JP2022088076A - 配線異常の検知方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ処理装置の直流電源系における配線異常を適切に検知する方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、内部で基板のプラズマ処理を行うチャンバと、チャンバの内部に設けられ、基板を吸着保持する静電チャックを有するステージと、チャンバの内部に生成されるプラズマを制御するための直流電源系と、直流電源系に流れる電流を測定する電流計と、を有する。直流電源系は、該直流電源系に直流電圧を印加する直流電源と、直流電源からの高周波成分を除去する高周波フィルタと、直流電圧の印加対象である直流電圧印加部材とを有する。検知方法は、直流電源により直流電圧を印加する工程と、直流電源系を構成する回路に流れる電流を測定する工程と、電流の測定値と予め定められた閾値とを比較する工程と、を含む。測定値が閾値以上である場合に、直流電源系を構成する回路に配線異常が生じていると判定する。【選択図】図7
Description
本開示は、配線異常の検知方法及びプラズマ処理装置に関する。
特許文献1には、静電チャック回路の断線検知方法であって、静電チャックが基板を載せていないときに、直流電流から静電チャックに対して、基板の吸着保持時よりも高い電圧を印加することが開示されている。特許文献1に記載の方法によれば、前記電圧の印加により直流電源と静電チャックとの間に流れる電流を測定することで、その大小によって静電チャック回路の断線検知を行う。
本開示にかかる技術は、プラズマ処理装置の直流電源系における配線異常を適切に検知する。
本開示の一態様は、プラズマ処理装置における配線異常の検知方法であって、前記プラズマ処理装置は、内部で基板のプラズマ処理を行うチャンバと、前記チャンバの内部に設けられ、前記基板を吸着保持する静電チャックを有するステージと、前記チャンバの内部に生成されるプラズマを制御するための直流電源系と、前記直流電源系に流れる電流を測定する電流計と、を有し、前記直流電源系は、該直流電源系に直流電圧を印加する直流電源と、前記直流電源からの高周波成分を除去する高周波フィルタと、前記直流電圧の印加対象である直流電圧印加部材と、がこの順で電気的に接続された回路を構成し、前記検知方法は、前記直流電源により直流電圧を印加する工程と、前記直流電源系を構成する回路に流れる電流を測定する工程と、前記電流の測定値と予め定められた閾値とを比較する工程と、を含み、前記測定値が前記閾値以上である場合に、前記直流電源系を構成する回路に配線異常が生じていると判定する。
本開示によれば、プラズマ処理装置の直流電源系における配線異常を適切に検知することができる。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウェハ(以下、単に「ウェハ」という。)に対して処理ガスを供給し、当該ウェハにエッチング処理、成膜処理、拡散処理などの各種プラズマ処理が行われる。近年、これらプラズマ処理においては、大電力化や高電圧化の影響により安全審査が厳格化されており、特に活電中における活電部へのアクセスを禁止、或いはアクセスを検知した際に電源出力を停止するようなインターロック機構が必要になる。
従来、上述のインターロック機構としては、例えばプラズマ処理装置の伝送路のコネクタにインターロックキーを設けることや、該コネクタにインターロックカバーを被せ、このカバーを外さなければコネクタの着脱をできなくすることが提案されている。また例えば、該インターロックカバーをプラズマ処理装置の電源出力動作と連動したスイッチを押下する位置に設けることで、活電中にカバーが外されると自動的に電源出力が切断されるように構成することも提案されている。
しかしながら、これら従来のインターロック機構においては、例えば配線が抜けている場合や断線している場合(以下、これら配線の未接続、及び断線を併せて「配線異常」という場合がある。)であってもインターロック機構を有効にすることが可能であった。すなわち、配線異常が生じていたとしてもインターロック機構が異常を検知できずに電源出力できる場合があったため、異常放電や作業者の感電等のリスクがあった。特にプラズマ処理装置においては、プラズマ制御を行うための直流(DC:Direct Current)電源系(例えば上部電極回路やエッジリング回路等)ではプラズマ電位が各配線に直接に見られるため、配線異常が生じていた場合には、プラズマ生成時に異常放電するリスクが大きい。
かかる事情に鑑み、プラズマ処理装置においては直流電源系における配線異常の検知を適切に行うことが求められている。上述した特許文献1には、静電チャック回路における断線検知方法が開示されている。しかしながら特許文献1には、ウェハを保持するための静電チャック回路における断線検知については記載があるものの、上述のようなプラズマ制御を行うための直流電源系で断線検知を行うことについては記載がない。
本開示にかかる技術は、プラズマ処理装置の直流電源系、特に上部電極回路やエッジリング回路、における配線異常を適切に検知する。以下、本実施形態にかかる基板処理システムとしてのプラズマ処理装置及び基板処理方法としてのウェハ処理方法ついて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<プラズマ処理装置>
先ず、本実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。図1は、プラズマ処理装置1の構成の概略を示す縦断面図である。図2は、プラズマ処理装置1の電源系の一例を示す説明図である。プラズマ処理装置1では、基板としてのウェハWに対して、例えばエッチング処理、成膜処理、拡散処理などのプラズマ処理を行う。
先ず、本実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。図1は、プラズマ処理装置1の構成の概略を示す縦断面図である。図2は、プラズマ処理装置1の電源系の一例を示す説明図である。プラズマ処理装置1では、基板としてのウェハWに対して、例えばエッチング処理、成膜処理、拡散処理などのプラズマ処理を行う。
図1に示すようにプラズマ処理装置1は、略円筒形状のチャンバ10を有している。チャンバ10は、その内部においてプラズマが生成される処理空間Sを画成する。チャンバ10は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ10は接地電位に接続されている。
