JP2010247028A

JP2010247028A - プラズマ処理装置、異常検出装置、及び異常検出方法

Info

Publication number: JP2010247028A
Application number: JP2009097188A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamane; 崇山根
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2010-11-04
Also published as: US20100262302A1; CN101859696A

Abstract

【課題】マスフローコントローラが設置された配管にガス流量計を設けなくてもマスフローコントローラの異常を検出することができるようにする。
【解決手段】ガス導入配管２０は、処理室３にプラズマ生成用のプロセスガスを導入する。圧力調整バルブ５０は、排気管５に設けられている。マスフローコントローラ２は、ガス導入配管２０に設けられており、プロセスガスの流量を調整する。圧力計４は、処理室３内の圧力を検出する。制御部６は、圧力計４の検出値に基づいて圧力調整バルブ５０の開度を制御することにより、処理室３内の圧力を制御する。また制御部６は、マスフローコントローラ２からプロセスガスの流量を示す流量データを受信し、流量データと、電極に高周波が入力されたときの圧力計４の検出値の変動量に基づいて、マスフローコントローラ２の異常の有無を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスフローコントローラの異常を検出することができるプラズマ処理装置、異常検出装置、及び異常検出方法に関する。

プラズマ処理装置は、処理室内にプロセスガスを導入し、このプロセスガスに高周波を印加することによりプラズマを発生させて処理を行う装置である。プラズマ処理装置における処理条件には、処理室内の圧力やプロセスガスの流量がある。プロセスガスの流量は、マスフローコントローラによって調整される（例えば特許文献１〜４参照）。そして処理室内の圧力は、例えば排気管に設けられた圧力調整バルブの開度を制御することにより、制御される。

特開２０００−０７７３９４号公報特開２００４−０６２８９７号公報特開２００７−０２７６６１号公報特開平０８−２８８２２２号公報

マスフローコントローラに異常が生じると、処理室内に導入されるプロセスガスの流量が所望する量からずれるため、プラズマ処理装置における処理に異常が生じる。このため、マスフローコントローラの異常を検出することは重要である。

マスフローコントローラの異常を検出する方法として、マスフローコントローラが設置された配管にガス流量計を別に設けることが考えられる。しかし、この方法はガス流量計を設置するスペースが必要となるため、スペースに余裕がない場合には適用できない。また、マスフローコントローラの異常の原因は、配管内に生じた生成物などの異物である場合が多い。このため、マスフローコントローラに異常が発生するときには、ガス流量計にも異常が発生することがあり得る。

このため、マスフローコントローラが設置された配管にガス流量計を設けなくてもマスフローコントローラの異常を検出する必要がある。

本発明によれば、処理室と、
前記処理室内に配置され、高周波が印加される電極と、
前記処理室にプラズマ生成用のプロセスガスを導入するガス導入配管と、
前記ガス導入配管に設けられ、前記プロセスガスの流量を調整するマスフローコントローラと、
前記処理室内の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の検出値に基づいて前記処理室内の圧力を制御する制御部と、
前記マスフローコントローラから前記プロセスガスの流量を示す流量データを受信し、前記流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出部と、
を備えるプラズマ処理装置が提供される。

本発明によれば、処理室内の圧力は、制御部によって制御されている。この状態で電極に高周波が入力されたとき、プロセスガスは電離してプラズマが発生する。プラズマが発生すると、プロセスガスの一部が分解するため、処理室内の分子や原子、ラジカルなどの粒子数が増加し、プロセスガスが増加したことと同じ状態になる。制御部による圧力調整バルブの制御は、このプロセスガスの増加に対してすぐには追従することができない。このため、電極に高周波が入力されたとき、圧力計の検出値は瞬間的に上昇する。この上昇量は、プロセスガスの流量が多いほど増加する。このため、圧力計の検出値の変動量に基づいて、プロセスガスの流量が規定値であるか否か、すなわちマスフローコントローラの異常の有無を判断することができる。

