JP2008072030A - プラズマ処理装置、プラズマ処理装置の異常検出方法、及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置、プラズマ処理装置の異常検出方法、及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】比較的安価な方法で且つプロセス条件に依存せずに微小なガス流量の変動や圧力変動を確実に検出することができるプラズマ処理装置、その異常検出方法及びプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】プロセスチャンバー１０１と、プロセスチャンバー１０１内の圧力を測定する圧力測定器４０１と、プロセスチャンバー１０１内のガスを排出するポンプ４０３とを備える。ポンプ４０３とプロセスチャンバー１０１との間には圧力測定器４０１の計測値に基づいて開度を変更することにより、プロセスチャンバー１０１内の圧力を所定圧力に維持する圧力制御バルブ４０２が設けられている。排気能力制御コントローラー５０８は、プロセスチャンバー１０１内の圧力変動に対し、圧力制御バルブ４０２の開度の変動量が大きくなる状態に排気能力を設定する。演算部５００は、圧力制御バルブ４０２の開度の変動量に基づいて、微小な圧力変動を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理室内に配置された被加工体のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置、当該装置の異常検出方法、及びプラズマ処理方法に関する。
近年、半導体集積回路装置（以下、半導体装置という。）の高集積化、高機能化、及び動作速度の高速化に伴って、技術的には加工条件のスペックが厳しくなる傾向にある。また、経営的には半導体装置の製造原価が上昇する傾向にあり、コスト面から加工不良の低減が求められている。また、多品種少量生産を実施している場合は、デリバリー面からも加工不良の低減が求められている。このため、半導体製造装置の特定のパラメーターを監視し、半導体製造装置の異常を早期に検知するための種々の技術が提案されている。
図９は、半導体装置の製造工程において多用されているプラズマ処理装置の一例である、２周波型のプラズマ処理装置を示す図である。図９に示すように、当該プラズマ処理装置は、プラズマ処理を行うプロセスチャンバー１０１とウェハ搬送チャンバー２０１とがウェハ搬送経路部３０３により連通された構造を有している。ウェハ搬送経路部３０３には、プロセスチャンバー１０１からのプラズマ雰囲気を遮断するゲートバルブ３０２が開閉自在に設けられている。ゲートバルブ３０２はウェハ搬送チャンバー２０１側に設置されており、ゲートバルブ３０２とウェハ搬送チャンバー２０１の内面とが接する面には、ゲートバルブＯリング３０１が配置されている。また、ウェハ搬送チャンバー２０１は、ゲートバルブ３０１を通じて、ウェハ１０２をプロセスチャンバー１０１に搬入搬出する搬送機構（図示せず）を備えている。
プロセスチャンバー１０１は、その内部にウェハ１０２が設置されるウェハステージ１０３を備える。また、ウェハステージ１０３と対向する天板には、上部電極１１０が埋設されている。ウェハステージ１０３には下部電源１０５が接続され、上部電極１１０には上部電源１０４が接続されている。上部電極１１０内には、ガス供給源１０８などのガス供給系１０９が連通する状態に接続されている。ガス供給系１０９によって流量制御された状態で供給されたガスは、上部電極１１０の下面を構成するガス噴出し板１１１に形成された複数の孔からウェハステージ１０３に向けて噴出する。当該状態で、上部電源１０４と下部電源１０５により上部電極１１０とウェハステージ１０３とに高周波電力を印加することにより、プロセスチャンバー１０１に導入されたガスのプラズマが生成される。
また、ウェハ搬送経路部３０３に対向するプロセスチャンバー１０１の側壁下部には、プロセスチャンバー１０１と排気領域１１２とを連通する排気部１０７が設けられている。排気領域１１２の底部には排気口１１３が形成されるとともに、排気口１１３を開閉する排気用ゲートバルブ１０６が設けられている。排気口１１３には、圧力制御バルブ４０２、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）４０３、及びドライポンプ４０４などの排気に関わる機器が接続された排気配管４１０が接続されている。プロセスチャンバー１０１内のガスは、排気部１０７、排気領域１１２、排気口１１３を流れるように整流されて、プロセスチャンバー１０１の外部へ排気される。
さらに、プロセスチャンバー１０１にはプロセスチャンバー１０１内部の圧力を計測する圧力測定器４０１が接続されている。圧力測定器４０１の測定結果は、電気信号として圧力制御コントローラー５０１へ入力される。圧力制御コントローラー５０１は、圧力測定器４０１の出力信号に基づいて、圧力制御バルブ４０２の開度を調整することにより、プロセスチャンバー１０１内部を所定圧力に維持する。
プラズマ処理装置では、供給ガス流量、排気量、基板温度などの複数のパラメーターを制御する構成になっており、これらのパラメーターの異常な変動によって加工不良が発生する。このパラメーターの変動を早期に発見することが重要である。例えば、酸化膜のドライエッチング処理での加工不良として、Ｃ−Ｆ系等のエッチングガスの変動に起因するエッチング形状不良、ウェハ裏面の熱媒体であるＨｅガスのリークによるレジスト焼けに起因するエッチング形状不良、プラズマの異常放電によるレジスト焼けに起因するエッチング形状不良などがある。このような加工不良を低減するためには、これらの異常を早期に検出することが重要である。これらの異常が発生した場合、設備停止などが発生したときには作業員が必ず気付くことになる。しかしながら、異常放電などがランダムに発生し、設備停止が発生しないときには、大量に加工不良を発生させる可能性がある。
以上のような、異常を検出する技術として、種々の手法が提案されている。例えば、後掲の特許文献１には、圧力制御バルブの開度を監視する手法が提案されている。当該技術は、半導体装置を製造するにしたがって、プラズマ処理中に発生した反応生成物が排気側に堆積することに起因する排気能力の低下を、圧力制御バルブの開度により検知している。これにより、排気能力低下によりプラズマ処理装置が設備停止することを防止している。また、後掲の特許文献２には、ウェハ裏面の熱媒体であるＨｅガスの供給ラインに流量計を設ける手法が提案されている。当該技術は、Ｈｅガス流量の計測値と、Ｈｅガスのリーク時の流量に対応するしきい値とを比較することにより、Ｈｅガスのリークを検出する。
特開平１１−１９３４６４号公報 特開２０００−２１８６９号公報
しかしながら、上記した特許文献１に開示された従来のプラズマ処理装置における異常の検出方法では、排気側に反応生成物が堆積した場合などの顕著な変化を検出することは可能であるが、微小なガス流量の変動や圧力変動を検出することはできない。これは、プロセス条件、プラズマ処理装置の排気能力、圧力制御バルブの性能や個体差などに依存するが、計測対象である圧力制御バルブの開度が、プラズマ処理中に、通常、０．１〜１．０°程度変動していることに起因する。すなわち、例えば、異常放電によって微小な圧力変動が発生し圧力制御バルブの開度が変動した場合に、当該変動が通常の変動であるか異常による変動であるかを区別することができないのである。
また、上記特許文献２に開示されたような、異常検出のために流量計等の検出器を設置する手法は、検出する異常に応じて多数の検出器を設ける必要があるため、設備のレイアウトやコストの観点で、現実的に困難な場合が想定される。
前記に鑑み、本発明は、比較的安価な方法で且つプロセス条件に依存せずに微小なガス流量の変動や圧力の変動を確実に検出することができるプラズマ処理装置、その異常検出方法及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置は、被加工体に対してプラズマ処理を行う処理室と、処理室内の圧力を測定する圧力測定器と、処理室内のガスを排出するポンプとを備える。上記ポンプと、上記処理室との間には、上記圧力測定器の計測値に基づいて開度を変更することにより、上記処理室内の圧力を所定圧力に維持する圧力制御バルブが設けられている。また、当該プラズマ処理装置は、当該圧力制御バルブよりも排気側における排気能力を変動させる手段と、上記圧力制御バルブの開度を検出する手段とを備える。
