JP4363863B2 - 半導体処理装置における処理制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置の制御方法にかかり、特にレシピを変更することなく高稼働率で装置を運用することのできる半導体処理装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング処理装置等の半導体処理装置の処理性能はウエハ処理を重ねるにつれて経時的に変化する。この経時変化が進行すると、例えばエッチング処理による得られるウエハ面の加工形状が変化して、加工寸法が管理基準値から外れることになる。すなわちプロセス状態の異常（プロセス異常）が発生する。
【０００３】
図９は、プロセス異常が発生する原因を説明する図であり、図９（ａ）はウエットクリーニングした直後の清浄な状態の処理チャンバ（真空処理容器）を示す図、図９（ｂ）はウエハ処理を重ねて処理チャンバ内壁面に堆積物（デポ）が堆積した状態を示す図である。図において、１は処理チャンバ、２は被加工物である試料を載置する試料載置電極、３はウエハ等の試料、４は処理チャンバ内に生成されるプラズマ、５は処理チャンバ内壁に堆積した堆積物（デポ）である。
【０００４】
図９（ｂ）に示すように、ウエハ処理を重ねて処理チャンバ内壁面に堆積物（デポ）が堆積した状態では、この堆積物と処理チャンバ内に生成されるプラズマとの相互作用によりプラズマの状態が変化し、このプラズマ状態の変化によりウエハの加工形状（加工寸法）が変化する。
【０００５】
この加工寸法の変化は緩やかである。しかし、この経時変化に起因する加工形状の変化量はやがて許容範囲を超え、ウエハ面に形成する半導体デバイスの性能上問題となる大きさとなる。すなわち、前記プロセス異常が発生することになる。
【０００６】
図１０は、前記プロセス異常が発生した場合の処理を説明する図であり、図１０（ａ）はプロセス異常が発生した場合に処理を停止する例を示す図、図１０（ｂ）はプロセス異常が発生した場合、次のウエハの処理方法（レシピ）を変更する例を示す図である。
【０００７】
プロセス異常が発生した場合に処理を停止する例では、図１０（ａ）に示すように、ウエハ処理終了時（あるいはウエハ処理中）に処理結果の可否をプロセスプロセスをモニタするモニタの検出データに基づいて診断する（ステップＳ１、Ｓ２）。処理結果が異常であったときには次のウエハの処理を停止し（ステップＳ６）、処理結果が正常であったときには次のウエハの処理を行う（ステップＳ３）。以下、この動作をウエハ毎に反復継続する（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ７）。
【０００８】
また、プロセス異常が発生した場合に次のウエハの処理方法（レシピ）を変更する例では、図１０（ｂ）に示すように、ウエハ処理終了時（あるいはウエハ処理中）に処理結果の可否をモニタの検出データに基づいて診断する（ステップＳ１、Ｓ２）。処理結果が異常であったときには次のウエハの処理方法を制御（レシピを変更）して次のウエハを処理する（ステップＳ６、Ｓ３）、処理結果が正常であったときにはレシピを変更することなく次のウエハの処理を行う（ステップＳ３）。以下、この動作をウエハ毎に反復継続する（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ７）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
プロセス異常が発生した場合に処理を停止する方法（図１０（ａ））は、プロセス異常を発見する毎に半導体処理装置を停止してクリーニング等の回復措置を施す。このため装置稼動率が著しく低下する場合が生じる。この装置稼働率の低下を防止するためにはプロセス異常と判断するレベルを緩やかに設定せざるを得なくなる。
【００１０】
また、プロセス異常が発生した場合に次のウエハの処理方法（レシピ）を変更する方法（図１０（ｂ））は、半導体処理装置の運用上問題がある。すなわち、レシピは、通常半導体処理装置を設置する工場内で承認（Qualify）された事項であり、従って、前記レシピを変更には承認を要する場合がある。さらに、半導体処理装置とそれに付属するレシピは一体であり、レシピを承認なく変更した場合は、通常、処理結果の責任を前記半導体処理装置の製造者に問うことはできなくなる。
【００１１】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、プロセスを制御するレシピを変更することなく、高稼働率で運用することのできる半導体処理装置の制御方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１３】
処理レシピに従って、少なくとも１枚または複数のウエハからなるロット内のウエハを真空処理容器内で処理する半導体処理装置における処理制御方法は、前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記ロット毎に実行する第１のプラズマクリーニングステップと、前記半導体処理装置に設置されたセンサが検出したセンサデータに基いて、前記ロット内の少なくとも１枚の前記ウエハ処理の異常を検出するステップと、前記ロット内の少なくとも１枚のウエハ処理中にウエハ処理の異常が検出されると、前記ロット内のウエハが全て処理終了した後であって、次のロット内のウエハ処理が始まる前に、前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記第１のプラズマクリーニングの条件とは異なる条件で実行する第２のプラズマクリーニングステップとを有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。前述のように、半導体処理装置の処理性能はウエハ処理を重ねるにつれて経時的に変化する。この経時変化が進行すると、ウエハ面の加工寸法が管理基準値から外れることになる。すなわちプロセス異常が発生する。
【００１５】
プロセス異常の原因は、前述したように、処理チャンバ内部に堆積物が堆積し、この堆積物がプラズマと相互作用した結果プラズマ中のラジカル（活性反応種）のバランスが変動し、これが加工形状に影響を与えるためである。
【００１６】
ウエハ処理に際しては、通常、２５枚あるいは１３枚のウエハで一つのロットを構成し、ロット単位で処理を施す。このとき、前記堆積物の堆積を防止するため、１ロットのウエハを処理する毎あるいは１枚のウエハを処理する毎にクリーニングステップを挿入する。
【００１７】
クリーニングステップは、処理チャンバ内に堆積する堆積物を除去するステップであり、このクリーニングステップの頻度及びそれに要する処理時間が長期化すると、半導体処理装置の稼働率は低下することになる。
【００１８】
ところで、前記堆積物の堆積速度は少しずつではあるが経時的に変化する。このため、前記１ロットのウエハを処理する毎あるいは１枚のウエハを処理する毎に挿入するクリーニングステップのクリーニング時間を一定に設定しておくと、徐々に処理時間の過不足が生じる。これを回避するためにクリーニング時間をやや過剰に設定しておくと、処理チャンバを構成する部品がプラズマにより削られて表面が荒れ、異物発生あるいは部品寿命の短縮を引き起こすことになる。このため、ほぼ適切なクリーニング時間を設定しておくことになる。この場合には部分的にではあるが堆積物が徐々に付着し、これに伴い加工形状は徐々に変化することになる。
【００１９】
