JP2022120418A - 基板処理装置、基板処理システム及び異常検知方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】処理容器への高周波電力の供給について異常を検知する技術を提供する。【解決手段】プラズマ生成用の高周波電力を処理容器に供給する高周波電源部と、前記処理容器への前記高周波電力の供給について異常を検知する監視部と、を備え、前記監視部は、前記高周波電源部と前記処理容器との間を伝搬する信号を前記高周波電力の周波数より高いサンプリング周波数でサンプリングした信号データに基づいて、前記処理容器への前記高周波電力の供給について異常を検知する基板処理装置。【選択図】図２
Description
本開示は、基板処理装置、基板処理システム及び異常検知方法に関する。
特許文献１には、半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内において、プラズマチャンバ内におけるチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整するための回路構成が開示されている。特許文献１には、当該回路構成がチャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の個別パルスを検出するためのＲＦバイアス電圧検出器を備えることが開示されている。
特許文献２には、変調基準信号及びピーク値設定信号をもとに断続する高周波出力を生成する変調部を備えたプラズマ生成装置用高周波電源装置が開示されている。特許文献２には、パルス生成部が予め設定したピーク設定値及びデューティ比設定値をもとに断続する高周波出力の平均値を演算して、高周波出力の平均値と演算手段が演算した高周波出力の平均値をもとに、変調基準信号を生成することが開示されている。
本開示は、処理容器への高周波電力の供給について異常を検知する技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、プラズマ生成用の高周波電力を処理容器に供給する高周波電源部と、前記処理容器への前記高周波電力の供給について異常を検知する監視部と、を備え、前記監視部は、前記高周波電源部と前記処理容器との間を伝搬する信号を前記高周波電力の周波数より高いサンプリング周波数でサンプリングした信号データに基づいて、前記処理容器への前記高周波電力の供給について異常を検知する基板処理装置が提供される。
本開示は、処理容器への高周波電力の供給について異常を検知する技術を提供する。
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。なお、理解を容易にするため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。
平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。
＜基板処理装置＞
本開示の一実施形態に係る基板処理装置の構成例について説明する。図１は、基板処理装置の構成例を示す断面図である。
本開示の一実施形態に係る基板処理装置の構成例について説明する。図１は、基板処理装置の構成例を示す断面図である。
図１に示されるように、基板処理装置１は、プラズマＣＶＤ法により、例えば基板である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）にチタン（Ｔｉ）膜を成膜する処理を行う成膜装置である。基板処理装置１は、略円筒状の気密な処理容器２を備える。処理容器２の底壁の中央部には、排気室２１が設けられる。
排気室２１は、下方に向けて突出する例えば略円筒状の形状を備える。排気室２１には、例えば排気室２１の側面において、排気路２２が接続される。
排気路２２には、圧力調整部２３を介して排気部２４が接続される。圧力調整部２３は、例えばバタフライバルブ等の圧力調整バルブを備える。排気路２２は、排気部２４によって処理容器２内を減圧できるように構成される。
処理容器２の側面には、搬送口２５が設けられる。搬送口２５は、ゲートバルブ２６によって開閉自在に構成される。処理容器２内と搬送室（図示せず）との間におけるウエハＷの搬入出は、搬送口２５を介して行われる。
処理容器２内には、ウエハＷを略水平に保持するための基板載置台であるステージ３が設けられる。ステージ３は、平面視で略円形状に形成される。ステージ３は、支持部材３１によって支持される。ステージ３の表面には、例えば直径が３００ｍｍのウエハＷを載置するための円形状の凹部３２が形成される。
ステージ３は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料により形成される。また、ステージ３は、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料により形成されていてもよい。なお、凹部３２の代わりにステージ３の表面の周縁部にウエハＷをガイドするガイドリングを設けてもよい。
ステージ３には、例えば接地された下部電極３３が埋設される。下部電極３３の下方には、加熱機構３４が埋設される。加熱機構３４は、制御部９０からの制御信号に基づいて電源部（図示せず）から給電されることによって、ステージ３に載置されたウエハＷを設定温度（例えば３５０～７００℃の温度）に加熱する。ステージ３の全体が金属によって構成されている場合には、ステージ３の全体が下部電極として機能するので、下部電極３３をステージ３に埋設しなくてよい。
