JP2008521212A - プラズマ加工システムのコンピュータ用データ表示技術 - Google Patents

Abstract

プラズマ加工システムに関係するシステム関連構成要素の予測故障状態セットを表示するためのコンピュータ用データ表示技術が開示されている。この技術はシステム関連構成要素の第１システム関連構成要素に関係する表示セットを受領するステップを含む。この技術は第１副方法に従い、第１表示セットの受領に対応して第１予測故障状態値を計算するステップをさらに含む。この技術は第１ウェイトに従って第１規格化予測故障状態値を計算するステップと、第１規格化予測故障状態値を第１色に相関させるステップと、第１色をｎ次元マトリックスの要素に表示するステップとをさらに含む。このｎは３以上である。

Description

本発明は一般的には基板製造技術に関し、特にはプラズマ加工システムで利用するコンピュータ用データ表示技術に関する。

半導体製造設備の設計と実用化には何十億ドルの費用がかかる。生産効率を最良化し、コストを削減することは利益のためには必須である。しかし、これら設備内の主要な加工システムは多量な人的介在を必要とし、工程間差及び操作ミスの原因を内在させている。

基板の主要装備加工システムは操作ソフトプログラムを利用する高性能コンピュータシステムによって操作されている。ユーザはインターフェースを介して製造装置にリクエストを送り、製造装置から出力情報を受領する能力を与えられている。しばしば何千ものプロセス測定値（目標エッチングステップ中の測定電磁波スペクトル等）が定期的に得られ、対象のシステムパラメータに相関（チャックは交換を必要とするか否か、等）させる小型集約変数セットに変換される。

しかし基板の加工プロセス進行時にオペレータに理解及び実行が可能な形態でプロセス情報を効果的に分析、要約及び表示することは困難である。一般的にプラズマ加工プロセスは動的であり、モニターは困難である。例えば残余物がチャンバ壁に蓄積してプラズマの化学特性を変えたり、プラズマ損傷をチャンバ構造に発生させてプロセスの電気特性を変えることがある。

プラズマ加工装置は一般的にシステムが操作可能状態であるか否かをオペレータに通知する視覚式通知装置または警告装置を有して設計されている。基本的な通知システムは加工システムにカップリングされ、機械状態に対応する一連の光源を含む。緑は“ＧＯ”状態であり、赤は“ＮＯ−ＧＯ”状態であり、黄は両者間の中間である。黄と赤は両方ともしばしば“ＮＯ−ＧＯ”状態として扱われる。

図１ではプラズマ加工システムで普通に利用されるライトタワー（光塔）の概略図を示す。ライトタワーの状態は一般的にプロセスモデル、普通はソフトウェア及び/又はハードウェア警告閾値の“ＯＲ”で決定できる。ライトタワー自体は３種の個別色表示を含み、３状態を表示できる。赤状態１０２は一般的に“ＮＯ−ＧＯ”機械状態を示し、プラズマ加工プロセスがスペックを外れている機械状態を表す。“ＮＯ−ＧＯ”状態で赤表示を点滅させることもできる。黄状態１０４は一般的にプラズマ加工プロセスが間もなく“ＮＯ−ＧＯ”状態になることを表す警告である。緑状態１０６は一般的に“ＧＯ”状態を示す。一般的に実質的な故障修理を必要としない限り、オペレータはプロセスモデルの多少の知識を必要とするだけである。

しかし機械状態は変動的であり、普通はプラズマ加工システムの所有者が特に関心を寄せるプロセスパラメータのサブセットから決定される。一般的に製造プロセスは必要不可欠でない限り停止されない。なぜなら加工基板は相当に高価だからである。しかし合理的推測以上に機械状態を把握することはしばしば困難である。

例えば汚染物質は基板を介在させずにプラズマ利用することでプラズマ加工システムから排除できる。しかし静電チャックは基板で遮蔽されていないので、結果としてエッチングされる。よってプラズマ加工システムは充分に補償できず、プロセスパラメータは無効化される。この臨界点にいつ到達するかを正確に決定することは非現実的であることが多いため、実際には所定長の操作時間が経過した後にチャックが“ＮＯ−ＧＯ”状態に達したと判定し、チャックを交換する。よって、実際にはチャックの使用寿命のほんの一部であることが大半である。高価なチャック交換によりコストが上昇し、交換のためにプラズマ加工システムを数時間中断しなければならないので生産効率も低下する。