従って、上述のように、ほぼ適切なクリーニング時間を設定して処理を継続する場合、堆積物などによるプロセス異常をモニタリングしながらウエハ処理を行い、プロセス異常を検出した時点で堆積している堆積物を一括して除去するリカバリステップを導入するのが好都合である。また、前記リカバリステップは全て成功するとは限らないため、リカバリの成否を判断し、その成功を確認してから次のウエハの処理に進むことが必要となる。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態にかかる半導体処理装置の制御方法を説明する図である。まず、ウエハをプラズマ処理装置内に搬入して所定の処理を施す（ステップＳ１０１）。このとき、モニタを用いてプロセス状態をモニタする。プロセス状態のモニタに際しては、モニタとして例えば分光器を用いて、プラズマの発光スペクトルを検出する。また、プローブなどを用いてプラズマ処理装置に供給する電圧・電流・位相差などの電気量を検出することができる。また、その他のプラズマ特性を測定するセンサあるいは処理チャンバの温度を測定するセンサなどを用いことができる。次いで、前記センサの検出データを標準的な処理のときの基準範囲（許容範囲）と比較して、プロセスが正常であるか否かを判断する。この判断はウエハ処理終了後あるいは処理中に行うことができる。
【００２１】
なお、モニタとして、ＯＣＤ（Optical ＣＤ）計測器等を用いてデバイスの線幅などを直接計測することにより、プロセス異常の有無（ウエハ処理の適否）を判断することができる（ステップＳ１０２）。
【００２２】
ステップ２においてプロセス状態が正常であると判断すると、次のウエハの処理を開始する（ステップＳ１０３）。
【００２３】
また、ステップ２においてプロセス状態が異常であると判断すると、リカバリステップに進む。リカバリステップは、処理チャンバ内壁等に堆積した堆積物を除去するクリーニングステップであり、このステップでは前記堆積物の除去に適した処理ガスを用いる。なお、リカバリステップはロット間クリーニングのように頻繁に行うものではないから、多少長い時間をかけて行っても装置の稼働率はさほど落ちることはない（ステップＳ１０６）。
【００２４】
リカバリステップが終了すると、前記センサデータ等をもとに、前記リカバリ（クリーニング処理）が成功したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。リカバリに失敗したと判断した場合には、半導体処理装置の運転を停止し、前記処理装置を大気に開放して清掃等のメンテナンスを実行する。このとき半導体処理装置がリカバリ失敗の状態にあることは、該装置のディスプレイに表示し、あるいは通信網を介してユーザに通知することができる（ステップＳ１０８，Ｓ１０９）。
【００２５】
リカバリに成功したと判断した場合には、次のウエハ処理を開始し、以下、前記動作をウエハ毎に反復継続する（ステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５）。
【００２６】
図２は、プロセス異常の有無を判断する方法を説明する図である。図２は半導体処理装置によりウエハ面にＦＥＴを形成する場合において、ウエハ面の処理に際して得られた発光スペクトルをもとに推定したゲート電極の加工寸法の指標（●印）（推定値）と実測値（×印）の例を示す図である。図に示すように、指標と実測値がよく一致することから、実際の加工寸法が指標により容易に管理できることがわかる。図の場合、加工寸法の基準範囲（許容範囲）として加工寸法の相対値２ないし５を設定する。この図の場合、ロットの最後のウエハの処理結果は許容範囲ぎりぎりであることがわかる。
【００２７】
センサとして分光器を用いる場合のように、センサの数が非常に多くなる場合には、これらセンサの出力データを標準的な処理のときの基準範囲（許容範囲）とそれぞれ比較することは困難になる。このような場合には、例えば主成分分析により前記センサデータを圧縮して少数の指標すなわち主成分スコアを生成し、生成した主成分スコアをセンサデータの代わりに用いると良い。また、主成分スコアを組み合わせて処理後の加工寸法と相関の高い指標を作ることもできる。この方法によれば、例えば分光器が２０００波長分のデータを出力する場合においても、数個の指標を前記の基準範囲（許容値）と比較するのみでよい。
【００２８】
図３は、リカバリステップにおけるクリーニング処理の終了を判定する方法を説明する図である。図３に示すリカバリステップでは、特性の異なる二つのプラズマクリーニング処理（図３（ａ）に示すクリーニング１、及び図３（ｂ）に示すクリーニング２）を組み合わせて実行している。
【００２９】
リカバリステップによるプラズマクリーニングによって処理チャンバ内壁の堆積物が除去されると、プラズマ中のラジカルの状態が徐々に変化する。このため、例えば前記の発光スペクトルも徐々に変化する。この発光スペクトルの変化が無くなるか、あるいは微少になるまでクリーニングを行うことにより、ほとんどの堆積物が除去されたと判断することができる。
【００３０】
すなわち、リカバリステップによるクリーニング処理の終了判定に際しては、まず、センサによりプラズマ発光のスペクトルを検出し、検出した発光スペクトルをもとに生成した主成分スコアを生成し、この主成分スコアをもとにクリーニングの進行程度、すなわちリカバリの進行程度を検出する。主成分スコアが基準範囲内にあり、かつ前記主成分スコアの変動が所定値以下の場合、クリーニングが終了したと判断する。図の例の場合には、クリーニング１の終了後に、クリーニング１とはクリーニング特性の異なるクリーニング２を実施する。
【００３１】
なお、クリーニングを予め設定した一定時間行った後に、その結果を例えば前記センサデータにより確認し、不十分であれば再び前記クリーニングを繰り返すようにしてもよい。
【００３２】
ところで、前記リカバリステップにおけるプラズマクリーニングでは除去できない堆積物が存在する場合がある。このような場合、前記リカバリステップを繰り返し実行しても、センサデータは前記基準範囲外で変化しなくなることがある。このような場合には、リカバリは不可能であるからクリーニング処理を停止する。
【００３３】
図４、５は、前記リカバリステップの詳細を説明する図であり、図４はクリーニングされにくい部材を加熱する例を説明する図である。図４において、８はヒータ等の加熱手段、６はプラズマクリーニング処理では除去し難い処理チャンバ１の下部壁部分、７は処理チャンバ１の上部壁部分である。前記加熱手段５は前記処理チャンバ１の下部壁部分、あるいは載置電極２の側壁に配置する。なお、図において図９に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図４に示すように通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材、例えば処理チャンバ１の下部壁部分をヒータ等の加熱手段８により加熱しながらプラズマクリーニングを行う。処理チャンバの加熱には時間要するので通常のクリーニングではこのような加熱処理は事実上不可能に近い。これに対してリカバリステップは１〜３時間程度の時間をかけて行うことが可能であり、処理チャンバを加熱することにより効率的に堆積物を除去することができる。なお、前記加熱に代えて、冷却して行うこともできる。
【００３５】
図５はクリーニングされにくい部材、例えば処理チャンバ１の下部壁部分に電位を供給する例を説明する図である。図において、９はクリーニングされにくい部材（処理チャンバ１の下部壁部分）に高周波電力を供給して前記部材の近傍にプラズマを発生させるためのプラズマ発生電極、１０は前記電極８に電力を供給するにプラズマ発生用の高周波電源である。なお、図において図９及び図１に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
図５に示すように通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材の近傍に配置したプラズマ発生電極６に高周波電源９より高周波電圧を印加してプラズマクリーニングを行う。このように、クリーニングされにくい部材近傍に高周波電力を供給することにより、前記部材の近傍に高周波プラズマを発生する。これにより前記部材表面の堆積物を効率的に除去することができる。
【００３７】
リカバリステップは、ウエハの処理期間中におけるプロセスレシピを一定に保持した状態でプロセスを制御すると共に、ウエハをロット単位で処理する毎あるいはウエハ単位で処理する毎に通常のプラズマクリーニングを施す真空処理装置を前提とし、このような真空処理装置に経時的に発生するプロセス異常をモニタリングし、プロセス異常を検出した時点で実行するクリーニングステップである。このステップにより、通常のプラズマクリーニングよっては除去することのできない堆積物を一括して除去することができる。
