JP6226777B2 - Abnormal discharge prediction method and apparatus for plasma processing apparatus, and plasma processing apparatus with abnormal discharge prediction function - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理装置の異常放電予知方法及び装置、並びに異常放電予知機能付きプラズマ処理装置に関する。特に、本発明は、プラズマ処理を施す被処理基板の下面での異常放電の発生を精度良く予知し、被処理基板等の損傷を未然に防止し得るプラズマ処理装置の異常放電予知方法及び装置、並びに異常放電予知機能付きプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to an abnormal discharge prediction method and apparatus for a plasma processing apparatus, and a plasma processing apparatus with an abnormal discharge prediction function. In particular, the present invention accurately predicts the occurrence of abnormal discharge on the lower surface of the substrate to be plasma-treated, and can prevent damage to the substrate to be processed, etc. The present invention also relates to a plasma processing apparatus with an abnormal discharge prediction function.
従来より、チャンバと、該チャンバ内に配置された試料台と、高周波電源と、可動部の位置によってインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子を具備するインピーダンス整合器とを備え、前記試料台が、金属製の試料台本体と、該試料台本体上に形成された誘電層とを具備するプラズマ処理装置が知られている。
上記の構成を有するプラズマ処理装置においては、チャンバ内に所定の処理ガスを供給してプラズマ化させると共に、高周波電源からインピーダンス整合器を介して試料台本体に高周波電力を印加することで、プラズマと試料台との間に電位差が生じる。この電位差により、プラズマ中のイオンが試料台に向けて移動し、試料台の誘電層上に載置された被処理基板に衝突することで、被処理基板にエッチング等のプラズマ処理が施される。
Conventionally, a chamber, a sample stage disposed in the chamber, a high-frequency power source, and an impedance matching unit including a variable impedance element whose impedance changes depending on the position of the movable part, the sample stage is made of metal. There is known a plasma processing apparatus including a sample stage main body and a dielectric layer formed on the sample stage main body.
In the plasma processing apparatus having the above-described configuration, a predetermined processing gas is supplied into the chamber to be converted into plasma, and high-frequency power is applied from the high-frequency power source to the sample table main body via the impedance matching unit, thereby generating plasma and A potential difference occurs between the sample stage and the sample stage. Due to this potential difference, ions in the plasma move toward the sample stage and collide with the target substrate placed on the dielectric layer of the sample stage, whereby the target substrate is subjected to plasma processing such as etching. .
なお、いわゆる誘導結合プラズマ処理装置の場合、コイル状のアンテナを備えており、このアンテナにインピーダンス整合器を介して高周波電力を印加することで、チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化している。
また、プラズマ処理装置の試料台には、誘電層及び試料台本体を貫通する貫通孔が設けられているのが一般的であり、この貫通孔を通じて被処理基板の下面にガス（例えばＨｅガス）を供給することで被処理基板を所望する温度に維持している。
In the case of a so-called inductively coupled plasma processing apparatus, a coiled antenna is provided, and the processing gas supplied into the chamber is converted into plasma by applying high-frequency power to the antenna via an impedance matching device. .
Further, the sample stage of the plasma processing apparatus is generally provided with a through hole penetrating the dielectric layer and the sample stage body, and a gas (for example, He gas) is formed on the lower surface of the substrate to be processed through the through hole. Is maintained at the desired temperature.
ここで、例えば、プラズマ処理の設定条件によっては、プラズマ処理装置に異常放電が発生する場合のあることが知られている。具体的には、試料台本体に印加する高周波電力や、アンテナに供給する高周波電力を大きくし過ぎると、被処理基板の下面から前記Ｈｅガスを供給するための貫通孔を通って放電が生じることが知られている。このような異常放電が生じると、被処理基板や該基板が載置される試料台表面が損傷するため、問題である。 Here, for example, it is known that abnormal discharge may occur in the plasma processing apparatus depending on the setting conditions of the plasma processing. Specifically, if the high-frequency power applied to the sample stage main body or the high-frequency power supplied to the antenna is excessively increased, discharge occurs through the through hole for supplying the He gas from the lower surface of the substrate to be processed. It has been known. Such an abnormal discharge is a problem because the substrate to be processed and the surface of the sample table on which the substrate is placed are damaged.
このため、従来は、過去に異常放電が発生したときのプラズマ処理の設定条件（試料台本体に印加する電力値やアンテナに供給する電力値など）を記録しておき、被処理基板にプラズマ処理を施す際の設定条件が、この記録した異常放電が発生する設定条件に合致しないようにプラズマ処理装置を運転していた。
具体的には、例えば、アンテナに供給する電力値が１０００Ｗで、なお且つ試料台本体に供給する電力値が１３００Ｗのときに異常放電が生じたことがあれば、アンテナに供給する電力値を１０００Ｗに設定する場合には、試料台本体に供給する電力値を少なくとも１３００Ｗ未満に制限してプラズマ処理装置を運転していた。
また、例えば、アンテナに供給する電力値が１５００Ｗで、なお且つ試料台本体に供給する電力値が５００Ｗのときに異常放電が生じたことがあれば、アンテナに供給する電力値を１５００Ｗに設定する場合には、試料台本体に供給する電力値を少なくとも５００Ｗ未満に制限してプラズマ処理装置を運転していた。
For this reason, conventionally, plasma processing setting conditions (such as the power value applied to the sample base and the power value supplied to the antenna) when abnormal discharge has occurred in the past are recorded, and the plasma processing is performed on the substrate to be processed. The plasma processing apparatus was operated so that the set conditions for applying the above did not match the recorded set conditions for the occurrence of abnormal discharge.
Specifically, for example, if an abnormal discharge has occurred when the power value supplied to the antenna is 1000 W and the power value supplied to the sample base body is 1300 W, the power value supplied to the antenna is 1000 W. In the case of setting to 1, the plasma processing apparatus was operated by limiting the power value supplied to the sample stage main body to at least less than 1300 W.
Further, for example, if an abnormal discharge has occurred when the power value supplied to the antenna is 1500 W and the power value supplied to the sample base body is 500 W, the power value supplied to the antenna is set to 1500 W. In some cases, the plasma processing apparatus was operated with the power value supplied to the sample stage main body limited to at least less than 500 W.
このように、従来は過去の経験則のみに基づいてプラズマ処理装置の設定条件を決定していたに過ぎない。このため、例えば、これまでにない新たな設定条件のプラズマ処理を施そうとした場合に、その設定条件で異常放電が発生するか否かを精度良く判断することができなかった。
例えば、過去にアンテナに供給する電力値を１２００Ｗに設定した例が無い（従って、過去に異常放電が発生した例も無い）場合、アンテナに供給する電力値を１２００Ｗに設定しようとすると、試料台本体に供給する電力値をどの程度まで高めることができるのか（どの程度まで高めても異常放電が発生しないのか）について精度の良い判断ができなかった。その結果、異常放電の発生を確実に防止するという観点からは、十分に余裕をもった運転を行わざるを得なかった。
例えば、上記の例に当てはめると、アンテナに供給する電力値を１２００Ｗに設定する場合であっても、これよりも高電力値である１５００Ｗに設定する場合と同様に、試料台本体に供給する電力値を少なくとも５００Ｗ未満に制限してプラズマ処理装置を運転するということになる。これにより、プラズマ処理の効率低下や、新たな設定条件構築に際しての自由度の低下を引き起こすという問題があった。また、異常放電が発生する設定条件であるか否かについて、発生するまでの余裕代の大小も含めて精度良く判断することができないため、常に異常放電発生のリスクを抱えているという問題もあった。
Thus, conventionally, the setting conditions of the plasma processing apparatus are only determined based on past empirical rules. For this reason, for example, when plasma processing is performed under new setting conditions that have not been heretofore, it has not been possible to accurately determine whether or not abnormal discharge occurs under the setting conditions.
For example, if there is no example in which the power value supplied to the antenna has been set to 1200 W in the past (thus, there is no example in which abnormal discharge has occurred in the past), if the power value to be supplied to the antenna is set to 1200 W, the sample table It was not possible to judge with high accuracy how much the power value supplied to the main body could be increased (how much it would not cause abnormal discharge). As a result, from the viewpoint of reliably preventing the occurrence of abnormal discharge, it has been necessary to perform an operation with a sufficient margin.
For example, in the above example, even when the power value to be supplied to the antenna is set to 1200 W, the power to be supplied to the sample stage main body is set similarly to the case where the power value is set to 1500 W, which is a higher power value than this. This means that the plasma processing apparatus is operated with the value limited to at least less than 500 W. As a result, there has been a problem that the efficiency of plasma processing is reduced and the degree of freedom in constructing new setting conditions is reduced. Another problem is that there is always a risk of abnormal discharge because it is impossible to accurately determine whether or not it is a setting condition that causes abnormal discharge, including the amount of margin before it occurs. It was.