さらに機械状態は“ＧＯ”状態と“ＮＯ−ＧＯ”状態に必ずしも相関せず、継続的予測故障状態に相関する。予測故障状態はそのインパクト、ダメージあるいは規格化ウェイトの数値化された数値が掛け算された特定故障状態となる確率である。もし故障の確率が高いがプロセスに対するその操作インパクトが無視できるならその予測値は小さい。この状況では製造プロセスは継続すべきであろう。同様に、もし故障の確率の可能性が低いがプロセスに対するその操作インパクトが非常に高ければ、低予測値はプロセスの継続を提案する。反対に、予測故障の確率が高いと機械の急停止を提案する。例えばプラズマチャンバの真空漏出がこの場合に該当する。

しかし継続的予測故障状態はユーザに理解が容易な図形の形態で効果的に表示することは困難である。限定的ではあるが、ディスクリートな視覚的通知（すなわち“ＧＯ”及び“ＮＯ−ＧＯ”）はオペレータに素早く、しかも容易にプラズマ加工システムの停止等の行動をとらせる。一方、継続視覚通知はオペレータにプラズマプロセスにおける現在及び将来の故障状態並びに可能な行動の影響に関する知的考察等の高度な判断を強要する。

データ分析モデル（回帰モデル、要因分析、変動分析、等）の大部分は、データが単純な様式に従う場合にのみオペレータに理解が可能である。それでもプラズマ加工システムから未処理操作データを抽出し、所定アルゴリズムセットに基づいて情報処理し、処理情報を理解容易な図形で表示することは困難である。加えて、その不完全な図形表示から複雑な多次元プロセスの内部現状を推測し、その行動及び可能な故障状態を予測するには、オペレータはその加工プロセス並びに任務に関して充分な理解を有する必要がある。

以上の観点から、プラズマ加工システムのためのコンピュータ利用データ表示技術が所望されている。

本発明はプラズマ加工チャンバを含んだプラズマ加工システムの１実施例において、プラズマ加工システムに付随するシステム関連構成要素の予測故障状態セットを表示するコンピュータ用データ表示技術に関する。この技術はシステム関連構成要素の第１システム関連構成要素に付随する表示セットの受領を含む。この技術は第１副方法に従い、表示の第１セットの表示である第１予測故障状態値の受領に対応する計算も含む。この技術は第１ウェイトに従う第１規格化予測故障状態値の計算、その第１規格化予測故障状態値の第１色への相関、並びにｎ次元（ｎは３以上）マトリックス（行列）の構成要素における第１色の表示をさらに含む。

本発明のこれら及び他の特徴を添付の図面を利用して以下で詳細に説明する。

以下において本発明を添付図面を利用して詳細に説明する。以下の詳細な説明では多数の細部が解説されているが、それらの一部あるいは全部を省略しても本発明の実施は可能であろう。

前述したように、プラズマ加工システムから未処理の操作データを抽出し、所定のアルゴリズムセットで処理し、理解可能な図形の形態で処理情報を表示することはしばしば困難である。

非自明である方法により、実質的に継続的な予測故障状態セットとしてプラズマ加工測定値セットがモデル化できる。それらはオペレータに対して表示される色でマップ処理できる。すなわちプラズマ加工システム内で発生した故障と、モジュールまたはシステムによって発生された警告は検出可能であり、色表示される。予測故障状態はそのインパクト、ダメージまたは他の規格化ウェイトを表す数値が掛け算された特定故障状態の数値による確率である。もし故障の確率は高いがプロセスに対する操作インパクトが無視できる程度なら、その予測値、すなわちインパクトは小さい。一方、予測故障状態の確率が高ければ機械の急停止を促す。