本構成によれば、排気能力を変動させることにより、処理室内の圧力変動に対する圧力制御バルブの開度の変動量を変化させることができる。すなわち、処理室内の圧力変動に対し、圧力制御バルブの開度の変動量が大きくなる状態に圧力制御バルブの開度を設定することにより、微小な圧力変動を圧力制御バルブの開度の変動量として検出することが可能になる。
上記構成において、上記排気能力は、処理室内の圧力が所定圧力に維持されたときの圧力制御バルブの開度が所定開度になる状態に設定される。当該所定開度は、検出すべき処理室内の圧力変動量に応じて設定することができる。
排気能力を変動させる手段は、例えば、排気能力を変更可能な上記ポンプにより構成することができる。また、上記圧力制御バルブと上記ポンプとの間に設けられた、開度を変更可能な排気能力制御バルブにより構成することもできる。さらに、上記圧力制御バルブと上記ポンプとの間に流量制御されたガスを供給する、流量を変更可能なガス供給手段により構成することもできる。この場合、圧力制御バルブとポンプとの間に供給されるガスは不活性ガスであることが好ましい。
また、上記構成において、圧力制御バルブの開度が所定値以上になった場合、圧力制御バルブより排気側の排気能力を増大させる構成を採用することもできる。さらに、圧力制御バルブの開度が所定値以上になった場合、次に処理される被加工体に対する処理の実行を停止する構成を採用してもよい。
また、他の観点では、本発明は、被加工体が設置される処理室と当該処理室内のガスを排出するポンプとの間に設けられた、圧力制御バルブの開度を変更することにより上記処理室内の圧力を所定圧力に維持するプラズマ処理装置の異常検出方法を提供することができる。すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置の異常検出方法は、まず、上記処理室内を所定圧力に維持した状態にある前記圧力制御バルブの開度を、前記圧力制御バルブよりも排気側における排気能力を調整することにより、検出すべき処理室内の圧力変動量に応じた開度に設定する。当該設定された圧力制御バルブの開度の状態で処理室内を上記所定圧力に維持し、プラズマ処理を行う。そして、上記圧力制御バルブの開度の変動量に基づいて、上記処理室内の圧力変動を検出する。
これにより、処理室内の微小な圧力変動を伴う、プラズマ処理装置の異常を確実に検出することができる。なお、処理室内の圧力変動が検出された場合には、例えば以下の処理を行う。すなわち、まず、処理室内の圧力を計測する圧力測定器の異常の有無を確認する。圧力測定器の異常がない場合、次いで、処理室内にガスを導入することなく処理室内を所定圧力に維持した状態における、圧力制御バルブ開度の異常の有無を確認する。さらに、圧力制御バルブの開度に異常がない場合、処理室にガスを導入し処理室内を所定圧力に維持した状態における、圧力制御バルブ開度の異常の有無を確認する。これにより、異常の発生原因を特定することが可能になる。
さらに、他の観点では、本発明は、被加工体が設置される処理室と前記処理室内のガスを排出するポンプとの間に設けられた圧力制御バルブの開度を変更することにより前記処理室内の圧力を所定圧力に維持するプラズマ処理装置に適用されるプラズマ処理方法を提供することができる。すなわち、本発明に係るプラズマ処理方法は、まず、処理室内を所定圧力に維持した状態にある前記圧力制御バルブの開度を、前記圧力制御バルブよりも排気側における排気能力を調整することにより、所定開度に設定する。そして、当該設定された圧力制御バルブの開度の状態で処理室内を上記所定圧力に維持し、プラズマ処理を行う。上記構成において、所定開度は検出すべき処理室内の圧力変動量に応じて設定することができる。
また、圧力制御バルブよりも排気側における排気能力の調整は、例えば、上記ポンプの排気能力を変更することにより行うことができる。また、上記圧力制御バルブと上記ポンプとの間に設けられた排気能力制御バルブの開度を変更することにより行うこともできる。さらに、上記圧力制御バルブと上記ポンプとの間に供給するガスの流量を変更することにより行うこともできる。この場合、圧力制御バルブとポンプとの間に供給されるガスは、不活性ガスであることが好ましい。さらに、圧力制御バルブの開度が所定値以上になった場合、圧力制御バルブより排気側の排気能力を増大させる構成を採用することもできる。
本発明によれば、従来検出不能であった、処理室内の０．１Ｐａ程度の微小な圧力変動を確実に検出することができる。また、処理室へ導入されるプロセスガス供給量の１ｓｃｃｍ程度の変動も、処理室内の微小な圧力変動として検出することができる。すなわち、処理室内の圧力を検出する圧力測定器のゼロ点シフトに起因する加工不良、異常放電に起因する加工不良、プロセスガスの供給量の変動に起因する加工不良、ウェハ裏面の熱媒体であるＨｅガスのリークに起因する加工不良等を、異常発生の初期に確実に検出することができる。この結果、異常発生を確実に検出し、以降に処理される被加工体に連続して大量の加工不良が発生することを防止できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、２周波平行平板型のプラズマエッチング装置として本発明を具体化している。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図である。
図１に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行うプロセスチャンバー（処理室）１０１とウェハ搬送チャンバー２０１とがウェハ搬送経路部３０３により連通されている。ウェハ搬送経路部３０３には、プロセスチャンバー１０１からのプラズマ雰囲気を遮断するゲートバルブ３０２が開閉自在に設けられている。
ウェハ搬送チャンバー２０１は、ウェハ１０２をプロセスチャンバー１０１に搬入搬出する搬送機構（図示せず）を備えている。ゲートバルブ３０２は、ウェハ搬送チャンバー２０１側に設置されており、ウェハ搬送チャンバー２０１の内面と接する面にはゲートバルブＯリング３０１が固定されている。また、ウェハ搬送チャンバー２０１にはウェハ搬送チャンバー２０１内の圧力を計測する圧力測定器２０２が接続されている。圧力測定器２０２は、圧力測定結果を電気信号として後述の設備制御部５０２に入力する。
プロセスチャンバー１０１は、その内部にウェハ１０２が設置されるウェハステージ１０３を備える。また、ウェハステージ１０３と対向する天板には、上部電極１１０が埋設されている。ウェハステージ１０３には下部電源１０５が接続され、上部電極１１０には上部電源１０４が接続されている。上部電極１１０内には、ガス供給源１０８などのガス供給系１０９が連通する状態に接続されている。ガス供給系１０９によって流量制御された状態で供給されたガスは、上部電極１１０の下面を構成するガス噴出し板１１１に形成された複数の孔からウェハステージ１０３に向けて噴出する。当該状態で、上部電源１０４と下部電源１０５により上部電極１１０とウェハステージ１０３とに高周波電力を印加することにより、プロセスチャンバー１０１に導入されたガスのプラズマが生成される。なお、本実施形態では、２周波平行平板型のプラズマ処理装置を例示しているが、本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置、ＩＣＰプラズマ処理装置、平行平板プラズマ処理装置など、プラズマ源に依存せず構成可能である。
また、ウェハ搬送経路部３０３に対向するプロセスチャンバー１０１の側壁下部には、プロセスチャンバー１０１と排気領域１１２とを連通する排気部１０７が設けられている。排気領域１１２の底部に排気口１１３が形成され、排気口１１３を開閉する排気用ゲートバルブ１０６が設けられている。排気口１１３には、バタフライバルブ等により構成される圧力制御バルブ４０２、ターボ分子ポンプ４０３、及びドライポンプ４０４などの排気に関わる機器が接続された排気配管４１０が接続されている。プロセスチャンバー１０１内のガスは、排気部１０７、排気領域１１２、排気口１１３を流れるように整流されて、プロセスチャンバー１０１の外部へ排気される。
