JP6549917B2 - プラズマ処理装置およびそのデータ解析装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマを用いて半導体のウェハ等の試料を加工するプラズマ処理装置およびそのデータ解析装置に係り、特に、試料のプラズマ処理時におけるデータを解析しこのデータを利用して試料をプラズマ処理する技術に関する。

試料上に形成される半導体装置などの微細形状を得るために、チャンバ内の物質を電離した状態（プラズマ状態）にし、その物質の作用（ウェハ表面における反応）によりウェハ上の物質を取り去るプラズマ処理が行われる。

プラズマによる電離現象は発光現象を伴うため、プラズマを利用して処理を行うプラズマ処理装置には、分光器を搭載し、プラズマの発する光をモニタできるようにしている。分光器にて計測されたデータを以下では、ＯＥＳデータと呼ぶ（ＯＥＳ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）。

多数のウェハについて同じプラズマ処理を行う場合、それぞれの処理の結果が一定になるように、ＯＥＳデータや電圧値のようなプラズマ処理をモニタするデータを用いて、プラズマ処理の監視や制御が行われている。

特許文献１には、プラズマ処理装置でプラズマ放電が安定した安定放電領域における、マッチングボックスの電圧値等の時系列データを取得し、取得した時系列データの指定した時間区間における値の差分や標準偏差を用いて、プラズマ処理を監視し異常を検出する方法が記載されている。

特許文献２には、装置のプロセス状態を反映したプラズマ処理を行うために、プラズマ処理時のＯＥＳデータを用いて、プラズマ処理をRun−to−Run制御する方法が記載されている。

特開２００７−２１４２５４号公報 特許５５９６８３２号公報

プラズマ処理においては、ウェハのプラズマ処理を重ねるごとに、プラズマ処理を行うチャンバ内部の壁面に付着した反応生成物の状態や部品の消耗具合が経時的に変化する。反応生成物の付着や部品の消耗の経時変化をＯＥＳデータから計測できれば、反応生成物の付着状態や部品の消耗状態に合わせて装置を適切に管理したり、制御したりすることが可能になる。

ＯＥＳデータは、後述するように発光の波長と時間の組合せごとに発光強度が計測された膨大なデータである。ＯＥＳデータの値は、発光の波長によって異なり、またプラズマ処理中の時間の経過に応じて変化する。そのため、多数の発光の波長と時間区間の組み合わせになる膨大なデータの中から、プラズマ処理の監視や、制御に用いる最適の波長と時間区間の組合せを特定することが望ましい。

特許文献１に示された方法は、１つのデータ収集時間の時系列データを収集し、そのデータが規定値を超えていないかを評価するものである。特許文献１は、取得した膨大な時系列データの中から、差分や標準偏差を算出する最適のデータ、すなわち異常検出の対象となる最適の時間区間を決定する方法についての言及はない。

また特許文献２に示す方法も、膨大なＯＥＳデータの中から、プラズマ処理の制御に用いる最適のデータ（発光波長と時間区間）を特定する方法を提供していない。

本発明は、プラズマ処理の制御に用いる最適のデータ（発光波長と時間区間）を特定するデータ解析装置及び、そのデータを利用して安定したプラズマ処理を実現するプラズマ処理装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な例によれば、データ解析装置において、プラズマを発生させてウェハをプラズマ処理するときの発生させるプラズマの発光波長帯域の中から波長と時間区間の組合せを作成し、この作成したそれぞれの波長と時間区間の組合せについてウェハの処理回数と発光強度との間の相関をロットごとに計算し、波長と時間区間の組合せの中からロットごとに計算した相関が高いものを、プラズマ処理の監視や制御に用いる波長と時間区間として選択することを特徴とする。

本発明によれば、膨大なＯＥＳデータの中から、プラズマ処理の監視や制御に用いる特定の波長と特定の時間区間の組合せを短時間で特定でき、プラズマ処理結果の安定化を実現できる。