このため、プラズマ処理装置の異常放電の発生、特にプラズマ処理を施す被処理基板の下面での異常放電の発生を精度良く予知することが望まれている。 For this reason, it is desired to accurately predict the occurrence of abnormal discharge in the plasma processing apparatus, particularly the occurrence of abnormal discharge on the lower surface of the substrate to be processed.
従来、プラズマ処理装置の異常放電に関する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、異常放電の発生を抑制するためにインピーダンス調整部のインピーダンスを調整するものであって、異常放電の発生を予知するものではない（特許文献１の請求項１、段落０００７）。また、特許文献１に記載の技術が対象としている異常放電は、下部電極（金属製の試料台本体）と処理容器（チャンバ）の壁部との間のプラズマの発生であり、被処理基板の下面での異常放電の発生ではない（特許文献１の段落０００４、０００５）。
Conventionally, for example, a technique described in Patent Document 1 has been proposed as a technique related to abnormal discharge of a plasma processing apparatus.
However, the technique described in Patent Document 1 adjusts the impedance of the impedance adjusting unit in order to suppress the occurrence of abnormal discharge, and does not predict the occurrence of abnormal discharge (Claims of Patent Document 1). 1, paragraph 0007). The abnormal discharge targeted by the technique described in Patent Document 1 is the generation of plasma between the lower electrode (metal sample base body) and the wall of the processing vessel (chamber). It is not the occurrence of abnormal discharge on the lower surface (paragraphs 0004 and 0005 of Patent Document 1).
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、プラズマ処理を施す被処理基板の下面での異常放電の発生を精度良く予知し、被処理基板等の損傷を未然に防止し得るプラズマ処理装置の異常放電予知方法及び装置、並びに異常放電予知機能付きプラズマ処理装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in order to solve such problems of the prior art, and accurately predicts the occurrence of abnormal discharge on the lower surface of a substrate to be plasma-treated and damages the substrate to be processed. It is an object of the present invention to provide an abnormal discharge prediction method and apparatus for a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus with an abnormal discharge prediction function that can be prevented.
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行い、以下の知見を得た。
（Ａ）被処理基板の下面での異常放電は、被処理基板と、高周波電力が印加される試料台本体との電位差が大きくなれば発生し易いと考えられる。
（Ｂ）被処理基板と試料台本体との電位差は、試料台本体上に形成された誘電層の静電容量と、インピーダンス整合器と試料台本体を流れる電流値の大きさによって決まる。具体的には、誘電層の静電容量は一定であるため、被処理基板と試料台本体との電位差は、インピーダンス整合器と試料台本体との間を通電する電流値に比例する。従い、被処理基板の下面での異常放電は、インピーダンス整合器と試料台本体との間を通電する電流値が大きくなれば発生し易いと考えられる。
（Ｃ）被処理基板の下面で異常放電が発生した場合のインピーダンス整合器と試料台本体との間を通電する電流値を実際に測定したところ、少なくとも同種の処理ガスを用いて同種の被処理基板にプラズマ処理を施す限りにおいて、試料台本体に印加する電力値等を変化させたとしても、ほぼ一定の電流値以上で異常放電が発生することが分かった。従い、上記一定の電流値に基づき異常放電を予知するためのしきい値を決定（例えば、上記一定の電流値よりも若干小さい電流値をしきい値として決定）すれば、異常放電の予知対象である被処理基板にプラズマ処理を施している際のインピーダンス整合器と試料台本体との間を通電する電流値を予測することで、この予測値がしきい値を超えた場合に異常放電が発生するおそれがあると判断することが可能である。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied and obtained the following knowledge.
(A) It is considered that abnormal discharge on the lower surface of the substrate to be processed is likely to occur if the potential difference between the substrate to be processed and the sample base body to which the high frequency power is applied becomes large.
(B) The potential difference between the substrate to be processed and the sample table main body is determined by the capacitance of the dielectric layer formed on the sample table main body and the magnitude of the current value flowing through the impedance matching unit and the sample table main body. Specifically, since the capacitance of the dielectric layer is constant, the potential difference between the substrate to be processed and the sample table main body is proportional to the value of the current flowing between the impedance matching device and the sample table main body. Therefore, it is considered that abnormal discharge on the lower surface of the substrate to be processed is likely to occur if the value of current flowing between the impedance matching unit and the sample table main body increases.
(C) When the value of the current flowing between the impedance matching unit and the sample base body when an abnormal discharge occurs on the lower surface of the substrate to be processed is actually measured, the same type of processing gas is used using at least the same type of processing gas. As long as the plasma treatment is performed on the substrate, it has been found that even if the power value applied to the main body of the sample base is changed, abnormal discharge occurs at a substantially constant current value or more. Therefore, if a threshold value for predicting abnormal discharge is determined based on the constant current value (for example, a current value slightly smaller than the constant current value is determined as a threshold value), the abnormal discharge is predicted. By predicting the current value that flows between the impedance matching unit and the sample base when the substrate to be processed is subjected to plasma processing, abnormal discharge occurs when this predicted value exceeds the threshold value. It is possible to determine that there is a risk of occurrence.
本発明は、上記の本発明者らの知見に基づき完成されたものである。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、チャンバと、該チャンバ内に配置された試料台と、高周波電源と、可動部の位置によってインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子を具備するインピーダンス整合器とを備え、前記試料台は、金属製の試料台本体と、該試料台本体上に形成された誘電層とを具備し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給してプラズマ化させると共に、前記高周波電源から前記インピーダンス整合器を介して前記試料台本体に高周波電力を印加することで、前記誘電層上に載置された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の異常放電を予知する方法であって、以下の第１〜第５ステップとを含むことを特徴とするプラズマ処理装置の異常放電予知方法を提供する。
（１）第１ステップ
調査用被処理基板に前記プラズマ処理装置でプラズマ処理を施した際に、前記調査用被処理基板の下面で異常放電が発生した場合の前記インピーダンス整合器と前記試料台本体との間を通電する電流値を予め測定する。
（２）第２ステップ
前記第１ステップで測定した電流値に基づき、異常放電を予知するためのしきい値を予め決定し、記憶する。
（３）第３ステップ
前記インピーダンス整合器が具備する前記可変インピーダンス素子の可動部の位置と、前記インピーダンス整合器のインピーダンスとの対応関係を予め記憶する。
（４）第４ステップ
異常放電の予知対象である被処理基板に前記プラズマ処理装置でプラズマ処理を施している際に、前記高周波電源から印加する電力値を取得すると共に、前記インピーダンス整合器から前記可変インピーダンス素子の可動部の位置を取得し、該取得した電力値及び可動部の位置と前記第３ステップで記憶した対応関係とに基づき、前記インピーダンス整合器と前記試料台本体との間を通電する電流の予測値を算出する。
（５）第５ステップ
前記第４ステップで算出した予測値が前記第２ステップで記憶したしきい値を超えた場合、前記予知対象である被処理基板の下面に異常放電が発生するおそれがあると判断する。
The present invention has been completed based on the above findings of the present inventors.
That is, in order to solve the above problems, the present invention provides a chamber, a sample stage disposed in the chamber, a high-frequency power source, and an impedance matching device including a variable impedance element whose impedance varies depending on the position of the movable part. The sample stage includes a metal sample stage main body and a dielectric layer formed on the sample stage main body, supplies a predetermined processing gas into the chamber and converts it into plasma, and A method for predicting abnormal discharge in a plasma processing apparatus that applies plasma processing to a substrate to be processed placed on the dielectric layer by applying high-frequency power from a high-frequency power source to the sample stage main body via the impedance matching unit And the abnormal discharge prediction method of the plasma processing apparatus characterized by including the following 1st-5th steps is provided.
(1) 1st step The said impedance matching device and the said sample stand main body when abnormal discharge generate | occur | produces in the lower surface of the said to-be-processed substrate for investigation, when plasma processing is given to the to-be-processed substrate for investigation by the said plasma processing apparatus Is measured in advance.
(2) Second Step Based on the current value measured in the first step, a threshold value for predicting abnormal discharge is determined in advance and stored.
(3) Third Step A correspondence relationship between the position of the movable portion of the variable impedance element included in the impedance matching device and the impedance of the impedance matching device is stored in advance.
(4) Fourth Step When a plasma processing is performed on a substrate to be processed, which is a target for abnormal discharge prediction, using the plasma processing apparatus, a power value applied from the high-frequency power source is acquired, and the impedance matching unit Obtain the position of the movable part of the variable impedance element, and energize between the impedance matching unit and the sample stage body based on the acquired power value and the position of the movable part and the correspondence stored in the third step. The predicted value of the current to be calculated is calculated.
(5) Fifth Step If the predicted value calculated in the fourth step exceeds the threshold stored in the second step, abnormal discharge may occur on the lower surface of the substrate to be processed that is the prediction target. Judge.