本発明によれば、プラズマ処理装置に取り付けられたマスフローコントローラの異常を検出する異常検出装置であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理室と、
前記処理室内に配置され、高周波が印加される電極と、
前記処理室にプラズマ生成用のプロセスガスを導入するガス導入配管と、
前記ガス導入配管に設けられ、前記プロセスガスの流量を調整するマスフローコントローラと、
前記処理室内の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の検出値に基づいて前記処理室内の圧力を制御する制御部と、
前記マスフローコントローラから前記プロセスガスの流量を示す流量データを受信し、前記流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出部と、
を備え、
前記マスフローコントローラから前記プロセスガスの流量を示す流量データを受信し、前記流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出装置が提供される。

本発明によれば、プラズマ処理装置に取り付けられたマスフローコントローラの異常を検出する異常検出方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理室と、
前記処理室内に配置され、高周波が印加される電極と、
前記処理室にプラズマ生成用のプロセスガスを導入するガス導入配管と、
前記ガス導入配管に設けられ、前記プロセスガスの流量を調整するマスフローコントローラと、
前記処理室内の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の検出値に基づいて前記処理室内の圧力を制御する制御部と、
前記マスフローコントローラから前記プロセスガスの流量を示す流量データを受信し、前記流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出部と、
を備え、
前記マスフローコントローラが示した前記プロセスガスの流量を示す流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出方法が提供される。

本発明によれば、マスフローコントローラが設置された配管にガス流量計を設けなくてもマスフローコントローラの異常を検出することができる。

実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す図である。制御部の判断ロジックが妥当であることを説明するための図である。制御部の判断ロジックが妥当であることを説明するための図である。図１に示したプラズマ処理装置を用いて処理を行う方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す図である。このプラズマ処理装置は、処理室３、電極１１、ガス導入配管２０、排気管５、圧力調整バルブ５０、マスフローコントローラ２、圧力計４、及び制御部６を備える。制御部６は、異常検出部を兼ねている。プラズマ処理装置は、例えばプラズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置、又はエッチング装置である。

電極１１は、処理室３の中に配置され、高周波電源１から高周波が印加される。ガス導入配管２０は、処理室３にプラズマ生成用のプロセスガスを導入する。排気管５は、排気ポンプ（図示せず）に接続されており、処理室３内を排気する。圧力調整バルブ５０は、排気管５に設けられている。マスフローコントローラ２は、ガス導入配管２０に設けられており、プロセスガスの流量を調整する。圧力計４は、処理室３内の圧力を検出する。制御部６は、圧力計４の検出値に基づいて圧力調整バルブ５０の開度を制御することにより、処理室３内の圧力を制御する。また制御部６は、マスフローコントローラ２からプロセスガスの流量を示す流量データを受信し、流量データと、電極に高周波が入力されたときの圧力計４の検出値の変動量に基づいて、マスフローコントローラ２の異常の有無を判断する。

また制御部６は、高周波電源１及びマスフローコントローラ２も制御している。また処理室３内には、電極１２が設けられている。電極１２は電極１１に対向しており、接地されている。

本実施形態において、プラズマ処理装置は、測定データ記憶部８及び演算部９を備える。測定データ記憶部８は、圧力計４の検出値を一定時間分記憶することができる。測定データ記憶部８は、例えば演算部９からの指令に基づいて、圧力計４の検出値の記憶を開始し、かつ終了する。演算部９は、高周波電源１から電極１１に高周波の入力を開始した旨の信号を受信すると、測定データ記憶部８が記憶しているデータを読み出し、電極１１に高周波が入力されたときの圧力計４の検出値の変動量を算出する。そして演算部９は、算出した変動量を制御部６に出力する。

またプラズマ処理装置は、標準データ記憶部６０を備えている。標準データ記憶部６０は、標準データを記憶している。標準データは、電極１１に高周波が入力されたときの圧力計４の検出値の変動量の標準値と、プロセスガスの流量の関係を示すデータである。標準データは、標準値とプロセスガスの流量の関係を示す式であっても良いし、プロセスガスの流量別の標準値をテーブル形式で示すデータであっても良い。そして制御部６は、標準データが示す標準値と、圧力計４の検出値の変動量との差が基準以上の場合に、マスフローコントローラ２が異常であると判断する。