本発明の第１の実施例に係る、データ解析装置を備えたプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。 図１のプラズマ処理装置の、プラズマ処理部の構成例を示すブロック図である。 第１の実施例における、プラズマ処理区間と時間区間を説明する図である。 ＯＥＳデータに基づき、プラズマ発光強度と波長帯域、及び、プラズマ処理の時間の関係の例を説明するグラフである。 図１のデータ解析装置の記憶部に保持された、ウェハ処理回数データのテーブル例を示す図である。 図１の記憶部に保持された、ＯＥＳデータのテーブル例を示す表である。 図１の記憶部に保持された、波長ＩＤデータのテーブル例を示す表である。 図１の記憶部に保持された、相関データのテーブル例を示す表である。 第１の実施例における、プラズマ処理区間内の複数の時間区間におけるＯＥＳデータ、及び相関の例を示す図である。 第１の実施例における、データ解析装置の演算部による解析処理を示すフロー図である。 図１の入力部において、解析対象波長入力部と解析実行ボタンが表示された画面の正面図である。 図９の解析処理で保存される、中間データのテーブル例を示す表である。 図９の解析処理における、相関の方向の算出処理を説明するウェハ総処理回数と発光強度平均の関係を示す散布図である。 図１の出力部において、データ解析装置による解析結果を表示する画面の正面図である。 図９の詳細解析処理の途中で保存される詳細解析中間データのテーブル例を示す表である。 図１の出力部において、データ解析装置による詳細解析処の結果を表示する画面の正面図である。 解析処理の結果、図１の記憶部に保持された、詳細解析データのテーブル例を示す表である。 本発明の第２の実施例における、プラズマ処理の時間区間を説明する図である。 本発明の第３の実施例に係る、プラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施例における、相関データに基づくプラズマ処理の制御を説明する図である。

本発明の代表的な実施の形態によれば、データ解析装置を有するプラズマ処理装置であって、プラズマ処理の際に得られる複数のエレメントの波長及び時間における発光強度を示すプラズマ発光データ（ＯＥＳデータ）とウェハの処理回数のデータを取得し、プラズマ発光データの異なる波長と異なる時間区間からなる複数の組合せについて、各々の波長と時間区間の組合せにおける発光強度の平均値とウェハ処理回数との相関の高さを評価し、相関の高いプラズマ発光データの波長と時間区間の組合せを特定する。あるいはまた、データ解析装置において、ウェハをプラズマ処理するときのプラズマの発光波長帯域の中から、各エレメントの波長と複数の時間区間の組合せを作成し、この作成したそれぞれの組合せについてウェハの処理回数と発光強度との間の相関をロット毎に計算し、これらの組合せの中からロット毎に計算した相関が高いものを、プラズマ処理の監視や制御に用いる「特定の波長と特定の時間区間」として選択する処理を行うようにした。
なお、本発明では、プラズマ中に含まれる各元素や化合物をエレメント、これら中の特定のエレメントと該エレメントの発光する光の波長との組み合わせを「波長ＩＤ」と定義する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本発明の第１の実施例に係る、データ解析装置を備えたプラズマ処理装置について、図１〜図１５Ｂを参照しながら、詳細に説明する。

［プラズマ処理装置］
図１の構成図に示すように、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理部１０とデータの解析装置２０と入力部３０と出力部３１と通信インタフェース部（通信ＩＦ部）３２とを有し、これらはバス３３を介して相互に接続されている。

プラズマ処理部１０は、プラズマ加工部１１と分光器１２と制御部１３とメモリ１４とを備え、インタフェース部（ＩＦ部）１１０を介してバス３３に接続されている。プラズマ加工部１１は、そのチャンバ内にプラズマを発生させてウェハを加工（エッチング処理）する。分光器１２は、ウェハのエッチング処理が行われる間にプラズマの発光データであるＯＥＳデータを取得する。この分光器１２は、プロセスモニタとして機能し、エッチング処理のプロセスに応じて変化するプラズマからの光を波長ごとに分解し、各波長の強度のデータを取得する。ＯＥＳデータはＩＦ部１１０を介してデータ解析装置２０が有する記憶部２２に格納される。制御部１３は、プラズマ加工部１１での処理を制御する。メモリ１４には、プラズマ処理を実行するためのプログラムや処理レシピなどのデータが保持されている。プラズマ処理部１０の詳細を後述の図２にて説明する。

データ解析装置２０は、プラズマ処理の監視や制御に用いる波長と時間区間の組合せを特定するデータの解析処理を行う。データ解析装置２０は、データを解析する演算部２１と、記憶部２２と、インタフェース部（ＩＦ部）２１０を備えている。

記憶部２２は、ウェハの処理回数を記憶するウェハ処理回数データ記憶領域２３と、エッチング処理中に得られた分光器の計測値（ＯＥＳデータ）を記憶するＯＥＳデータ記憶領域２４と、エレメントの発する光の波長（「エレメントの波長」）の情報を波長ＩＤとして記憶するエレメント波長データ記憶領域２５と、演算部２１の行う解析処理の結果のデータを記憶する相関データ記憶領域２６と、演算部２１の行う詳細な解析処理の結果のデータを記憶する詳細解析データ記憶領域２７と、演算プログラム２８を備えている。