ステージ３には、ステージ３に載置されたウエハＷを保持して昇降するための複数本（例えば３本）の昇降ピン４１が設けられる。昇降ピン４１の材料は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスや石英等であってよい。昇降ピン４１の下端は、支持板４２に取り付けられている。支持板４２は、昇降軸４３を介して処理容器２の外部に設けられた昇降機構４４に接続されている。
昇降機構４４は、例えば排気室２１の下部に設置されている。ベローズ４５は、排気室２１の下面に形成された昇降軸４３用の開口部２１１と昇降機構４４との間に設けられている。支持板４２の形状は、ステージ３の支持部材３１と干渉せずに昇降できる形状であってもよい。昇降ピン４１は、昇降機構４４によって、ステージ３の表面の上方側と、ステージ３の表面の下方側との間で、昇降自在に構成される。
処理容器２の天壁２７には、絶縁部材２８を介してガス供給部５が設けられる。ガス供給部５は、上部電極を成しており、下部電極３３に対向している。ガス供給部５には、整合器５２を介して高周波電源５１が接続される。高周波電源５１から上部電極（ガス供給部５）に高周波電力を供給することによって、上部電極（ガス供給部５）と下部電極３３との間に高周波電界が生じるように構成されている。
ガス供給部５は、中空状のガス供給室５３を備える。ガス供給室５３の下面には、処理容器２内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔５４が例えば均等に配置される。ガス供給部５における例えばガス供給室５３の上方側には、加熱機構５５が埋設される。加熱機構５５は、制御部９０からの制御信号に基づいて図示しない電源部から給電されることによって、設定温度に加熱される。
ガス供給室５３には、ガス供給路６が設けられる。ガス供給路６は、ガス供給室５３に連通している。ガス供給路６の上流側には、ガスラインＬ１を介してガス源ＧＳ１が接続され、ガスラインＬ２を介してガス源ＧＳ２が接続される。ガスラインＬ１には、ガスラインＬ３１及びガスラインＬ３を介してガス源ＧＳ３が接続される。ガスラインＬ２には、ガスラインＬ３２及びガスラインＬ３を介してガス源ＧＳ３が接続される。
図１の例では、ガス源ＧＳ１はＴｉＣｌ４のガス源であり、ガス源ＧＳ２はＨ２のガス源であり、ガス源ＧＳ３はＡｒのガス源である。ただし、ガス源ＧＳ１は別の金属原料（例えば、ハロゲン元素を含む金属原料である、ＷＣｌ６、ＷＣｌ５、ＷＦ６、ＴａＣｌ５、ＡｌＣｌ３やＣｏ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌを含む有機原料）のガス源であってもよく、ガス源ＧＳ２は別の還元ガス（例えば、ＮＨ３、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン）のガス源であってもよく、ガス源ＧＳ３は別の不活性ガス（例えば、Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）であってもよい。
また、ガスラインＬ１とガスラインＬ２とは、ガスラインＬ１におけるバルブＶ１とガス供給路６との間、ガスラインＬ２におけるバルブＶ２とガス供給路６との間において、互いに接続される。
ガス源ＧＳ１は、ガスラインＬ１を介してガス供給路６に接続される。ガスラインＬ１には、流量制御器ＭＦ１及びバルブＶ１がガス源ＧＳ１の側からこの順番に介設される。流量制御器ＭＦ１及びバルブＶ１がガス源ＧＳ１の側からこの順番に介設されることにより、ガス源ＧＳ１から供給されるＴｉＣｌ４は、流量制御器ＭＦ１により流量が制御されてガス供給路６に供給される。
ガス源ＧＳ２は、ガスラインＬ２を介してガス供給路６に接続されている。ガスラインＬ２には、流量制御器ＭＦ２及びバルブＶ２がガス源ＧＳ２の側からこの順番に介設される。流量制御器ＭＦ２及びバルブＶ２がガス源ＧＳ２の側からこの順番に介設されることにより、ガス源ＧＳ２から供給されるＨ２は、流量制御器ＭＦ２により流量が制御されてガス供給路６に供給される。
ガス源ＧＳ３は、ガスラインＬ３及びガスラインＬ３１を介してガスラインＬ１におけるバルブＶ１とガス供給路６との間に接続される。ガスラインＬ３１には、流量制御器ＭＦ３１及びバルブＶ３１がガス源ＧＳ３の側からこの順番に介設される。流量制御器ＭＦ３１及びバルブＶ３１がガス源ＧＳ３の側からこの順番に介設されることにより、ガス源ＧＳ３から供給されるＡｒは、流量制御器ＭＦ３１により流量が制御される。流量制御器ＭＦ３１により流量が制御されたＡｒは、ガスラインＬ１に供給されてガスラインＬ１を流れるＴｉＣｌ４と混合されて、ガス供給路６に供給される。
また、ガス源ＧＳ３は、ガスラインＬ３及びガスラインＬ３２を介してガスラインＬ２におけるバルブＶ２とガス供給路６との間に接続される。ガスラインＬ３２には、流量制御器ＭＦ３２及びバルブＶ３２がガス源ＧＳ３の側からこの順番に介設される。流量制御器ＭＦ３２及びバルブＶ３２がガス源ＧＳ３の側からこの順番に介設されることにより、ガス源ＧＳ３から供給されるＡｒは、流量制御器ＭＦ３２により流量が制御される。流量制御器ＭＦ３２により流量が制御されたＡｒは、ガスラインＬ２に供給されてガスラインＬ２を流れるＨ２と混合されて、ガス供給路６に供給される。