チャンバ10の内部には、ウェハWを載置するステージ11が収容されている。ステージ11は、下部電極12、静電チャック13、及びエッジリング14を有している。なお、下部電極12の下面側には、例えばアルミニウムから構成される電極プレート(図示せず)が設けられていてもよい。
下部電極12は、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、略円板形状を有している。
下部電極12の内部には、冷媒流路15aが形成されている。冷媒流路15aには、チャンバ10の外部に設けられたチラーユニット(図示せず)から冷媒入口配管15bを介して冷媒が供給される。冷媒流路15aに供給された冷媒は、冷媒出口流路15cを介してチラーユニットに戻るようになっている。冷媒流路15aに冷媒、例えば冷却水等を循環させることにより、静電チャック13、エッジリング14、及びウェハWを所望の温度に冷却することができる。
静電チャック13は、下部電極12上に設けられている。静電チャック13は、ウェハWとエッジリング14の両方を静電力により吸着保持可能に構成された部材である。静電チャック13は、周縁部の上面に比べて中央部の上面が高く形成されている。静電チャック13の中央部の上面は、ウェハWが載置されるウェハ載置面となり、静電チャック13の周縁部の上面は、エッジリング14が載置されるエッジリング載置面となる。
静電チャック13の内部において中央部には、ウェハWを吸着保持するための第1の電極16aが設けられている。静電チャック13の内部において周縁部には、エッジリング14を吸着保持するための第2の電極16bが設けられている。静電チャック13は、絶縁材料からなる絶縁材の間に電極16a、16bを挟んだ構成を有する。
第1の電極16aには、直流電源(図示せず)からの直流電圧が印加される。これにより生じる静電力により、静電チャック13の中央部の上面にウェハWが吸着保持される。同様に、第2の電極16bには、直流電源(図示せず)からの直流電圧が印加される。これにより生じる静電力により、静電チャック13の周縁部の上面にエッジリング14が吸着保持される。
なお、本実施形態において、第1の電極16aが設けられる静電チャック13の中央部と、第2の電極16bが設けられる周縁部とは一体となっているが、これら中央部と周縁部とは別体であってもよい。
直流電圧印加部材としてのエッジリング14は、静電チャック13の中央部の上面に載置されたウェハWを囲むように配置される環状部材であり、後述の直流電源60からの直流電圧が印加される。エッジリング14は、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられる。このため、エッジリング14は、プラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えばSiやSiCから構成され得る。
以上のように構成されたステージ11は、チャンバ10の底部に設けられた略円筒形状の支持部材17に締結される。支持部材17は、例えばセラミックや石英等の絶縁体により構成される。
なお、図示は省略するが、ステージ11は、静電チャック13、エッジリング14、及びウェハWのうち少なくとも1つを所望の温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。
ステージ11の上方には、ステージ11と対向するように、シャワーヘッド20が設けられている。シャワーヘッド20は、処理空間Sに面して配置される電極板21、及び電極板21の上方に設けられる電極支持体22を有している。電極板21は、下部電極12と一対の上部電極として機能する。後述するように第1の高周波電源50が下部電極12に電気的に接続されている場合には、シャワーヘッド20は、接地電位に接続される。なお、シャワーヘッド20は、絶縁性遮蔽部材23を介して、チャンバ10の上部(天井面)に支持されている。
電極板21には、後述のガス拡散室22aから送られる処理ガスを処理空間Sに供給するための複数のガス噴出口21aが形成されている。電極板21は、例えば、発生するジュール熱の少ない低い電気抵抗率を有する導電体又は半導体から構成される。また電極板21には、後述の第2の直流電源70からの直流電圧が印加される。
電極支持体22は、電極板21を着脱自在に支持するものである。電極支持体22は、例えばアルミニウム等の導電性材料の表面に耐プラズマ性を有する膜が形成された構成を有している。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。電極支持体22の内部には、ガス拡散室22aが形成されている。ガス拡散室22aからは、ガス噴出口21aに連通する複数のガス流通孔22bが形成されている。また、ガス拡散室22aには、後述するガス供給管33に接続されるガス導入孔22cが形成されている。
また、電極支持体22には、ガス拡散室22aに処理ガスを供給するガス供給源群30が、流量制御機器群31、バルブ群32、ガス供給管33、ガス導入孔22cを介して接続されている。
ガス供給源群30は、プラズマ処理に必要な複数種のガス供給源を有している。流量制御機器群31は複数の流量制御器を含み、バルブ群32は複数のバルブを含んでいる。流量制御機器群31の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。プラズマ処理装置1においては、ガス供給源群30から選択された一以上のガス供給源からの処理ガスが、流量制御機器群31、バルブ群32、ガス供給管33、ガス導入孔22cを介してガス拡散室22aに供給される。そして、ガス拡散室22aに供給された処理ガスは、ガス流通孔22b、ガス噴出口21aを介して、処理空間S内にシャワー状に分散されて供給される。
チャンバ10の底部であって、チャンバ10の内壁と支持部材17との間には、バッフルプレート40が設けられている。バッフルプレート40は、例えばアルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成される。バッフルプレート40には、複数の貫通孔が形成されている。処理空間Sは当該バッフルプレート40を介して排気口41に連通されている。排気口41には例えば真空ポンプ等の排気装置42が接続され、当該排気装置42により処理空間S内を減圧可能に構成されている。
また、チャンバ10の側壁にはウェハWの搬入出口43が形成され、当該搬入出口43はゲートバルブ44により開閉可能となっている。