視覚表示は対象パターンと空間関係の識別に優れており、大量データからの情報を伝達し、解釈するのにますます重要になっている。一般的に人間の眼はコンピュータよりも視覚表示のパターン認識能力が高い。プラズマ加工データの大部分は不規則で局所的なパターンを含むので、そのようなデータ視覚表示は数字表形態の同一データよりも迅速分析のためには利用性が高い。表形態で関連性を伝達する際には、ユーザはデータを伝達するだけでなく、理解も必要である。一片のデータまたはデータセットはユーザにプラズマ加工プロセスを停止させることを要求する。

最低から最大の予測故障状態値を表す色スペクトルが創出される。１実施例においては、副方法による構築可能な副方法が使用され、それぞれの予測故障状態モデルを導く。副方法とはシステム関連構成要素あるいは他の副方法から創出される測定値セットの数学変換またはモデルであり、予測故障状態の判定に利用される。

一般的にシステム関連構成要素とは副コンポーネントのごときプラズマ加工システムの一部に関連する測定される要素セットのことである。システム関連構成要素は運用コストのごときプラズマ加工システムによって影響を受ける外的要素でもある。副コンポーネントの例には静電チャック、整合回路、ガス分配システム、ＲＦ発生器、等が含まれる。測定される要素の例はインピーダンス、温度、電圧、圧力、等である。

平方根法（最終副方法）はプラズマ加工システムの運用準備状態全般を判定する。副方法はチャックのごときプラズマ加工システムの特定部の運用準備状態を直接的に判定できる。これは平方根法に組み入れることができる。副方法は運用準備状態全般に自身を相関させる任意測定基準システムも発生させる。例えば所望の加工プロセス状態への相関性を判定するために主要コンポーネント分析または部分最小二乗法が利用されて加工プロセスデータ（プラズマ加工表示）が分析される。加工プロセスデータはさらに他の副方法の結果をも含むことができる。それぞれの副方法の結果は予測故障状態に変換でき、色マッピング処理されてオペレータの行動のために表示される。

１実施例においては、二次元マトリックスがプラズマ加工システムオペレータのために表示できる。マトリックスのそれぞれの横列は副方法を表す色マップを表示し、それぞれの縦列は時間単位を表す。別実施例では二次元マトリックスはプラズマ加工システムオペレータのために表示でき、各横列は副方法を表す色マップを表示し、各縦列は定められた出来事（プラズマプロセスの副ステップの開始、中間過程、終了、等）あるいは他の設定出来事または時間を表す。これは１以上のプロセスパラメータの値に対する条件であってもなくても構わない。

各副方法の結果は標準セットに規格化でき、計算済み副方法を含んだ集合副方法を創出するように組み合わされ、その後にオペレータに対して色表示される。このプロセスはプラズマ加工システム全体の状態診断用色表示を達成するために継続される。

プラズマ加工システム全体の状態診断のため、一定時間にわたり予測故障状態を判定することが有利である。例えば、もしダメージを与えそうな予測故障状態が断続的に発生しているなら、最新の計算が赤セッティング状態を発しているとは限らないが、プラズマ加工システムの全体的赤状態を維持することが望ましいであろう。

別実施例では予測故障状態値、すなわち表示色は故障の実際の性格に基づいて調整できる。例えば緑色は予測故障状態の「良度」の最大量を表す。すなわちプラズマ加工プロセスに対するインパクトの可能性が非常に低いことを表し、従って“ＧＯ”状態に相関されよう。同様に赤色は予測故障状態の“悲観度”の最大量を表す。すなわちプラズマ加工プロセスに対するインパクトの可能性は非常に高く、“ＮＯ−ＧＯ”状態に相関されよう。

一般的に故障の実際の性格は測定基準に従う数値で表され、相当な統計分析または実証工学経験によって判定されている。例えば故障を判定するための新副方法は効果の試験途中であり、オペレータによって無視されるべきである。その規格化ウェイト値はすべの結果に対してゼロすなわち緑にセットできる。副方法が有効化されると、規格化ウェイト値は比例して増加し、故障の実際の性格をさらに良好に表す。

継続的（複数）色（例えばスペクトル色）がカラーマッピング処理に使用できるが、他の色の選択であっても利用できる。カラーマップは４変動要素間の関係を表す三次元プロットで利用できる。一般的に色認識は３つの要素で表される。色調、彩度及び輝度である。色調は赤や緑等の色彩を区別するのに利用される。彩度は色の純度を表し、輝度は色密度の具現化である。一般的にユーザは輝度または彩度の偏差よりも色調の変化を容易に認識する。

