することができ、前工程で発生した不良品を後工程に流出することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の異常検出方法を示すフロー図
【図２】同実施の形態のプラズマ処理装置における基準式算出の説明図
【図３】同実施の形態のプラズマ処理装置における計測データの補正例の説明図
【図４】従来のプラズマ処理装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ チャンバ
２ 上部電極
３ 下部電極
４ 被処理基板
５ 高周波電源（ＲＦ電源）
６ マッチングボックス
７ センサ
８ データ処理装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an abnormality detection method for a plasma processing apparatus for performing a plasma process in a process of manufacturing a thin film device such as a semiconductor or a liquid crystal.
[0002]
[Prior art]
A method for detecting an abnormal state during plasma processing in a conventional plasma processing apparatus will be described below with reference to the drawings.
[0003]
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma processing apparatus. In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a chamber which is a reaction chamber for performing plasma processing by generating plasma, 2 denotes an upper electrode attached to an upper portion in the chamber 1, and 3 denotes an upper electrode facing the upper electrode 2 in the chamber 1. The attached lower electrode 4 is a processing target placed on the lower electrode 3, for example, a semiconductor substrate (substrate to be processed), and 5 is a plasma between the upper electrode 2 and the lower electrode 3 in the chamber 1. A high-frequency power supply (RF power supply) for supplying high-frequency power for generation, a high-frequency matching device (matching box) 6 provided between the lower electrode 3 and the high-frequency power supply 5 for stabilizing the generation of plasma, and a reference numeral 7 for the lower electrode 3 An electric sensor installed between the high-frequency matching devices 6 for measuring high-frequency electric signals (for example, current, voltage, phase, etc.) applied from the high-frequency power supply 5 to the lower electrode 3. Is a data processing apparatus for processing takes in data of an electrical signal.
[0004]
In the conventional plasma processing, the inside of the chamber 1 is evacuated by a vacuum pump (not shown) that evacuates the inside of the chamber 1, and a desired gas is supplied into the chamber 1 from a gas supply source (not shown). A high-frequency power is supplied from a high-frequency power supply 5, impedance matching is performed by a high-frequency matching device 6, and a high-frequency power of, for example, 13.56 MHz is applied between the upper electrode 2 and the lower electrode 3. The plasma is excited to perform a surface treatment such as etching or film formation on a thin film device such as a semiconductor or a liquid crystal, which is the object to be processed 4.
[0005]
The high-frequency current and voltage applied between the upper electrode 2 and the lower electrode 3 are measured by the electric sensor 7, and the current and voltage data measured by the electric sensor 7 are taken into the data processing device 8, and the high-frequency power is applied. Abnormality judgment of the state was performed. By performing the abnormality determination of the high-frequency power application state, when a high-frequency matching device 6 has a matching abnormality and the supplied high-frequency power is not transmitted to the electrodes with 100% efficiency, the current and the voltage are monitored. It was possible to detect abnormalities in high-frequency power, and to prevent processing defects due to abnormalities in input power.
[0006]
Further, for each processing target 4, for example, for each wafer, the current and the voltage measured by the electric sensor 7 are separated and subjected to time averaging processing and the like, and then the type information is added. It is possible to monitor changes in the plasma processing state and the wafer processing state caused by processing of the object 4 (for example, see Patent Document 1).
[0007]
When an abnormal state is detected, the processing is stopped or the apparatus is automatically stopped by outputting the alarm as an alarm such as a buzzer or a signal tower.
On the other hand, in recent years, wiring patterns such as silicon wafers and glass substrates for liquid crystals have been rapidly becoming finer and larger, and plasma processing in the production of thin-film devices such as semiconductors and liquid crystals, for example, etching and film formation, require substrate processing. It has become an extremely important issue to uniformly etch or form a film over the entire surface.
[0008]
In the semiconductor device field, in particular, as semiconductor devices become more highly integrated, the miniaturization of the semiconductor device continues to advance, and in the field of etching or film formation, high quality and highly reliable processing steps are required. Also, even in plasma processing that can perform relatively low-temperature processing and high-precision processing, it is necessary to always maintain a stable plasma state in order to perform high-precision processing.