演算部２１は、記憶部２２のウェハ処理回数データ記憶領域２３に記憶されたウェハ処理回数データと、ＯＥＳデータ記憶領域２４に記憶されたＯＥＳデータと、エレメント波長データ記憶領域２５に記憶された波長ＩＤとを用いて、演算プログラム２８を実行することにより、波長と時間区間の組合せごとに発光強度とウェハ処理回数との相関を順次評価し、プラズマ処理の監視や制御に用いる波長と時間区間の組合せを特定する処理を行う。演算部２１が演算プログラム２８を実行して行う解析処理の詳細については、後述する。

入力部３０は、ユーザ操作による情報入力を受け付ける、例えばマウスやキーボード等である。出力部３１は、ユーザに対して情報を出力するディスプレイやプリンタ等である。なお、入力部３０と出力部３１は、ユーザインタフェースを構成する入出力部として一体に構成されていても良い。通信ＩＦ部３２は、バス３３や外部ネットワーク等を介して他の装置やシステム（既存の生産管理システム等とも接続可能である）と接続し情報送受信を行うためのインタフェースである。バス３３は、各部（１０，２０，３０，３１，３２）を連結する。各部のＩＦ部（１１０，２１０等）は、バス３３を介して情報送受信を行うためのインタフェースである。なお、解析装置２０を解析装置として独立させて、プラズマ処理部１０からなるプラズマ処理装置にＩＦ部２１０を介して接続される形態としても良い。

［プラズマ処理部］
図２に示すように、プラズマ処理部１０のプラズマ加工部１１は、真空排気手段（図示略）で内部を真空に排気されるチャンバ１１１と、１対の電極１１２ａ及び１１２ｂと、チャンバ１１１の内部を外側から観察する窓１１５と、真空に排気されたチャンバ１１１の内部にウェハ１１４をプラズマ処理するための処理ガスを供給するガス供給器１１７とを備えている。電源ユニット１１８により１対の電極１１２ａ及び１１２ｂに高周波電力を印加し、電極１１２ｂに高周波バイアス電力を印加することにより、真空排気され処理ガスが供給されたチャンバ１１１の内部にプラズマ１１３を発生させる。

すなわち、制御部１３からの指示によって、プラズマ加工部１１は、チャンバ１１１内の試料台にウェハ１１４を載置しチャンバ１１１の内部を真空排気した状態で、ガス供給器１１７から処理ガスを供給し、電極１１２ａ及び１１２ｂに高周波電力を印加することによって、電極１１２ａと１１２ｂとの間で処理ガスをプラズマ化させる。プラズマ化したガス１１３をウェハ１１４に衝突させることでウェハ１１４を加工する。

プラズマ化したガス１１３は、ガス供給器１１７から供給された処理ガスに含まれるＣｌ，Ａｒ等のエレメントやウェハ１１４から加工の過程で発生したＳｉ，Ａｌ等の多種類のエレメントを含んでおり、これらのプラズマ化したガス１１３に含まれている多種類のエレメントに応じた波長の光１１６を発生させる。発生した光１１６は窓１１５を通して分光器１２にて計測・モニタされ、ＩＦ部１１０，２１０を介して解析装置２０の記憶部２２のＯＥＳデータ記憶領域２４に記憶される。

プラズマ処理の終了後には、処理されたウェハ１１４はチャンバ１１１から取り出されて別の装置（計測装置など）に搬送され、また新たな別のウェハ１１４がプラズマ処理部１０のチャンバ１１１内に搬送され、プラズマ処理が行われる。

プラズマ処理部１０は、このプラズマ処理を複数のウェハについて行った後に、チャンバ１１１の内部の状態を調整する調整処理を行う。例えば、ウェハのプラズマ処理とは別の処理ガスを供給し、プラズマ化することでチャンバ内部の壁面に付着した反応生成物を除去するクリーニングなどが調整処理として行われる。その後に、また別の複数のウェハについてプラズマ処理を行う。このようにプラズマ処理部１０は、チャンバ１１１の内部の調整処理とプラズマ処理を繰り返し実行するが、調整処理と調整処理の間にプラズマ処理されたウェハのグループを以下ではロットと呼ぶ。後述の解析装置では、このロット毎に解析処理を行う。