さらに、プロセスチャンバー１０１にはプロセスチャンバー１０１内部の圧力を計測する圧力測定器４０１が接続されている。圧力測定器４０１の測定結果は、電気信号として圧力制御コントローラー５０１へ入力される。圧力制御コントローラー５０１は、圧力測定器４０１の出力信号に基づいて、圧力制御バルブ４０２の開度を制御する。これにより、プロセスチャンバー１０１内部の圧力が所定の圧力に維持される。また、圧力制御コントローラー５０１は、圧力制御バルブ４０２の開度を検出する検出器としての機能も有している。
また、本実施形態では、圧力制御コントローラー５０１は、圧力制御バルブ４０２の開度、及び圧力測定器４０１の出力値を、排気能力制御コントローラー５０８、及び設備制御部５０２へ出力する。
排気能力制御コントローラー５０８は、圧力制御バルブ４０２の排気側に接続されているターボ分子ポンプ４０３に接続されており、ターボ分子ポンプ４０３へ回転数の設定信号を入力する。このように、排気能力制御コントローラー５０８が、ターボ分子ポンプ４０３の回転数を設定可能な構成を採用することにより、ターボ分子ポンプ４０３の排気能力を自在に変更することができる。また、排気能力制御コントローラー５０８は、ターボ分子ポンプ４０３から、ターボ分子ポンプ４０３の現状の回転数や運転状態を表す信号を取得する。さらに、排気能力制御コントローラー５０８は、ターボ分子ポンプ４０３へ回転数の設定信号、及び取得したターボ分子ポンプ４０３の現状の回転数や運転状態を表す信号を設備制御部５０２へ出力する。
設備制御部５０２は、圧力制御コントローラー５０１、排気能力コントローラー５０８のほか、プラズマ処理装置の動作を制御する各種コントローラー（図示せず）に接続されており、各コントローラーから各部の動作状態の情報を取得するとともに、各コントローラーへ動作指示を与える。ここで、各種コントローラーとは、例えば、ガス供給系１０９によりプロセスチャンバー１０１内に供給される各種ガスの流量を制御するコントローラー、ウェハ搬送チャンバー３０１とプロセスチャンバー１０１との間のウェハ搬送などの各動作を制御するコントローラー、上部電源１０４や下部電源１０５などの制御コントローラー、プロセスチャンバー１０１の上部、下部、側壁などの温度を制御するコントローラーである。また、設備制御部５０２はモニター等の表示装置を備えており、プラズマ処理装置の状態を示す各種データの表示や装置異常の警告表示などができるように構成されている。なお、本実施形態では、設備制御部５０２が、圧力制御コントローラー５０１へ圧力制御の開始やデータ送信の要求などを送信できるように接続されている。また、圧力制御コントローラー５０１と排気能力制御コントローラー５０８との間で、情報の送受信できるようにも接続されている。
また、設備制御部５０２には、装置異常の判定を行う演算部５００が接続されている。演算部５００は、データ処理部５０４、データ保存部５０３、及び判定部５０５を備える。データ処理部５０４は、設備制御部５０２から出力された、設備異常を判定するための各種データを処理する。また、データ保存部５０３は、取得されたデータや設備異常であるか否かをするための規格値等を格納する。さらに、判定部５０５は、データ処理部５０４で処理されたデータとデータ保存部５０３に格納されている規格値とを比較することにより、設備異常であるか否かを判定する。なお、判定部５０５には、警告発信部５０６が接続されており、判定部５０５は、設備異常であると判定した場合、警告発信部５０６へ警告の発報を指示する。警告発信部５０６は、ブザー音発生、警告灯点灯、警告表示等により作業者に設備異常を報知する。
図２はプロセスチャンバー１０１に一定流量のガスを導入し、圧力制御バルブ４０２の開度を変化させた場合の圧力制御バルブ４０２の開度とプロセスチャンバー１０１内の圧力Ｐとの関係を示す図である。ここでは、圧力制御バルブ４０２はいわゆるバタフライバルブやペンデュラムバルブであり、圧力制御バルブ４０２の開度は０°（閉鎖）から９０°（全開）の間の角度ＢＲで表現される。
図２から理解できるように、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが小さいとき、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲの変動量に対するチャンバー内圧力Ｐの変動量が大きい。また、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが大きいとき、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲの変動量に対するチャンバー内圧力Ｐの変動量は小さい。例えば、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが２０°から３０°の間では、開度ＢＲに対するチャンバー内圧力Ｐの変化率ｄＰ／ｄＢＲは約１６１ｍＰａ／ｄｅｇである。一方、開度ＢＲが５０°から８０°の間では、開度ＢＲに対するチャンバー内圧力Ｐの変化率ｄＰ／ｄＢＲは約３．３３ｍＰａ／ｄｅｇである。なお、図２に示すデータは、プロセスチャンバー１０１内にプラズマを生成していない状態でのデータである。しかしながら、プロセスチャンバー１０１内にプラズマが生成された状態であっても、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲとチャンバー内圧力Ｐとの関係は図２と同様の傾向を示す。
上述したように、例えば、ウェハ１０２上に形成された酸化膜をドライエッチングする場合、加工不良として、Ｃ−Ｆ系ガス流量の変動に起因する加工形状不良、ウェハ裏面の熱媒体であるＨｅガスのリークによるレジスト焼けに起因する加工形状不良、異常放電によるレジスト焼けに起因する加工形状不良などが発生する。これらの異常を早期に発見するためには１ｓｃｃｍレベルでのガス流量の変動や０．１Ｐａレベルでの圧力変動を検出する必要がある。例えば、４０００ｃｃ程度のプロセスチャンバーの場合、ガス流量が１ｓｃｃｍ変動すると、プロセス条件にも依存するが０．０１〜０．１Ｐａ程度の圧力変動が生じる。したがって、このレベルの圧力変動を検出することで、異常の発生を検知することができる。
プロセス条件によって圧力制御バルブ４０２の開度は異なるが、例えば、正常な状態での圧力制御バルブ４０２の従来の開度が２０．０°であるとする。この場合、異常放電によってチャンバー内圧力Ｐが＋０．１Ｐａ変動したとすると、プロセスチャンバー１０１の内部圧力を変動前の圧力に戻すために、圧力制御コントローラー５０１は、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを約２０.６°に変化させる（図２参照）。しかしながら、圧力制御バルブ４０２の性能や個体差に依存するが、圧力制御バルブ４０２の開度は、圧力制御実施中に通常０．１〜１．０°程度の範囲で変動している。このため、上述の０．６°の開度ＢＲの変動が、異常によるものか通常の変動であるのかを判断することはできない。
そこで、本実施形態では、排気能力を変動させることによって、チャンバー内圧力の変動に対する圧力制御バルブ４０２の開度の変動量が大きくなる状態に、圧力制御バルブ４０２の開度を設定する。すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置は、排気能力制御コントローラー５０８がターボ分子ポンプ４０３の排気能力を変動させることによって、従来と同一のプロセス条件において、正常な状態での圧力制御バルブ４０２の開度が５０．０°になる状態に設定する。この場合、異常放電によってチャンバー圧力が＋０．１Ｐａ変動したときに、圧力制御コントローラー５０１は、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを約８０．０°に変化させる（図２参照）。したがって、本実施形態によれば、正常動作時における圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲの変動（０．１〜１．０°）と、異常による開度ＢＲの変動とを明確に区別することが可能になる。すなわち、変動の原因までは特定することはできないが、明らかに正常な状態と異なる状態であることを判断することができる。