図1及び図2に示すように、プラズマ処理装置1は、第1の高周波電源50、第2の高周波電源51、及び整合器52を更に有している。第1の高周波電源50と第2の高周波電源51は、整合器52を介して下部電極12に接続されている。
第1の高周波電源50は、プラズマ発生用の高周波電力を発生する電源である。第1の高周波電源50からは27MHz~100MHzの周波数であってよく、一例においては40MHzの高周波電力HFが下部電極12に供給される。第1の高周波電源50は、整合器52の第1の整合回路53を介して、下部電極12に接続されている。第1の整合回路53は、第1の高周波電源50の出力インピーダンスと負荷側(下部電極12側)の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第1の高周波電源50は、下部電極12に電気的に接続されていなくてもよく、第1の整合回路53を介して上部電極であるシャワーヘッド20に接続されていてもよい。
第2の高周波電源51は、ウェハWにイオンを引き込むための高周波電力(高周波バイアス電力)LFを発生して、当該高周波電力LFを下部電極12に供給する。高周波電力LFの周波数は、400kHz~13.56MHzの範囲内の周波数であってよく、一例においては400kHzである。第2の高周波電源51は、整合器52の第2の整合回路54を介して、下部電極12に接続されている。第2の整合回路54は、第2の高周波電源51の出力インピーダンスと負荷側(下部電極12側)の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第2の高周波電源51に代えて、DC(Direct Current)パルス生成部を用いてもよい。
プラズマ処理装置1は、直流電源60、切替ユニット61、RFフィルタ62を更に有している。直流電源60は、切替ユニット61、RFフィルタ62を介して、エッジリング14に電気的に接続されている。なお以下の説明においては、これら直流電源60、切替ユニット61、RFフィルタ62及びエッジリング14を併せて、本実施形態にかかる配線異常検知対象の直流電源系としての「エッジリング回路」という場合がある。また、当該エッジリング回路における電流の通流方向の上流側、すなわち直流電源60側を単に「上流側」、通流方向の下流側、すなわちエッジリング14側を単に「下流側」とそれぞれいう場合がある。
直流電源60は、プラズマ制御用の負極性の直流電圧をエッジリング14に印加する電源である。直流電源60は、可変直流電源であり、直流電圧の高低を調整可能である。また直流電源60は、エッジリング14に印加する電圧波形を、パルス波と連続波(CW:Continuous Wave)とで切り替え可能に構成されている。
切替ユニット61は、エッジリング14に対する直流電源60からの直流電圧の印加を停止可能に構成されている。なお、切替ユニット61の回路構成は、当業者が任意に設計することができる。
RFフィルタ62は直流電源60を保護するために設けられ、高周波を低減又は遮断するための、HFフィルタ63及びLFフィルタ64を有している。HFフィルタ63は、例えば第1の高周波電源50からの40MHzの高周波を低減又は遮断する。LFフィルタ64は、例えば第2の高周波電源51からの400kHzの高周波を低減又は遮断する。
一例においては、LFフィルタ64は、インピーダンスが可変に構成されている。すなわち、LFフィルタ64の一部の素子を可変素子とすることで、インピーダンスが可変になっている。可変素子は、例えばコイル又はコンデンサのいずれかであってもよい。また、コイル、コンデンサに限らず、ダイオード等の素子など可変インピーダンス素子であればどのようなものであっても同様の機能を達成できる。さらに、素子自体が可変である必要はなく、切替回路を用いて固定値の素子の組み合わせを切り替えることでインピーダンスを可変してもよい。なお、このLFフィルタ64及び上記HFフィルタ63の回路構成はそれぞれ、当業者が任意に設計することができる。
プラズマ処理装置1は、エッジリング14の自己バイアス電圧(又は、下部電極12もしくはウェハWの自己バイアス電圧)を測定する測定器(図示せず)を更に有している。なお、測定器の構成は、当業者が任意に設計することができる。
また、このように構成されるエッジリング回路には、該エッジリング回路に流れる電流を計測するための電流計Aが設けられている。電流計Aの設置位置は特に限定されるものではなく、例えば図1及び図2に示すように直流電源60の内部に設けられていてもよいし、直流電源60の下流側直後の外部に設けられていてもよい。
またプラズマ処理装置1は、第2の直流電源70、第2の切替ユニット71、第2のRFフィルタ72を更に有している。第2の直流電源70は、第2の切替ユニット71、第2のRFフィルタ72を介して、電極板21に電気的に接続されている。なお以下の説明においては、これら第2の直流電源70、第2の切替ユニット71、第2のRFフィルタ72及び電極板21を併せて、本実施形態にかかる配線異常検知対象の直流電源系としての「上部電極回路」という場合がある。
第2の直流電源70は、プラズマ制御用の負極性の直流電圧を電極板21に印加する電源である。第2の直流電源70は、可変直流電源であり、直流電圧の高低を調整可能である。また第2の直流電源70は、電極板21に印加する電圧波形を、パルス波と連続波とで切り替え可能に構成されている。
第2の切替ユニット71は、電極板21に対する第2の直流電源70からの直流電圧の印加を停止可能に構成されている。なお、第2の切替ユニット71の回路構成は、当業者が任意に設計することができる。
第2のRFフィルタ72は第2の直流電源70を保護するために設けられ、高周波を低減又は遮断するための、HFフィルタ73及びLFフィルタ74を有している。HFフィルタ63は、例えば第1の高周波電源50からの40MHzの高周波を低減又は遮断する。LFフィルタ74は、例えば第2の高周波電源51からの400kHzの高周波を低減又は遮断する。なお、このHFフィルタ73及びLFフィルタ74の回路構成はそれぞれ、当業者が任意に設計することができる。
また、このように構成される上部電極回路には、該上部電極回路に流れる電流を計測するための電流計Aが設けられている。電流計Aの設置位置は特に限定されるものではなく、例えば図1及び図2に示すように第2の直流電源70の内部に設けられていてもよいし、第2の直流電源70の下流側直後の外部に設けられていてもよい。