本発明に係る方法によれば、第１ステップにおいて、調査用被処理基板の下面で異常放電が発生した場合のインピーダンス整合器と試料台本体との間を通電する電流値が予め測定される。具体的には、例えば、複数枚の調査用被処理基板を用意し、各調査用被処理基板毎に試料台本体に印加する電力値等の設定条件を種々変化させてプラズマ処理を実行する。この際、例えば、変流器（ＣＴ、Current Transformer）を用いて、インピーダンス整合器と試料台本体との間を通電する電流値を測定する。そして、各調査用被処理基板毎に、異常放電が発生した場合の電流値を検出する。 According to the method of the present invention, in the first step, a current value for energizing between the impedance matching unit and the sample base body when abnormal discharge occurs on the lower surface of the substrate to be investigated is measured in advance. Specifically, for example, a plurality of investigation target substrates are prepared, and plasma processing is executed by changing various setting conditions such as a power value applied to the sample base body for each of the investigation target substrates. At this time, for example, using a current transformer (CT), a current value to be passed between the impedance matching device and the sample base is measured. And the electric current value in case abnormal discharge generate | occur | produces is detected for every to-be-processed board | substrate for investigation.
次に、本発明に係る方法によれば、第２ステップにおいて、第１ステップで測定した電流値に基づき、異常放電を予知するためのしきい値が予め決定され、記憶される。具体的には、例えば、第１ステップで各調査用被処理基板毎に検出した電流値（異常放電が発生した場合の電流値）のうち、いずれの電流値よりも小さい値が、異常放電を予知するためのしきい値として決定され、記憶される。 Next, according to the method of the present invention, in the second step, a threshold value for predicting abnormal discharge is determined in advance and stored based on the current value measured in the first step. Specifically, for example, among the current values (current values when abnormal discharge occurs) detected for each substrate to be investigated in the first step, a value smaller than any current value causes abnormal discharge. It is determined and stored as a threshold for prediction.
次に、本発明に係る方法によれば、第３ステップにおいて、インピーダンス整合器が具備する可変インピーダンス素子の可動部の位置と、インピーダンス整合器のインピーダンスとの対応関係が予め記憶される。
本発明における「可変インピーダンス素子」とは、可動部の位置に応じてキャパシタンスが変化する可変コンデンサや、可動部の位置に応じてインダクタンスが変化する可変インダクタ等、可動部の位置に応じてインピーダンスを変更可能な素子である。従い、インピーダンス整合器が具備する可変インピーダンス素子の可動部の位置を変更すれば、可変インピーダンス素子のインピーダンス、ひいてはインピーダンス整合器のインピーダンスが変化することになる。
第３ステップにおいては、可変インピーダンス素子の可動部の位置を変更したときにインピーダンス整合器のインピーダンスがどのように変化するのか、すなわち、両者の対応関係が例えばテーブル形式で記憶される。なお、インピーダンス整合器のインピーダンスは、インピーダンスアナライザやネットワークアナライザ等を用いて測定することが可能である。
Next, according to the method of the present invention, in the third step, the correspondence relationship between the position of the movable portion of the variable impedance element included in the impedance matching device and the impedance of the impedance matching device is stored in advance.
The “variable impedance element” in the present invention refers to a variable capacitor whose capacitance changes according to the position of the movable part, a variable inductor whose inductance changes according to the position of the movable part, etc., and impedance according to the position of the movable part. It is a changeable element. Therefore, if the position of the movable part of the variable impedance element included in the impedance matching device is changed, the impedance of the variable impedance element, and hence the impedance of the impedance matching device, changes.
In the third step, how the impedance of the impedance matching device changes when the position of the movable part of the variable impedance element is changed, that is, the correspondence between the two is stored in a table format, for example. The impedance of the impedance matching unit can be measured using an impedance analyzer, a network analyzer, or the like.
次に、本発明に係る方法によれば、第４ステップにおいて、異常放電の予知対象である被処理基板にプラズマ処理装置でプラズマ処理を施している際に、高周波電源から印加する電力値が取得されると共に、インピーダンス整合器から可変インピーダンス素子の可動部の位置が取得される。そして、取得した電力値及び可動部の位置と、第３ステップで記憶した対応関係（インピーダンス整合器が具備する可変インピーダンス素子の可動部の位置と、インピーダンス整合器のインピーダンスとの対応関係）とに基づき、インピーダンス整合器と試料台本体との間を通電する電流の予測値が算出される。
具体的には、まず最初に、取得した可動部の位置と前記対応関係とに基づき、可動部の位置を取得した時点でのインピーダンス整合器のインピーダンスが算出される。
次に、算出したインピーダンスと、取得した電力値とに基づき、電流の予測値が算出される。より具体的には、例えば、算出したインピーダンスの抵抗成分（実数成分）をＲ、取得した電力値をＰとすると、電流の予測値Ｉｒｍｓは、以下の式（１）で算出される。
Ｉｒｍｓ＝Ｐ１／２／Ｒ ・・・（１）
Next, according to the method of the present invention, in the fourth step, the power value applied from the high-frequency power source is acquired when the plasma processing apparatus is performing plasma processing on the substrate to be processed that is the target of abnormal discharge prediction. At the same time, the position of the movable part of the variable impedance element is acquired from the impedance matching unit. Then, the acquired power value and the position of the movable part and the correspondence stored in the third step (correspondence between the position of the movable part of the variable impedance element included in the impedance matching device and the impedance of the impedance matching device). Based on this, a predicted value of the current flowing between the impedance matching unit and the sample stage main body is calculated.
Specifically, first, based on the acquired position of the movable part and the corresponding relationship, the impedance of the impedance matching device at the time when the position of the movable part is acquired is calculated.
Next, a predicted current value is calculated based on the calculated impedance and the acquired power value. More specifically, for example, assuming that the resistance component (real number component) of the calculated impedance is R and the acquired power value is P, the current predicted value I rms is calculated by the following equation (1).
I rms = P 1/2 / R (1)
最後に、本発明に係る方法によれば、第５ステップにおいて、第４ステップで算出した予測値が第２ステップで記憶したしきい値を超えた場合、予知対象である被処理基板の下面に異常放電が発生するおそれがあると判断される。
すなわち、第２ステップで記憶したしきい値は、第１ステップで測定した電流値（調査用被処理基板の下面で異常放電が発生した場合の電流値）に基づき決定されたものである（例えば、上記の電流値よりも小さい値とされている）ため、このしきい値を超えてもただちに異常放電は発生しないと考えられる一方、まもなく発生するおそれがあると判断できる、すなわち予知することが可能である。
Finally, according to the method of the present invention, in the fifth step, when the predicted value calculated in the fourth step exceeds the threshold value stored in the second step, the lower surface of the substrate to be processed is a prediction target. It is determined that abnormal discharge may occur.
That is, the threshold value stored in the second step is determined based on the current value measured in the first step (current value when abnormal discharge occurs on the lower surface of the substrate to be investigated) (for example, Therefore, it is considered that abnormal discharge does not occur immediately even if this threshold value is exceeded, but it can be determined that there is a possibility of it occurring soon. Is possible.
以上のように、本発明に係る方法によれば、プラズマ処理を施す被処理基板の下面での異常放電の発生を精度良く予知することができ、異常放電を予知した場合には高周波電源からの高周波電力の印加を停止させる、或いは、高周波電力の電力値を維持又は低下させるなどして、被処理基板等の損傷を未然に防止することが可能である。 As described above, according to the method of the present invention, it is possible to accurately predict the occurrence of abnormal discharge on the lower surface of the substrate to be plasma-treated, and when abnormal discharge is predicted, It is possible to prevent damage to the substrate to be processed or the like by stopping the application of the high frequency power or maintaining or reducing the power value of the high frequency power.
なお、本発明に係る方法における第１〜第５ステップは、必ずしもこの順番に実行する必要がない。ただし、第２ステップは、第１ステップの後に実行する必要がある。また、第５ステップは、第４ステップの後に実行する必要がある。さらに、第４及び第５ステップは、第１〜第３ステップの後に実行する必要がある。
すなわち、本発明に係る方法には、第１〜第５ステップをこの順番に実行する場合と、第３、第１、第２、第４及び第５ステップをこの順番に実行する場合と、第１、第３、第２、第４及び第５ステップをこの順番に実行する場合とが含まれる。
Note that the first to fifth steps in the method according to the present invention are not necessarily executed in this order. However, the second step needs to be executed after the first step. Further, the fifth step needs to be executed after the fourth step. Further, the fourth and fifth steps need to be executed after the first to third steps.
That is, the method according to the present invention includes a case where the first to fifth steps are executed in this order, a case where the third, first, second, fourth and fifth steps are executed in this order; The case where the first, third, second, fourth and fifth steps are executed in this order is included.