係る構成により、ガス源ＧＳ３から供給されるＡｒを、それぞれ流量制御器ＭＦ３１及び流量制御器ＭＦ３２により流量を制御してガスラインＬ１及びガスラインＬ２に供給することができる。
基板処理装置１は、制御部９０と、記憶部９１とを備える。制御部９０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える。制御部９０は、例えばＲＯＭや記憶部９１に格納されたコンピュータプログラムをＣＰＵに実行させることによって、基板処理装置１を統括的に制御する。
図２は、本実施形態に係る基板処理装置１の一例の高周波電源５１に関連する部分のブロック図である。
高周波電源５１は、高周波発生器５６と、双方向性結合器５７と、電源制御部５８と、を備える。
高周波発生器５６は、プラズマを発生させるための高周波電力、すなわち、プラズマ生成用の高周波電力、を発生させる。高周波発生器５６は、高周波電力をパルス状に発生する。すなわち、高周波発生器５６は、高周波電力を発生する期間と、高周波電力を停止する期間とを交互に繰り返す。
例えば、高周波発生器５６は、基本周波数が周波数４５０ｋＨｚの正弦波である高周波電力を発生する。また、高周波発生器５６は、２０マイクロ秒から５００００マイクロ秒の期間（出力期間）において高周波電力を発生し、続く２０マイクロ秒から１００マイクロ秒の期間（停止期間）において高周波電力を停止する。そして、高周波発生器５６は、高周波電力の発生と、高周波電力の停止を交互に繰り返す。すなわち、高周波発生器５６は、１マイクロ秒の周期でかつデューティ比１７～９９％（＝高周波電力を出力する期間／（高周波電力を出力する期間＋高周波電力を停止する期間））で動作する。
高周波発生器５６は、電源制御部５８に接続される。電源制御部５８は、高周波発生器５６を制御する。電源制御部５８は、例えば、高周波発生器５６が出力する高周波電力の基本周波数、繰り返し周波数、デューティ比を変更できる。
なお、高周波電力の基本周波数については、周波数４５０ｋＨｚに限らない。例えば、高周波電力の基本周波数は、３５０ｋＨｚ以上５５０ｋＨｚ以下の範囲に含まれる周波数にしてもよい。
双方向性結合器５７は、高周波発生器５６と、整合器５２との間に設けられる。双方向性結合器５７は、高周波発生器５６から入力される高周波電力を信号ＲＦとして整合器５２に出力する。また、高周波発生器５６から入力される高周波電力の一部を、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤとして後述するパルスモニター１００に出力する。更に、整合器５２の方から双方向性結合器５７に入力される高周波電力を、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦとしてパルスモニター１００に出力する。
電源制御部５８は、高周波発生器５６を制御する。また、電源制御部５８は、高周波電源５１が高周波電力を出力することを示す信号ＳＩＧ＿ＲＦ－ＯＮ及びパルスを発生していることを示す信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥをパルスモニター１００に出力する。
パルスモニター１００は、高周波電源５１から入力される高周波信号に基づいて、高周波電源５１から適切に上部電極（ガス供給部５）に高周波電力が供給されているかを監視する。具体的には、パルスモニター１００は、高周波電源５１から入力される信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び整合器52から双方向性結合器に入力される高周波電力についての信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦに基づいて、高周波電源５１から適切に上部電極（ガス供給部５）に高周波電力が供給されているかを監視する。
パルスモニター１００での信号処理について説明する。図３は、本実施形態に係る基板処理装置１の一例に関連する波形を説明する図である。
最初に、パルスモニター１００に入力されるデジタル信号について説明する。図３の（Ａ）は、パルスモニター１００に入力されるデジタル信号の波形を示す。制御部９０は、信号ＳＩＧ＿ＳＴＡＲＴをハイレベルにする（時刻ＴＡ）。信号ＳＩＧ＿ＳＴＡＲＴがハイレベルになると、パルスモニター１００は動作を開始する。
高周波電源５１は、高周波電力の供給を開始すると、信号ＳＩＧ＿ＲＦ－ＯＮをハイレベルにする。また、高周波電源５１は、信号パルスに同期して、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥをハイレベルにする。なお、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥは、ハイレベルがＰＡ秒、ローレベルがＰＢ秒の波形が繰り返される。