以上のプラズマ処理装置1には、制御部100が設けられている。制御部100は、例えばCPUやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置1におけるプラズマ処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部100にインストールされたものであってもよい。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、上記実施形態においてはエッジリング回路をエッジリング14に対して直接的に接続したが、図3に示すように、下部電極12を介してエッジリング14にエッジリング回路を接続してもよい。かかる場合、プラズマ制御用の直流電源は、下部電極12を介してエッジリング14に印加される。
<配線異常の検知方法>
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置1における上部電極回路及びエッジリング回路の配線異常の検知方法について説明する。なお、上部電極回路とエッジリング回路の配線異常の検知方法はそれぞれ同様であるため、以下においてはエッジリング回路における配線異常の検知方法を一例に説明を行う。
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置1における上部電極回路及びエッジリング回路の配線異常の検知方法について説明する。なお、上部電極回路とエッジリング回路の配線異常の検知方法はそれぞれ同様であるため、以下においてはエッジリング回路における配線異常の検知方法を一例に説明を行う。
図4は、エッジリング回路の配線異常パターンを模式的に例示する説明図であり、(a)正常な接続状態、(b)~(d)配線異常が発生している状態、をそれぞれ示している。本実施形態にかかる配線異常検知においては、後述するようにエッジリング回路を構成する各要素の接続状態に応じた回路定数の変化、より具体的には、接続状態に応じた静電容量の変化に基づいて、該エッジリング回路の配線異常を検知する。なお、図4に示すエッジリング回路においては、配線異常時における回路定数に対する影響が無視できるほど小さいため、切替ユニット61の図示を省略する。
図4(a)に示すようにエッジリング回路は、通常、直流電源60、LFフィルタ64、HFフィルタ63及びエッジリング14(チャンバ10)が、配線(例えば同軸ケーブル)を介して相互に電気的に接続された構成を有している。このように構成されたエッジリング回路においては、配線異常時における回路定数の変化に応じて、(b)LFフィルタ64とHFフィルタ63を接続する配線における配線異常、(c)LFフィルタ64の上流側における配線異常、(d)直流電源60の下流側直後における配線異常を、それぞれ図4(a)に示した正常な接続状態と区別して検知する。
なお、HFフィルタ63とエッジリング14(チャンバ10)を接続する配線において配線異常が生じた場合においては、図4(a)に示した正常な接続状態からの回路定数の変化量が、図4(b)に示した配線異常時とほぼ同様であるため、該図4(b)に示した配線異常と同様の条件により検知を行う。
図5は、本実施形態にかかるエッジリング回路の配線異常検知の主な工程を示すフロー図である。なお、図5のフロー図中に示す(a)~(d)は、図4に示した(a)正常な接続状態、(b)~(d)配線異常が発生している状態、とそれぞれ対応している。
図5に示すようにエッジリング回路の配線異常検知においては、先ず、プラズマ処理装置1の内部にウェハWが搬入されていない状態で、短絡検知用の直流電圧(以下、「短絡検知用電圧V1」という場合がある。)を直流電源60からエッジリング14に印加する(図5のステップS1)。短絡検知用電圧V1としては、例えばウェハWへのプラズマ処理に際してエッジリング14に印加する電圧よりも低電圧(例えば120V)を、周波数20kHz、Duty比60%のパルス条件で印加することができる。なお、短絡検知用電圧V1の波形はパルス波には限定されず、連続波で印加されてもよい。
次に、ステップS1における短絡検知用電圧V1の印加によりエッジリング回路に流れる電流を電流計Aにより測定し、測定された電流値(以下、「電流値I1」という場合がある。)と予め定められた閾値B1を比較することにより、該エッジリング回路が短絡しているか否かを検知する。なお、かかる短絡検知に用いられる閾値B1は、例えば配線異常検知に先立って短絡検知用電圧V1をエッジリング回路に印加した際に流れる電流値を測定することで、予め決定することができる。
具体的には、例えば電流値I1が測定されなかった場合、すなわち測定された電流値I1が0Aであった場合、図4(d)に示したように直流電源60に対して配線が未接続である、又は直流電源60の下流側直後で断線が生じていると判断する(図5のステップS2-1)。かかる場合、例えばエッジリング回路に(d)配線異常がある旨をアラーム発報した後、直流電源60からの短絡検知用電圧V1の印加を停止する。
また例えば、測定された電流値I1が閾値B1以上であった場合、エッジリング回路が短絡して過剰電流が流れていると判断する(図5のステップS2-2)。かかる場合、例えばエッジリング回路が短絡している旨をアラーム発報した後、直流電源60からの短絡検知用電圧V1の印加を停止する。
測定された電流値I1が閾値B1未満であった場合、エッジリング回路は短絡しておらず、また、少なくとも直流電源60に配線が接続されているものと判断し、短絡検知合格を通知する(図5のステップS2-3)。
続けて、直流電源60からの短絡検知用電圧V1の印加を停止した後、断線検知用の直流パルス電圧(以下、「断線検知用電圧V2」という場合がある。)を直流電源60からエッジリング14に印加する(図5のステップS3)。断線検知用電圧V2としては、後述する任意の電圧を、例えば周波数20kHz、Duty比60%のパルス条件で印加する。
次に、ステップS3における断線検知用電圧V2の印加によりエッジリング回路に流れる電流を電流計Aにより測定し、測定された電流値(以下、「電流値I2」という場合がある。)と予め定められた閾値B2を比較することにより、該エッジリング回路に断線が生じているか否かを検知する。またこの時、電流値I2と閾値B2との比較を、予め定められた時間t(図5の例においては例えば3秒)以内で行うことにより、エッジリング回路における立ち上げ不良の有無を検知する。