また、本発明に係る方法では、前述のように、インピーダンス整合器と試料台本体との間を通電する電流の予測値を、異常放電が発生した場合に実際に測定した電流値に基づき決定したしきい値（以下、本段落において、電流しきい値という）と比較し、予測値が電流しきい値を超えた場合に異常放電が発生するおそれがあると判断している。本発明に係る方法には、電流の予測値を電流しきい値と直接比較する場合が当然含まれるものの、必ずしもこれに限られるものではない。
例えば、電流の予測値から、電流と一定の相関関係を有するパラメータ（例えば、被処理基板と試料台本体との電位差）の予測値を算出する。すなわち、電流の予測値を上記相関関係に基づきパラメータ予測値に換算する。一方、異常放電が発生した場合に実際に測定した電流値を上記相関関係に基づき上記パラメータに換算し、このパラメータに基づき、異常放電を予知するためのしきい値（以下、本段落において、パラメータしきい値という）を決定する。そして、上記パラメータの予測値を、決定したパラメータしきい値と比較する場合が考えられる。
この場合は、電流の予測値を電流しきい値と直接比較しないものの、両者を一定の相関関係で換算したもの同士を比較しているため、間接的には電流の予測値を電流しきい値と比較していることになる。本発明に係る方法には、このように間接的に電流の予測値を電流しきい値と比較して、予測値が電流しきい値を超えた場合に異常放電が発生するおそれがあると判断する場合が含まれる。
Further, in the method according to the present invention, as described above, the predicted value of the current flowing between the impedance matching device and the sample base is determined based on the current value actually measured when an abnormal discharge occurs. Compared with a threshold value (hereinafter referred to as current threshold value in this paragraph), it is determined that abnormal discharge may occur when the predicted value exceeds the current threshold value. The method according to the present invention naturally includes a case where the predicted value of the current is directly compared with the current threshold value, but is not necessarily limited thereto.
For example, a predicted value of a parameter (for example, a potential difference between the substrate to be processed and the sample base body) having a certain correlation with the current is calculated from the predicted value of the current. That is, the predicted current value is converted into a parameter predicted value based on the correlation. On the other hand, a current value actually measured when abnormal discharge occurs is converted into the above parameter based on the above correlation, and a threshold for predicting abnormal discharge based on this parameter (hereinafter referred to as parameter in this paragraph). Threshold). And the case where the predicted value of the said parameter is compared with the determined parameter threshold value can be considered.
In this case, although the predicted current value is not directly compared with the current threshold value, the current value is indirectly compared with the current threshold value because both values are converted with a certain correlation. Will be compared. The method according to the present invention indirectly compares the predicted current value with the current threshold value in this way, and determines that abnormal discharge may occur when the predicted value exceeds the current threshold value. If you want to.
さらに、本発明に係る方法における異常放電を予知するためのしきい値は、必ずしも１つに限られるものではなく、値の異なるしきい値を複数用いてもよい。しきい値を複数設けることで、異常放電が発生するまでの余裕代の大小を判断し易くなる。
例えば、２つのしきい値を用い、電流の予測値が小さい方のしきい値を超えた場合には、異常放電が発生するおそれがあるものの、未だもう少し電流の増加を許容できる余裕がある（異常放電が発生するまでの余裕代が大きい）と判断する一方、大きい方のしきい値を超えた場合には、ほとんど電流を増加できない（異常放電が発生するまでの余裕代が小さい）と判断することが可能である。
そして、例えば、小さい方のしきい値を超えた場合には、単に警報を出力するに留め、必要に応じて作業者がマニュアルで高周波電源の印加を停止したり、あるいは、インピーダンス整合器が具備する可変インピーダンス素子の可動部の移動速度を低下させる一方、大きい方のしきい値を超えた場合には、プラズマ処理装置が自動的に高周波電源の印加を停止するといった運転方法を採用することも可能である。
Furthermore, the threshold value for predicting abnormal discharge in the method according to the present invention is not necessarily limited to one, and a plurality of threshold values having different values may be used. By providing a plurality of threshold values, it becomes easy to determine the size of the margin for the occurrence of abnormal discharge.
For example, when two threshold values are used and the predicted current value exceeds the smaller threshold value, abnormal discharge may occur, but there is still a margin for allowing a slight increase in current ( On the other hand, if the larger threshold is exceeded, the current can hardly be increased (the margin until the abnormal discharge occurs is small). Is possible.
For example, when the smaller threshold value is exceeded, an alarm is simply output, and if necessary, the operator manually stops the application of the high frequency power supply, or an impedance matching device is provided. It is also possible to adopt an operation method in which the plasma processing apparatus automatically stops the application of the high-frequency power source when the moving speed of the movable part of the variable impedance element is reduced while the larger threshold value is exceeded. Is possible.
本発明に係る方法は、前記第５ステップにおいて異常放電が発生するおそれがあると判断した場合、前記高周波電源からの高周波電力の印加を停止させる第６ステップを更に含むことが好ましい。 The method according to the present invention preferably further includes a sixth step of stopping the application of the high-frequency power from the high-frequency power source when it is determined that an abnormal discharge may occur in the fifth step.
斯かる好ましい構成によれば、高周波電力の印加を停止させるため、異常放電による被処理基板等の損傷を確実に防止することが可能である。 According to such a preferable configuration, since the application of the high frequency power is stopped, it is possible to reliably prevent damage to the substrate to be processed due to abnormal discharge.
本発明に係る方法を適用するプラズマ装置としては、誘導結合プラズマ処理装置を例示できる。 An example of a plasma apparatus to which the method according to the present invention is applied is an inductively coupled plasma processing apparatus.
また、前記課題を解決するため、本発明は、チャンバと、該チャンバ内に配置された試料台と、高周波電源と、可動部の位置によってインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子を具備するインピーダンス整合器とを備え、前記試料台は、金属製の試料台本体と、該試料台本体上に形成された誘電層とを具備し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給してプラズマ化させると共に、前記高周波電源から前記インピーダンス整合器を介して前記試料台本体に高周波電力を印加することで、前記誘電層上に載置された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の異常放電を予知する装置であって、前記高周波電源及び前記インピーダンス整合器に接続された取得部と、記憶部と、演算制御部とを備え、前記記憶部には、調査用被処理基板に前記プラズマ処理装置でプラズマ処理を施した際に、前記調査用被処理基板の下面で異常放電が発生した場合において測定された前記インピーダンス整合器と前記試料台本体との間を通電する電流値に基づき決定された異常放電を予知するためのしきい値、並びに、前記インピーダンス整合器が具備する前記可変インピーダンス素子の可動部の位置と、前記インピーダンス整合器のインピーダンスとの対応関係が予め記憶されており、前記取得部は、異常放電の予知対象である被処理基板に前記プラズマ処理装置でプラズマ処理を施している際に、前記高周波電源から印加する電力値を取得すると共に、前記インピーダンス整合器から前記可変インピーダンス素子の可動部の位置を取得し、前記演算制御部は、前記取得部が取得した電力値及び可動部の位置と、前記記憶部に記憶された対応関係とに基づき、前記インピーダンス整合器と前記試料台本体との間を通電する電流の予測値を算出し、該算出した予測値が前記記憶部に記憶されたしきい値を超えた場合、前記予知対象である被処理基板の下面に異常放電が発生するおそれがあると判断することを特徴とするプラズマ処理装置の異常放電予知装置としても提供される。 In order to solve the above problems, the present invention provides a chamber, a sample stage disposed in the chamber, a high-frequency power source, and an impedance matching device including a variable impedance element whose impedance varies depending on the position of the movable part. The sample stage includes a metal sample stage main body and a dielectric layer formed on the sample stage main body, supplies a predetermined processing gas into the chamber and converts it into plasma, and An apparatus for predicting abnormal discharge in a plasma processing apparatus that applies plasma processing to a substrate to be processed placed on the dielectric layer by applying high frequency power from a high frequency power source to the sample stage main body via the impedance matching unit An acquisition unit connected to the high-frequency power source and the impedance matching unit, a storage unit, and a calculation control unit, wherein the storage unit includes a survey target. When an abnormal discharge occurs on the lower surface of the substrate to be investigated when plasma processing is performed on the processing substrate with the plasma processing apparatus, a current is passed between the impedance matching unit measured and the sample stage main body. The correspondence between the threshold for predicting abnormal discharge determined based on the current value, the position of the movable part of the variable impedance element included in the impedance matching unit, and the impedance of the impedance matching unit is previously set. The acquisition unit is configured to acquire a power value applied from the high-frequency power source when the plasma processing apparatus is performing plasma processing on a substrate to be processed, which is a target for abnormal discharge prediction, and the impedance The position of the movable part of the variable impedance element is acquired from a matching unit, and the calculation control unit is acquired by the acquisition unit. Based on the power value and the position of the movable part, and the correspondence relationship stored in the storage unit, a predicted value of a current flowing between the impedance matching unit and the sample base body is calculated, and the calculated predicted value When the value exceeds a threshold value stored in the storage unit, it is determined that abnormal discharge may occur on the lower surface of the target substrate to be predicted, and abnormal discharge prediction for a plasma processing apparatus is provided. Also provided as a device.