信号ＳＩＧ＿ＲＦ－ＯＮ及び信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥがハイレベルになると、パルスモニター１００は異常検知処理を開始する（時刻ＴＢ）。なお、例えば、連続放電（パルス状ではない高周波電力の供給）を行う場合は、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥがハイレベルに遷移されないので、パルスモニター１００は異常検知処理を行わない。
また、制御部９０は、パルスモニター１００の動作を停止させるときには、信号ＳＩＧ＿ＳＴＡＲＴをローレベルにする（時刻ＴＣ）。信号ＳＩＧ＿ＳＴＡＲＴがローレベルに遷移なると、パルスモニター１００は動作を停止する。
高周波電源５１は、高周波電力の供給を停止すると、信号ＳＩＧ＿ＲＦ－ＯＮをローレベルにする（時刻ＴＤ）。
次に、パルスモニター１００に入力されるアナログ信号について説明する。図３（Ｂ）は、パルスモニター１００に入力されるアナログ信号の波形を示す。パルスモニター１００に入力されるアナログ信号の波形は、具体的には、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦである。図３（ｂ）では、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤの波形を模式的に示す。
信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦには、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥがハイレベルの期間ＰＡにおいて、周波数４５０ｋＨｚのＳＩＮ波が主に含まれる。例えば、図３（ｂ）の信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤでは、当該ＳＩＮ波の実効値は、例えば、３００Ｗである。一方、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦには、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥがローレベルの期間ＰＢにおいて、ほぼ零に等しい。
次に、パルスモニター１００によって演算される信号について説明する。図３の（Ｃ）は、パルスモニター１００によって演算される信号の波形を示す。パルスモニター１００は、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦを実効値に変換したパルスにする。例えば、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤの場合は、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥがハイレベルの期間ＰＡでは実効値が設定ＰＯＷＥＲ、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥがローレベルの期間ＰＢでは実効値が略０Ｗのパルスとなる。
パルスモニター１００は、アナログデジタルコンバータ１１０及びアナログデジタルコンバータ１１１と、信号処理部１２０と、を備える。
アナログデジタルコンバータ１１０は、アナログ信号である信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤを第１サンプリング周波数でデジタル信号（信号データ）に変換する。アナログデジタルコンバータ１１０は、デジタル信号に変換した信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤを、信号処理部１２０に出力する。
アナログデジタルコンバータ１１１は、アナログ信号である信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦを第２サンプリング周波数でデジタル信号（信号データ）に変換する。アナログデジタルコンバータ１１１は、デジタル信号に変換した信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦを、信号処理部１２０に出力する。
第１サンプリング周波数と第２サンプリング周波数とは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。第１サンプリング周波数及び第２サンプリング周波数のそれぞれは、高周波発生器５６の基本周波数の１０倍以上であることが好ましく、２０倍以上であることがより好ましく、５０倍以上であることが特に好ましい。
信号処理部１２０は、例えば、デジタルシグナルプロセッサである。信号処理部１２０は、アナログデジタルコンバータ１１０及びアナログデジタルコンバータ１１１からのデジタル信号を処理する。信号処理部１２０のおける処理を図４に示す。図４は、本実施形態に係る基板処理装置１の一例の信号処理を説明する図である。
信号処理部１２０には、高周波電源５１から入力されるデジタル化された信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦ（図４のＩＮＰＵＴ）が入力される。信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦには、高周波発生器５６が供給する高周波電力の周波数４５０ｋＨｚ（周期２．２マイクロ秒）のＳＩＮ波の他に多くの周波数成分の信号が含まれる。