このように、制御部６、測定データ記憶部８、及び演算部９は、マスフローコントローラ２の異常を検出する異常検出装置として機能する。

図２及び図３は、制御部６の判断ロジックが妥当であることを説明するための図である。電極１１に高周波が印加されると、処理室３内のプロセスガスが電離し、プラズマが生成する。プラズマが発生すると、プロセスガスの一部が分解するため、処理室内の分子、原子、ラジカルなどの粒子数が増加し、プロセスガスが増加したことと同じ状態になる。制御部６による圧力調整バルブ５０の制御は、このプロセスガスの増加に対してすぐには追従することができない。このため、電極１１に高周波が入力されたとき、圧力計４の検出値は瞬間的に上昇する。

プラズマの発生開始は、処理室３内の圧力が安定してから行なわれるため、プラズマの発生に起因した圧力計４の検出値の上昇量は、容易に算出できる。この上昇量は、図２及び図３に示すように、プロセスガスの流量によって変動する。詳細には、プロセスガスの流量が多いほど、この上昇量は増大する。従って、マスフローコントローラ２に異常が発生していてプロセスガスの流量が変動していた場合、この上昇量が変動するため、制御部６は、マスフローコントローラ２に異常が発生していることを検出できる。

図４は、図１に示したプラズマ処理装置を用いて処理を行う方法を示すフローチャートである。まず制御部６は、マスフローコントローラ２を制御して、処理室３の中にプロセスガスを供給し始める（ステップＳ１）。そして制御部６は、処理室３の中の圧力が安定し（ステップＳ２）、処理室３の中の圧力が予め定められた値（Ｐ１）になる（ステップＳ３）と、高周波電源１に、電極１１への高周波の入力を開始させる（ステップＳ４）。

高周波電源１は、電極１１に高周波を入力し始めると、高周波の入力を開始した旨を示す高周波印加信号を演算部９に出力する。演算部９は、高周波印加信号を受信する（ステップＳ５）と、測定データ記憶部８に、圧力計４の検出値をサンプリングさせ、記憶させる（ステップＳ６）。なお、圧力計４の検出値のサンプリング周期は、例えば１００ｍ秒以下である。そして演算部９は、圧力計４の検出値がＰ１で安定すると、測定データ記憶部８に、圧力計４の検出値のサンプリング及び記憶を終了させる（ステップＳ７）。

そして演算部９は、測定データ記憶部８が記憶している圧力計４の検出値の最大値Ｐ２を読み出し（ステップＳ８）、このＰ２と、プラズマ発生直前の処理室３の中の圧力であるＰ１との差分を算出し、この差分を制御部６に出力する。

制御部６は、演算部９からＰ２とＰ１の差分を受信すると、標準データ記憶部６０が記憶しているデータを用いて、設定したプロセスガスの流量に対応する標準値を認識する。そして制御部６は、Ｐ２とＰ１の差分が、この標準値（すなわち標準時の圧力変化量）より大きい場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、マスフローコントローラ２に異常が発生していると判断し、プラズマ処理装置による処理を強制終了させる（ステップＳ１０）。またＰ２とＰ１の差分が、この標準値（すなわち標準時の圧力変化量）より小さい場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、プラズマ処理装置による処理を続行する（ステップＳ１１）。

なお、ステップＳ９において制御部６は、Ｐ２とＰ１の差分と、標準値（すなわち標準時の圧力変化量）との差分が予め定められた範囲外にある場合に、マスフローコントローラ２に異常が発生していると判断してもよい。

以上、本実施形態によれば、制御部６は、電極１１に高周波を印加したときの処理室３の圧力変動に基づいて、マスフローコントローラ２の異常の有無を判断している。このため、マスフローコントローラ２が設置された配管にガス流量計を設けなくてもマスフローコントローラ２の異常を検出することができる。またマスフローコントローラ２の異常を検出したときにプラズマ処理装置の動作を強制終了させるため、不良が生じている可能性のある製品がその後のプロセスに流れることを抑制できる。