本発明に係る装置において、前記演算制御部は、前記高周波電源に接続され、異常放電が発生するおそれがあると判断した場合、前記高周波電源からの高周波電力の印加を停止させることが好ましい。 In the apparatus according to the present invention, it is preferable that when the arithmetic control unit is connected to the high frequency power source and determines that there is a risk of abnormal discharge, the application of the high frequency power from the high frequency power source is stopped.
本発明に係る装置を適用するプラズマ装置としては、誘導結合プラズマ処理装置を例示できる。 An example of the plasma apparatus to which the apparatus according to the present invention is applied is an inductively coupled plasma processing apparatus.
さらに、前記課題を解決するため、本発明は、前記異常放電予知装置と、前記プラズマ処理装置とを備えることを特徴とする異常放電予知機能付きプラズマ処理装置としても提供される。 Furthermore, in order to solve the said subject, this invention is provided also as a plasma processing apparatus with the abnormal discharge prediction function characterized by including the said abnormal discharge prediction apparatus and the said plasma processing apparatus.
以上に説明したように、本発明によれば、プラズマ処理を施す被処理基板の下面での異常放電の発生を精度良く予知することができ、異常放電を予知した場合には高周波電源からの高周波電力の印加を停止させる、或いは、高周波電力の電力値を維持又は低下させるなどして、被処理基板や該基板が載置される試料台表面の損傷を未然に防止することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to accurately predict the occurrence of abnormal discharge on the lower surface of the substrate to be plasma-treated, and when the abnormal discharge is predicted, It is possible to prevent damage to the substrate to be processed and the surface of the sample table on which the substrate is placed by stopping the application of power or maintaining or reducing the power value of the high frequency power.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る異常放電予知機能付きプラズマ処理装置の概略構成を模式的に示す一部断面図である。図２は、図１に示すインピーダンス整合器１４の内部構成例を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る異常放電予知機能付きプラズマ処理装置１００は、プラズマ処理装置１と、異常放電予知装置２とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus with an abnormal discharge prediction function according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration example of the impedance matching unit 14 illustrated in FIG. 1.
As shown in FIG. 1, a plasma processing apparatus 100 with an abnormal discharge prediction function according to this embodiment includes a plasma processing apparatus 1 and an abnormal discharge prediction apparatus 2.
本実施形態のプラズマ処理装置１は、チャンバ１１と、チャンバ１１内に配置された試料台１２と、高周波電源１３と、可動部の位置によってインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子を具備するインピーダンス整合器１４とを備えている。
インピーダンス整合器１４は、高周波電源１３のインピーダンスと試料台１２（後述の試料台本体１２１）のインピーダンスとを整合させるものである。
試料台１２は、金属製（例えば、アルミニウム製）の試料台本体１２１と、試料台本体１２１上に形成された誘電層（例えば、セラミック）１２２とを具備し、チャンバ１１内に所定の処理ガス（Ａｒ等）を供給してプラズマ化させると共に、高周波電源１３からインピーダンス整合器１４を介して試料台本体１２１に高周波電力を印加することで、誘電層１２２上に載置された被処理基板Ｓにプラズマ処理を施すものである。
The plasma processing apparatus 1 of this embodiment includes an impedance matching unit 14 including a chamber 11, a sample table 12 disposed in the chamber 11, a high-frequency power source 13, and a variable impedance element whose impedance varies depending on the position of the movable part. And.
The impedance matching unit 14 matches the impedance of the high-frequency power source 13 with the impedance of the sample stage 12 (sample stage main body 121 described later).
The sample table 12 includes a sample table body 121 made of metal (for example, aluminum) and a dielectric layer (for example, ceramic) 122 formed on the sample table body 121, and a predetermined processing gas is provided in the chamber 11. (Ar or the like) is supplied into plasma, and high frequency power is applied from the high frequency power supply 13 to the sample stage main body 121 via the impedance matching unit 14, whereby the substrate S to be processed placed on the dielectric layer 122. Is subjected to plasma treatment.
本実施形態のプラズマ処理装置１は、いわゆる誘導結合プラズマ処理装置である。このため、プラズマ処理装置１は、前述した構成に加え、コイル状のアンテナ１７と、このアンテナ１７に高周波電力を印加するための高周波電源１５と、高周波電源１５のインピーダンスとアンテナ１７のインピーダンスとを整合させるためのインピーダンス整合器１６とを備えている。アンテナ１７にインピーダンス整合器１６を介して高周波電力を印加することで、チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化している。
また、プラズマ処理装置１の試料台１２には、誘電層１２２及び試料台本体１２１を貫通する貫通孔１２３が設けられており、この貫通孔１２３を通じて被処理基板Ｓの下面にＨｅガスを供給することで被処理基板Ｓを所望する温度に維持している。なお、この貫通孔１２３には、被処理基板Ｓを昇降させるためのリフトピン１２４が挿通されている。
The plasma processing apparatus 1 of this embodiment is a so-called inductively coupled plasma processing apparatus. Therefore, in addition to the above-described configuration, the plasma processing apparatus 1 includes a coiled antenna 17, a high-frequency power source 15 for applying high-frequency power to the antenna 17, an impedance of the high-frequency power source 15, and an impedance of the antenna 17. And an impedance matching unit 16 for matching. By applying high frequency power to the antenna 17 via the impedance matching unit 16, the processing gas supplied into the chamber 11 is turned into plasma.
The sample stage 12 of the plasma processing apparatus 1 is provided with a through hole 123 that penetrates the dielectric layer 122 and the sample stage main body 121, and He gas is supplied to the lower surface of the substrate S to be processed through the through hole 123. Thus, the target substrate S is maintained at a desired temperature. Note that lift pins 124 for raising and lowering the substrate S to be processed are inserted into the through holes 123.
図２（ａ）に示すように、本実施形態のインピーダンス整合器１４は、可動部の位置によってインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子として、可動部の位置に応じてインダクタンスが変化する可変インダクタ１４１、１４２を備えている。
可変インダクタ１４１は、可動部の位置（０〜１００％）に応じて５〜２６μＨの範囲でインダクタンスが変化し、可変インダクタ１４２は、可動部の位置（０〜１００％）に応じて５〜２５μＨの範囲でインダクタンスが変化するものである。図２（ａ）に示すインピーダンス整合器１４の構成は、高周波電源１３から印加される高周波電力の周波数が例えば３８０ｋＨｚ、２ＭＨｚの場合に好ましく用いられる。
ただし、本発明はこれに限るものではなく、図２（ｂ）に示すように、可動部の位置によってインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子として、可動部の位置に応じてキャパシタンスが変化する可変コンデンサ１４１Ａ、１４２Ａを備えたインピーダンス整合器１４Ａを用いることも可能である。可変コンデンサ１４１Ａは、可動部の位置（０〜１００％）に応じて６０〜５００ｐＦの範囲でキャパシタンスが変化し、可変コンデンサ１４２Ａは、可動部の位置（０〜１００％）に応じて７０〜１４００ｐＦの範囲でキャパシタンスが変化するものである。図２（ｂ）に示すインピーダンス整合器１４Ａの構成は、高周波電源１３から印加される高周波電力の周波数が例えば１３．５６ＭＨｚの場合に好ましく用いられる。
なお、本実施形態の可変インピーダンス素子（可変インダクタ１４１、１４２、可変コンデンサ１４１Ａ、１４２Ａ）の可動部は、インピーダンス整合器１４、１４Ａが具備するモーター（図示せず）の駆動によって移動し、例えば、０％の位置から１００％の位置に移動するのに、１．５秒程度の時間を要する。すなわち、モーターによって機械的に可動部を移動させることでインピーダンスを変化させる構成であるため、インピーダンスの変化に比較的長い時間を要する。このため、後述する異常放電予知装置２で異常放電の発生を予知した後に、瞬時にインピーダンスが変化しない（インピーダンス整合器１４と試料台本体１２１との間を通電する電流値が瞬時に増加しない）ため、被処理基板Ｓ等の損傷を未然に防止し易いという利点がある。
As shown in FIG. 2A, the impedance matching unit 14 of the present embodiment is a variable impedance element whose impedance changes according to the position of the movable part, and variable inductors 141 and 142 whose inductance changes according to the position of the movable part. It has.
The variable inductor 141 changes in inductance in the range of 5 to 26 μH depending on the position of the movable part (0 to 100%), and the variable inductor 142 is 5 to 25 μH depending on the position of the movable part (0 to 100%). Inductance changes in the range. The configuration of the impedance matching unit 14 shown in FIG. 2A is preferably used when the frequency of the high frequency power applied from the high frequency power supply 13 is, for example, 380 kHz or 2 MHz.
However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 2B, as a variable impedance element whose impedance changes according to the position of the movable part, a variable capacitor 141A whose capacitance changes according to the position of the movable part. , 142 </ b> A can be used. The capacitance of the variable capacitor 141A varies in the range of 60 to 500 pF depending on the position of the movable part (0 to 100%), and the variable capacitor 142A is 70 to 1400 pF depending on the position of the movable part (0 to 100%). The capacitance changes in the range of. The configuration of the impedance matching unit 14A shown in FIG. 2B is preferably used when the frequency of the high frequency power applied from the high frequency power supply 13 is 13.56 MHz, for example.