なお、ここでは電極１１２ａ及び１１２ｂに高周波電力を印加してプラズマ処理を行う方式を例に説明したが、マイクロ波をチャンバ内に導入することによりプラズマを発生させるプラズマ処理方式など、他のプラズマ処理の方式であっても良い。

［時間区間］
図３Ａで、本発明の実施例１における、プラズマ処理区間及び時間区間を説明する。
図３Ａにおいて、横軸は時間、縦軸はプラズマの発光強度を示している。「プラズマ処理区間」に、チャンバへ処理ガスを供給し電極に高周波電力を印加することで、処理ガスをプラズマ化し、ロット単位でウェハを処理する。１つのロットのウェハのプラズマ処理の終了に伴い、処理ガスの供給や高周波電力の印加が停止される。なお本実施例では、チャンバへの処理ガスの供給を開始してから終了するまでの時間を「プラズマ処理区間」とするが、他のプラズマ処理に関わる情報を用いて「プラズマ処理区間」を決定しても良い。例えば、電流の値が一定である区間を「プラズマ処理区間」としても良い。

また、本実施例では、「プラズマ処理区間」内を複数の「時間区間」、例えば、Ａ，Ｂ、あるいは、Ａ，Ｂ，Ｃの「時間区間」に分割する。これにより、各ロットのウェハ単位のプラズマ処理における、「時間区間」とプラズマの発光強度の解析処理とが対応付けられる。

［ＯＥＳデータ］
図３Ｂに、分光器１２にて計測された、Ｓｉ，Ａｌ等の多数のエレメントを含む、プラズマ発光のＯＥＳデータの例として波形信号３０１の時間推移を示す。図３Ｂは、ＯＥＳデータに基づき、プラズマ発光強度と波長帯域、及び、プラズマ処理の時間の関係の例を説明するグラフであり、Ｘ軸は各エレメントの発する光の波長、Ｙ軸は時間、Ｚ軸はプラズマの発光強度を示している。Ｙ軸の時間は、例えば、ｎ枚目のウェハの処理における「時間区間」１−１００に相当する。
図３Ｂに示すように、プラズマ発光の波長帯域と強度は、プラズマ処理の時間の経過とともに変化する。ＯＥＳデータの波形信号３０１は、波長と時間の２次元の要素を持ち、各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値を表している。各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値は、ＯＥＳデータのＩＤと共に、後述のＯＥＳデータ記憶領域２４に格納される。

［解析装置］
図１に示した記憶部２２のウェハ処理回数データ記憶領域２３には、プラズマ処理を行った回数を特定する情報と、ＯＥＳデータのＩＤを特定する情報が格納される。
図４は、ウェハ処理回数データ記憶領域２３の例であるウェハ処理回数データテーブル２３ａを示す。本テーブルは、ロット処理回数欄２３ｂ、ロット内ウェハ処理回数欄２３ｃ、ウェハ総処理回数欄２３ｄ、ＯＥＳデータＩＤ欄２３ｅ、等の各フィールドを有する。
ロット処理回数欄２３ｂには、ロットの処理回数を特定する情報が格納される。ロットは、前述したようにチャンバ１１１内部の状態を調整する調整処理の間にプラズマ処理されるウェハのグループである。ロット１と２の間に、クリーニング処理がなされる。
ロット内ウェハ処理回数欄２３ｃには、同一ロット内における、ウェハをプラズマ処理した回数を特定する情報が格納される。
ウェハ総処理回数欄２３ｄには、ウェハをプラズマ処理した回数を特定する情報が格納される。
ＯＥＳデータＩＤ欄２３ｅには、後述のＯＥＳデータ記憶領域２４のＯＥＳデータテーブル２４ａを特定する情報、ｐ１０１，ｐ１０２，−が格納される。ＯＥＳデータＩＤｐ１０１は、例えば、図３の１枚目のウェハの処理における「時間区間」１の波長と発光強度のデータを示している。

図５は、ＯＥＳデータ記憶領域２４の例であるＯＥＳデータテーブル２４ａを示す。本テーブルは、ＯＥＳデータＩＤ欄２４ｂと、波長欄２４ｃ、プラズマ処理区間欄２４ｄ、発光強度欄２４ｅ、等の各フィールドを有する。この例によれば、プラズマ処理区間は１−１００に分割されている。この例では、プラズマ処理区間の分割数が１００となっているが、この数は解析処理に適した範囲で、適宜、増減できるものとする。なお、本テーブルはＯＥＳデータが計測されたウェハの数だけ存在する。