【００３８】
通常のプラズマクリーニングは、一般にＳＦ６、Ｏ２、Ｃｌ２ガスあるいはこれらの混合ガスを用いてプラズマを生成し、これにより処理チャンバ内壁等に堆積した堆積物を除去する。クリーニング時間はスループットの関係から通常は長くとも数十分である。これに対して、前記リカバリステップは処理チャンバの状態を回復するクリーニングステップである。このため、前記通常のプラズマクリーニングとは異なる方法でクリーニングを施す。すなわち、前記リカバリステップは、下記（１）ないし（４）の何れかを特徴とするクリーニングステップである。
【００３９】
（１）前記通常のプラズマクリーニングにおいて繰り返し用いると処理チャンバ内部の部材にダメージを与えるようなガス（例えば塩素ガス）を用いて長時間行うプラズマクリーニングである。
【００４０】
（２）処理チャンバ全体あるいは通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい一部の部材を加熱または冷却しながら行うプラズマクリーニングである。処理チャンバの加熱あるいは冷却には時間がかかるので通常のクリーニングではこのような加熱処理はできない。リカバリステップは１〜３時間程度の時間をかけて処理処理することが可能であり、処理チャンバの加熱あるいは冷却により効率的に堆積物を除去することができる（図４参照）。
【００４１】
（３）通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材に高周波電力を供給して行うプラズマクリーニングである。クリーニングされにくい部材に高周波電力を供給することにより、前記部材の近傍に高周波プラズマが発生する。これにより前記部材表面の堆積物を効率的に除去することができる（図５参照）。
【００４２】
（４）通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材（例えば処理チャンバ１の下部壁部分）にバイアス電位を供給して行うプラズマクリーニングである。クリーニングされにくい部材にバイアス電位を供給することにより、プラズマ中のイオンを前記部材に引き込むことができる。これにより前記部材に引き込むイオンのエネルギーが増大して前記部材表面の堆積物を効率的に除去することができる。
【００４３】
（５）通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材近傍のプラズマ密度を上昇させて行うプラズマクリーニングである。これにより前記部材表面の堆積物を効率的に除去することができる。前記プラズマ密度は処理チャンバ内に形成する磁場の分布を制御することにより行うことができる。例えばＥＣＲプラズマエッチング装置ではＥＣＲ面が部材近傍になるような磁場分布を制御する。
【００４４】
なお、前記図１に示すステップ１などにおいてプロセス異常と判定した場合には、前記複数のリカバリステップの中から、そのときのプロセスに適したリカバリステップを選択して適用すればよい。
【００４５】
図６は、本発明の他の実施形態を説明する図である。この例においては、ある特定のウエハの処理後にプロセス異常と判断した場合、そのウエハの属するロットの処理の終了を待ってからリカバリステップに移行する。
【００４６】
前述の実施形態では、各ウエハ毎のプロセス異常の有無を判断し、プロセス異常の発生時にリカバリステップを挿入する。このため、ロット処理中にリカバリステップを挿入することになる。
【００４７】
しかし、一つのロットは通常、一括処理されるものであるから、ロット処理を中断してリカバリステップを挿入すると、ウエハの加工形状が不連続に変化することになる。従って、ロットの処理中にプロセス異常を検知しても、そのロットの処理は継続して実行し、ロット処理終了後にリカバリステップを実行してから次のロット処理に進むようにする。
【００４８】
図６に示すように、まず、ウエハをプラズマ処理装置内に搬入して所定の処理を施す（ステップＳ２０１）。このとき、モニタを用いてプロセス状態をモニタする。プロセス状態のモニタに際しては、モニタとして例えば分光器を用いて、プラズマの発光スペクトルを検出する。また、プローブなどを用いてプラズマ処理装置に供給する電圧・電流・位相差などの電気量を検出することができる。また、その他のプラズマ特性を測定するセンサあるいは処理チャンバの温度を測定するセンサなどを用いことができる。次いで、前記センサの検出データを標準的な処理のときの基準範囲（許容範囲）と比較して、プロセスが正常であるか否かを判断する。この判断はウエハ処理終了後あるいは処理中に行うことができる（ステップＳ２０２）。
【００４９】
ステップ２０２においてプロセス状態が正常であると判断すると、次のウエハの処理を開始する（ステップＳ２０３）。また、ステップ２においてプロセス状態が異常であると判断すると、判断結果をメモリ等に格納する。このとき処理を中断することなく次のウエハの処理ステップであるステップ２０３に進む。以下、前記動作を１ロット分の処理が終了するまでウエハ毎に反復継続する（ステップＳ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０６）。
【００５０】
１ロット分の処理の終了後、該１ロット分の処理中にプロセス異常が発生したか否かを判断し（ステップＳ２０７）、プロセス異常が発生した場合は前記リカバリステップを実行する。リカバリステップが終了すると、前記センサデータ等をもとに、前記リカバリ（クリーニング処理）が成功したか否かを判断する。リカバリに失敗したと判断した場合には、半導体処理装置の運転を停止し、前記処理装置を大気に開放して清掃等のメンテナンスを実行する。このとき半導体処理装置がリカバリ失敗の状態にあることは、該装置のディスプレイに表示し、あるいは通信網を介してユーザに通知することができる（ステップＳ２０８，Ｓ２０９，Ｓ２１０，Ｓ２１１）。
【００５１】
ステップ２０７においてリカバリに成功したと判断した場合には、次のロットの処理を開始し、以下、前記動作をロット毎に反復継続する（ステップＳ２１２〜Ｓ２１７）。なお、リカバリステップＳ２０８、リカバリ成否を判断するステップ２０９は、図１で説明したリカバリステップＳ１０６、リカバリ成否を判断するステップ１０７と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５２】
図７、図８は、本発明の更に他の実施形態を説明する図である。この例においては、次のロットの処理中にプロセス異常が発生するか否かをトレンド予測し、プロセス異常が発生すると予測された場合にリカバリステップを実行する。
【００５３】
この例では、ロットの処理中あるいは処理後に、処理状態をモニタする分光器等のモニタデータから、プロセス異常の有無を判断するための指標をウエハ毎に演算する。この指標は、例えば代表的なセンサデータ、センサデータを加工した主成分スコア等のデータとすることができる。次に、前記指標を用いて、次のロットの処理中にプロセス異常が発生するか否かをトレンド予測する。トレンド予測の結果、プロセス異常が発生すると予測した場合にリカバリステップを実行し、リカバリが成功した場合には、次のロットの処理を開始する。一方、リカバリが失敗した場合には装置を停止して、メンテナンスするように警告を出す。
【００５４】
図７に示すように、まず、ウエハをプラズマ処理装置内に搬入して所定の処理を施す（ステップＳ３０１）。このとき、分光器等のモニタを用いてプロセス状態をモニタする。次いで前記分光器等のモニタデータから、プロセス異常の有無を判断するための指標をウエハ毎に演算する。なお、プローブなどを用いてプラズマ処理装置に供給する電圧・電流・位相差などの電気量を検出することができる。また、その他のプラズマ特性を測定するセンサあるいは処理チャンバの温度を測定するセンサなどを用いことができる。次いで、前記センサの検出データあるいは検出データをもとに算出した指標と、標準的な処理のときの基準範囲（許容範囲）と比較して、プロセスが正常であるか否かを判断する。この判断はウエハ処理終了後あるいは処理中に行うことができる（ステップＳ３０２）。