[0009]
Furthermore, with the miniaturization of plasma etching processing, it is necessary to grasp the plasma state during the etching processing and control the processing shape with higher accuracy, and it is necessary to grasp the process phenomena such as process abnormalities and process changes in detail. Is coming out.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2002-270581 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional plasma processing apparatus as described above, the operation is performed under the control of a constant condition, but the state in the apparatus changes due to the reaction deposits and the like every time the plasma processing is repeated. Since the state of the plasma changes, maintenance must be performed at regular intervals. Further, the state of the plasma changes depending on the processing time interval of the plasma processing. In addition, the state of the plasma is also changed due to the fact that parts in the reaction chamber which are replaced by maintenance and their assembly are not exactly the same. Since the current and voltage measured by the electric sensor 7 change with the change of the plasma state, in order to manage the plasma state, a wide control limit must be set in consideration of the change width of the measured value. did not become.
[0012]
In this way, by setting a wide control limit, erroneous abnormality detection does not occur, but the processing target where the abnormality has actually occurred may not be detected as an abnormality. It was difficult to grasp the process phenomena accurately.
[0013]
As described above, in the conventional method for detecting an abnormality of the plasma processing apparatus, the measurement value of the electric sensor 7 changes due to the repetition of the plasma processing, the time interval of the plasma processing, and the unevenness of the maintenance state. It is necessary to set a wide control limit, and it is not possible to judge the process state with high accuracy.As a result, for example, by erroneously determining the processing of the abnormal state as normal, the defective product flows out to the subsequent process. Had the problem that
[0014]
The present invention solves the above-described conventional problems, and can detect an abnormal state of a plasma processing apparatus accurately and reliably without erroneously determining a process state at the time of plasma processing. Provided is an abnormality detection method for a plasma processing apparatus, which can prevent a defective product from flowing out to a subsequent process.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention measures an electric signal output from a high-frequency power supply to a reaction chamber, calculates an average value of the electric signals in the plasma processing of a plurality of substrates for each substrate, A reference expression representing the change in the calculated average value is calculated, and the average value of the electric signal corresponding to a time interval from the end of the plasma processing of one substrate in the plasma processing to the start of the plasma processing of the next substrate is calculated. On the other hand, a method for detecting an abnormality of the plasma processing apparatus by calculating a correction expression for correcting a deviation from the reference expression and monitoring a correction value obtained by the correction expression. I do.
[0016]
As described above, even if there is a change in the plasma state according to the production situation or a change in the plasma state before and after the maintenance of the plasma processing apparatus, the abnormality of the plasma processing apparatus is correctly detected without being affected by the change. be able to.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an abnormality detection method for a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0018]
As the plasma processing apparatus for realizing the abnormality detection method for the plasma processing apparatus according to the present embodiment, the same apparatus as the conventional plasma processing apparatus shown in FIG. 4 is used.
FIG. 1 is a flowchart showing a method for detecting an abnormality of the plasma processing apparatus according to the present embodiment. The average value of the electric signals output from the high-frequency power supply to the reaction chamber during the plasma processing of a plurality of substrates is used for the correction and the abnormality detection of the apparatus. This average value calculation process calculates an average value from the time when the measured electrical signal changes from zero to a non-zero value until it returns to zero again. At this time, if the signal is disturbed when the signal changes from zero to a non-zero value or when the signal changes from zero to a non-zero value again, it may be cut off several seconds before and after the data to be averaged, for example, about 3 seconds. Good.
[0019]
First, every time data is measured (Step # 1) and averaged, a reference expression indicating a plasma state change due to a change in the state in the chamber 1 due to the plasma processing is calculated (Step # 2). For example, when correcting the average value of the measured impedance values, when the reference formula is calculated using the number of times of the plasma processing, the relationship between the average value Z of the impedance and the number of times of the plasma processing Tt is determined by using, for example, the least square method. Thus, the reference equation Zs of Z is calculated as a linear equation of Tt shown in (Equation 3).