また測定データ記憶部８は、電極１１への高周波の印加が開始されたことを示す高周波印加信号を受信したときに、圧力計４の検出値の記憶を開始し、かつ圧力計４の検出値が安定したときに圧力計４の検出値の記憶を終了する。従って、測定データ記憶部８に必要な記憶容量を少なくすることができる。

なお測定データ記憶部８は、常に圧力計４の検出値を記憶していてもよい。この場合、測定データ記憶部８は、圧力計４の検出値を一定時間記憶している。また圧力計４の検出値のサンプリング周期は、例えば１００ｍ秒以下である。そして制御部６は、圧力計４の検出値が安定すると、測定データ記憶部８が記憶している圧力計４の検出値の最大値Ｐ２を読み出し、このＰ２と、プラズマ発生直前の処理室の中の圧力であるＰ１との差分を算出し、この差分を制御部６に出力する。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１高周波電源
２マスフローコントローラ
３処理室
４圧力計
５排気管
６制御部
８測定データ記憶部
９演算部
１１電極
１２電極
２０ガス導入配管
５０圧力調整バルブ
６０標準データ記憶部

Claims

処理室と、
前記処理室内に配置され、高周波が印加される電極と、
前記処理室にプラズマ生成用のプロセスガスを導入するガス導入配管と、
前記ガス導入配管に設けられ、前記プロセスガスの流量を調整するマスフローコントローラと、
前記処理室内の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の検出値に基づいて前記処理室内の圧力を制御する制御部と、
前記マスフローコントローラから前記プロセスガスの流量を示す流量データを受信し、前記流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出部と、
を備えるプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記プロセスガスの流量と、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量の標準値の関係を示す標準データを記憶している標準データ記憶部をさらに備え、
前記異常検出部は、前記標準データが示す前記標準値と、前記圧力計の検出値の変動量との差が基準以上の場合に、前記マスフローコントローラが異常であると判断するプラズマ処理装置。
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置において、
前記電極への高周波の印加が開始されたことを示す高周波印加信号を受信したときに、前記圧力計の検出値の記憶を開始し、かつ前記圧力計の検出値が安定したときに前記圧力計の検出値の記憶を終了する測定データ記憶部をさらに備え、
前記異常検出部は、前記測定データ記憶部が記憶している前記圧力計の検出値の最大値を用いて、前記圧力計の検出値の変動量を算出するプラズマ処理装置。
プラズマ処理装置に取り付けられたマスフローコントローラの異常を検出する異常検出装置であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理室と、
前記処理室内に配置され、高周波が印加される電極と、
前記処理室にプラズマ生成用のプロセスガスを導入するガス導入配管と、
前記ガス導入配管に設けられ、前記プロセスガスの流量を調整するマスフローコントローラと、
前記処理室内の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の検出値に基づいて前記処理室内の圧力を制御する制御部と、
前記マスフローコントローラから前記プロセスガスの流量を示す流量データを受信し、前記流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出部と、
を備え、
前記マスフローコントローラから前記プロセスガスの流量を示す流量データを受信し、前記流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出装置。
プラズマ処理装置に取り付けられたマスフローコントローラの異常を検出する異常検出方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
処理室と、
前記処理室内に配置され、高周波が印加される電極と、
前記処理室にプラズマ生成用のプロセスガスを導入するガス導入配管と、
前記ガス導入配管に設けられ、前記プロセスガスの流量を調整するマスフローコントローラと、
前記処理室内の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の検出値に基づいて前記処理室内の圧力を制御する制御部と、
前記マスフローコントローラから前記プロセスガスの流量を示す流量データを受信し、前記流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出部と、
を備え、
前記マスフローコントローラが示した前記プロセスガスの流量を示す流量データと、前記電極に高周波が入力されたときの前記圧力計の検出値の変動量に基づいて、前記マスフローコントローラの異常の有無を判断する異常検出方法。