信号処理部１２０は、高周波発生器５６が供給する高周波電力の周波数４５０ｋＨｚ（周期２．２マイクロ秒）のＳＩＮ波を抽出するためにフィルタ処理を行う。信号処理部１２０は、高周波電源５１から入力されるデジタル化された信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦのそれぞれについて、フィルタ処理を行う。具体的には、信号処理部１２０は、デジタル化された信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦに対してＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタによりフィルタ処理を行う。
ＩＩＲフィルタは、高周波発生器５６の基本周波数を通過帯域の中心周波数とするバンドパスフィルタである。例えば、基本周波数を周波数４５０ｋＨｚとすると、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤに対しては、ＩＩＲフィルタの通過帯域は、４００ｋＨｚ～５００ｋＨｚとしてもよい。また、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦに対しては、ＩＩＲフィルタの通過帯域は、４３０ｋＨｚ～４７０ｋＨｚとしてもよい。なお、通過帯域は、０～５ＭＨｚの範囲で設定を変更できる。
本実施形態に係る基板処理装置１におけるＩＩＲフィルタの利得特性及びＩＩＲフィルタの伝達関数を図４の下側に示す。ＩＩＲフィルタの次数は、２次である。
ＩＩＲフィルタを通過した信号は、実効値に変換される。実効値は、振幅Ｖｍに対して、２の平方根で割ることにより求められる。ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）変換ブロックでは、ＩＩＲフィルタを通過した信号を実効値に変換する。
ＩＩＲフィルタの効果について、図５に示す。図５（Ａ）は、設定ＰＯＷＥＲの実効値の信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤについて、ＩＩＲフィルタ無しで実効値変換を行った結果を示す。図５（Ｂ）は、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤについて、ＩＩＲフィルタ有りで実効値変換を行った結果を示す。なお、横軸は時間（単位０．１マイクロ秒）、縦軸は実効値を表す。
ＩＩＲフィルタが無い場合は、実効値が大きく変化し、特に実効値が設定ＰＯＷＥＲを超える値が検出された。ＩＩＲフィルタが無い場合は、矩形波として判断しにくい波形となっている。一方、ＩＩＲフィルタにより高周波電力の周波数成分以外の信号を除去することによって、安定してほぼ設定ＰＯＷＥＲに近い値を有する波形を得ることができる。また、ＩＩＲフィルタがある場合は、矩形波に近い波形となった。
次に、異常検知処理による監視の処理の流れについて説明する。図６は、異常検知処理による監視（ｍｏｎｉｔｏｒ）を開始してからの流れについて説明する図である。なお、図６の縦軸は高周波電力のパワー（ＲＦ ＰＯＷＥＲ（Ｗ））の実効値、横軸は時刻を表す。
基板処理装置１を成膜装置として用いる場合、成膜プロセスではプラズマの状態が変わりやすい。したがって、異常判定をするための基準値を絶対値で決めると異常を正しく判定できない場合がある。本実施形態に係る基板処理装置１では、異常判定を行う前の期間で基準値を求めて、当該基準値を使って判定を行う。すなわち、直前の期間における特性値の相対比較によって異常の検出を行う。
最初に、高周波電源５１が高周波電力の供給を開始してから、装置が安定するまで待機する（マスク時間）。本例では、マスク時間として４秒間待機する。
そして、次の１秒間に、異常判定を行うための基準値を求めるために学習（基準値学習）を行う（学習時間、基準決め（１））。基準決めが終わったら、監視を開始する。
そして、次の１秒間に、基準決め（１）にて求めた基準（１）（基準値）を用いて、当該基準値に対して、設定された範囲内に測定値が入っているかどうか判定を行う（トレランス監視）（基準（１）に対するトレランス監視）。また、同時に、次の期間（次の１秒間）における基準値を求める学習（基準値学習）を行う（学習時間、基準決め（２））。
以下、同様に、トレランス監視と、基準値学習とを繰り返し行う。なお、上記では、マスク時間を４秒、学習時間、トレランス監視の時間を１秒としたが、当該時間に限らず適宜変更してもよい。
なお、例えば、学習時間、基準決め（１）における最初の１秒間は第１期間の一例、学習時間、基準決め（１）における１秒間の直後の学習時間、基準決め（２）における１秒間は第２期間の一例である。また、学習時間、基準決め（２）における１秒間の直後の学習時間、基準決め（２）における１秒間は第３期間の一例である。また、第１期間、第２期間及び第３期間のそれぞれで測定される測定値（後述する波形指標）が、それぞれ第１波形指標、第２波形指標及び第３波形指標の一例である。
次に、波形を評価する波形指標と異常検知方法について説明する。本実施形態の基板処理装置１では、波形指標として、進行波の強度（ＦＷＤ）、反射波の強度（ＲＥＦ）、デューティ比（Ｐｕｌｓｅ Ｄｕｔｙ）及び繰り返し周波数（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑ）を波形指標として用いる。波形指標が設定された範囲内にあるか否かに基づいて、異常を検知する。