【００５５】
ステップ３０２においてプロセス状態が正常であると判断すると、次のウエハの処理を開始する（ステップＳ３０３）。また、ステップ２においてプロセス状態が異常であると判断すると、判断結果をメモリ等に格納する。このとき処理を中断することなく次のウエハの処理ステップであるステップ３０３に進む。以下、前記動作を１ロット分の処理が終了するまでウエハ毎に反復継続する（ステップＳ３０４，Ｓ３０５，Ｓ３０６）
次に、前記センサの検出データをもとに算出した指標をもとに、次のロットの処理中にプロセス異常が発生するか否かをトレンド予測する（ステップＳ３０７）。トレンド予測の結果、プロセス異常が発生すると予測した場合にはリカバリステップを実行し（ステップＳ３０８，Ｓ３０９）、プロセス異常が発生しないと予測した場合には、次のロットの処理を開始する（ステップＳ３１３〜Ｓ３１８））。リカバリステップＳ３０９が終了すると、リカバリの成否を判断し、リカバリが失敗したと判断した場合には、半導体処理装置の運転を停止し、前記処理装置を大気に開放して清掃等のメンテナンスを実行する。このとき半導体処理装置がリカバリ失敗の状態にあることは、該装置のディスプレイに表示し、あるいは通信網を介してユーザに通知することができる（ステップＳ３１０，Ｓ３１１，Ｓ３１２）。
【００５６】
この方法によれば、ロット処理に移行する以前にプロセス異常が発生するか否かを判断するのでプロセス異常の状態でウエハ処理が継続されることを避けることができる。
【００５７】
図８は、トレンド予測の例を説明する図である。図８（ａ）はある特定のロットＸに属するそれぞれのウエハ（ウエハ番号１〜１５）とそのウエハの処理結果（加工寸法の相対値）をプロットした図、図８（ｂ）は前記ロットＸの次に処理したロットＸ＋１に属するそれぞれのウエハ（ウエハ番号１〜１５）とそのウエハの処理結果（加工寸法の相対値）をプロットした図である。ここで、ロットＸにおける指標の平均値が３．５であり、ロットＸ＋１における指標の平均値が４．２であるとする。
【００５８】
この例の場合、ロットＸの処理からロットＸ＋１の処理に移行する際に、ロット内の指標の平均値が＋０．７上昇した。したがって、次のロットＸ＋２の処理ではロット内の指標の平均値は４．９になると推定できる。このとき、ロット内における前記相対値の分布はロットＸ＋１の分布と同等であると仮定すると、図８（ｃ）に示すように、ロットＸ＋１の各ウエハの指標に０．７加算した値がロットＸ＋２の指標の予測値となる。図８（ｃ）の例では、ロットＸ＋２の５枚目のウエハから前記指標の予測値が基準範囲を超えている。このためロットＸ＋２の処理を開始する以前にリカバリステップを実施する。
【００５９】
以上の説明では、リカバリステップはクリーニング処理を施すことを前提に説明した。しかしながら、半導体処理装置あるいは該処理装置の処理プロセスによっては、その他の処理を施すことができる。たとえば、シリコン（Ｓｉ）のダミーウエハをエッチングして処理チャンバの内壁等にシリコンを堆積させることができる。また、アルミニウム（Ａｌ）等の材料を載置したダミーウエハをエッチングして処理チャンバの内壁等にアルミニウムを堆積させることができる。これらのしょりにより、処理チャンバ内を処理プロセスに応じた適切な状態に初期化することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プロセスを制御するレシピを変更することなく、高稼働率で運用することのできる半導体処理装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体処理装置の制御方法を説明する図である。
【図２】プロセス異常の有無を判断する方法を説明する図である。
【図３】リカバリステップにおけるクリーニング処理の終了を判定する方法を説明する図である。
【図４】リカバリステップの詳細を説明する図である。
【図５】リカバリステップの詳細を説明する図である。
【図６】他の実施形態を説明する図である。
【図７】更に他の実施形態を説明する図である。
【図８】トレンド予測の例を説明する図である。
【図９】プロセス異常が発生する原因を説明する図である。
【図１０】プロセス異常が発生した場合の処理を説明する図である。
【符号の説明】
１ 処理チャンバ
２ 試料載置電極
３ 試料（ウエハ）
４ プラズマ
５ 堆積物（デポ）
６ 処理チャンバの堆積物が除去しにくい部分
７ 処理チャンバの堆積物が除去しやすい部分
８ 加熱手段
９ プラズマ発生電極
１０ 高周波電源
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置の制御方法にかかり、特にレシピを変更することなく高稼働率で装置を運用することのできる半導体処理装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング処理装置等の半導体処理装置の処理性能はウエハ処理を重ねるにつれて経時的に変化する。この経時変化が進行すると、例えばエッチング処理による得られるウエハ面の加工形状が変化して、加工寸法が管理基準値から外れることになる。すなわちプロセス状態の異常（プロセス異常）が発生する。
【０００３】
図９は、プロセス異常が発生する原因を説明する図であり、図９（ａ）はウエットクリーニングした直後の清浄な状態の処理チャンバ（真空処理容器）を示す図、図９（ｂ）はウエハ処理を重ねて処理チャンバ内壁面に堆積物（デポ）が堆積した状態を示す図である。図において、１は処理チャンバ、２は被加工物である試料を載置する試料載置電極、３はウエハ等の試料、４は処理チャンバ内に生成されるプラズマ、５は処理チャンバ内壁に堆積した堆積物（デポ）である。
【０００４】
図９（ｂ）に示すように、ウエハ処理を重ねて処理チャンバ内壁面に堆積物（デポ）が堆積した状態では、この堆積物と処理チャンバ内に生成されるプラズマとの相互作用によりプラズマの状態が変化し、このプラズマ状態の変化によりウエハの加工形状（加工寸法）が変化する。
【０００５】
この加工寸法の変化は緩やかである。しかし、この経時変化に起因する加工形状の変化量はやがて許容範囲を超え、ウエハ面に形成する半導体デバイスの性能上問題となる大きさとなる。すなわち、前記プロセス異常が発生することになる。
【０００６】
図１０は、前記プロセス異常が発生した場合の処理を説明する図であり、図１０（ａ）はプロセス異常が発生した場合に処理を停止する例を示す図、図１０（ｂ）はプロセス異常が発生した場合、次のウエハの処理方法（レシピ）を変更する例を示す図である。
【０００７】
プロセス異常が発生した場合に処理を停止する例では、図１０（ａ）に示すように、ウエハ処理終了時（あるいはウエハ処理中）に処理結果の可否をプロセスプロセスをモニタするモニタの検出データに基づいて診断する（ステップＳ１、Ｓ２）。処理結果が異常であったときには次のウエハの処理を停止し（ステップＳ６）、処理結果が正常であったときには次のウエハの処理を行う（ステップＳ３）。以下、この動作をウエハ毎に反復継続する（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ７）。
【０００８】
また、プロセス異常が発生した場合に次のウエハの処理方法（レシピ）を変更する例では、図１０（ｂ）に示すように、ウエハ処理終了時（あるいはウエハ処理中）に処理結果の可否をモニタの検出データに基づいて診断する（ステップＳ１、Ｓ２）。処理結果が異常であったときには次のウエハの処理方法を制御（レシピを変更）して次のウエハを処理する（ステップＳ６、Ｓ３）、処理結果が正常であったときにはレシピを変更することなく次のウエハの処理を行う（ステップＳ３）。以下、この動作をウエハ毎に反復継続する（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ７）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