別実施例では過去の出来事の視覚的分析及び標準数値または図形処理による比較が達成できる。

別実施例ではデータの複数源及び複数種のデータが使用されて予測故障状態を判定する。

別実施例では予測故障状態は運用コストまたは生産量全体に対するインパクトあるいは影響のごとき他の規格化ウェイトのために調整できる。

別実施例では減少させた増加した階層レベルを含んだ複雑あるいは単純なシステムが創出できる。すなわちマトリックスのいかなるレベルまたは横列の変更でも独立した故障検出測定基準との相関をレベル化する最良状態を目指して再計算できる。これらの再計算は独立故障測定基準への確認された相関を有した各階層で非ゼロウェイトを有した横列の数を減少させ、エンジニア及びオペレータの所望（例えば可能な限りに低コストで高生産効率）に合わせて最良化されたシステムを運用させる偽陽性並びに偽陰性警告の過去の比率を減少させるであろう。

図２では本発明の１実施例による予測故障状態のマトリックス表示である。この例では表示は縦列次元ｘ、横列次元ｙ及び平面次元ｚを含むｎ次元マトリックスである。このｘは５、ｙは６、ｚは１である。すなわち５縦列、６横列及び１面が存在する。

予測故障状態マトリックス２００の各横列２０４aから２０４eは前述のように副方法要素またはプロセスモデルのセットを表す。各縦列２１４aから２１４ｇは副方法のセットである横列２０４aから２０４eが計算される（例えば毎秒）特定時間を表す。さらに横列２０２は副方法要素を特定縦列に組み入れる平方根方法を表すことができる。すなわち横列２０４の個別予測故障状態の規格化集合である。図１のライトタワーとは異なり予測故障状態マトリックス２００の各表示要素は継続する予測故障状態を表す色彩の範囲を表示できる。

図３は本発明の１実施例による集合縦列３１４全体を追加した図２の予測故障状態マトリックスの表示である。この例では、表示はｎ次元マトリックスであり、縦列次元ｘ、横列次元ｙ及び平面次元ｚを含む。そのｘは６、ｙは６、ｚは１である。すなわち、６縦列、６横列及び１平面が存在する。

図４は本発明の１実施例による進化可能なモデルの重合モデルを表示する追加次元を有した予測故障状態マトリックスの表示である。この例では表示はｎ次元マトリックスであり、縦列次元ｘ、横列次元ｙ並びに平面次元ｚを含む。このｘは６、ｙは６及びｚは６である。すなわち、６縦列、６横列及び６平面が存在する。

前述したように集合副方法は他の副方法を含むことができる。オペレータに集合副方法のコンポーネントに平面次元に沿って探査またはドリルダウン４０４させることは有利である。１実施例では予測故障状態マトリックスは三次元を超えて拡張できる。別実施例では存在する適用法と手順がこのプロトコールを利用することができる。

図５は本発明の１実施例によるプラズマ加工システムに関するシステム関連構成要素の予測故障状態セットを表すためにコンピュータ用データ表示技術を図示する。当初、表示要素セットはステップ５０２でシステム関連構成要素の第１システム関連構成要素に関連して受領される。次にステップ５０４で第１副方法に従い、第１セットの表示要素の受領に対応して第１予測故障状態値が計算される。ステップ５０６では第１規格化予測故障状態値が第１ウェイトに従って計算される。ステップ５０８では第１規格化予測故障状態値が第１色に相関される。最後に、ステップ５１０でその第１色は２以上の次元であるｎ次元のマトリックスの単位要素に表示される。

本発明をいくつかの好適実施例により解説したが、本発明の範囲内でそれらの変形または改良が可能である。例えば本発明を本出願人（ラムリサーチ社）のプラズマ加工システム（例：Ｅｘｅｌａｎ^TM、Ｅｘｅｌａｎ^TMＨＰ、Ｅｘｅｌａｎ^TMＨＰＴ、２３００^TM、Ｖｅｒｓｙｓ^TMＳｔａｒ等）を利用して解説したが、他のプラズマ加工システムでも使用できる。本発明は種々な直径（例：２００ｎｍ、３００ｎｍ、ＬＣＤ等）の基板でも利用できる。本発明の方法を利用する多くの別方法も存在する。