以下、排気能力変動の一例を示す。ここでは、ターボ分子ポンプ４０３の回転数が３００００ｒｐｍであるときに、プロセスチャンバー１０１内に正常な加工状態を実現する圧力制御バルブ４０２の開度が２０°であるとする。本実施形態では、プロセスチャンバー１０１が正常な加工状態で、かつ圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが５０°になるようにターボ分子ポンプ４０３の回転数を変動させる。ここでは、回転数が２５０００ｒｐｍであるときに、上記正常な加工状態が実現される圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが５０°であるとする。また、本実施形態では、当該回転数（２５０００ｒｐｍ）が排気能力制御コントローラー５０８に記憶されており、設備制御部５０２からの指示により、排気能力制御コントローラー５０８がターボ分子ポンプ５０８の回転数を２５０００ｒｐｍに設定し、プラズマ処理を行う。
しかしながら、このように回転数を２５０００ｒｐｍに減少させた状態は、回転数が３００００ｒｐｍである場合に比べて、プロセスチャンバー１０１内の圧力の制御が不安定になる。これは、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲに対するチャンバー内圧力Ｐの変動が小さいため、例えば、開度ＢＲが５０°から９０°へ変化させた場合であっても、チャンバー内圧力Ｐを０．１Ｐａ程度しか低下させられないことに起因する。例えば、チャンバー内圧力Ｐが＋０．３Ｐａ上昇した場合、圧力制御バルブ４０２を全開にしても、チャンバー内の圧力を変動前の圧力に戻すことができない。このため、プロセスチャンバー１０１内を意図した圧力に維持できなくなる可能性がある。
そこで、本実施形態のプラズマ処理装置では、プロセスチャンバー１０１内の圧力制御ができなくなることを回避する制御を行う。図３は、当該制御の手順を示すフローチャートである。ここでは、上述の演算部５００が、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウェア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェアにより実現されている。
図３に示すように、設備制御部５０２は、まず、排気能力制御コントローラー５０８を通じて、排気能力情報を取得する（ステップＳ３０１）。本実施形態では、排気能力情報はターボ分子ポンプ４０３の回転数である。そして、排気能力が低い状態（ここでは、回転数が２５０００ｒｐｍ）であれば、設備制御部５０２は、常時、圧力制御コントローラー５０１を通じて圧力制御バルブ４０２の開度情報を取得する（ステップＳ３０２ＹＥＳ→ステップＳ３０３）。本実施形態では、開度情報は圧力制御バルブ４０２の角度（開度ＢＲ）である。
次いで、データ処理部５０４は、取得した開度ＢＲをデータ保存部５０３に格納するとともに、判定部５０５に送信する。判定部５０５は、データ保存部５０３から予め格納されている異常判定基準値を読出し、当該基準値と取得した開度ＢＲとを比較し、取得した開度ＢＲが基準値よりも大きい場合に、異常ありと判定する（ステップＳ３０４ＹＥＳ）。ここでは、異常判定基準値は８０°に設定されている。
また、判定部５０５が異常ありと判定した場合、設備制御部５０２にその旨が通知される。このとき、設備制御部５０２は、排気能力制御コントローラー５０８に排気能力アップを指示する（ステップＳ３０５）。当該指示を受けた排気能力制御コントローラー５０８は、ターボ分子ポンプ４０３の排気能力を上昇させる。ここでは、排気能力の上昇は、ターボ分子ポンプ４０３の回転数を従来使用していた３００００ｒｐｍへ上げることにより実現される。そして、ターボ分子ポンプ４０３の排気能力アップが完了すると、排気能力制御コントローラー５０８は、設備制御部５０２に排気能力アップが完了した旨を通知する（ステップＳ３０６）。このとき、設備制御部５０２は、自身が備える表示装置に圧力状態が不安定になったことを表示するとともに、次のウェハの処理を行わないように、ウェハ搬送コントローラーへ、現在処理中のウェハの処理が終了した後、次ウェハのプロセスチャンバー１０１への搬送を停止する指示を出力する（ステップＳ３０７）。一方で、判定部５０５は異常ありを判定した時点で、警告発信部５０６へ警告報知を指示し、作業者へ異常の発生を通知する。
なお、上記ステップＳ３０２において、ターボ分子ポンプ４０４の排気能力が低い状態ではなかった場合、あるいは圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが基準値以下であった場合は、そのまま処理を終了する（ステップＳ３０２ＮＯ、ステップＳ３０４ＮＯ）。
設備制御部５０２は、プラズマ処理中に上記処理を繰り返し実行することにより、異常の発生を速やかに検出できる。
なお、ここでは異常と判定する開度ＢＲの基準値を８０°としたが、この値はプロセス条件や排気能力の状態に応じて変更することが望ましい。また、ここでは、排気能力アップ時に、ターボ分子ポンプ４０３の回転数を２５０００ｒｐｍから３００００ｒｐｍへ変更したが、例えば、２５０００ｒｐｍ、２７５００ｒｐｍ、３００００ｒｐｍのように、異常が検出される度に排気能力を段階的に順次上昇させてもよい。この場合、作業者への報知も、回転数が２７５００ｒｐｍに上昇した際は警告、回転数が３００００ｒｐｍに上昇した際は、早急に対応のように、報知レベルを区分して警報を発してもよい。さらに、回転数を変更する前に、既に異常な状態と判定するように設定し、例えば開度ＢＲが７０°を超えたときに異常の警告を発生させ、プロセスチャンバー１０１へ次ウェハを搬入させない制御を行うことにより、次ウェハに対するプラズマ処理の実施を停止する構成を採用することも可能である。加えて、上記説明では、設備制御部５０２が各処理を実施する構成としたが、圧力制御コントローラー５０１、あるいは排気能力コントローラー５０８が各処理の実施を指示する構成であってもよい。この場合、データの送受信経路は、適宜、変更される。
上述のように、排気能力を低下させ、チャンバー内圧力Ｐの変動に対する圧力制御バルブ４０２の開度を大きくした状態（圧力制御バルブ４０２の開度に対するチャンバー内圧力Ｐの変化率を小さくした状態）でプラズマ処理を行うことにより、プロセスチャンバー１０１内の微小な圧力変動を圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを監視することにより検出できる。このように、微小な圧力変動を検出することにより、異常発生を確実に検出し、以降にプラズマ処理される被加工体に連続して大量の加工不良が発生することを防止できる。
ところで、上述の手法では、微小な圧力変動を伴う異常を確実に検出することができるが、圧力変動が生じた原因、例えば、異常放電であるのか、導入ガスの流量変動であるのか等、を特定することまではできない。以下では、圧力変動が生じた原因を特定する手法について説明する。
ここでは、まず、圧力測定器４０１の異常有無を確認する。圧力測定器４０１に異常がない場合、プロセスチャンバー１０１内にガスを導入しない状態で、圧力制御バルブ４０２の開度の異常有無を確認する。さらに、当該確認において異常がなかった場合には、プロセスチャンバー１０１内にガスを導入した状態で、圧力制御バルブ４０２の開度の異常有無を確認する。なお、上記圧力変動が検出された際に、プロセスチャンバー１０１内に複数種のガスを導入していた場合には、それぞれのガスをプロセスチャンバー１０１内に単体で導入した状態で、圧力制御バルブ４０２の開度の異常有無を確認する。
以上のような確認を行うことにより、圧力変動の原因を推定することができる。すなわち、圧力測定器４０１に異常があった場合は、圧力測定器４０１の破損、圧力測定器４０１のゼロ点シフトなどが圧力変動の原因であると推定される。また、プロセスチャンバー１０１内にガスを導入しない状態で圧力制御バルブ４０２の開度に異常があった場合には、プロセスチャンバー１０１のリーク、プロセスチャンバー１０１内からのデガスの放出、もしくは排気能力の異常などが圧力変動の原因であると推定される。さらに、プロセスチャンバー１０１内にガスを導入した状態で圧力制御バルブ４０２の開度に異常があった場合には、そのガスの流量制御装置の破損やゼロ点のシフトなどが圧力変動の原因であると推定される。これらの確認において異常がない場合は、ウェハ１０２裏面の熱媒体であるＨｅガスのリークや異常放電による圧力変動などが圧力変動の原因であると推定される。この場合には、他のウェハをプラズマ処理することにより、再現確認を行う必要がある。
図４は、上記圧力測定器４０１の異常確認処理の手順を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置は、ウェハ搬送チャンバー２０１に圧力測定器２０２が接続されている。ここでは、圧力測定器２０２を用いて圧力測定器４０１の異常の有無を判定する。