具体的には、例えば電流値I2が閾値B2に達した、すなわちエッジリング14(チャンバ10)まで電流が流れたものの、該閾値B2に達するまでに3秒以上の時間を要した場合、エッジリング回路において立ち上げ不良が発生したと判断する(図5のステップS4-1)。すなわち、エッジリング14まで配線が接続されているものの、例えば接続不良等により電流が適切に流れていないものと判断する。かかる場合、例えばエッジリング回路に立ち上げ不良が発生した旨をアラーム発報した後、直流電源60からの断線検知用電圧V2の印加を停止する。
また例えば、測定された電流値I2が閾値B2未満であった場合、エッジリング回路において配線異常(断線、又は各要素に対する未接続)が生じていると判断する(図5のステップS4-2)。かかる場合、例えばエッジリング回路に配線異常が生じている旨、より好ましくは、更に該配線異常がエッジリング回路のどこで生じているか、をアラーム発報した後、直流電源60からの断線検知用電圧V2の印加を停止する。
ステップS4-2におけるエッジリング回路の配線異常の検知についてより具体的に説明する。図6は、断線検知用電圧V2と電流値I2の関係を示したVI特性の一例を示すグラフである。なお、図6の凡例に示す(a)~(d)は、図4に示した(a)正常な接続状態、(b)~(d)配線異常が発生している状態、とそれぞれ対応している。
図6(a)に示すように、エッジリング回路に配線異常が生じていない場合、断線検知用電圧V2の印加によりエッジリング回路の全体、すなわち直流電源60からエッジリング14(チャンバ10)まで、電流が適切に流れる。この時、電流計Aで測定される電流値I2は、図6(a)のVI特性に示されるように断線検知用電圧V2に応じて決定される。
一方、図6(b)~(d)に示すように、エッジリング回路に配線異常が生じていた場合、断線検知用電圧V2を印加すると、直流電源60から該配線異常箇所まで、電流が流れる。換言すれば、エッジリング回路における配線異常箇所よりも下流側には電流が流れないため、回路定数が変化(該配線異常箇所よりも下流側に位置する要素分の静電容量が減少)し、(a)正常な接続状態時と比較して測定される電流値I2が減少する。そこで図6に示したように、予め取得されたVI特性に基づいて、閾値B2を、正常時に測定される第1のVI特性としての電流値I(a)と、配線異常時に測定される第2のVI特性としての電流値I(b)との間に予め設定しておく。これにより、実際に電流計Aで測定された電流値I2と閾値B2とを比較することで、エッジリング回路において配線異常が生じているか否かを検知することができる。
また上述したように、エッジリング回路に配線異常が生じていた場合、該配線異常箇所よりも下流側には電流が流れないため、該配線異常箇所よりも下流側に位置する要素分の静電容量に応じて、測定される電流値I2が減少する。このことから、電流計Aにより測定された電流値I2に基づいて、(b)LFフィルタ64とHFフィルタ63を接続する配線、(c)LFフィルタ64の上流側における配線、(d)直流電源60の下流側直後における配線、のいずれで配線異常箇所が生じたのかを検知することができる。
なお、図6にも示したようにエッジリング回路に印加する断線検知用電圧V2の電圧値は任意に決定することができる。この時、印加する断線検知用電圧V2を大きくすることで、閾値B2の設定可能範囲、すなわち電流値I(a)と電流値I(b)との差を大きくすることができ、より適切に(a)正常な接続状態と(b)~(d)配線異常を区別して配線異常を検知できる。一方、印加する断線検知用電圧V2を小さくすることで、断線検知用電圧V2の印加による静電チャック13への影響、及び特許文献1に示したような残留電荷の発生を低減することができる。これら事情に鑑み、本実施形態における断線検知用電圧V2の電圧値は、通常のプラズマ処理プロセスに際してエッジリング14に印加する電圧よりも低電圧であり、かつ閾値B2を適切に設定できる電圧値(例えば300V~500V)であることが好ましい。
図5の説明に戻る。測定された電流値I2が閾値B2以上となり、また該閾値B2に達するまでの時間が3秒以内であった場合、エッジリング回路には配線異常が生じていないと判断し、断線検知合格を通知する(図5のステップS4-3)。そして、このようにエッジリング回路に配線異常が生じていないと判断されると、直流電源60からの断線検知用電圧V2の印加を停止し、一連の配線異常検知を完了する。
本実施形態にかかる配線異常検知によれば、エッジリング回路に断線検知用電圧V2を印加することで流れる電流を電流計Aにより測定し、測定された電流値I2を予め定められた閾値B2と比較することで、該エッジリング回路における配線異常、例えば配線の未接続や断線を検知することができる。
またこの時、測定された電流値I2の、正常な配線接続時に測定される電流値I(a)からの減少量を見ることで、断線検知用電圧V2の印加により電流が流れた部分の静電容量を予測することができ、すなわち、配線異常箇所の特定を行うことができる。
また本実施形態によれば、エッジリング回路に接続された直流電源60から短絡検知用電圧V1及び断線検知用電圧V2を印加することのみによって、該エッジリング回路における各種配線異常を検知することができる。すなわち、プラズマ処理装置1に対して新たにインターロック機構等を設けることなく、既存のインターロック機構のまま、様々な配線異常を検知することができるため、既存のプラズマ処理装置1に対する適用が容易である。
なお、本実施形態によれば、断線検知用電圧V2は、通常のプラズマ処理プロセスに際してエッジリング14に印加する電圧よりも低電圧であり、かつ閾値B2を適切に設定できる電圧値(例えば300V~500V)を、例えば周波数20kHz、Duty比60%のパルス条件で印加する。なお、断線検知用電圧V2のパルス条件はこれに限定されるものではなく、例えば周波数は0.1kHz~100kHz、好ましくは1kHz~50kHz、Duty比は10%~90%の間で決定されることが好ましい。
ここで、断線検知用電圧V2をパルス波ではなく連続波でエッジリング回路に印加して配線異常検知を行った場合、上記例に示したような低電圧(例えば300V~500V)では回路に電流が流れず、電流値I2を測定することができない。すなわち特許文献1にも示されるように、連続波を用いてエッジリング回路における電流値I2を測定するためには、通常の作動時よりも高電圧の印加が必要になり、かかる場合、電流の印加経路上における異常放電や、静電チャック13とエッジリング14の間における異常放電の発生等が懸念される。
この点本実施形態においては、連続波とは異なり高周波成分を含むパルス波により、エッジリング回路に断線検知用電圧V2を印加する。これにより、上記例に示したような低電圧(例えば300V~500V)でも回路に検知可能な十分量の電流を流すことができ、すなわち配線異常の検知を行うことが可能になる。この結果、連続波を用いる場合と比較して電流値I2の検知のための閾値を適切に設定して配線異常検知を適切に行うことができるとともに、異常放電の発生を抑制することができる。