本発明の利点はプラズマ加工システムのためのデータ視覚化方法及び装置を含む。他の利点は提案モデル性能の数値的評価能力、進化可能な重合モデルの利用及び複雑な販売者失認分析のための単純データの利用を含む。

本発明の範囲内でそれら実施例の多様で多彩な変形は可能であり、本発明の範囲は添付の請求項に記載されたものである。

図１はプラズマ加工システムにおいて普通に利用するライトタワーの概略図である。 図２は本発明の１実施例による予測故障状態マトリックスである。 図３は本発明の１実施例により集合縦列が追加された図２の予測故障状態マトリックスである。 図４は本発明の１実施例による進化可能なモデルの重合モデルを表示させる次元が追加された図２の予測故障状態マトリックスである。 図５は本発明の１実施例によるプラズマ加工システムに付随するシステム関連構成要素の予測故障状態セットを表すためのコンピュータ用データ表示技術のフロー図である。

Claims (31)

1. プラズマ加工システムに関わるシステム関連構成要素の予測故障状態セットを表すコンピュータ用データ表示方法であって、
   システム関連構成要素の第１システム関連構成要素に関わる表示セットを受領するステップと、
   第１副方法に従い、前記第１表示セットの受領に対応して第１予測故障状態値を計算するステップと、
   第１ウェイトに従って第１規格化予測故障状態値を計算するステップと、
   前記規格化予測故障状態値を第１色に相関させるステップと、
   前記第１色をｎ（２以上）次元マトリックスの要素に表示するステップと、
   を含んで構成され、前記ｎ次元マトリックスは縦列次元ｘと、横列次元ｙと、平面次元ｚとを含んでおり、ｘは１以上の整数であり、ｙは１以上の整数であり、ｚは１以上の整数であり、前記ｎ次元マトリックスは第２規格化予測故障状態値に相関する第２色と、第３規格化予測故障状態値に相関する第３色とを含んでおり、前記第３規格化予測故障状態値は前記第１規格化予測故障状態値と前記第２規格化予測故障状態値から導かれることを特徴とする方法。
2. 第１色は色調値、輝度値及び彩度値のうちの少なくとも２値を含む連続領域に基づいて計算されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. システム関連構成要素の第１システム関連構成要素はプラズマ加工システムの第１副コンポーネントに関係することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 第１副コンポーネントは静電チャックであることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 第１副コンポーネントは整合回路であることを特徴とする請求項３記載の方法。
6. 第１副コンポーネントはガス配分システムであることを特徴とする請求項３記載の方法。
7. 第１副コンポーネントはＲＦ発生器であることを特徴とする請求項３記載の方法。
8. 表示セットは副コンポーネントの測定値であることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 測定値はインピーダンス測定値であることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 測定値は温度測定値であることを特徴とする請求項８記載の方法。
11. 測定値は電圧測定値であることを特徴とする請求項８記載の方法。
12. 測定値は圧力測定値であることを特徴とする請求項８記載の方法。
13. 表示セットはプラズマ加工システムの運用コストを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
14. 表示セットは少なくとも第２規格化予測故障状態値と副コンポーネントの測定値を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
15. 表示セットは少なくとも第２規格化予測故障状態値と第３規格化予測故障状態値を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
16. ｎ次元マトリックスの各縦列は時間を表していることを特徴とする請求項１記載の方法。
17. ｎ次元マトリックスの各縦列は定期的計算時間を表していることを特徴とする請求項１記載の方法。
18. ｎ次元マトリックスの各縦列は設定された出来事を表していることを特徴とする請求項１記載の方法。
