JP4300182B2

JP4300182B2 - プラズマ処理装置のメンテナンス方法

Info

Publication number: JP4300182B2
Application number: JP2004352282A
Authority: JP
Inventors: 秀之山本; 俊夫増田; 祥二幾原; 昭鹿子嶋; 潤一田中
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2005094034A

Description

本発明は、真空処理室を有するプラズマ処理装置のメンテナンス方法およびメンテナンスシステムに係り、特に、ウェツトクリーニングなど真空処理室の大気開放をともなうメンテナンス実施後の、復旧作業中のメンテナンスに関するものである。

従来、プラズマ処理装置の大気解放をともなうメンテナンス実施後の復旧作業においては、真空排気開始後からリーク有無の確認をはじめ、真空到達圧力の確認、搬送異物・放電異物発生量の確認およびエツチングレートまたは成膜レートの確認などの雑多な作業が必要になる。さらに、各作業段階毎での経験に基づく判断が求められるため、段階毎に人が介在し、操作または判断をしなければならなかった。

図７に、従来の方法によるウエットクリーニング後の処理手順の例を示す。

まず、ウエット作業が完了したら、真空ポンプによる真空引きを開始する。次に、２時間くらいしてから、リークチェック・到達圧チエツクを行う。これがＮＧなら後でリトライする。ＯＫなら、次に、搬送・ガス出し、異物チエック（前測、ＱＣ、後測）を行う。これがＯＫなら、ダミーラン（放電チエツク）を行う。さらに、放電異物チエック（前測、ＱＣ、後測）を行い、ＯＫなら、レートチエック（前測、ＱＣ、後測）を行う、これがＯＫなら、製品先行ウエハの処理に着工し、ＯＫなら、ウエット作業を完了し、製品処理に着工する。

なお、特許文献１には、プラズマ処理装置のパラメータ監視システムが開示されている。

特開平５−２９１１８８号公報

上記のように、従来の方法によるメンテナンス実施後の復旧作業法では、人の介在・判断がたびたび必要であり、作業の能率が悪く、稼動開始までに多くの人手を要し、復旧までに多くの時間がかかっていた。

そこで、本発明の目的は、人が介在しなければいけない煩雑な作業と経験を中心とした段階毎の合否判定を省略し、稼動開始までの人手の省力化または復旧時間の短縮化を実現できるプラズマ処理装置のメンテナンス方法およびメンテナンスシステムを提供することにある。

本発明は、真空処理室においてプラズマを利用して試料の処理を行うプラズマ処理装置のメンテナンス方法であって、前記真空処理室を大気開放する必要のあるメンテナンスを行った後に、真空ポンプによる真空引きを行いながら、前記真空処理室のリークの有無を判断するリークレートチェックを行う際に、到達真空度が正常か異常かを判断するために、前記真空処理室を大気開放する必要のあるメンテナンスを行った後に、真空ポンプによる真空引きを行いながら、前記真空処理室のリークの有無を判断するリークレートチェックを行う際に、到達真空度が正常か異常かを判断するために、複数のステップからなる幅を持った到達真空度の判断基準を設け、かつ、到達真空度の時間経過を示す標準リークレートを基にして、該標準リークレートとの偏差により、前記到達真空度の判断基準の幅をステップを追う毎に狭く設定し、
前記リークレートチェック時に、前記到達真空度が該判断基準の上限又は下限付近にあるときは、異常の警告信号を出すことを特徴とする。

本発明の他の特徴は、前記プラズマ処理装置を第一の会社において管理し、前記第一の会社の管理下にない第二の会社の診断装置と通信ネットワークを介して接続し、前記診断装置が前記プラズマ処理装置より前記リークレートチェックに必要なデータを前記通信ネットワークを介して受け取ることによりリモート診断することにある。

本発明によれば、人が介在しなければいけない煩雑な作業を、装置に固有な最適なシーケンスとして事前に組合わせておくことで、半自動または自動的に上記シーケンスに従って確認プログラムが起動し、その段階毎に合否判定しながら、その結果に基づいて半自動または自動的に次の段階および処理に移ることができるようにし、稼動開始までの人手の省カ化または復旧時問の短縮化を実現する。

本発明によれば、従来、人が介在しなければいけない煩雑な作業と経験を中心とした段階毎の合否判定を省略し、半自動または自動的に実施することができる。すなわち、これらの煩雑な作業を、装置に固有な最適なシーケンスとして事前に組合わせておくことで、稼動開始までの人手の省カ化または復旧時問の短縮化を実現することができる。