プロセス異常が発生した場合に処理を停止する方法（図１０（ａ））は、プロセス異常を発見する毎に半導体処理装置を停止してクリーニング等の回復措置を施す。このため装置稼動率が著しく低下する場合が生じる。この装置稼働率の低下を防止するためにはプロセス異常と判断するレベルを緩やかに設定せざるを得なくなる。
【００１０】
また、プロセス異常が発生した場合に次のウエハの処理方法（レシピ）を変更する方法（図１０（ｂ））は、半導体処理装置の運用上問題がある。すなわち、レシピは、通常半導体処理装置を設置する工場内で承認（Qualify）された事項であり、従って、前記レシピを変更には承認を要する場合がある。さらに、半導体処理装置とそれに付属するレシピは一体であり、レシピを承認なく変更した場合は、通常、処理結果の責任を前記半導体処理装置の製造者に問うことはできなくなる。
【００１１】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、プロセスを制御するレシピを変更することなく、高稼働率で運用することのできる半導体処理装置の制御方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１３】
処理レシピに従って、少なくとも１枚または複数のウエハからなるロット内のウエハを真空処理容器内で処理する半導体処理装置における処理制御方法は、前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記ロット毎に実行する第１のプラズマクリーニングステップと、前記半導体処理装置に設置されたセンサが検出したセンサデータに基いて、前記ロット内の少なくとも１枚の前記ウエハ処理の異常を検出するステップと、前記ロット内の少なくとも１枚のウエハ処理中にウエハ処理の異常が検出されると、前記ロット内のウエハが全て処理終了した後であって、次のロット内のウエハ処理が始まる前に、前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記第１のプラズマクリーニングの条件とは異なる条件で実行する第２のプラズマクリーニングステップとを有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。前述のように、半導体処理装置の処理性能はウエハ処理を重ねるにつれて経時的に変化する。この経時変化が進行すると、ウエハ面の加工寸法が管理基準値から外れることになる。すなわちプロセス異常が発生する。
【００１５】
プロセス異常の原因は、前述したように、処理チャンバ内部に堆積物が堆積し、この堆積物がプラズマと相互作用した結果プラズマ中のラジカル（活性反応種）のバランスが変動し、これが加工形状に影響を与えるためである。
【００１６】
ウエハ処理に際しては、通常、２５枚あるいは１３枚のウエハで一つのロットを構成し、ロット単位で処理を施す。このとき、前記堆積物の堆積を防止するため、１ロットのウエハを処理する毎あるいは１枚のウエハを処理する毎にクリーニングステップを挿入する。
【００１７】
クリーニングステップは、処理チャンバ内に堆積する堆積物を除去するステップであり、このクリーニングステップの頻度及びそれに要する処理時間が長期化すると、半導体処理装置の稼働率は低下することになる。
【００１８】
ところで、前記堆積物の堆積速度は少しずつではあるが経時的に変化する。このため、前記１ロットのウエハを処理する毎あるいは１枚のウエハを処理する毎に挿入するクリーニングステップのクリーニング時間を一定に設定しておくと、徐々に処理時間の過不足が生じる。これを回避するためにクリーニング時間をやや過剰に設定しておくと、処理チャンバを構成する部品がプラズマにより削られて表面が荒れ、異物発生あるいは部品寿命の短縮を引き起こすことになる。このため、ほぼ適切なクリーニング時間を設定しておくことになる。この場合には部分的にではあるが堆積物が徐々に付着し、これに伴い加工形状は徐々に変化することになる。
【００１９】
従って、上述のように、ほぼ適切なクリーニング時間を設定して処理を継続する場合、堆積物などによるプロセス異常をモニタリングしながらウエハ処理を行い、プロセス異常を検出した時点で堆積している堆積物を一括して除去するリカバリステップを導入するのが好都合である。また、前記リカバリステップは全て成功するとは限らないため、リカバリの成否を判断し、その成功を確認してから次のウエハの処理に進むことが必要となる。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態にかかる半導体処理装置の制御方法を説明する図である。まず、ウエハをプラズマ処理装置内に搬入して所定の処理を施す（ステップＳ１０１）。このとき、モニタを用いてプロセス状態をモニタする。プロセス状態のモニタに際しては、モニタとして例えば分光器を用いて、プラズマの発光スペクトルを検出する。また、プローブなどを用いてプラズマ処理装置に供給する電圧・電流・位相差などの電気量を検出することができる。また、その他のプラズマ特性を測定するセンサあるいは処理チャンバの温度を測定するセンサなどを用いことができる。次いで、前記センサの検出データを標準的な処理のときの基準範囲（許容範囲）と比較して、プロセスが正常であるか否かを判断する。この判断はウエハ処理終了後あるいは処理中に行うことができる。
【００２１】
なお、モニタとして、ＯＣＤ（Optical ＣＤ）計測器等を用いてデバイスの線幅などを直接計測することにより、プロセス異常の有無（ウエハ処理の適否）を判断することができる（ステップＳ１０２）。
【００２２】
ステップ２においてプロセス状態が正常であると判断すると、次のウエハの処理を開始する（ステップＳ１０３）。
【００２３】
また、ステップ２においてプロセス状態が異常であると判断すると、リカバリステップに進む。リカバリステップは、処理チャンバ内壁等に堆積した堆積物を除去するクリーニングステップであり、このステップでは前記堆積物の除去に適した処理ガスを用いる。なお、リカバリステップはロット間クリーニングのように頻繁に行うものではないから、多少長い時間をかけて行っても装置の稼働率はさほど落ちることはない（ステップＳ１０６）。
【００２４】
リカバリステップが終了すると、前記センサデータ等をもとに、前記リカバリ（クリーニング処理）が成功したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。リカバリに失敗したと判断した場合には、半導体処理装置の運転を停止し、前記処理装置を大気に開放して清掃等のメンテナンスを実行する。このとき半導体処理装置がリカバリ失敗の状態にあることは、該装置のディスプレイに表示し、あるいは通信網を介してユーザに通知することができる（ステップＳ１０８，Ｓ１０９）。
【００２５】
リカバリに成功したと判断した場合には、次のウエハ処理を開始し、以下、前記動作をウエハ毎に反復継続する（ステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５）。
【００２６】
図２は、プロセス異常の有無を判断する方法を説明する図である。図２は半導体処理装置によりウエハ面にＦＥＴを形成する場合において、ウエハ面の処理に際して得られた発光スペクトルをもとに推定したゲート電極の加工寸法の指標（●印）（推定値）と実測値（×印）の例を示す図である。図に示すように、指標と実測値がよく一致することから、実際の加工寸法が指標により容易に管理できることがわかる。図の場合、加工寸法の基準範囲（許容範囲）として加工寸法の相対値２ないし５を設定する。この図の場合、ロットの最後のウエハの処理結果は許容範囲ぎりぎりであることがわかる。
【００２７】