［進行波の強度（ＦＷＤ）］
進行波の強度（ＦＷＤ）は、高周波電源５１から処理容器２の向きに伝搬する進行波の強度である。具体的には、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥに対応する各パルスについて実効値変換した信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤを時間で積分する。そして、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤを積分した値を時間で割ることによって、実効値相当の換算実効値を算出する。
進行波の強度（ＦＷＤ）は、高周波電源５１から処理容器２の向きに伝搬する進行波の強度である。具体的には、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥに対応する各パルスについて実効値変換した信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤを時間で積分する。そして、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤを積分した値を時間で割ることによって、実効値相当の換算実効値を算出する。
図７の＜ＦＷＤ＞に示すように、実効値が時間方向に小さくなったり、大きくなったりすると、換算実効値が小さくなったり、大きくなったりする。
例えば、監視を行う期間の前の学習期間において、換算実効値の平均値を求める。そして、換算実効値の平均値を基準として、その±１０％の範囲内に入っている場合は、正常であると判断する。例えば、基準値が１０００Ｗの場合、監視期間における各パルスの換算実効値が９００Ｗ以上１１００Ｗ以下であるかどうかを判断する。範囲内である場合は、正常（ＯＫ）と判断する。範囲外である場合は、異常（ＮＧ）と判断する。なお、範囲については、±１０％の範囲に限らず、例えば、設定で範囲を定める閾値を変更できるようにしてもよい。
［反射波の強度（ＲＥＦ）］
反射波の強度（ＲＥＦ）は、処理容器２から高周波電源５１の向きに伝搬する反射波の強度である。具体的には、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥに対応する各パルスについて実効値変換した信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦを時間で積分する。そして、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦを積分した値を時間で割ることによって、実効値相当の換算実効値を算出する。
反射波の強度（ＲＥＦ）は、処理容器２から高周波電源５１の向きに伝搬する反射波の強度である。具体的には、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥに対応する各パルスについて実効値変換した信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦを時間で積分する。そして、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦを積分した値を時間で割ることによって、実効値相当の換算実効値を算出する。
図７の＜ＲＥＦ＞に示すように、反射波が大きいと、換算実効値が大きくなる。
例えば、監視を行う期間の前の学習期間において、換算実効値の平均値を求める。そして、換算実効値の平均値を基準として、＋３０Ｗ以下の範囲に入っている場合は、正常であると判断する。例えば、基準値が１０Ｗの場合、監視期間における各パルスの換算実効値が４０Ｗ以下であるかどうかを判断する。範囲内である場合は、正常（ＯＫ）と判断する。範囲外である場合は、異常（ＮＧ）と判断する。なお、範囲については、＋３０Ｗ以下の範囲に限らず、例えば、設定で範囲を定める閾値を変更できるようにしてもよい。
［デューティ比（Ｐｕｌｓｅ Ｄｕｔｙ）］
デューティ比（Ｐｕｌｓｅ Ｄｕｔｙ）は、各パルスのデューティ比である。具体的には、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥに対応する各パルスについて信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤの時間方向の幅を算出する。
デューティ比（Ｐｕｌｓｅ Ｄｕｔｙ）は、各パルスのデューティ比である。具体的には、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥに対応する各パルスについて信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤの時間方向の幅を算出する。
図８の＜Ｐｕｌｓｅ Ｄｕｔｙ＞に示すように、パルスの幅が変化して、デューティ比が変化する場合がある。