当該確認処理が開始されると、まず、設備制御部５０２の指示により、ゲートバルブ３０２及び排気用ゲートバルブ１０６が開放されるとともに、圧力制御バルブ４０２が全開（開度ＢＲ＝９０°）にされる。また、設備制御部５０２は、排気制御コントローラー５０８を通じて、ターボ分子ポンプ４０３の排気能力を最大にするとともに排気動作を開始させる（ステップＳ４０１）。このとき、判定部５０５は、設備制御部５０２の指示に基づいて、データ保存部５０３に予め格納されている圧力測定器４０１の測定値と圧力測定器２０２の測定値との差の規格値ΔＰ、及び後述の時間規格値Δｔを読み込む（ステップＳ４０２）。次いで、チャンバー（プロセスチャンバー１０１及びウェハ搬送チャンバー２０１）内部の圧力が安定するまで、所定時間待機する（ステップＳ４０３）。この所定時間は、プロセスチャンバー１０１の容量や排気能力に応じて設定される。ここでは、所定時間を６０秒としている。
所定時間が経過すると、設備制御部５０２は、計数カウンタｉを０として、圧力測定器４０１の測定値Ｐ１と、圧力測定器２０２の測定値Ｐ２とを取得する（ステップＳ４０４→ステップＳ４０５ＹＥＳ→ステップＳ４０６）。取得した測定値Ｐ１、Ｐ２はデータ処理部５０４により、データ保存部５０３に格納されるとともに、その差が演算され、演算結果が判定部５０５に送信される。判定部５０５は、圧力測定器４０１の測定値と圧力測定器２０２の測定値との差の絶対値｜Ｐ１−Ｐ２｜と規格値ΔＰとを比較する。差の絶対値｜Ｐ１−Ｐ２｜が規格値ΔＰを越える場合は、カウンタｉを１だけ増加させ、再度、圧力測定器４０１の測定値Ｐ１と、圧力測定器２０２の測定値Ｐ２とを取得する（ステップＳ４０７ＮＯ→ステップＳ４０８→ステップＳ４０５ＹＥＳ→ステップＳ４０６）。本実施形態では、３回の測定において規格値ΔＰを満足することができなかった場合に、圧力測定器に異常があると判定している（ステップＳ４０５ＮＯ→ステップＳ４１４）。なお、図４では、各圧力測定器の繰り返し測定回数を３回にしているが繰り返し回数は１回以上であればよく、装置の状態によって繰り返し回数を増やすように変更することが可能である。
一方、ステップＳ４０７において、圧力測定器４０１の測定値と圧力測定器２０２の測定値との差の絶対値｜Ｐ１−Ｐ２｜が規格値ΔＰ以下であった場合、判定部５０５はその旨を設備制御部５０２に通知する。このとき、設備制御部５０２は、その時点での時刻ｔ０を図示しない時間計数器から取得した後、再度、圧力測定器４０１の測定値Ｐ１と、圧力測定器２０２の測定値Ｐ２とを取得するとともに、当該測定値を取得した時刻ｔ１を取得する（ステップＳ４０７ＹＥＳ→ステップＳ４０９→ステップＳ４１０）。取得した測定値Ｐ１、Ｐ２及び時刻ｔ０、ｔ１はデータ処理部５０４により、データ保存部５０３に格納されるとともに、その差が演算され、演算結果が判定部５０５に送信される。判定部５０５は、圧力測定器４０１の測定値と圧力測定器２０２の測定値との差の絶対値｜Ｐ１−Ｐ２｜と規格値ΔＰとを比較し、差の絶対値が規格値ΔＰを越える場合は、圧力測定器に異常があると判定する（ステップＳ４１１ＮＯ→ステップＳ４１４）。圧力測定器４０１の測定値と圧力測定器２０２の測定値との差の絶対値｜Ｐ１−Ｐ２｜が規格値ΔＰ以下であった場合は、判定部５０５は、時刻ｔ１と時刻ｔ０との差ｔ１−ｔ０と規格値Δｔとを比較する（ステップＳ４１１ＹＥＳ→ステップＳ４１２）。そして、差ｔ１−ｔ０が規格値Δｔ以下である場合は、再度、圧力測定器４０１の測定値Ｐ１と、圧力測定器２０２の測定値Ｐ２とを取得する（ステップＳ４１２ＮＯ→ステップＳ４１０）。一方、時刻ｔ１と時刻ｔ０との差ｔ１−ｔ０が規格値Δｔを超える場合、すなわち、時間Δｔの間、絶対値｜Ｐ１−Ｐ２｜が規格値ΔＰ以下であり続けた場合には、判定部５０５は圧力測定器には異常がないと判定する（ステップＳ４１２ＹＥＳ→ステップＳ４１３）。このように、所定時間Δｔの間、測定した各圧力測定器の測定値の差が規格値ΔＰを満足し続けることを確認することで、高真空下において圧力測定器４０１、２０２が正常に圧力を計測していることを確認できる。例えば、規格値Δｔには、１枚のウェハをプラズマ処理する時間を設定することができる。
以上の処理により圧力測定器４０１に異常がないことが確認された場合、プロセスチャンバー１０１にガスを導入しない状態における圧力制御バルブ４０２の開度の確認を行う。図５は、当該確認処理の手順を示すフローチャートである。ここでは、プロセスチャンバー１０１内の圧力を、上記圧力変動が検出されたプラズマ処理を実施中の圧力ＰAに維持したときに、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが所定の開度（上述の例では、５０°）になっているか否かを確認する。
当該確認処理が開始されると、まず、設備制御部５０２の指示により、ゲートバルブ３０２が閉鎖される（ステップＳ５０１）。また、設備制御部５０２は、排気能力制御コントローラー５０８、及び圧力制御コントローラー５０１に圧力制御条件を設定する。ここでは、設備制御部５０２は、圧力制御条件として、上記圧力変動が発生したプラズマ処理を実施した際のプロセスチャンバー１０１内の圧力ＰAを圧力制御コントローラー５０１に設定する。また、設備制御部５０２は、プロセスチャンバー１０１内にガスを導入しない状態で内部圧力ＰAにした場合に、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが上記所定開度（ここでは、５０°）になる排気能力を排気能力制御コントローラー５０８に設定する。なお、このような排気能力は、正常にプラズマ処理を実施できる状態にあるプラズマ処理装置において、実験を行うことにより予め取得できる。
このとき、判定部５０５は、設備制御部５０２の指示に基づいて、データ保存部５０３に予め格納されている圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲの下限規格値ＢＲL1、及び開度ＢＲの上限規格値ＢＲU1、及び時間規格値Δｔを読み込む（ステップＳ５０２）。ここでは、開度ＢＲの下限規格値ＢＲL1を４５°、開度ＢＲの上限規格値ＢＲU1を５５°、時間規格値Δｔを３０ｓｅｃにしている。
次いで、設備制御部５０２が排気能力コントローラー５０８を通じて、ターボ分子ポンプ４０３に上記排気能力で排気を開始させるとともに、圧力制御コントローラー５０１に圧力制御を開始させる（ステップＳ５０３）。その後、プロセスチャンバー１０１内部が圧力ＰAに安定するまで、所定時間待機する（ステップＳ５０４）。圧力測定器の確認処理と同様に、この所定時間は、プロセスチャンバー１０１の容量や排気能力に応じて設定される。ここでは、所定時間を６０秒としている。
所定時間が経過すると、設備制御部５０２は、計数カウンタｉを０として、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを取得する（ステップＳ５０５→ステップＳ５０６ＹＥＳ→ステップＳ５０７）。取得した開度ＢＲは、データ処理部５０４により、データ保存部５０３に格納されるとともに、判定部５０５に送信される。判定部５０５は、取得した開度ＢＲと下限規格値ＢＲL1及び上限規格値ＢＲU1とを比較し、開度ＢＲが下限規格値ＢＲL1以下、あるいは上限規格値ＢＲU1以上である場合は、カウンタｉを１だけ増加させ、再度、開度ＢＲを取得する（ステップＳ５０８ＮＯ→ステップＳ５０９→ステップＳ５０６ＹＥＳ→ステップＳ５０７）。本実施形態では、３回の測定において開度ＢＲが規格範囲（ＢＲL1＜ＢＲ＜ＢＲU1）を満足することができなかった場合に、圧力制御バルブ４０２に異常があると判定する（ステップＳ５０６ＮＯ→ステップＳ５１５）。なお、図５では、開度ＢＲの繰り返し測定回数を３回にしているが繰り返し回数は１回以上であればよく、装置の状態によって繰り返し回数を増やすように変更することが可能である。