In addition, the movable part of the variable impedance elements (variable inductors 141 and 142, variable capacitors 141A and 142A) of the present embodiment is moved by driving a motor (not shown) included in the impedance matching units 14 and 14A. It takes about 1.5 seconds to move from the 0% position to the 100% position. That is, since the impedance is changed by moving the movable part mechanically by the motor, a relatively long time is required for the change of the impedance. For this reason, after the occurrence of abnormal discharge is predicted by the abnormal discharge prediction device 2 described later, the impedance does not change instantaneously (the value of the current flowing between the impedance matching unit 14 and the sample base body 121 does not increase instantaneously). Therefore, there is an advantage that it is easy to prevent damage to the substrate S to be processed.
本実施形態の異常放電予知装置２は、上記の構成を有するプラズマ処理装置１の異常放電を予知する装置であり、高周波電源１３及びインピーダンス整合器１４に接続された取得部２１と、記憶部２２と、演算制御部２３とを備えている。本実施形態の異常放電予知装置２が備える演算制御部２３は、好ましい構成として、高周波電源１３に接続されている。異常放電予知装置２は、パーソナルコンピュータや、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）や、これらの組み合わせ等から構成される。 The abnormal discharge prediction device 2 of the present embodiment is a device that predicts abnormal discharge of the plasma processing apparatus 1 having the above-described configuration, and an acquisition unit 21 connected to the high-frequency power source 13 and the impedance matching unit 14, and a storage unit 22. And an arithmetic control unit 23. The arithmetic control unit 23 provided in the abnormal discharge prediction device 2 of the present embodiment is connected to the high frequency power supply 13 as a preferred configuration. The abnormal discharge prediction device 2 is configured by a personal computer, a PLC (programmable logic controller), a combination thereof, or the like.
異常放電予知装置２の記憶部２２には、異常放電の予知対象である被処理基板Ｓと同種（同じサイズ、同じ電気的特性）の調査用被処理基板にプラズマ処理装置１でプラズマ処理を施した際に、前記調査用被処理基板の下面で異常放電が発生した場合において測定されたインピーダンス整合器１４と試料台本体１２１との間を通電する電流値に基づき決定された異常放電を予知するためのしきい値が予め記憶されている。 In the storage unit 22 of the abnormal discharge prediction device 2, the plasma processing device 1 performs plasma processing on the processing target substrate of the same type (the same size and the same electrical characteristics) as the processing target substrate S that is the target of abnormal discharge prediction. When the abnormal discharge occurs on the lower surface of the substrate to be investigated, the abnormal discharge determined based on the current value flowing between the impedance matching device 14 and the sample base body 121 is predicted. A threshold value is stored in advance.
電流値は、図１に示すように、インピーダンス整合器１４と試料台本体１２１とを接続する導線を変流器３で囲繞することで測定可能である。なお、変流器３は、電流値の測定値に基づきしきい値を決定した後に取り外せばよい。
図３は、異常放電の予知対象である被処理基板Ｓと同種の調査用被処理基板（８インチ、Ｓｉウェハ）にプラズマ処理装置１でプラズマ処理を施した際に、前記調査用被処理基板の下面で異常放電が発生した場合のインピーダンス整合器１４と試料台本体１２１との間を通電する電流値の測定結果例を示す図である。
図３に示すように、少なくとも同種の処理ガス（Ａｒ）を用いて同種の被処理基板にプラズマ処理を施す限りにおいて、試料台本体１２１に印加する電力値（高周波電源１３から印加する電力値）やアンテナ１７に印加する電力値（高周波電源１５から印加する電力値）を変化させたとしても、ほぼ一定の電流値（図３に示す例では、８．１５０Ａ）以上で異常放電が発生することが分かる。
従い、上記一定の電流値に基づき異常放電を予知するためのしきい値を決定すれば、異常放電の予知対象である被処理基板Ｓにプラズマ処理を施している際のインピーダンス整合器１４と試料台本体１２１との間を通電する電流値を予測することで、この予測値がしきい値を超えた場合に異常放電が発生するおそれがあると判断することが可能である。図３に示す例では、例えば、上記一定の電流値よりも小さい（例えば上記一定の電流値の９０％程度の）電流値である７Ａがしきい値として決定され、記憶部２２に記憶される。
As shown in FIG. 1, the current value can be measured by surrounding the conducting wire connecting the impedance matching device 14 and the sample stage main body 121 with the current transformer 3. In addition, what is necessary is just to remove the current transformer 3 after determining a threshold value based on the measured value of an electric current value.
FIG. 3 shows the substrate to be processed for inspection when the plasma processing apparatus 1 performs plasma processing on the substrate to be processed for inspection (8-inch, Si wafer) of the same type as the substrate to be processed S that is a target for predicting abnormal discharge. It is a figure which shows the example of a measurement result of the electric current value which supplies between the impedance matching device 14 and the sample stand main body 121 when abnormal discharge generate | occur | produces in the lower surface of this.
As shown in FIG. 3, as long as plasma processing is performed on the same type of substrate to be processed using at least the same type of processing gas (Ar), the power value applied to the sample stage main body 121 (the power value applied from the high frequency power source 13). Even if the power value applied to the antenna 17 (the power value applied from the high-frequency power supply 15) is changed, abnormal discharge occurs at an almost constant current value (8.150 A in the example shown in FIG. 3) or more. I understand.
Therefore, if the threshold for predicting abnormal discharge is determined based on the constant current value, the impedance matching unit 14 and the sample when the substrate to be processed S, which is the target of abnormal discharge, is subjected to plasma processing. By predicting the value of the current that flows between the base body 121 and the predicted value exceeds the threshold value, it is possible to determine that there is a possibility that abnormal discharge may occur. In the example illustrated in FIG. 3, for example, 7A, which is a current value smaller than the constant current value (for example, about 90% of the constant current value) is determined as a threshold value and stored in the storage unit 22. .
異常放電予知装置２の記憶部２２には、異常放電の予知対象である被処理基板Ｓにプラズマ処理を施している際のインピーダンス整合器１４と試料台本体１２１との間を通電する電流値を予測するのに供するため、インピーダンス整合器１４が具備する可変インピーダンス素子１４１、１４２の可動部の位置と、インピーダンス整合器１４のインピーダンスとの対応関係も予め記憶されている。
図４は、記憶部２２に記憶される、インピーダンス整合器１４が具備する可変インピーダンス素子１４１、１４２の可動部の位置と、インピーダンス整合器１４のインピーダンス（インピーダンスの抵抗成分（実数成分））との対応関係の例を示す図である。インピーダンス整合器１４のインピーダンスは、インピーダンスアナライザやネットワークアナライザ等を用いて測定することが可能であるため、可変インピーダンス素子１４１、１４２の可動部の位置を適宜変えて（図４に示す例では、５％ピッチで位置を変更している）、各位置でのインピーダンス整合器１４のインピーダンスを測定することで、対応関係を求めることが可能である。
The storage unit 22 of the abnormal discharge prediction apparatus 2 stores a current value for energizing between the impedance matching unit 14 and the sample stage main body 121 when the substrate to be processed S that is the target of abnormal discharge is subjected to plasma processing. For the purpose of prediction, the correspondence between the position of the movable part of the variable impedance elements 141 and 142 included in the impedance matching unit 14 and the impedance of the impedance matching unit 14 is also stored in advance.
FIG. 4 shows the positions of the movable parts of the variable impedance elements 141 and 142 included in the impedance matching unit 14 and the impedance of the impedance matching unit 14 (resistance component of the impedance (real number component)) stored in the storage unit 22. It is a figure which shows the example of a correspondence. Since the impedance of the impedance matching unit 14 can be measured using an impedance analyzer, a network analyzer, or the like, the positions of the movable parts of the variable impedance elements 141 and 142 are appropriately changed (in the example shown in FIG. It is possible to obtain the correspondence by measuring the impedance of the impedance matching unit 14 at each position.
以上に説明したように、記憶部２２には、異常放電を予知するためのしきい値、及び、可変インピーダンス素子１４１、１４２の可動部の位置と、インピーダンス整合器１４のインピーダンスとの対応関係が予め記憶される。記憶部２２にこれらの情報が予め記憶された状態で、異常放電予知装置２は、異常放電の予知対象である被処理基板Ｓにプラズマ処理を施している際に当該被処理基板Ｓの異常放電を予知する。
以下、図５を適宜参照しつつ、異常放電予知装置２による被処理基板Ｓの異常放電の予知手順について説明する。
As described above, the storage unit 22 has a correspondence relationship between the threshold value for predicting abnormal discharge, the position of the movable unit of the variable impedance elements 141 and 142, and the impedance of the impedance matching unit 14. Stored in advance. In a state in which these pieces of information are stored in the storage unit 22 in advance, the abnormal discharge prediction apparatus 2 performs abnormal plasma discharge on the target substrate S when the target substrate S that is the target of abnormal discharge is being subjected to plasma processing. Foresee.