19. 設定された出来事は開始出来事、停止出来事、局部最大出来事及び局部最小出来事いずれかであることを特徴とする請求項２０記載の方法。
20. 横列次元ｙは３であり、第１色は第１横列に表示され、第２色は第２横列に表示され、第３色は第３横列に表示されることを特徴とする請求項１記載の方法。
21. 第４規格化予測故障状態に相関する第４色をさらに含んでおり、第３規格化予測故障状態値は第１規格化予測故障状態値、第２規格化予測故障状態値及び第４規格化予測故障状態値から導かれることを特徴とする請求項１記載の方法。
22. 横列次元ｙは４であり、第１色は第１横列に表示され、第２色は第２横列に表示され、第３色は第３横列に表示され、第４色は第４横列に表示されることを特徴とする請求項１記載の方法。
23. プラズマ加工システムに関わるシステム関連構成要素の予測故障状態セットを表すコンピュータ用データ表示方法であって、
    システム関連構成要素の第１システム関連構成要素に関わる表示セットを受領するステップと、
    第１副方法に従い、前記第１表示セットの受領に対応して第１予測故障状態値を計算するステップと、
    第１ウェイトに従って第１規格化予測故障状態値を計算するステップと、
    前記規格化予測故障状態値を第１色に相関させるステップと、
    前記第１色をｎ（２以上）次元マトリックスの要素に表示するステップと、
    を含んで構成され、前記ｎ次元マトリックスは縦列次元ｘと、横列次元ｙと、平面次元ｚとを含んでおり、ｘは１以上の整数であり、ｙは１以上の整数であり、ｚは１以上の整数であり、前記ｎ次元マトリックスは第２規格化予測故障状態値に相関する第２色と、第３規格化予測故障状態値に相関する第３色とを含んでおり、前記第３規格化予測故障状態値は前記第１規格化予測故障状態値と前記第２規格化予測故障状態値から導かれ、
    前記第１色は第１色は色調値、輝度値及び彩度値のうちの少なくとも１値を含む連続領域に基づいて計算され、前記システム関連構成要素の前記第１システム関連構成要素はプラズマ加工システムの第１副コンポーネントに関係することを特徴とする方法。
24. ｎ次元マトリックスは第４規格化予測故障状態値をさらに含んでおり、第３規格化予測故障状態値は第１規格化予測故障状態値と第２規格化予測故障状態値に加えて第４規格予測故障状態値を使用して導かれることを特徴とする請求項２６記載の方法。
25. 表示セットは副コンポーネントの測定値を含んでいることを特徴とする請求項２６記載の方法。
26. 表示セットは少なくとも第２規格化予測故障状態値と副コンポーネントの測定値を含んでいることを特徴とする請求項２６記載の方法。
27. 横列次元ｙは３であり、第１色は第１横列に表示され、第２色は第２横列に表示され、第３色は第３横列に表示されることを特徴とする請求項２６記載の方法。
28. プラズマ加工システムに関わるシステム関連構成要素の予測故障状態セットを表すコンピュータ用データ表示方法であって、
    システム関連構成要素の第１システム関連構成要素に関わる表示セットを受領するステップと、
    第１副方法に従い、前記第１表示セットの受領に対応して第１予測故障状態値を計算するステップと、
    第１ウェイトに従って第１規格化予測故障状態値を計算するステップと、
    前記第１規格化予測故障状態値を第１色に相関させるステップと、
    前記第１色をｎ（２以上）次元マトリックスの要素に表示するステップと、
    を含んで構成され、前記ｎ次元マトリックスは縦列次元ｘと、横列次元ｙと、平面次元ｚとを含んでおり、ｘは１以上の整数であり、ｙは１以上の整数であり、ｚは１以上の整数であり、前記ｎ次元マトリックスの前記表示セットは少なくとも第２規格化予測故障状態値を含んでおり、前記平面次元ｚが２以上であれば、前記第１色は前記ｎ次元マトリックスの第１横列と第１平面に表示され、前記第２規格化予測故障状態値に相関する第２色は前記ｎ次元マトリックスの前記第１横列と第２平面に表示できることを特徴とする方法。
29. 表示セットは副コンポーネントの測定値を含んでいることを特徴とする請求項３１記載の方法。
30. 表示セットは少なくとも第２規格化予測故障状態値と副コンポーネントの測定値を含んでいることを特徴とする請求項３４記載の方法。
31. 横列次元ｙは３であり、第１色は第１横列に表示され、第２色は第２横列に表示され、第３色は第３横列に表示されることを特徴とする請求項３４記載の方法。

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