一方、ステップＳ５０８において、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが規格範囲内であった場合、判定部５０５はその旨を設備制御部５０２に通知する。このとき、設備制御部５０２は、その時点の時刻ｔ０を図示しない時間計数器から取得した後、再度、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを取得するとともに、当該開度を取得した時刻ｔ１を取得する（ステップＳ５０８ＹＥＳ→ステップＳ５１０→ステップＳ５１１）。取得した開度ＢＲ及び時刻ｔ０、ｔ１はデータ処理部５０４により、データ保存部５０３に格納される。また、時刻ｔ０、ｔ１に対しては、その差が演算され、演算結果が判定部５０５に送信される。判定部５０５は、取得した開度ＢＲと下限規格値ＢＲL1及び上限規格値ＢＲU1とを比較し、開度ＢＲが下限規格値ＢＲL1以下あるいは上限規格値ＢＲU1以上である場合は、圧力制御バルブ４０２に異常があると判定する（ステップＳ５１２ＮＯ→ステップＳ５１５）。開度ＢＲが下限規格値ＢＲL1と上限規格値ＢＲU1との間にある場合は、判定部５０５は、時刻ｔ１と時刻ｔ０との差ｔ１−ｔ０と規格値Δｔとを比較する（ステップＳ５１２ＹＥＳ→ステップＳ５１３）。そして、差ｔ１−ｔ０が規格値Δｔ以下である場合は、再度、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを取得する（ステップＳ５１３ＮＯ→ステップＳ５１１）。一方、時刻ｔ１と時刻ｔ０との差ｔ１−ｔ０が規格値Δｔを超える場合、すなわち、時間Δｔの間、開度ＢＲが規格範囲（ＢＲL1＜ＢＲ＜ＢＲU1）を満足し続けた場合には、判定部５０５は圧力制御バルブ４０２には異常がないと判定する（ステップＳ５１３ＹＥＳ→ステップＳ５１４）。このように、所定時間Δｔの間、測定した圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが規格範囲を満足し続けることを確認することで、高真空下において圧力制御バルブ４０２が正常に動作していることを確認することができる。したがって、例えば、規格値Δｔには、１枚のウェハをプラズマ処理する時間を設定することができる。
以上の処理により、プロセスチャンバー１０１内にガスを導入しない状態で圧力制御バルブ４０２の開度に異常がないことが確認された場合、プロセスチャンバー１０１にガスを導入した状態で圧力制御バルブ４０２の開度の確認を行う。図６は、当該確認処理の手順を示すフローチャートである。ここでは、プロセスチャンバー１０１内の圧力を、上記圧力変動が検出されたプラズマ処理を実施中の圧力ＰAに維持したときに、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが所定の開度（上述の例ではＢＲ＝５０°）になっているか否かを確認する。
当該確認処理が開始されると、まず、設備制御部５０２の指示により、ゲートバルブ３０２が閉鎖される（ステップＳ６０１）。また、設備制御部５０２は、排気能力制御コントローラー５０８、及び圧力制御コントローラー５０１に圧力制御条件を設定する。ここでは、設備制御部５０２は、圧力制御条件として、上記圧力変動が発生したプラズマ処理を実施した際のプロセスチャンバー１０１内の圧力ＰAを圧力制御コントローラー５０１に設定する。また、設備制御部５０２は、プロセスチャンバー１１内にガスを導入した状態で内部圧力をＰAにしたときに圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが上記所定開度になる排気能力を排気能力制御コントローラー５０８に設定する。また、設備制御部５０２は、ガス供給系１０９の図示しないガス流量制御装置に、上記圧力変動が発生したプラズマ処理を実施した際のガス流量を設定する。
なお、プラズマ処理を行う際、プロセスチャンバー１０１内に複数種のガスが導入される場合には、当該確認はガス種ごとに実施される。この場合、設備制御部５０２は、プロセスチャンバー１０１内に確認対象の単体ガスを導入した状態で内部圧力をＰAにしたときに圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが５０°になる排気能力を排気能力制御コントローラー５０８に設定する。このような排気能力は、正常にプラズマ処理を実施できる状態にあるプラズマ処理装置において、実験を行うことにより予め取得できる。また、プラズマ処理を行う際、プロセスチャンバー１０１内に単一のガスが導入される場合には、設備制御部５０２は、排気能力として上記低い排気能力（ターボ分子ポンプ４０３の回転数が２５０００ｒｐｍ）を排気能力制御コントローラー５０８に設定する。
このとき、判定部５０５は、設備制御部５０２の指示に基づいて、データ保存部５０３に予め格納されている圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲの下限規格値ＢＲL2、及び開度ＢＲの上限規格値ＢＲU2、及び時間規格値Δｔを読み込む（ステップＳ６０２）。ここでは、開度ＢＲの下限規格値ＢＲL2を４５°、開度ＢＲの上限規格値ＢＲU2を５５°、時間規格値Δｔを３０ｓｅｃにしている。
次いで、設備制御部５０２が排気能力コントローラー５０８を通じて、ターボ分子ポンプ４０３に上記排気能力で排気を開始させるとともに、圧力制御コントローラー５０１に圧力制御を開始させる（ステップＳ６０３）。その後、プロセスチャンバー１０１内部が圧力ＰAに安定するまで、所定時間待機する（ステップＳ６０４）。上述の各確認と同様に、この所定時間は、プロセスチャンバー１０１の容量や排気能力に応じて設定される。ここでは、所定時間を６０秒としている。
所定時間が経過すると、設備制御部５０２は、計数カウンタｉを０として、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを取得する（ステップＳ６０５→ステップＳ６０６ＹＥＳ→ステップＳ６０７）。取得した開度ＢＲは、データ処理部５０４により、データ保存部５０３に格納されるとともに、判定部５０５に送信される。判定部５０５は、取得した開度ＢＲと下限規格値ＢＲL2及び上限規格値ＢＲU2とを比較し、開度ＢＲが下限規格値ＢＲL2以下、あるいは上限規格値ＢＲU2以上である場合は、カウンタｉを１だけ増加させ、再度、開度ＢＲを取得する（ステップＳ６０８ＮＯ→ステップＳ６０９→ステップＳ６０６ＹＥＳ→ステップＳ６０７）。本実施形態では、３回の測定において開度ＢＲが規格範囲（ＢＲL2＜ＢＲ＜ＢＲU2）を満足することができなかった場合に、ガス流量に異常があると判定する（ステップＳ６０６ＮＯ→ステップＳ６１５）。なお、図６では、開度ＢＲの繰り返し測定回数を３回にしているが繰り返し回数は１回以上であればよく、装置の状態によって繰り返し回数を増やすように変更することが可能である。
一方、ステップＳ６０８において、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが規格範囲内であった場合、判定部５０５はその旨を設備制御部５０２に通知する。このとき、設備制御部５０２は、その時点の時刻ｔ０を図示しない時間計数器から取得した後、再度、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを取得するとともに、当該開度を取得した時刻ｔ１を取得する（ステップＳ６０８ＹＥＳ→ステップＳ６１０→ステップＳ６１１）。取得した開度ＢＲ及び時刻ｔ０、ｔ１はデータ処理部５０４により、データ保存部５０３に格納される。また、時刻ｔ０、ｔ１に対しては、その差が演算され、演算結果が判定部５０５に送信される。判定部５０５は、取得した開度ＢＲと下限規格値ＢＲL2及び上限規格値ＢＲU2とを比較し、開度ＢＲが下限規格値ＢＲL2以下あるいは上限規格値ＢＲU2以上である場合は、圧力制御バルブ４０２に異常があると判定する（ステップＳ６１２ＮＯ→ステップＳ６１５）。開度ＢＲが下限規格値ＢＲL2と上限規格値ＢＲU2との間にある場合は、判定部５０５は、時刻ｔ１と時刻ｔ０との差ｔ１−ｔ０と規格値Δｔとを比較する（ステップＳ６１２ＹＥＳ→ステップＳ６１３）。そして、差ｔ１−ｔ０が規格値Δｔ以下である場合は、再度、圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲを取得する（ステップＳ６１３ＮＯ→ステップＳ６１１）。一方、時刻ｔ１と時刻ｔ０との差ｔ１−ｔ０が規格値Δｔを超える場合、すなわち、時間Δｔの間、開度ＢＲが規格範囲（ＢＲL1＜ＢＲ＜ＢＲU1）を満足し続けた場合には、判定部５０５はガス流量には異常がないと判定する（ステップＳ６１３ＹＥＳ→ステップＳ６１４）。このように、所定時間Δｔの間、測定した圧力制御バルブ４０２の開度ＢＲが規格範囲を満足し続けることを確認することで、高真空下においてガス供給系１０９が正常に動作していることを確認することができる。例えば、規格値Δｔには、１枚のウェハをプラズマ処理する時間を設定することができる。