Hereinafter, a procedure for predicting abnormal discharge of the substrate S to be processed by the abnormal discharge prediction device 2 will be described with reference to FIG. 5 as appropriate.
図５は、異常放電予知装置２が行う異常放電の予知手順を示すフロー図である。
前述のように、異常放電予知装置２の記憶部２２には、異常放電を予知するためのしきい値、及び、可変インピーダンス素子１４１、１４２の可動部の位置と、インピーダンス整合器１４のインピーダンスとの対応関係が予め記憶される（図５のＳ１）。
FIG. 5 is a flowchart showing an abnormal discharge prediction procedure performed by the abnormal discharge prediction device 2.
As described above, the storage unit 22 of the abnormal discharge prediction device 2 includes the threshold for predicting abnormal discharge, the positions of the movable parts of the variable impedance elements 141 and 142, and the impedance of the impedance matching unit 14. Are previously stored (S1 in FIG. 5).
次に、異常放電予知装置２の取得部２１は、異常放電の予知対象である被処理基板Ｓにプラズマ処理装置１でプラズマ処理を施している際に、高周波電源１３から印加する電力値を取得すると共に、インピーダンス整合器１４から可変インピーダンス素子１４１、１４２の可動部の位置を取得する（図５のＳ２）。 Next, the acquisition unit 21 of the abnormal discharge prediction device 2 acquires the power value applied from the high frequency power supply 13 when the plasma processing apparatus 1 is performing plasma processing on the substrate to be processed S that is the target of abnormal discharge prediction. At the same time, the positions of the movable parts of the variable impedance elements 141 and 142 are acquired from the impedance matching unit 14 (S2 in FIG. 5).
演算制御部２３は、取得部２１が取得した電力値及び可動部の位置と、記憶部２２に記憶された対応関係とに基づき、インピーダンス整合器１４と試料台本体１２１との間を通電する電流の予測値を算出する（図５のＳ３、Ｓ４）。
具体的には、まず最初に、演算制御部２３は、取得部２１が取得した可動部の位置と、記憶部２２に記憶された対応関係（図４参照）とに基づき、可動部の位置を取得した時点でのインピーダンス整合器１４のインピーダンスを算出する（図５のＳ３）。
例えば、図４に示す例で説明すれば、取得部２１が取得した可動部の位置が、可変インピーダンス素子１４１について３０％、可変インピーダンス素子１４２について２５％であったとすれば、演算制御部２３は、インピーダンス整合器１４のインピーダンス（インピーダンスの抵抗成分（実数成分））が１８．９Ωであると算出することになる。
なお、取得部２１が取得した可動部の位置は、記憶部２２に記憶された位置と完全に合致するとは限らない。記憶部２２には、通常、可動部の離散的な位置（図４に示す例では５％ピッチ毎の位置）しか記憶されておらず、取得部２１が取得した可動部の位置（すなわち、インピーダンスが整合する可動部の位置）が、この記憶された離散的な位置に合致するとは限らないからである。双方の位置が合致しない場合、演算制御部２３は、記憶部２２に記憶された位置の中で、取得部２１が取得した可動部の位置に最も近い位置を選択し、この選択した位置に対応するインピーダンス整合器１４のインピーダンスを算出すればよい。あるいは、記憶部２２に記憶された位置及びこれに対応付けられたインピーダンスを内挿し、取得部２１が取得した可動部の位置に対応するインピーダンスを新たに算出することも可能である。
The calculation control unit 23 is a current that flows between the impedance matching unit 14 and the sample stage main body 121 based on the power value acquired by the acquisition unit 21 and the position of the movable unit and the correspondence relationship stored in the storage unit 22. Is calculated (S3, S4 in FIG. 5).
Specifically, first, the arithmetic control unit 23 determines the position of the movable unit based on the position of the movable unit acquired by the acquisition unit 21 and the correspondence relationship (see FIG. 4) stored in the storage unit 22. The impedance of the impedance matching unit 14 at the time of acquisition is calculated (S3 in FIG. 5).
For example, in the example illustrated in FIG. 4, if the position of the movable part acquired by the acquisition unit 21 is 30% for the variable impedance element 141 and 25% for the variable impedance element 142, the arithmetic control unit 23 is The impedance of the impedance matching unit 14 (impedance resistance component (real number component)) is calculated to be 18.9Ω.
Note that the position of the movable part acquired by the acquisition unit 21 does not necessarily match the position stored in the storage unit 22 completely. The storage unit 22 normally stores only discrete positions of the movable part (in the example shown in FIG. 4, positions at every 5% pitch), and the position of the movable part acquired by the acquisition unit 21 (that is, impedance). This is because the position of the movable part where the two are aligned does not necessarily match the stored discrete position. If the two positions do not match, the calculation control unit 23 selects the position closest to the position of the movable part acquired by the acquisition unit 21 from the positions stored in the storage unit 22, and corresponds to the selected position. What is necessary is just to calculate the impedance of the impedance matching device 14 to perform. Alternatively, it is possible to newly calculate the impedance corresponding to the position of the movable part acquired by the acquisition unit 21 by interpolating the position stored in the storage unit 22 and the impedance associated therewith.
次に、演算制御部２３は、算出したインピーダンスと、取得部２１が取得した電力値とに基づき、電流の予測値を算出する（図５のＳ４）。例えば、算出したインピーダンスの抵抗成分（実数成分）をＲ、取得した電力値をＰとすると、電流の予測値Ｉｒｍｓは、以下の式（１）で算出される。
Ｉｒｍｓ＝Ｐ１／２／Ｒ ・・・（１）
前述した図３には、インピーダンス整合器１４と試料台本体１２１との間を通電する電流値の実際の測定値に加え、上記の式（１）で算出した予測値（計算値）も図示している。図３から分かるように、上記の式（１）で算出した予測値は、比較的良い精度で測定値と一致している。従って、実際に電流値を測定しなくても、上記の予測値を用いることで、精度良く異常放電を予知することが可能である。
Next, the calculation control unit 23 calculates a predicted current value based on the calculated impedance and the power value acquired by the acquisition unit 21 (S4 in FIG. 5). For example, assuming that the resistance component (real number component) of the calculated impedance is R and the acquired power value is P, the predicted current value I rms is calculated by the following equation (1).
I rms = P 1/2 / R (1)
FIG. 3 described above also shows the predicted value (calculated value) calculated by the above equation (1) in addition to the actual measured value of the current value flowing between the impedance matching unit 14 and the sample base body 121. ing. As can be seen from FIG. 3, the predicted value calculated by the above equation (1) matches the measured value with relatively good accuracy. Therefore, even if the current value is not actually measured, the abnormal discharge can be accurately predicted by using the predicted value.
図６は、演算制御部２３が算出する、インピーダンス整合器１４と試料台本体１２１との間を通電する電流の予測値の例を示す図である。具体的には、図６に示す例は、取得部２１が取得した電力値が２０００Ｗであり、取得部２１が取得した可動部の位置が記憶部２２に記憶された位置（図４参照）と合致する場合を示している。
図６に示すように、例えば、取得部２１が取得した可動部の位置が、可変インピーダンス素子１４１について４５％、可変インピーダンス素子１４２について８５％であったとすれば、演算制御部２３は、電流予測値が６．８９Ａであると算出する。また、可変インピーダンス素子１４１について４５％、可変インピーダンス素子１４２について８０％であったとすれば、演算制御部２３は、電流予測値が７．０８Ａであると算出する。図６では、記憶部２２に記憶されたしきい値（本実施形態では７Ａ）以下である電流予測値にハッチングを施している。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a predicted value of a current flowing between the impedance matching unit 14 and the sample stage main body 121, which is calculated by the arithmetic control unit 23. Specifically, in the example shown in FIG. 6, the power value acquired by the acquisition unit 21 is 2000 W, and the position of the movable unit acquired by the acquisition unit 21 is stored in the storage unit 22 (see FIG. 4). The case where it matches is shown.
As shown in FIG. 6, for example, if the position of the movable part acquired by the acquisition unit 21 is 45% for the variable impedance element 141 and 85% for the variable impedance element 142, the arithmetic control unit 23 determines the current prediction. The value is calculated to be 6.89A. If the variable impedance element 141 is 45% and the variable impedance element 142 is 80%, the arithmetic control unit 23 calculates that the predicted current value is 7.08A. In FIG. 6, hatching is applied to a current predicted value that is equal to or less than a threshold value (7 A in the present embodiment) stored in the storage unit 22.