また本実施形態によれば、上述の断線検知用電圧V2の印加に先立ち、該断線検知用電圧V2よりも更に低電圧の短絡検知用電圧V1を印加することにより、エッジリング回路の短絡検知を行っている。該エッジリング回路が短絡した状態で断線検知用電圧V2を印加した場合、該断線検知用電圧V2の印加によりエッジリング回路において異常放電が発生する恐れがある。この点、本実施形態においては、このように低電圧での短絡検知を事前に行うため、断線検知用電圧V2の印加による異常放電の発生リスクが低減される。
なお、このように本実施形態にかかる配線異常検知においては、断線検知用電圧V2の印加に先立って短絡検知用電圧V1を印加して短絡検知を行ったが、例えば断線検知用電圧V2を異常放電リスクの小さい電圧で印加する場合、又は既にエッジリング回路の短絡検知が完了している場合等には、適宜、短絡検知の工程(図5のステップS1、ステップS2)を適宜省略してもよい。
なお、上述したように、本実施形態にかかる配線異常検知においては、エッジリング回路を構成する各要素の接続状態に応じた回路定数の変化、より具体的には、接続状態に応じた静電容量の変化に基づいて、該エッジリング回路の配線異常を検知している。このため、例えば装置特性の変化等により、図6に示した(a)正常な接続状態で測定される電流値I(a)と、(b)配線異常の発生時に測定される電流値I(b)との差が小さくなった場合には、適切に閾値B2を設定することができず、適切に配線異常を検知できなくなるおそれがある。より具体的には、例えばチャンバ10の静電容量が小さい場合や、RFフィルタ62の静電容量が大きい場合等、チャンバ10とエッジリング回路との静電容量の差が小さくなった場合には、適切に閾値B2を設定できず、(a)正常な接続状態と(b)配線異常の発生を区別できなくなるおそれがある。
<第2の実施形態にかかる配線異常検知>
そこで次に、このようにチャンバ10とエッジリング回路との静電容量の差が小さい場合における第2の実施形態にかかる配線異常検知について説明する。図7は、第2の実施形態にかかるエッジリング回路の配線異常検知の主な工程を示すフロー図である。図7のフロー図中に示す(a)~(d)は、図4に示した(a)正常な接続状態、(b)~(d)配線異常が発生している状態、とそれぞれ対応している。なお、以下の説明において図5に示した第1の実施形態にかかる配線異常検知と同様の工程については、重複説明を省略する場合がある。
そこで次に、このようにチャンバ10とエッジリング回路との静電容量の差が小さい場合における第2の実施形態にかかる配線異常検知について説明する。図7は、第2の実施形態にかかるエッジリング回路の配線異常検知の主な工程を示すフロー図である。図7のフロー図中に示す(a)~(d)は、図4に示した(a)正常な接続状態、(b)~(d)配線異常が発生している状態、とそれぞれ対応している。なお、以下の説明において図5に示した第1の実施形態にかかる配線異常検知と同様の工程については、重複説明を省略する場合がある。
図7に示すように第2の実施形態にかかるエッジリング回路の配線異常検知においては、先ず、プラズマ処理装置1の内部にウェハWが搬入されていない状態で、短絡検知用電圧V1を直流電源60からエッジリング14に印加する(図7のステップP1)。エッジリング回路に対する短絡検知用電圧V1の印加条件は、第1の実施形態にかかる配線異常検知と同様である。
次に、ステップP1における短絡検知用電圧V1の印加によりエッジリング回路に流れる電流を電流計Aにより測定し、測定された電流値I1と予め定められた閾値B1を比較することにより、該エッジリング回路が短絡しているか否かを検知する(図7のステップP2)。
本実施形態にかかるエッジリング回路の短絡検知方法は、第1の実施形態にかかるエッジリング回路の短絡検知方法と同様である。すなわち、例えば電流値I1が測定されなかった場合には直流電源60に対して配線が未接続である、又は直流電源60の下流側直後で断線が生じていると判断する(図7のステップP2-1)。また例えば、測定された電流値I1が閾値B1以上であった場合には、エッジリング回路が短絡して過剰電流が流れていると判断する(図7のステップP2-2)。
測定された電流値I1が閾値B1未満であった場合、エッジリング回路は短絡しておらず、また、少なくとも直流電源60に配線が接続されているものと判断し、短絡検知合格を通知する(図7のステップP2-3)。
続けて、直流電源60からの短絡検知用電圧V1の印加を停止した後、チャンバ10の内部にプラズマを生成する(図7のステップP3)。具体的には、先ず、ガス供給源群30からシャワーヘッド20を介して処理空間Sに処理ガスを供給する。また、第1の高周波電源50によりプラズマ生成用の高周波電力HFを下部電極12に供給し、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。
なお、ステップP3におけるプラズマの生成は、エッジリング回路に配線異常が生じていた場合であっても、プラズマの生成により異常放電等の発生リスクが低い条件で行われる。該条件としては、例えば、O2ガス流量を800sccm、チャンバ10の内部圧力を100mTorr以上、1000mTorr以下、高周波電力HFの印加電力を連続波で500W以下とし、Vdcが100V未満であることが望ましい。また、プラズマを発生させる時間は、例えば5秒以内であることが好ましい。
なお、プラズマの生成に際してのチャンバ10の内部圧力の下限値は、当該チャンバ10の内部にウェハWが搬入された条件下においては更に下げることが可能である。すなわち、ウェハWが搬入されていない条件下においては、上述のようにチャンバ10の内部圧力は100mTorr以上であることが望ましいが、例えばチャンバ10の内部にウェハWが搬入された状態で配線異常検知を行う場合には、当該チャンバ10の内部圧力は5mTorr以上に制御することができる。
チャンバ10の内部にプラズマを生成すると、次に、断線検知用電圧V3を直流電源60からエッジリング14に印加する(図7のステップP4)。断線検知用電圧V3としては、後述する任意の電圧を、任意の印加方式(印加波形:パルス波又は連続波)で印加する。なお、断線検知用電圧V3をパルス波により印加する場合、パルス条件は例えば周波数20kHz、Duty比60%とすることができる。