以下本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明を半導体製造装置に適用したリモート診断システムの構成を示すブロック図である。この診断システムでは、Ａ社の管理下にある半導体製造装置１０(この例ではプラズマエッチング処理装置)を、Ａ社の管理下にないＢ社（サポートセンター）の診断装置６０を用いて、定期及び診断が必要な時に適宜、リモート診断するものである。この実施例において、Ｂ社はＡ社の半導体製造装置の一部もしくは大半を製造し納入したメーカとする。Ｂ社が、保守専門のサービス会社であっても良い。

このリモート診断システムでは、故障診断やデータ更新の対象となるＡ社のエッチング装置１０（複数台あっても良い）が、Ａ社の半導体製造装置制御サーバー２０に接続されている。サーバー２０は、Ａ社内のＬＡＮ（イントラネット）３０に接続されており、さらに、インターネットサーバー及びファイヤーウォールシステムを介してインターネット５０に接続されている。インターネット５０にはＢ社のファイヤーウォールシステム及びインターネットサーバー（及びイントラネット）を介してサポートセンターの診断装置６０が接続されている。

Ｂ社のリモート診断システムは、シーケンス実行用演算回路ならびに測定データを格納する記憶部と、規格値の設定などを行う入出力部と、記億部に格納されたデータから規格値との比較を行う比較判定回路とを含む。また、Ａ社の動作中のプラズマ処理装置から複数の検出センサ１２により各種の測定データ値を採取し、あるいはＡ社で取得したデータについて問合わせを行い、インターネットを経由して受け取る。上記検出センサとして、単独または複数の波長のプラズマ発光強度を測定するための発光分光器ＯＥＳ１１３（図２参照）を備えている。

なお、半導体製造装置、各サーバー、インターネット、及び診断装置の間の接続には、一般の電話回線や専用の通信回線、光ケーブルによる通信回線等が用いられる。また、顧客Ａと装置メーカＢ間の通信のために、予め、各機器毎にＩＰアドレスや特定のＩＤ番号等を付与しておくことは言うまでもない。

各サーバーは、コンピュータにより構成されており、入出力手段としてキーボードやマウス等の操作部やディスプレイが接続されている。また、インターネット５０にアクセスし、他のサーバーに接続するための閲覧ソフト（ＷＷＷブラウザ）を持っている。サーバー２０等の各コンピュータは、通信インターフェースを備えており、マイクロコンピュータが作成したデータやコマンドの変調及び送信と、電話回線等を経て送られてくるデータやコマンドの受信及び復調を行う。

また、各半導体製造装置１０も、夫々パーソナルコンピュータを備えており、入出力手段としてのキーボードやマウス等の操作部やディスプレイが接続されている。

診断装置６０は、例えばパーソナルコンピュータにより構成されており、外部の機器と接続するための外部接続用インターフェースや、通信インターフェースを備えている。さらに、パーソナルコンピュータはＣＰＵ及び各種記憶手段を備え、記憶手段には、インターネット５０にアクセスしサーバーに接続するための閲覧ソフト（ＷＷＷブラウザ）や、リモート診断用の診断プログラムが保持されている。さらに、装置のエラーコードなどの装置診断用情報及び装置診断情報のデータベース７６、プラズマ特性データベース７７、顧客固有の定期あるいは不定期の診断用データベース、診断のスケジュール及び診断結果を記録したデータベース等が設けられている。

診断装置６０は、Ａ社の半導体製造装置１０に関する各種情報について、通信回線を利用して検出センサ１２でオンライン検出を行い、あるいは問合わせを行い、得られた情報に基づいて診断及びメンテナンスのサポートを行うと共に、診断のために追加の情報が必要な場合、追加情報の提供をＡ社に対して要求し、診断を行う。

図２はプラズマエッチング用の真空処理装置の全体構成図である。真空処理装は、真空処理室104と、真空ポンプによる真空排気手段105と、プラズマ生成用のガス供給手段と、真空処理室にプラズマ１０７を生成するためのプラズマ生成手段と、真空処理室内で処理されるウエハを載置する為の試料台108を備えている。

上部のマイクロ波電源から真空処理室104内にマイクロ波が導入される。真空処理室104の回りには電磁石103が設置されており、磁場強度はマイクロ波の周波数と共鳴を起こすように設定されて、たとえば周波数が2.45GHzならば磁場強度は875Gaussである。試料台108の上に試料が設置される。試料に入射するイオンを加速するために、高周波電圧電源109が試料台108に接続されている。高周波電圧電源の周波数に特に制限はないが、通常では周波数は200kHzから20ＭHzの範囲が実用的である。マイクロ波電源とバイアス電源109にはそれぞれをオンオフ制御するパルス信号発生器が備えてある。