例えば、監視を行う期間の前の学習期間において、デューティ比の平均値を求める。そして、その±１０％の範囲内に入っている場合は、正常であると判断する。例えば、基準値が５０％の場合、監視期間における各パルスのデューティ比が４０％以上６０％以下の範囲内であるかどうかを判断する。範囲内である場合は、正常（ＯＫ）と判断する。範囲外である場合は、異常（ＮＧ）と判断する。なお、範囲については、４０％以上６０％以下の範囲に限らず、例えば、設定で範囲を定める閾値を変更できるようにしてもよい。
［繰り返し周波数（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑ）］
繰り返し周波数（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑ）は、各パルスの繰り返し周波数である。具体的には、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥに対応する各パルスについて信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤの繰り返し周波数を算出する。
繰り返し周波数（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑ）は、各パルスの繰り返し周波数である。具体的には、信号ＳＩＧ＿ＰＵＬＳＥに対応する各パルスについて信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤの繰り返し周波数を算出する。
図８の＜Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑ＞に示すように、パルスが変化して、繰り返し周波数が変化する場合がある。
例えば、監視を行う期間の前の学習期間において、繰り返し周波数の平均値を求める。そして、その±１０％の範囲内に入っている場合は、正常であると判断する。例えば、基準値が１ｋＨｚの場合、監視期間における各パルスの繰り返し周波数が０．９ｋＨｚ以上１．１ｋＨｚ以下の範囲内であるかどうかを判断する。範囲内である場合は、正常（ＯＫ）と判断する。範囲外である場合は、異常（ＮＧ）と判断する。なお、範囲については、０．９ｋＨｚ以上１．１ｋＨｚ以下の範囲に限らず、例えば、設定で範囲を定める閾値を変更できるようにしてもよい。
パルスモニター１００は、デジタル入出力を備える。制御部９０は、パルスモニター１００に接続される。制御部９０は、信号ＳＩＧ＿ＳＴＡＲＴにより、パルスモニター１００に監視動作を実行させる。また、パルスモニター１００は、制御部９０に、アラーム信号を出力する。アラーム信号としては、例えば、進行波の強度（ＦＷＤ）、反射波の強度（ＲＥＦ）、デューティ比（Ｐｕｌｓｅ Ｄｕｔｙ）及び繰り返し周波数（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑ）のいずれかが異常と判定されたときに出力してもよい。パルスモニター１００が制御部９０にアラーム信号を出力することによって、制御部９０は波形に異常が発生していることを検出できる。
更に、パルスモニター１００は、パーソナルコンピュータ２００に接続される。パーソナルコンピュータ２００は、パルスモニター１００からデータを受信する。例えば、パーソナルコンピュータ２００は、波形の情報をパルスモニター１００から受信する。また、例えば、パーソナルコンピュータ２００は、アラーム情報ＳＩＧ＿ＡＬＡＲＭをパルスモニター１００から受信する。
パーソナルコンピュータ２００で表示される波形の例を図９に示す。線Ｌｆｗｄは、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤの波形を示す。線Ｌｒｅｆは、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦの波形を示す。ここで、波形Ｐ２は、パルスモニター１００が異常と判定した波形（異常波形）である。波形Ｐ１と波形Ｐ３は、波形Ｐ２の前後の波形である。異常と判定された波形Ｐ２を真ん中に表示し、その前後に正常な波形を表示することによって、異常の状態を容易に判定することができる。
なお、パーソナルコンピュータ２００では、例えば、波形が正常又は異常であるに関わらず、波形を表示するようにしてもよい。また、異常と判定されたときに、信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＦＷＤ及び信号ＳＩＧ＿ＲＦ＿ＲＥＦをサンプリングした信号データを、ファイルとして保存するようにしてもよい。異常と判定したときに信号データを保存することによって、トラブル等の解析を行うことができる。また、異常と判定したときに信号データを保存することによって、保存するデータ量を削減できる。
なお、基板処理装置１とパーソナルコンピュータ２００との組み合わせを基板処理システム３００という場合がある。高周波電源５１は高周波電源部の一例、パルスモニター１００は監視部の一例、パーソナルコンピュータ２００は表示端末の一例である。
＜作用・効果＞
本実施形態に係る基板処理装置１によれば、処理容器への高周波電力の供給について異常を検知することができる。
本実施形態に係る基板処理装置１によれば、処理容器への高周波電力の供給について異常を検知することができる。