センサとして分光器を用いる場合のように、センサの数が非常に多くなる場合には、これらセンサの出力データを標準的な処理のときの基準範囲（許容範囲）とそれぞれ比較することは困難になる。このような場合には、例えば主成分分析により前記センサデータを圧縮して少数の指標すなわち主成分スコアを生成し、生成した主成分スコアをセンサデータの代わりに用いると良い。また、主成分スコアを組み合わせて処理後の加工寸法と相関の高い指標を作ることもできる。この方法によれば、例えば分光器が２０００波長分のデータを出力する場合においても、数個の指標を前記の基準範囲（許容値）と比較するのみでよい。
【００２８】
図３は、リカバリステップにおけるクリーニング処理の終了を判定する方法を説明する図である。図３に示すリカバリステップでは、特性の異なる二つのプラズマクリーニング処理（図３（ａ）に示すクリーニング１、及び図３（ｂ）に示すクリーニング２）を組み合わせて実行している。
【００２９】
リカバリステップによるプラズマクリーニングによって処理チャンバ内壁の堆積物が除去されると、プラズマ中のラジカルの状態が徐々に変化する。このため、例えば前記の発光スペクトルも徐々に変化する。この発光スペクトルの変化が無くなるか、あるいは微少になるまでクリーニングを行うことにより、ほとんどの堆積物が除去されたと判断することができる。
【００３０】
すなわち、リカバリステップによるクリーニング処理の終了判定に際しては、まず、センサによりプラズマ発光のスペクトルを検出し、検出した発光スペクトルをもとに生成した主成分スコアを生成し、この主成分スコアをもとにクリーニングの進行程度、すなわちリカバリの進行程度を検出する。主成分スコアが基準範囲内にあり、かつ前記主成分スコアの変動が所定値以下の場合、クリーニングが終了したと判断する。図の例の場合には、クリーニング１の終了後に、クリーニング１とはクリーニング特性の異なるクリーニング２を実施する。
【００３１】
なお、クリーニングを予め設定した一定時間行った後に、その結果を例えば前記センサデータにより確認し、不十分であれば再び前記クリーニングを繰り返すようにしてもよい。
【００３２】
ところで、前記リカバリステップにおけるプラズマクリーニングでは除去できない堆積物が存在する場合がある。このような場合、前記リカバリステップを繰り返し実行しても、センサデータは前記基準範囲外で変化しなくなることがある。このような場合には、リカバリは不可能であるからクリーニング処理を停止する。
【００３３】
図４、５は、前記リカバリステップの詳細を説明する図であり、図４はクリーニングされにくい部材を加熱する例を説明する図である。図４において、８はヒータ等の加熱手段、６はプラズマクリーニング処理では除去し難い処理チャンバ１の下部壁部分、７は処理チャンバ１の上部壁部分である。前記加熱手段５は前記処理チャンバ１の下部壁部分、あるいは載置電極２の側壁に配置する。なお、図において図９に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図４に示すように通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材、例えば処理チャンバ１の下部壁部分をヒータ等の加熱手段８により加熱しながらプラズマクリーニングを行う。処理チャンバの加熱には時間要するので通常のクリーニングではこのような加熱処理は事実上不可能に近い。これに対してリカバリステップは１〜３時間程度の時間をかけて行うことが可能であり、処理チャンバを加熱することにより効率的に堆積物を除去することができる。なお、前記加熱に代えて、冷却して行うこともできる。
【００３５】
図５はクリーニングされにくい部材、例えば処理チャンバ１の下部壁部分に電位を供給する例を説明する図である。図において、９はクリーニングされにくい部材（処理チャンバ１の下部壁部分）に高周波電力を供給して前記部材の近傍にプラズマを発生させるためのプラズマ発生電極、１０は前記電極８に電力を供給するにプラズマ発生用の高周波電源である。なお、図において図９及び図１に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
図５に示すように通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材の近傍に配置したプラズマ発生電極６に高周波電源９より高周波電圧を印加してプラズマクリーニングを行う。このように、クリーニングされにくい部材近傍に高周波電力を供給することにより、前記部材の近傍に高周波プラズマを発生する。これにより前記部材表面の堆積物を効率的に除去することができる。
【００３７】
リカバリステップは、ウエハの処理期間中におけるプロセスレシピを一定に保持した状態でプロセスを制御すると共に、ウエハをロット単位で処理する毎あるいはウエハ単位で処理する毎に通常のプラズマクリーニングを施す真空処理装置を前提とし、このような真空処理装置に経時的に発生するプロセス異常をモニタリングし、プロセス異常を検出した時点で実行するクリーニングステップである。このステップにより、通常のプラズマクリーニングよっては除去することのできない堆積物を一括して除去することができる。
【００３８】
通常のプラズマクリーニングは、一般にＳＦ６、Ｏ２、Ｃｌ２ガスあるいはこれらの混合ガスを用いてプラズマを生成し、これにより処理チャンバ内壁等に堆積した堆積物を除去する。クリーニング時間はスループットの関係から通常は長くとも数十分である。これに対して、前記リカバリステップは処理チャンバの状態を回復するクリーニングステップである。このため、前記通常のプラズマクリーニングとは異なる方法でクリーニングを施す。すなわち、前記リカバリステップは、下記（１）ないし（４）の何れかを特徴とするクリーニングステップである。
【００３９】
（１）前記通常のプラズマクリーニングにおいて繰り返し用いると処理チャンバ内部の部材にダメージを与えるようなガス（例えば塩素ガス）を用いて長時間行うプラズマクリーニングである。
【００４０】
（２）処理チャンバ全体あるいは通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい一部の部材を加熱または冷却しながら行うプラズマクリーニングである。処理チャンバの加熱あるいは冷却には時間がかかるので通常のクリーニングではこのような加熱処理はできない。リカバリステップは１〜３時間程度の時間をかけて処理処理することが可能であり、処理チャンバの加熱あるいは冷却により効率的に堆積物を除去することができる（図４参照）。
【００４１】
（３）通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材に高周波電力を供給して行うプラズマクリーニングである。クリーニングされにくい部材に高周波電力を供給することにより、前記部材の近傍に高周波プラズマが発生する。これにより前記部材表面の堆積物を効率的に除去することができる（図５参照）。
【００４２】
（４）通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材（例えば処理チャンバ１の下部壁部分）にバイアス電位を供給して行うプラズマクリーニングである。クリーニングされにくい部材にバイアス電位を供給することにより、プラズマ中のイオンを前記部材に引き込むことができる。これにより前記部材に引き込むイオンのエネルギーが増大して前記部材表面の堆積物を効率的に除去することができる。
【００４３】
（５）通常のプラズマクリーニングでクリーニングされにくい部材近傍のプラズマ密度を上昇させて行うプラズマクリーニングである。これにより前記部材表面の堆積物を効率的に除去することができる。前記プラズマ密度は処理チャンバ内に形成する磁場の分布を制御することにより行うことができる。例えばＥＣＲプラズマエッチング装置ではＥＣＲ面が部材近傍になるような磁場分布を制御する。
【００４４】
なお、前記図１に示すステップ１などにおいてプロセス異常と判定した場合には、前記複数のリカバリステップの中から、そのときのプロセスに適したリカバリステップを選択して適用すればよい。
【００４５】
図６は、本発明の他の実施形態を説明する図である。この例においては、ある特定のウエハの処理後にプロセス異常と判断した場合、そのウエハの属するロットの処理の終了を待ってからリカバリステップに移行する。