Ａ社の動作中のプラズマ処理装置１０から各種の測定データ値を採取するための検出センサとしては、他に、任意の質量の分子または原子を検出するための質量ガス分析器Ｑ−ＭＡＳＳ１１０を組込む。さらに、異物検査装置（異物モニタ）や、外部光またはプラズマ自体から発生する光がウェハ表面に照射され、ウェハ表面からの干渉光を測定することにより膜厚を検出する膜厚測定器１１１を組込む。さらに、エッチングプロセス変数を検出するために、高周波出力の電圧、電流、位相や反射波電力などをそれぞれ測定するための検出器１１２を組込む。

本発明では、プラズマエッチング処理装置１０において、メンテナンスなどで真空処理室を大気開放して行う真空処理室構成部材のウェツトクリーニング後の復旧作業時、Ｂ社のリモート診断システムからの指示により、あらかじめ定められた装置固有の最適なシーケンスに従い、自動的または半自動的に合否判定を行う。そして、その結果に基づいて自動的または半自動的に次処理に移る。これにより、稼動開始までの人手の省力化または復旧時間の短縮化を実現する。

図３に、本発明によるウエットクリーニング後の処理の復旧作業のシーケンスを示す。この実施例は、装置状態モニタ＋レートモニタ付の場合である。

まず、ウエット作業完了に伴い、オペレータがボタンを押すことにより、真空ポンプによる真空引きが開始される。復旧作業のシーケンスおよび合否判定の項目として、真空処理室の高真空排気における到達圧力ならびに到達時間を利用し、リークの有無を自動判断する。すなわち、リークレート・到達真空度チェックを行う。これは自動判断により行い、ＮＧすなわち到達真空度が不適当なら自動リトライを行う。

図４に標準リークレート時と、異常リークレート時の到達真空度の時間経過の例を示す。到達真空度が正常か否かは、数ステップの幅を持った判断基準で行う。判断基準の幅〈図４の高さ方向〉は、ステップを追う毎に狭く設定することにより、早い段階で正常か否かを予兆することができる。図４に示す例は、●印が正常、×印が異常の例である。図４において、１ステップ目は判断基準の幅が広く、正常、異常いずれの例も、判断基準内に入っている。２ステップ目では、正常の例は判断基準内に入っているが、異常の例は判断基準の上限付近となっている。到達真空度がこのような判断基準の上限又は下限付近にあるときは、この時点において、オペレータへ警告を出すと、早期に対策を検討できるので有効である。３ステップ目では、正常の例は判断基準内に入っているが、異常の例は判断基準から外れている。到達真空度がこのような傾向を示すとき、そのまま、真空引きを続けても、異常となることが予兆されるので、この時点で異常の警告信号を出す。または、リトライをかけると良い。なお、判断基準の幅は、経時的な真空到達曲線を把握することにより、決めると良い。例えば、結果的に異常になってしまった場合の真空到達曲線の統計をとることが考えられる。

なお、復旧作業のシーケンスおよび合否判定の項目として、真空処理室の高真空排気における到達圧力ならびに到達時間だけではなく、そこに至るまでの経時的な真空到達曲線を把握することにより、微分計算などから得られる傾きなどの数値解析結果を一つまたは複数個組合せる。このようにして、到達真空度が不適当と判断される場合は、例えば黄色の点滅信号によりオペレーターに知らせる。

なお、上記シーケンスおよび合否判定の項目として、高真空排気における真空処理室内の残留含有ガスを排気用バルブの開止などの排気系遮断により真空処理室内に蓄積させた後、適当なプラズマ生成方法により放電させ、その発光スペクトルを観察することにより、残留含有ガス成分を把握し、その結果を単独または複数および経時的に利用しても良い。

また、上記残留含有ガス成分として、窒素（Ｎ）または水素（Ｈ）、０Ｈの相対量を把握し、その結果を単独または複数および経時的に利用しても良い。あるいは、上記シーケンスおよび合否判定の項目として、高真空排気における真空処理室内の残留含有ガス成分を質量ガス分析器などにより把握し、その結果を単独または複数および経時的に利用しても良い。

あるいは、真空処理室内の残留含有ガス成分のうち、窒素ならびに酸素の含有比率が４：１となるか否かを判断することにより、真空処理室外部からのリークの有無を判断しても良い。