基板処理装置のプラズマ出力を調整するために、パルスの高周波電力が用いられる。従来は、高周波電力が処理容器に供給されているかを監視するために、１００ｍ秒程度のプロセスログしかなかった。プラズマ原子層堆積法において、高速にプラズマを切り替えて成膜を行う。高速でプラズマを切り替える成膜装置では、マイクロ秒オーダーのパルス波形の状態も成膜に影響する。
本実施形態に係る基板処理装置１は、高周波電力の周波数より高いサンプリング周波数でサンプリングした信号データに基づいて異常を検知することから、マイクロ秒オーダーのパルス波形の状態を監視できる。また、基板処理装置１によれば、高周波電源部から処理容器の向きに伝搬する進行波及び処理容器から高周波電源部の向きに伝搬する反射波のそれぞれの一つ一つの波形を監視できる。波形を監視することによって、より細かな異常を検知できる。
また、高周波電源部から処理容器の向きに伝搬する進行波及び処理容器から高周波電源部の向きに伝搬する反射波のそれぞれの一つ一つの波形を監視することから、アーク放電等の異常を検知できる。
更に、基板処理装置１によれば、高周波電力のデューティ比及び繰り返し周波数の異常を検知できる。
更にまた、基板処理装置１の現状の状態を学習することにより、学習した情報から相対的に異常を検知ができる。相対的に異常を検知することによって、プラズマの状態が刻々と変化するような環境においても、異常を検知できる。更に、学習を高周波電力が供給されている間に継続的に実施できる。
また、波形を監視して、異常を検知することによって、異常な波形で基板処理を行った基板を後工程に送ることを防止できる。異常な波形で基板処理を行った基板を後工程に送ることを防止することによって、後工程において無駄な処理を行うことを防止して、製造コストを削減できる。
今回開示された本実施形態は、すべての点において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、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
１ 基板処理装置
２ 処理容器
３ ステージ
５ ガス供給部
６ ガス供給路
５１ 高周波電源
５２ 整合器
５６ 高周波発生器
５７ 双方向性結合器
５８ 電源制御部
９０ 制御部
１００ パルスモニター
１１０ アナログデジタルコンバータ
１１１ アナログデジタルコンバータ
１２０ 信号処理部
２００ パーソナルコンピュータ
３００ 基板処理システム
２ 処理容器
３ ステージ
５ ガス供給部
６ ガス供給路
５１ 高周波電源
５２ 整合器
５６ 高周波発生器
５７ 双方向性結合器
５８ 電源制御部
９０ 制御部
１００ パルスモニター
１１０ アナログデジタルコンバータ
１１１ アナログデジタルコンバータ
１２０ 信号処理部
２００ パーソナルコンピュータ
３００ 基板処理システム
Claims (7)
- プラズマ生成用の高周波電力を処理容器に供給する高周波電源部と、
前記処理容器への前記高周波電力の供給について異常を検知する監視部と、
を備え、
前記監視部は、前記高周波電源部と前記処理容器との間を伝搬する信号を前記高周波電力の周波数より高いサンプリング周波数でサンプリングした信号データに基づいて、前記処理容器への前記高周波電力の供給について異常を検知する、
基板処理装置。 - 前記監視部は、
第１期間において、前記信号データを用いて前記信号の波形指標である第１波形指標を算出し、
前記第１期間の直後の第２期間において、前記信号データを用いて前記波形指標である第２波形指標を算出し、
前記第１波形指標と前記第２波形指標との比較に基づいて、前記異常を検知する、
請求項１に記載の基板処理装置。 - 前記監視部は、前記第１波形指標を基準値として、前記第２波形指標が前記基準値に対して、設定された範囲内にあるか否かに基づいて、前記異常を検知する、
請求項２に記載の基板処理装置。 - 前記監視部は、
前記第２期間の直後の第３期間において、前記信号データを用いて前記波形指標である第３波形指標を算出し、
前記第２波形指標を前記基準値として、前記第３波形指標が前記基準値に対して、設定された範囲内にあるか否かに基づいて、前記異常を検知する、
請求項３に記載の基板処理装置。 - 前記波形指標は、前記高周波電源部から前記処理容器の向きに伝搬する進行波の強度、前記処理容器から前記高周波電源部の向きに伝搬する反射波の強度、デューティ比及び繰り返し周波数のいずれかである、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の基板処理装置と、
表示端末と、
を備え、
前記表示端末は、前記監視部が前記異常を検知したときに、前記信号データにおける前記異常を検知した異常波形と、前記異常波形の前後の波形を表示する、
基板処理システム。 - プラズマ生成用の高周波電力を処理容器に供給する高周波電源部を備える基板処理装置の前記処理容器への前記高周波電力の供給について異常を検知する異常検知方法であって、
前記高周波電源部と前記処理容器との間を伝搬する信号を前記高周波電力の周波数より高いサンプリング周波数でサンプリングした信号データに基づいて、前記処理容器への前記高周波電力の供給について異常を検知する、
異常検知方法。
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