次に、ステップP4における断線検知用電圧V3の印加によりエッジリング回路に流れる電流を電流計Aにより測定し、測定された電流値(以下、「電流値I3」という場合がある。)と予め定められた閾値B3を比較することにより、該エッジリング回路に断線が生じているか否かを検知する。またこの時、電流値I3と閾値B3との比較を、予め定められた時間t(図7の例においては例えば3秒)以内で行うことにより、エッジリング回路における立ち上げ不良の有無を検知する。
本実施形態にかかるエッジリング回路の短絡検知方法は、第1の実施形態にかかるエッジリング回路の短絡検知方法と同様である。すなわち、例えば電流値I3が閾値B3に達したものの、該閾値B3に達するまでに3秒以上の時間を要した場合、エッジリング回路において立ち上げ不良が発生したと判断する(図7のステップS5-1)。また例えば、測定された電流値I3が閾値B3未満であった場合、エッジリング回路において配線異常が生じていると判断する(図7のステップP5-2)。
ステップP5-2におけるエッジリング回路の配線異常の検知についてより具体的に説明する。図8は、断線検知用電圧V3と電流値I3の関係を示したVI特性の一例を示すグラフである。なお、図8の凡例に示す(a)、(b)は、図4に示した(a)正常な接続状態、(b)配線異常が発生している状態、とそれぞれ対応している。
図8(a)に示すように、エッジリング回路に配線異常が生じていない場合、断線検知用電圧V3の印加によりエッジリング回路の全体、すなわち直流電源60からエッジリング14まで、電流が適切に流れる。ここで、エッジリング14はチャンバ10の内部に画成される処理空間Sと隣接して配置されている。このため、本実施形態にかかるプラズマ処理装置1においては、エッジリング14を介して直流電源60とチャンバ10の内部に生成されたプラズマとが等価回路上で接続されており、これによりエッジリング回路に流れる電流は該プラズマに対しても通流する。換言すれば、エッジリング回路が正常に接続されてエッジリング14まで電流が流れれば、チャンバ10の内部に生成されたプラズマを低抵抗を有する負荷として疑似的に扱うことができ、電流計Aで測定される電流値I3を大きくすることができる。
一方、図8(b)に示すように、エッジリング回路に配線異常が生じていた場合、断線検知用電圧V3を印加しても、エッジリング14まで、すなわちチャンバ10の内部に形成されたプラズマまでは電流が流れないため、電流計Aで測定される電流値I3が減少する。そこで図8に示したように、予め取得されたVI特性に基づいて、閾値B3を、正常時に測定される電流値I(a)と配線異常時に測定される電流値I(b)との間に予め設定しておく。これにより、実際に電流計Aで測定された電流値I3と閾値B3とを比較することで、エッジリング回路において配線異常が生じているか否かを検知することができる。
図7の説明に戻る。測定された電流値I3が閾値B3以上となり、また該閾値B3に達するまでの時間が3秒以内であった場合、エッジリング回路には配線異常が生じていないと判断し、断線検知合格を通知する(図7のステップP5-3)。そして、このようにエッジリング回路に配線異常が生じていないと判断されると、処理空間Sへの処理ガスの供給、及び下部電極12への高周波電力HFの供給を停止して、チャンバ10の内部におけるプラズマの生成を停止する(図7のステップP6)。そしてその後、直流電源60からの断線検知用電圧V3の印加を停止し、一連の配線異常検知を完了する。
第2の実施形態にかかる配線異常検知によれば、直流電源60とチャンバ10の内部に生成されるプラズマとが等価回路上接続されており、容量的、或いは直接的に、プラズマに電流が流れる構成であれば、チャンバ10の内部にプラズマを生成することで、該プラズマを低抵抗の負荷とみなして電流を流すことができる。すなわち、上述したようにチャンバ10とエッジリング回路との静電容量の差が小さい場合であっても、(a)正常な接続状態で測定される電流値I(a)と、(b)配線異常が生じている場合に測定される電流値I(b)との差を大きくできるため、適切にエッジリング回路における配線異常を検知することができる。
またこの時、チャンバ10の内部に対するプラズマの生成条件を適切に制御することで、エッジリング回路に配線異常が生じていた場合であっても、プラズマの生成による異常放電等の発生リスクを低減することができる。なお、該プラズマ生成条件は、予め、異常放電等が発生しないプラズマ生成条件を、使用するプラズマ処理装置1に応じて実験等により求めておくことが望ましい。
また本実施形態によれば、チャンバ10の内部に生成されたプラズマを低抵抗の負荷とみなして電流を流すことができるため、直流電源60からエッジリング回路に印加する断線検知用電圧V3の電圧値を小さくすることができる。このため、静電チャック13への負荷や、残留電荷の発生を適切に低減することができる。
また更に、このように断線検知用電圧V3の電圧値を小さくできることと関連し、第1の実施形態にかかる配線異常検知の方法とは異なり、断線検知用電圧V3の電圧波形がパルス波には限定されず、連続波を用いることができる。
なお、上述したように、第2の直流電源70が接続された上部電極回路においても、同様の方法により配線異常の検知を行うことができる。すなわち、エッジリング14(チャンバ10)に代えて上部電極を構成する電極板21に直流電圧を印加し、該直流電圧の印加により流れた電流の測定値を閾値と比較することで、上部電極回路における配線異常を検知できる。かかる場合、上部電極を構成する電極板21が、本開示の技術にかかる直流電圧印加部材に相当する。
また、以上の実施形態においてはエッジリング回路又は上部電極回路における配線異常を検知する場合を例に説明を行ったが、本開示にかかる配線異常検知方法が適用される回路は上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、直流電源が接続された電源回路であれば任意の回路において配線異常の検知を行うことができる。また特に、配線異常の検知対象である電源回路が、低抵抗の負荷とみなすことができる任意の物体(本実施形態においてはチャンバ10の内部に生成されるプラズマ)と等価回路上で接続されるものであれば、該電源回路の正常な接続状態と配線異常の発生時とで電流の測定値に差がない場合であっても、適切に配線異常の検知を行うことができる。
なお、以上の実施形態において用いた閾値は一例である。すなわち、例えば電流の測定値に代えて他の要素を閾値として用いてもよい。また、閾値として用いる値も配線異常の検知方式等に基づいて適宜変更することが可能である。