図５は、真空排気中のＱ−ＭＡＳＳ１１０を用いた測定例であり、窒素ならびに酸素の含有比率をもとに、真空処理室の外部からのリークの有無を判断するものである。

図３に戻り、到達真空度が正常な場合、次に、ダミーランを行う。すなわち、ダミーウエハの最後にレートＱＣウエハをセットしておく。そして、装置状態モニタにより，放電状態を自動判断する。また、レートモニタにより，レートを自動測定・判断する。

その後、真空チエック・ダミーラン完を表示する。
さらに、異物ＱＯウエハセット（前測）、及び異物ＱＣ異物チエック（後測）を行い、ＯＫならば、製品先行ウエハ着工を行い、問題が無ければ、ウエット作業を完了し、製品の処理に着工する。

図６に、本発明の他の実施例によるウエットクリーニング後の処理の例を示す。この例は、異物モニタ１１１を付加したシステムである。まず、ウエット作業完了に伴い、オペレータがボタンを押すことにより、真空引きが開始される。そして、リークの有無を自動判断する。リークレート・到達真空度をチエツクし、自動判断を行う。ＮＧなら自動リトライする。ＯＫならば、さらに、ダミーランを行う。すなわち、ダミーウエハの最後にレートＱＣ，異物ＱＣウエハをセツトしておく。次に、装置状態モニタにより、放電状態を自動測定、判断する。

さらに、レートモニタにより，レートＱＣウエハのレートを自動測定、判断し、異物モニタ１１１により，放電空間中の異物を自動測定、判断し、自動測定・判断の結果を表示手段に表示する。

このように、シーケンスおよび合否判定の項目として、真空処理室内の異物発生量が規定値以下であることを確認するために、装置組込み型または別置き型の異物検査装置などを使用する。そして、真空処理室内の異物発生量が規定値を超えた場合に、半自動または自動的に真空処理室内のガスパージおよび排気を数回繰り返すような異物低減シーケンスを起動する。

この例のシーケンスおよび合否判定の項目として、あらかじめ決められたエッチングレートまたは成膜レートが規定値範囲内となること確認するために、装置組込み型または別置き型の膜厚測定器などを使用しても良い。あるいは、エッチングプロセス変数として、あらかじめ決められたプラズマ放電に関わる各種パラメ一夕である電圧、電流、位相や反射波電力などを計測し、規定値範囲内であることを確認しても良い。

図６に戻り、自動測定・判断の結果がＯＫならば、製品先行ウエハの処理に着工する。そして、これがＯＫならば、ウエット作業を完了し、製品処理に着工する。

なお、診断装置６０をＡ社自ら保有し、その半導体製造装置１０を診断しても良い。

本発明を半導体製造装置に適用したリモート診断システムの構成を示すブロック図である。プラズマエッチング用の真空処理装置の全体構成図である。本発明によるウエットクリーニング後の処理の復旧作業のシーケンスを示す図である。標準リークレート時と、異常リークレート時の到達真空度の時間経過の例を示す図である。真空排気中のＱ−ＭＡＳＳを用いた測定例を示す図である。本発明の他の実施例によるウエットクリーニング後の処理の例を示す図である。従来の方法によるウエットクリーニング後の処理手順の例を示す図である。

符号の説明

１０−エッチング装置、１２−検出センサ、２０−半導体製造装置制御サーバー、５０−インターネット、７０−サポートセンターの診断装置。

Claims

真空処理室においてプラズマを利用して試料の処理を行うプラズマ処理装置のメンテナンス方法であって、
前記真空処理室を大気開放する必要のあるメンテナンスを行った後に、真空ポンプによる真空引きを行いながら、前記真空処理室のリークの有無を判断するリークレートチェックを行う際に、到達真空度が正常か異常かを判断するために、複数のステップからなる幅を持った到達真空度の判断基準を設け、かつ、到達真空度の時間経過を示す標準リークレートを基にして、該標準リークレートとの偏差により、前記到達真空度の判断基準の幅をステップを追う毎に狭く設定し、
前記リークレートチェック時に、前記到達真空度が該判断基準の上限又は下限付近にあるときは、異常の警告信号を出すことを特徴としたプラズマ処理装置のメンテナンス方法。
請求項１において、前記プラズマ処理装置を第一の会社において管理し、前記第一の会社の管理下にない第二の会社の診断装置と通信ネットワークを介して接続し、前記診断装置が前記プラズマ処理装置より前記リークレートチェックに必要なデータを前記通信ネットワークを介して受け取ることによりリモート診断することを特徴としたプラズマ処理装置のメンテナンス方法。