次に、演算制御部２３は、上記のようにして算出した電流予測値が、記憶部２２に記憶されたしきい値を超えるか否かを評価する（図５のＳ５）。
例えば、電流予測値が６．８９Ａの場合には、しきい値である７Ａを超えていないため（図５のＳ５の「Ｎｏ」）、演算制御部２３は、まだ被処理基板Ｓの下面に異常放電が発生するおそれがないと判断し、高周波電源１３からの高周波電力の印加を継続させる（図５のＳ６）。そして、取得部２１による電力値及び可動部の位置の取得（図５のＳ２）に戻って、前述と同様の動作（図５のＳ３〜Ｓ５）を繰り返す。
一方、例えば、電流予測値が７．０８Ａの場合には、しきい値である７Ａを超えているため（図５のＳ５の「Ｙｅｓ」）、演算制御部２３は、まだ被処理基板Ｓの下面に異常放電が発生するおそれがあると判断し、高周波電源１３からの高周波電力の印加を停止させる（図５のＳ７）。これにより、異常放電による被処理基板Ｓ等の損傷を確実に防止することが可能である。
Next, the arithmetic control unit 23 evaluates whether or not the predicted current value calculated as described above exceeds the threshold value stored in the storage unit 22 (S5 in FIG. 5).
For example, when the predicted current value is 6.89 A, since it does not exceed the threshold value of 7 A (“No” in S5 in FIG. 5), the arithmetic control unit 23 is still on the lower surface of the substrate S to be processed. It is determined that there is no possibility of abnormal discharge, and application of high frequency power from the high frequency power supply 13 is continued (S6 in FIG. 5). And it returns to acquisition of the electric power value by the acquisition part 21, and the position of a movable part (S2 of FIG. 5), and the same operation | movement (S3-S5 of FIG. 5) is repeated.
On the other hand, for example, when the predicted current value is 7.08 A, it exceeds the threshold value of 7 A (“Yes” in S5 of FIG. 5), so the arithmetic control unit 23 still has the substrate S to be processed. It is determined that abnormal discharge may occur on the lower surface, and the application of high-frequency power from the high-frequency power source 13 is stopped (S7 in FIG. 5). Thereby, it is possible to reliably prevent damage to the substrate to be processed S due to abnormal discharge.
１・・・異常放電予知装置
２・・・プラズマ処理装置
３・・・変流器
１１・・・チャンバ
１２・・・試料台
１３・・・高周波電源
１４・・・インピーダンス整合器
２１・・・取得部
２２・・・記憶部
２３・・・演算制御部
１００・・・異常放電予知機能付きプラズマ処理装置
１２１・・・試料台本体
１２２・・・誘電層
Ｓ・・・被処理基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Abnormal discharge prediction apparatus 2 ... Plasma processing apparatus 3 ... Current transformer 11 ... Chamber 12 ... Sample stand 13 ... High frequency power supply 14 ... Impedance matching device 21 ... Acquisition unit 22 ... storage unit 23 ... calculation control unit 100 ... plasma processing apparatus 121 with abnormal discharge prediction function ... sample base body 122 ... dielectric layer S ... substrate to be processed
Claims (7)
調査用被処理基板に前記プラズマ処理装置でプラズマ処理を施した際に、前記調査用被処理基板の下面で異常放電が発生した場合の前記インピーダンス整合器と前記試料台本体との間を通電する電流値を予め測定する第１ステップと、
前記第１ステップで測定した電流値に基づき、異常放電を予知するためのしきい値を予め決定し、記憶する第２ステップと、
前記インピーダンス整合器が具備する前記可変インピーダンス素子の可動部の位置と、前記インピーダンス整合器のインピーダンスとの対応関係を予め記憶する第３ステップと、
異常放電の予知対象である被処理基板に前記プラズマ処理装置でプラズマ処理を施している際に、前記高周波電源から印加する電力値を取得すると共に、前記インピーダンス整合器から前記可変インピーダンス素子の可動部の位置を取得し、該取得した電力値及び可動部の位置と前記第３ステップで記憶した対応関係とに基づき、前記インピーダンス整合器と前記試料台本体との間を通電する電流の予測値を算出する第４ステップと、
前記第４ステップで算出した予測値が前記第２ステップで記憶したしきい値を超えた場合、前記予知対象である被処理基板の下面に異常放電が発生するおそれがあると判断する第５ステップと、
を含むことを特徴とするプラズマ処理装置の異常放電予知方法。 A chamber, a sample stage disposed in the chamber, a high-frequency power source, and an impedance matching unit including a variable impedance element whose impedance varies depending on the position of the movable part, the sample stage being a metal sample stage A main body and a dielectric layer formed on the main body of the sample base, and a predetermined processing gas is supplied into the chamber to be turned into plasma, and the sample base is supplied from the high-frequency power source through the impedance matching unit. A method for predicting an abnormal discharge of a plasma processing apparatus that applies plasma processing to a substrate to be processed placed on the dielectric layer by applying high-frequency power to a main body,
When plasma processing is performed on the substrate to be investigated by the plasma processing apparatus, an electric current is passed between the impedance matching unit and the sample stage main body when abnormal discharge occurs on the bottom surface of the substrate to be examined. A first step of measuring a current value in advance;
A second step of predetermining and storing a threshold for predicting abnormal discharge based on the current value measured in the first step;
A third step of storing in advance a correspondence relationship between the position of the movable part of the variable impedance element included in the impedance matching unit and the impedance of the impedance matching unit;
When the plasma processing apparatus is performing plasma processing on the substrate to be processed that is to be predicted for abnormal discharge, the power value applied from the high-frequency power source is acquired, and the movable portion of the variable impedance element is obtained from the impedance matching device. , And based on the acquired power value and the position of the movable part and the correspondence stored in the third step, the predicted value of the current flowing between the impedance matching unit and the sample base body is calculated. A fourth step of calculating;
Fifth step for determining that there is a possibility that abnormal discharge may occur on the lower surface of the substrate to be processed as the prediction target when the predicted value calculated in the fourth step exceeds the threshold value stored in the second step. When,
An abnormal discharge prediction method for a plasma processing apparatus, comprising:
前記高周波電源及び前記インピーダンス整合器に接続された取得部と、記憶部と、演算制御部とを備え、
前記記憶部には、調査用被処理基板に前記プラズマ処理装置でプラズマ処理を施した際に、前記調査用被処理基板の下面で異常放電が発生した場合において測定された前記インピーダンス整合器と前記試料台本体との間を通電する電流値に基づき決定された異常放電を予知するためのしきい値、並びに、前記インピーダンス整合器が具備する前記可変インピーダンス素子の可動部の位置と、前記インピーダンス整合器のインピーダンスとの対応関係が予め記憶されており、
前記取得部は、異常放電の予知対象である被処理基板に前記プラズマ処理装置でプラズマ処理を施している際に、前記高周波電源から印加する電力値を取得すると共に、前記インピーダンス整合器から前記可変インピーダンス素子の可動部の位置を取得し、
前記演算制御部は、前記取得部が取得した電力値及び可動部の位置と、前記記憶部に記憶された対応関係とに基づき、前記インピーダンス整合器と前記試料台本体との間を通電する電流の予測値を算出し、該算出した予測値が前記記憶部に記憶されたしきい値を超えた場合、前記予知対象である被処理基板の下面に異常放電が発生するおそれがあると判断することを特徴とするプラズマ処理装置の異常放電予知装置。 A chamber, a sample stage disposed in the chamber, a high-frequency power source, and an impedance matching unit including a variable impedance element whose impedance varies depending on the position of the movable part, the sample stage being a metal sample stage A main body and a dielectric layer formed on the main body of the sample base, and a predetermined processing gas is supplied into the chamber to be turned into plasma, and the sample base is supplied from the high-frequency power source through the impedance matching unit. An apparatus for predicting abnormal discharge of a plasma processing apparatus for performing plasma processing on a substrate to be processed placed on the dielectric layer by applying high-frequency power to a main body,
An acquisition unit connected to the high-frequency power source and the impedance matching unit, a storage unit, and an arithmetic control unit,
The storage unit includes the impedance matching unit measured when an abnormal discharge occurs on the lower surface of the investigation target substrate when the investigation target substrate is subjected to plasma processing by the plasma processing apparatus and the investigation target substrate. Threshold value for predicting abnormal discharge determined based on the current value flowing between the sample stage main body, the position of the movable portion of the variable impedance element provided in the impedance matching device, and the impedance matching The correspondence with the impedance of the vessel is stored in advance,
The acquisition unit acquires a power value to be applied from the high-frequency power source when the plasma processing apparatus is performing plasma processing on a substrate to be processed that is a target of abnormal discharge prediction, and the variable value is obtained from the impedance matching unit. Obtain the position of the movable part of the impedance element,
The arithmetic control unit is configured to supply a current between the impedance matching unit and the sample stage main body based on the power value acquired by the acquisition unit and the position of the movable unit and the correspondence relationship stored in the storage unit. If the calculated predicted value exceeds the threshold value stored in the storage unit, it is determined that there is a possibility that abnormal discharge may occur on the lower surface of the substrate to be processed that is the prediction target. An apparatus for predicting abnormal discharge in a plasma processing apparatus.
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