【００４６】
前述の実施形態では、各ウエハ毎のプロセス異常の有無を判断し、プロセス異常の発生時にリカバリステップを挿入する。このため、ロット処理中にリカバリステップを挿入することになる。
【００４７】
しかし、一つのロットは通常、一括処理されるものであるから、ロット処理を中断してリカバリステップを挿入すると、ウエハの加工形状が不連続に変化することになる。従って、ロットの処理中にプロセス異常を検知しても、そのロットの処理は継続して実行し、ロット処理終了後にリカバリステップを実行してから次のロット処理に進むようにする。
【００４８】
図６に示すように、まず、ウエハをプラズマ処理装置内に搬入して所定の処理を施す（ステップＳ２０１）。このとき、モニタを用いてプロセス状態をモニタする。プロセス状態のモニタに際しては、モニタとして例えば分光器を用いて、プラズマの発光スペクトルを検出する。また、プローブなどを用いてプラズマ処理装置に供給する電圧・電流・位相差などの電気量を検出することができる。また、その他のプラズマ特性を測定するセンサあるいは処理チャンバの温度を測定するセンサなどを用いことができる。次いで、前記センサの検出データを標準的な処理のときの基準範囲（許容範囲）と比較して、プロセスが正常であるか否かを判断する。この判断はウエハ処理終了後あるいは処理中に行うことができる（ステップＳ２０２）。
【００４９】
ステップ２０２においてプロセス状態が正常であると判断すると、次のウエハの処理を開始する（ステップＳ２０３）。また、ステップ２においてプロセス状態が異常であると判断すると、判断結果をメモリ等に格納する。このとき処理を中断することなく次のウエハの処理ステップであるステップ２０３に進む。以下、前記動作を１ロット分の処理が終了するまでウエハ毎に反復継続する（ステップＳ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０６）。
【００５０】
１ロット分の処理の終了後、該１ロット分の処理中にプロセス異常が発生したか否かを判断し（ステップＳ２０７）、プロセス異常が発生した場合は前記リカバリステップを実行する。リカバリステップが終了すると、前記センサデータ等をもとに、前記リカバリ（クリーニング処理）が成功したか否かを判断する。リカバリに失敗したと判断した場合には、半導体処理装置の運転を停止し、前記処理装置を大気に開放して清掃等のメンテナンスを実行する。このとき半導体処理装置がリカバリ失敗の状態にあることは、該装置のディスプレイに表示し、あるいは通信網を介してユーザに通知することができる（ステップＳ２０８，Ｓ２０９，Ｓ２１０，Ｓ２１１）。
【００５１】
ステップ２０７においてリカバリに成功したと判断した場合には、次のロットの処理を開始し、以下、前記動作をロット毎に反復継続する（ステップＳ２１２〜Ｓ２１７）。なお、リカバリステップＳ２０８、リカバリ成否を判断するステップ２０９は、図１で説明したリカバリステップＳ１０６、リカバリ成否を判断するステップ１０７と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５２】
図７、図８は、本発明の更に他の実施形態を説明する図である。この例においては、次のロットの処理中にプロセス異常が発生するか否かをトレンド予測し、プロセス異常が発生すると予測された場合にリカバリステップを実行する。
【００５３】
この例では、ロットの処理中あるいは処理後に、処理状態をモニタする分光器等のモニタデータから、プロセス異常の有無を判断するための指標をウエハ毎に演算する。この指標は、例えば代表的なセンサデータ、センサデータを加工した主成分スコア等のデータとすることができる。次に、前記指標を用いて、次のロットの処理中にプロセス異常が発生するか否かをトレンド予測する。トレンド予測の結果、プロセス異常が発生すると予測した場合にリカバリステップを実行し、リカバリが成功した場合には、次のロットの処理を開始する。一方、リカバリが失敗した場合には装置を停止して、メンテナンスするように警告を出す。
【００５４】
図７に示すように、まず、ウエハをプラズマ処理装置内に搬入して所定の処理を施す（ステップＳ３０１）。このとき、分光器等のモニタを用いてプロセス状態をモニタする。次いで前記分光器等のモニタデータから、プロセス異常の有無を判断するための指標をウエハ毎に演算する。なお、プローブなどを用いてプラズマ処理装置に供給する電圧・電流・位相差などの電気量を検出することができる。また、その他のプラズマ特性を測定するセンサあるいは処理チャンバの温度を測定するセンサなどを用いことができる。次いで、前記センサの検出データあるいは検出データをもとに算出した指標と、標準的な処理のときの基準範囲（許容範囲）と比較して、プロセスが正常であるか否かを判断する。この判断はウエハ処理終了後あるいは処理中に行うことができる（ステップＳ３０２）。
【００５５】
ステップ３０２においてプロセス状態が正常であると判断すると、次のウエハの処理を開始する（ステップＳ３０３）。また、ステップ２においてプロセス状態が異常であると判断すると、判断結果をメモリ等に格納する。このとき処理を中断することなく次のウエハの処理ステップであるステップ３０３に進む。以下、前記動作を１ロット分の処理が終了するまでウエハ毎に反復継続する（ステップＳ３０４，Ｓ３０５，Ｓ３０６）
次に、前記センサの検出データをもとに算出した指標をもとに、次のロットの処理中にプロセス異常が発生するか否かをトレンド予測する（ステップＳ３０７）。トレンド予測の結果、プロセス異常が発生すると予測した場合にはリカバリステップを実行し（ステップＳ３０８，Ｓ３０９）、プロセス異常が発生しないと予測した場合には、次のロットの処理を開始する（ステップＳ３１３〜Ｓ３１８））。リカバリステップＳ３０９が終了すると、リカバリの成否を判断し、リカバリが失敗したと判断した場合には、半導体処理装置の運転を停止し、前記処理装置を大気に開放して清掃等のメンテナンスを実行する。このとき半導体処理装置がリカバリ失敗の状態にあることは、該装置のディスプレイに表示し、あるいは通信網を介してユーザに通知することができる（ステップＳ３１０，Ｓ３１１，Ｓ３１２）。
【００５６】
この方法によれば、ロット処理に移行する以前にプロセス異常が発生するか否かを判断するのでプロセス異常の状態でウエハ処理が継続されることを避けることができる。
【００５７】
図８は、トレンド予測の例を説明する図である。図８（ａ）はある特定のロットＸに属するそれぞれのウエハ（ウエハ番号１〜１５）とそのウエハの処理結果（加工寸法の相対値）をプロットした図、図８（ｂ）は前記ロットＸの次に処理したロットＸ＋１に属するそれぞれのウエハ（ウエハ番号１〜１５）とそのウエハの処理結果（加工寸法の相対値）をプロットした図である。ここで、ロットＸにおける指標の平均値が３．５であり、ロットＸ＋１における指標の平均値が４．２であるとする。
【００５８】
この例の場合、ロットＸの処理からロットＸ＋１の処理に移行する際に、ロット内の指標の平均値が＋０．７上昇した。したがって、次のロットＸ＋２の処理ではロット内の指標の平均値は４．９になると推定できる。このとき、ロット内における前記相対値の分布はロットＸ＋１の分布と同等であると仮定すると、図８（ｃ）に示すように、ロットＸ＋１の各ウエハの指標に０．７加算した値がロットＸ＋２の指標の予測値となる。図８（ｃ）の例では、ロットＸ＋２の５枚目のウエハから前記指標の予測値が基準範囲を超えている。このためロットＸ＋２の処理を開始する以前にリカバリステップを実施する。
【００５９】
以上の説明では、リカバリステップはクリーニング処理を施すことを前提に説明した。しかしながら、半導体処理装置あるいは該処理装置の処理プロセスによっては、その他の処理を施すことができる。たとえば、シリコン（Ｓｉ）のダミーウエハをエッチングして処理チャンバの内壁等にシリコンを堆積させることができる。また、アルミニウム（Ａｌ）等の材料を載置したダミーウエハをエッチングして処理チャンバの内壁等にアルミニウムを堆積させることができる。これらのしょりにより、処理チャンバ内を処理プロセスに応じた適切な状態に初期化することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プロセスを制御するレシピを変更することなく、高稼働率で運用することのできる半導体処理装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体処理装置の制御方法を説明する図である。