[0020]
[Equation 3]
Then, in order to correct the change in the measured value due to the change in the plasma state that occurs according to the time interval of the plasma processing, first calculate the deviation from the reference formula using the average value of the measured values and the number of plasma processing at the time of measurement, A graph of the plasma processing time interval and the deviation is created as shown in FIG.
[0021]
Next, from this graph, a first-order or higher-order polynomial (Equation 4) representing the relationship between the deviation Zr and the plasma processing time interval Ti is calculated as shown in FIG. 2 and used as a correction equation 21 (Step # 3).
[0022]
(Equation 4)
Here, when calculating an integer of N: 1 or more (Equation 4), for example, multiple regression analysis is performed in order from a linear expression to a higher order, thereby determining an order of an appropriate correction expression. Then, using this correction formula, correction is performed for all measured values by subtracting the value of the correction formula for the plasma processing time interval from the average value of the impedance measurement values (step # 3). Then, the reference value is calculated again, the correction expression is calculated, and the measured value is corrected for the correction value.
[0023]
The calculation of these two equations is repeated until the reference type and the correction formula of the coefficients a, b, it is c n converges to a constant value (Step # 4).
In this way, the reference formula and the correction formula are calculated for each data measurement. After the calculation is completed, when the coefficients of the reference formula and the correction formula change less than those of the previous measurement data and converge (step # 5) The reference formula and the correction formula based on the calculated coefficients are used as a reference formula and a correction formula for device management (step # 6). Thereafter, the calculation of the reference formula and the correction formula may not be performed, but by continuing the calculation (step # 7), it is possible to extract the state change information of the plasma device.
[0024]
Thereafter, when the maintenance is performed (Step # 8), the measured value of the electric signal shifts as a whole, but the relationship between the measured value (Step # 9) and the number of times of the plasma processing or the plasma processing time interval tends to be. Are similar, immediately after maintenance, the correction equation is used as it is, and the reference equation is translated by changing the coefficient b of the above-mentioned reference equation so that the data measured on the first substrate is included. Used for device management. Then, the reference formula and the correction formula are newly calculated, and the device management is performed by replacing the reference formula and the correction formula used so far (step # 10).
[0025]
When managing the plasma processing apparatus, as shown in FIG. 3, a calculated reference equation 31 and a management reference equation 32 based on a parallel straight line represented by (Equation 5) are set.
[0026]
(Equation 5)
Here, L is a constant indicating the management width, and monitoring is performed on a value obtained by correcting the measured value by the correction formula. If the correction value exceeds the control reference formula 32, it is determined that an abnormality has occurred in the plasma processing apparatus. Detect. The management criterion formula 32 is a value which is obtained in advance by creating an abnormal process state by an experiment or the like and as a boundary value with the normal state.
[0027]
When an abnormality is detected in this way, an operator outputs the alarm as a buzzer, a signal tower, or the like to an external device, thereby stopping the processing or automatically stopping the apparatus.
[0028]
As described above, the reference formula, the correction formula, and the management reference formula 32 used for apparatus management are set for each different plasma processing target because the measured value of the electrical signal changes when the plasma processing target is different. Perform management.
[0029]
As described above, according to the present embodiment, even if there is a change in the plasma state that occurs depending on the production situation or a change in the plasma state that occurs before or after the maintenance of the plasma processing apparatus, without being affected by the change, An abnormality of the plasma processing apparatus can be correctly detected.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if there is a change in the plasma state that occurs depending on the production situation or a change in the plasma state that occurs before and after the maintenance of the plasma processing apparatus, the plasma processing can be performed without being affected by the change. An abnormality of the device can be correctly detected.
[0031]
Therefore, the abnormal state of the plasma processing apparatus can be accurately and reliably detected without erroneously determining the process state during the plasma processing, and the defective product generated in the previous process is prevented from flowing out to the subsequent process. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a method for detecting an abnormality of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is an explanatory diagram of calculation of a reference expression in the plasma processing apparatus according to the embodiment; FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of correction of measurement data in a plasma processing apparatus. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional plasma processing apparatus.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Upper electrode 3 Lower electrode 4 Substrate to be processed 5 High frequency power supply (RF power supply)
6 Matching box 7 Sensor 8 Data processing device