また、上述のプロセスチャンバー１０１内にガスを導入しない状態での圧力制御バルブ開度の確認と、プロセスチャンバー１０１内にガスを導入した状態での圧力制御バルブ開度の確認は、正常な状態にあるプラズマ処理装置との比較により行っている。しかしながら、プラズマ処理中に発生する反応生成物が排気配管等の内部に堆積する等により、プラズマ処理装置の排気能力は日々の使用につれて徐々に変化する。このため、正常な状態にあるプラズマ処理装置により取得したデータの蓄積が多いほど、より正確に上述の確認を行うことができる。すなわち、正常な状態にあるプラズマ処理装置において１日１回以上データを取得し、当該データに基づいて規格値を微調整することにより、日々の排気能力変化の傾向等を把握することができ、より正確に上述の確認を行うことができる。
なお、プロセス条件に依存するが、反応生成物の発生が比較的多いプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、圧力制御バルブ４０２の開度は徐々に大きくなる傾向にある。このように圧力制御バルブ４０２の開度が徐々に変化する場合、このような経時変化による開度の変動と、異常による開度の変動とを区別する必要がある。このような区別を行うため、プラズマ処理中の圧力制御バルブ４０２開度の変動量を常時監視することに加えて、直前のプラズマ処理における圧力制御バルブ４０２の開度と、現在処理中の圧力制御バルブ４０２の開度との比較を合わせて行うことが好ましい。これにより、徐々に変化する圧力制御バルブ４０２の開度を考慮した状態で圧力制御バルブ４０２の開度の変動量を検出することができ、異常によって発生した圧力制御バルブ４０２の開度の変動を確実に検出することができる。なお、現在のプラズマ処理と直前のプラズマ処理との処理間隔が一定でない場合、プロセスチャンバー１０１内の温度分布の差異に起因して、圧力制御バルブ４０２の開度が変動する場合がある。この場合、処理間隔に起因して生じる圧力制御バルブ４０２の変動量を考慮した状態で、圧力制御バルブ４０２の開度の変動量を監視することが好ましい。
以上説明したように、圧力制御バルブ４０２の開度の変動により、プロセスチャンバー１０１内の微小な圧力変動を確実に検出することができる。この結果、プロセス条件に依存することなく、異常の発生を早期に検出することができる。この結果、異常発生を確実に検出し、以降に処理される被加工体に連続して大量の加工不良が発生することを防止できる。
また、圧力変動の原因が装置異常に起因するものか、プロセス異常に起因するものかを容易に区別することができる。さらに、本実施形態のプラズマ処理装置は、従来の装置に排気能力制御コントローラーと演算部とを付加し、設備制御部にこれらを制御させる構成である。したがって、検出する異常に応じた種々の計測器を付加する必要がなく、比較的安価に装置を実現することができる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、排気能力を、ターボ分子ポンプ４０３の回転数を変更することにより低下させた。しかしながら、他の手法により排気能力を低下させることも可能である。図７は本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
図７に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置は、排気能力を低下させる手段として、圧力制御バルブ４０２とターボ分子ポンプ４０３との間に排気能力制御バルブ４０５を備える点が第１実施形態のプラズマ処理装置と異なる。また、本実施形態のプラズマ処理装置は、第１の実施形態の排気能力制御コントローラー５０８に代えて、排気能力制御バルブ４０５の開度を制御する、排気能力制御コントローラー５０９を備える。他の構成は第１の実施形態のプラズマ処理装置と同一である。なお、排気能力制御バルブ４０５には、バタフライバルブのようなコンダクタンス可変バルブ等を使用することができる。
本実施形態では、排気能力制御コントローラー５０９が、設備制御部５０２の指示に基づいて、排気能力制御バルブ４０５の開度を変化させる。すなわち、排気能力制御コントローラー５０９は、排気能力制御バルブ４０５の開度を小さくすることにより排気能力を低下させる。また、排気能力制御コントローラー５０９は、排気能力制御バルブ４０５を大きくすることにより排気能力を増大させる。このように、本実施形態においても、排気能力を低下させることが可能であり、排気能力を低下させることで、プロセスチャンバー１０１内の微小な圧力変化により圧力制御バルブ４０２の開度が大きく変動する状態を実現することができる。
すなわち、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、圧力制御バルブ４０２の開度の変動により、プロセスチャンバー内の微小な圧力変動を確実に検出することが可能となる。この結果、異常発生を確実に検出し、以降に処理される被加工体に連続して大量の加工不良が発生することを防止できる。
（第３の実施形態）
さらに、第１及び第２の実施形態と異なる構成によっても、排気能力を低下させることは可能である。図８は本発明の第３の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
図８に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置は、排気能力を低下させる手段として、圧力制御バルブ４０２とターボ分子ポンプ４０３との間にガス供給口４０６を備える点が第１の実施形態のプラズマ処理装置と異なる。ガス供給口４０６には、ガス流量制御装置（マスフローコントローラー）４０７を介してガス供給源４０８が接続されている。また、本実施形態のプラズマ処理装置は、第１の実施形態の排気能力制御コントローラー５０８に代えて、ガス流量制御装置４０７のガス流量を制御する、排気能力制御コントローラー５１０を備える。他の構成は第１の実施形態のプラズマ処理装置と同一である。なお、特に限定されるものではないが、排気系において予期しない反応が発生することがないように、ガス供給源４０８からは、ＨｅガスやＮ2ガスなどの不活性ガスが供給されることが好ましい。
本実施形態では、排気能力制御コントローラー５１０が、設備制御部５０２の指示に基づいて、ガス流量制御装置４０７を通過するガスの流量を変化させる。すなわち、排気能力制御コントローラー５１０は、ガス流量制御装置４０７を通過するガスの流量を増加させることにより排気能力を低下させる。また、排気能力制御コントローラー５１０は、ガス流量制御装置４０７を通過するガスの流量を減少させることにより排気能力を増大させる。このように、本実施形態においても、排気能力を低下させることが可能であり、排気能力を低下させることで、プロセスチャンバー１０１内の微小な圧力変化により圧力制御バルブ４０２の開度が大きく変動する状態を実現することができる。
すなわち、本実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、圧力制御バルブ４０２の開度の変動により、プロセスチャンバー内の微小な圧力変動を確実に検出することが可能となる。この結果、異常発生を確実に検出し、以降に処理される被加工体に連続して大量の加工不良が発生することを防止できる。
以上説明したように、本発明によれば、プロセスチャンバー内の微小な圧力変動を、圧力制御バルブ４０２の開度の変動により確実に検出することができる。また、圧力変動の原因が装置異常に起因するものか、プロセス異常に起因するものかを容易に区別することができる。
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上述の第１、第２、第３の実施形態において説明した排気能力を変動させる構成は、それぞれ単独で用いる必要はなく、いずれか２つあるいは全てを組み合わせて採用することもできる。例えば、ターボ分子ポンプ４０３などに回転数の制限がある場合には、排気能力の変動幅が限定されてしまうが、複数の方式を組み合わせて使用することにより、１つの手段のみで排気能力を変動させる場合に比べて、排気能力の制御範囲をより広範囲にすることができる。