【図２】プロセス異常の有無を判断する方法を説明する図である。
【図３】リカバリステップにおけるクリーニング処理の終了を判定する方法を説明する図である。
【図４】リカバリステップの詳細を説明する図である。
【図５】リカバリステップの詳細を説明する図である。
【図６】他の実施形態を説明する図である。
【図７】更に他の実施形態を説明する図である。
【図８】トレンド予測の例を説明する図である。
【図９】プロセス異常が発生する原因を説明する図である。
【図１０】プロセス異常が発生した場合の処理を説明する図である。
【符号の説明】
１ 処理チャンバ
２ 試料載置電極
３ 試料（ウエハ）
４ プラズマ
５ 堆積物（デポ）
６ 処理チャンバの堆積物が除去しにくい部分
７ 処理チャンバの堆積物が除去しやすい部分
８ 加熱手段
９ プラズマ発生電極
１０ 高周波電源
Claims (12)
- 処理レシピに従って、少なくとも１枚または複数のウエハからなるロット内のウエハを真空処理容器内で処理する半導体処理装置における処理制御方法は、
前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記ロット毎に実行する第１のプラズマクリーニングステップと、
前記半導体処理装置に設置されたセンサが検出したセンサデータに基いて、前記ロット内の少なくとも１枚の前記ウエハ処理の異常を検出するステップと、
前記ロット内の少なくとも１枚のウエハ処理中にウエハ処理の異常が検出されると、前記ロット内のウエハが全て処理終了した後であって、次のロット内のウエハ処理が始まる前に、前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記第１のプラズマクリーニングの条件とは異なる条件で実行する第２のプラズマクリーニングステップとを有することを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項１の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記第１のプラズマクリーニングは、クリーニング時間が一定であり、
前記第２のプラズマクリーニングの成否は、前記センサが検出したセンサデータに基いて判断するステップを有することを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項１の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記第１のプラズマクリーニングは、ＳＦ６又はＯ２を含む混合ガスを用いてプラズマ生成を行い、
前記第２のプラズマクリーニングは、塩素ガスを用いてプラズマ生成を行うことを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項１の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記処理レシピは、前記ウエハ処理の異常が検出されても、変更されないことを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 処理レシピに従って、少なくとも１枚または複数のウエハからなるロット内のウエハを真空処理容器内で処理する半導体処理装置における処理制御方法は、
前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記ロット毎に実行する第１のプラズマクリーニングステップと、
前記半導体処理装置に設置されたセンサが検出したセンサデータに基いて、前記ロット内の少なくとも１枚の前記ウエハ処理の異常を検出するステップと、
前記ロット内の少なくとも１枚のウエハ処理中にウエハ処理の異常が検出されると、前記ロット内のウエハが全て処理終了した後であって、次のロット内のウエハ処理が始まる前に、前記真空処理容器の内壁に堆積させる材料を載置したダミーウエハをエッチングするステップとを有することを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項５の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記第１のプラズマクリーニングは、クリーニング時間が一定であり、
前記ダミーウエハのエッチングの成否は、前記センサが検出したセンサデータに基いて判断するステップを有することを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項５の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記第１のプラズマクリーニングは、ＳＦ６又はＯ２を含む混合ガスを用いてプラズマ生成を行い、
前記ダミーウエハに載置した材料は、シリコンまたはアルミニウムであることを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項５の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記処理レシピは、前記ウエハ処理の異常が検出されても、変更されないことを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 処理レシピに従って、少なくとも１枚または複数のウエハからなるロット内のウエハを真空処理容器内で処理する半導体処理装置における処理制御方法は、
前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記ロット毎に実行する第１のプラズマクリーニングステップと、
前記半導体処理装置に設置されたセンサが検出したセンサデータに基いて、次に処理されるロットの処理中にウエハ処理の異常が発生するか否かを前記次のロット内のウエハ処理を始める前に、トレンド予測を行うステップと、
前記トレンド予測を行うステップにおいて、次に処理されるロット内のウエハ処理中または終了時に異常が発生するとトレンド予測された場合は、
前記ロット内のウエハが全て処理終了した後であって、次のロット内のウエハ処理が始まる前に、前記真空処理容器内のプラズマクリーニングを、前記第１のプラズマクリーニングの条件とは異なる条件で実行する第２のプラズマクリーニングステップとを有することを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項９の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記第１のプラズマクリーニングは、クリーニング時間が一定であり、
前記第２のプラズマクリーニングの成否は、前記センサが検出したセンサデータに基いて判断するステップを有することを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項９の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記第１のプラズマクリーニングは、ＳＦ６又はＯ２を含む混合ガスを用いてプラズマ生成を行い、
前記第２のプラズマクリーニングは、塩素ガスを用いてプラズマ生成を行うことを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。 - 請求項９の半導体処理装置における処理制御方法において、
前記処理レシピは、前記ウエハ処理の異常が検出されても、変更されないことを特徴とする半導体処理装置における処理制御方法。
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