なお、本開示に係る配線異常検知が行われるタイミングは任意に決定することができる。すなわち、例えばプラズマ処理装置1において行われるウェハWに対するプラズマ処理のプロセス間において定期的に行われてもよいし、例えばプラズマ処理装置1の立ち上げ等のセットアップ時に行われてもよい。ただし、上述した配線の未接続や断線などの配線異常は、装置のセットアップにより生じる場合が多い。このため、少なくともプラズマ処理装置1の立ち上げ等のセットアップ時においては、本開示にかかる配線異常検知が行われることが望ましい。
なお、以上の実施形態では、チャンバ10の内部にウェハWが搬入されていない状態で配線異常検知を行う場合を例に説明を行ったが、当該配線異常検知は、ウェハWがチャンバ10の内部に搬入された状態において実施されてもよい。すなわち、例えばウェハ処理工程の途中で不具合が確認された際に、適宜、配線異常検知が行われてもよい。かかる場合、チャンバ10の内部にプラズマを生成する場合においては、上述したように、当該プラズマ生成に係る諸条件のうちチャンバ10の内部圧力の下限値を下げることができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
1 プラズマ処理装置
10 チャンバ
11 ステージ
13 静電チャック
14 エッジリング
21 電極板
60 直流電源
62 RFフィルタ
70 第2の直流電源
72 第2のRFフィルタ
A 電流計
B2 閾値
B3 閾値
I2 電流値
I3 電流値
W ウェハ
10 チャンバ
11 ステージ
13 静電チャック
14 エッジリング
21 電極板
60 直流電源
62 RFフィルタ
70 第2の直流電源
72 第2のRFフィルタ
A 電流計
B2 閾値
B3 閾値
I2 電流値
I3 電流値
W ウェハ
Claims (13)
- プラズマ処理装置における配線異常の検知方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
内部で基板のプラズマ処理を行うチャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、前記基板を吸着保持する静電チャックを有するステージと、
前記チャンバの内部に生成されるプラズマを制御するための直流電源系と、
前記直流電源系に流れる電流を測定する電流計と、を有し、
前記直流電源系は、
該直流電源系に直流電圧を印加する直流電源と、
前記直流電源からの高周波成分を除去する高周波フィルタと、
前記直流電圧の印加対象である直流電圧印加部材と、がこの順で電気的に接続された回路を構成し、
前記検知方法は、
前記直流電源により直流電圧を印加する工程と、
前記直流電源系を構成する回路に流れる電流を測定する工程と、
前記電流の測定値と予め定められた閾値とを比較する工程と、を含み、
前記測定値が前記閾値以上である場合に、前記直流電源系を構成する回路に配線異常が生じていると判定する、配線異常の検知方法。 - 前記直流電源は、前記直流電圧をパルス波により印加する、請求項1に記載の配線異常の検知方法。
- 前記電流の測定値に基づいて、前記回路における配線異常の発生箇所を特定することを更に含む、請求項1又は2に記載の配線異常の検知方法。
- 前記直流電源からの直流電圧の印加に先立ち、前記チャンバの内部にプラズマを生成する工程を更に含む、請求項1に記載の配線異常の検知方法。
- 前記プラズマの生成は、前記チャンバの内部圧力が1000mTorr以下、印加電圧が500W以下の条件で行われる、請求項4に記載の配線異常の検知方法。
- 前記直流電源は、前記直流電圧をパルス波又は連続波により印加する、請求項4又は5に記載の配線異常の検知方法。
- 前記閾値は、前記直流電源系に配線異常が生じていない状態で前記直流電圧を印加して得られる第1のVI特性と、前記直流電源系に配線異常が生じている状態で前記直流電圧を印加して得られる第2のVI特性と、を比較することにより予め決定される、請求項1~6のいずれか一項に記載の配線異常の検知方法。
- 前記直流電源からの直流電圧の印加に先立ち、前記回路の短絡検知を行うことを更に含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の配線異常の検知方法。
- 前記直流電圧印加部材は、前記ステージに載置される基板の周囲に配置されるエッジリング、又は前記ステージの上方に配置される上部電極である、請求項1~8のいずれか一項に記載の配線異常の検知方法。
- 基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
内部で前記基板のプラズマ処理を行うチャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、前記基板を吸着保持する静電チャックを有するステージと、
前記チャンバの内部にプラズマを生成するための高周波電源と、
前記チャンバの内部に生成されるプラズマを制御するための直流電源系と、
前記直流電源系に流れる電流を測定する電流計と、
前記直流電源系の動作を制御する制御部と、を有し、
前記直流電源系は、
該直流電源系に直流電圧を印加する直流電源と、
前記直流電源からの高周波成分を除去する高周波フィルタと、
前記直流電圧の印加対象である直流電圧印加部材と、がこの順で電気的に接続された回路を構成し、
前記制御部は、
前記直流電源により直流電圧を印加する工程と、
前記直流電源系を構成する回路に流れる電流を測定する工程と、
前記電流の測定値と予め定められた閾値とを比較する工程と、を行うように前記直流電源系を制御し、
前記測定値が前記閾値以上である場合に、前記直流電源系を構成する回路に配線異常が生じていると判定する、プラズマ処理装置。 - 前記プラズマ処理装置は、
前記制御部は、前記直流電源からの直流電圧の印加に先立ち、前記チャンバの内部にプラズマを生成する工程を行うように、前記高周波電源の動作を制御する、請求項10に記載のプラズマ処理装置。 - 前記直流電源は、前記直流電圧の印加波形をパルス波と連続波で切り替え可能に構成される、請求項10又は11に記載のプラズマ処理装置。
- 前記直流電圧印加部材は、前記ステージに載置される基板の周囲に配置されるエッジリング、又は前記ステージの上方に配置される上部電極である、請求項10~12のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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