また、本発明は、プラズマエッチング装置に限らず、プラズマ処理室内に配置された被加工体をプラズマ処理するいかなるプラズマ処理装置に対しても適用可能である。
本発明は、半導体製造に使用されるドライエッチング装置、ＣＶＤ装置などのプラズマ処理装置の処理中及び処理前後での異常を早期に検出する方法等に有用である。
本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図 圧力制御バルブの開度と圧力変動との関係を示す図 本発明の実施形態における動作を説明するためのフローチャート 本発明の実施形態における圧力測定器の異常確認処理を示すフローチャート 本発明の実施形態におけるプロセスチャンバーのリーク及び排気系の異常確認処理を示すフローチャート 本発明の実施形態におけるガス流量の異常確認処理を示すフローチャート 本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図 本発明の第３の実施形態におけるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図 従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図
符号の説明
１０１ プロセスチャンバー
１０２ ウェハ
１０３ ウェハステージ
１０４ 上部電源
１０５ 下部電源
１０６ 排気用ゲートバルブ
１０７ 排気部
１０８ ガス供給源
１０９ ガス供給系
１１０ 上部電極
１１１ ガス噴出し板
１１２ 排気領域
１１３ 排気口
２０１ ウェハ搬送チャンバー
３０１ ゲートバルブＯリング
３０２ ゲートバルブ
３０３ ウェハ搬送経路部
４０１ 圧力測定器
４０２ 圧力制御バルブ
４０３ ターボ分子ポンプ
４０４ ドライポンプ
４０５ 排気能力制御バルブ
４０６ ガス供給口
４０７ ガス流量制御装置
４０８ ガス供給源
４１０ 排気配管
５０１ 圧力制御コントローラー
５０２ 設備制御部
５０３ データ保存部
５０４ データ処理部
５０５ 判定部
５０８ 排気能力制御コントローラー
５０９ 排気能力制御コントローラー
５１０ 排気能力制御コントローラー

Claims (19)

  1. 処理室内に配置された被加工体のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
    被加工体に対してプラズマ処理を行う処理室と、
    前記処理室内の圧力を測定する圧力測定器と、
    前記処理室内のガスを排出するポンプと、
    前記ポンプと前記処理室との間に設けられ、前記圧力測定器の測定値に基づいて開度を変更することにより、前記処理室内の圧力を所定圧力に維持する圧力制御バルブと、
    前記圧力制御バルブよりも排気側における排気能力を変動させる手段と、
    前記圧力制御バルブの開度を検出する手段と、
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記処理室内の圧力が前記所定圧力に維持されたときの前記圧力制御バルブの開度が所定開度になる状態に、前記排気能力を設定する請求項１記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記所定開度が、検出すべき処理室内の圧力変動量に応じて設定される請求項２記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記排気能力を変動させる手段が、排気能力を変更可能な前記ポンプにより構成された請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記排気能力を変動させる手段が、前記圧力制御バルブと前記ポンプとの間に設けられた、開度を変更可能な排気能力制御バルブにより構成された請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記排気能力を変動させる手段が、前記圧力制御バルブと前記ポンプとの間に流量制御されたガスを供給する、流量を変更可能なガス供給手段により構成された請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記圧力制御バルブと前記ポンプとの間に供給されるガスが、不活性ガスである請求項６記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記圧力制御バルブの開度の変動量に基づいて、前記処理室内の圧力変動を検出する請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記圧力制御バルブの開度が所定値以上になった場合、前記圧力制御バルブより排気側の排気能力を増大させる請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記圧力制御バルブの開度が所定値以上になった場合、次に処理される被加工体に対するプラズマ処理の実行を停止する請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  11. 被加工体が設置される処理室と前記処理室内のガスを排出するポンプとの間に設けられた、圧力制御バルブの開度を変更することにより前記処理室内の圧力を所定圧力に維持するプラズマ処理装置の異常検出方法であって、
    前記処理室内を所定圧力に維持した状態にある前記圧力制御バルブの開度を、前記圧力制御バルブよりも排気側における排気能力を調整することにより、検出すべき処理室内の圧力変動量に応じた開度に設定するステップと、
    前記設定された圧力制御バルブの開度の状態で処理室内を前記所定圧力に維持し、プラズマ処理を行うステップと、
    前記圧力制御バルブの開度の変動量に基づいて、前記処理室内の圧力変動を検出するステップと、
    を含むことを特徴とするプラズマ処理装置の異常検出方法。
  12. 前記処理室内の圧力変動が検出された場合、
    前記処理室内の圧力を計測する圧力測定器の異常の有無を確認するステップと、
    前記圧力測定器の異常がない場合、前記処理室内にガスを導入することなく前記処理室内を所定圧力に維持した状態における、前記圧力制御バルブ開度の異常の有無を確認するステップと、
    前記圧力制御バルブの開度に異常がない場合、前記処理室にガスを導入し前記処理室内を所定圧力に維持した状態における、前記圧力制御バルブ開度の異常の有無を確認するステップと、
    をさらに含む請求項１１記載のプラズマ処理装置の異常検出方法。
  13. 被加工体が設置される処理室と前記処理室内のガスを排出するポンプとの間に設けられた、圧力制御バルブの開度を変更することにより前記処理室内の圧力を所定圧力に維持するプラズマ処理装置に適用されるプラズマ処理方法であって、
    前記処理室内を所定圧力に維持した状態にある前記圧力制御バルブの開度を、前記圧力制御バルブよりも排気側における排気能力を調整することにより、所定の開度に設定するステップと、
    前記設定された圧力制御バルブの開度の状態で処理室内を前記所定圧力に維持し、プラズマ処理を行うステップと、
    を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
  14. 前記所定開度が、検出すべき処理室内の圧力変動量に応じて設定される請求項１３記載のプラズマ処理方法。
  15. 前記圧力制御バルブよりも排気側における排気能力が、前記ポンプの排気能力を変更することにより調整される請求項１３または１４記載のプラズマ処理方法。
  16. 前記圧力制御バルブよりも排気側における排気能力が、前記圧力制御バルブと前記ポンプとの間に設けられた排気能力制御バルブの開度を変更することにより調整される請求項１３または１４記載のプラズマ処理方法。
  17. 前記圧力制御バルブよりも排気側における排気能力が、前記圧力制御バルブと前記ポンプとの間に供給するガスの流量を変更することにより調整される請求項１３または１４記載のプラズマ処理方法。
  18. 前記圧力制御バルブと前記ポンプとの間に供給されるガスが、不活性ガスである請求項１７記載のプラズマ処理方法。
  19. 前記圧力制御バルブの開度が所定値以上になった場合、前記圧力制御バルブより排気側の排気能力を増大させる請求項１３または１４記載のプラズマ処理方法。
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