ＯＥＳデータＩＤ欄２４ｂには、ＯＥＳデータテーブル２４ａとウェハ処理回数データテーブル２３ａとを対応付けるための情報が格納される。ＯＥＳデータＩＤ欄２４ｂに格納される値は、前述のウェハ処理回数データテーブル２３ａのＯＥＳデータＩＤ欄２３ｅに格納される値、ｐ１０１，ｐ１０２，−と対応付けられている。

発光強度欄２４ｅには、波長欄２４ｃの各波長、プラズマ処理区間欄２４ｄの各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値が格納される。

図６は、エレメント波長データ記憶領域２５の例であるエレメント波長データテーブル２５ａを示す。本テーブルは、波長ＩＤ欄２５ｂとエレメント欄２５ｃと波長欄２５ｄ、等の各フィールドを有する。

波長ＩＤ欄２５ｂには、エレメントと波長の組み合わせ、を特定する波長ＩＤの情報が格納される。エレメント欄２５ｃには、プラズマ中に含まれるエレメントの候補を特定する情報が格納される。波長欄２５ｄには、エレメントの発する光の波長（単位ｎｍ）を特定する情報が格納される。
例えば、同じエレメントＳｉであっても、波長２５１ｎｍと波長２８８ｎｍの２種類の光の時間分解発光スペクトルが得られるが、これらのスペクトルは波長ＩＤ１，ＩＤ２のデータとして区別される。

図７は、相関データ記憶領域２６の例である相関データテーブル２６ａを示す。本テーブルは、波長ＩＤ欄２６ｂ、エレメント欄２６ｃ、波長欄２６ｄ、時間区間欄２６ｅ、決定係数平均欄２６ｆ、相関の方向欄２６ｇ、相関方向の一致欄２６ｈ、決定係数最大欄２６ｉ、採用候補欄２６ｊ等の各フィールドを有する。

各フィールドには、後述する解析処理にて情報が格納される。
波長ＩＤ欄２６ｂ及びエレメント欄２６ｃには、波長欄２６ｄで特定される波長を発するエレメントを特定する情報が格納される。
波長欄２６ｄには、プラズマ処理の監視や制御に用いる波長の候補を特定する情報が格納される。後述の説明のために、ここに格納された情報を波長ＷＬと呼ぶ。
時間区間欄２６ｅには、プラズマ処理の監視や制御に用いる時間区間の候補を特定する情報が格納される。後述の説明において、ここに格納された情報を時間区間ＷＬＴと呼ぶ。
後述の解析処理では、波長欄２６ｄ、時間区間欄２６ｅに格納された値を用い、ＯＥＳデータ記憶領域２４に記憶された図６に示したＯＥＳデータテーブル２４ａにおける波長欄２４ｃの波長ＷＬとプラズマ処理区間欄２４ｄの時間区間ＷＬＴにおける発光強度の平均値と、ウェハ処理回数との間で相関の高さを評価する処理を行う。

決定係数平均欄２６ｆには、波長欄２６ｄ及び時間区間欄２６ｅに格納された値で上記のように算出した発光強度平均値とウェハ処理回数との相関の高さを特定する情報が格納される。例えば、相関係数の二乗である決定係数が格納される。この決定係数（ｒ^２又はＲ^２）の算出方法については、後で詳細に述べる。

相関の方向欄２６ｇには、波長欄２６ｄ及び時間区間欄２６ｅに格納された値で上記のように算出した発光強度平均値がウェハ処理回数に従って、増加するか減少するか（正の相関を示すか、負の相関を示すか）を特定する情報が格納される。例えば、増加する場合には増加を示す「＋」の記号が格納され、減少する場合には減少を示す「−」の記号が格納される。
相関方向の一致欄２６ｈには、相関の方向欄２６ｇに格納された情報がエレメント間で一致しているか否かを特定する情報が格納される。本欄については、エレメント欄２６ｃに格納されたエレメントごとに同一の値が格納される。例えば、エレメント欄２６ｃに同一の値が格納された波長欄２６ｄの各波長について、相関の方向欄２６ｇに格納された情報が全て一致する場合もしくは同一のものの割合が予め定められた閾値よりも大きい場合には「○」の記号が格納され、それ以外の場合には「×」の記号が格納される。

決定係数最大欄２６ｉには、相関方向の一致欄２６ｈで一致を示す「○」が格納された波長ＩＤのうち、決定係数平均欄２６ｆに格納された決定係数平均の値が最も大きい波長を示す情報が格納される。例えば、最大の行には「○」の記号が格納される。

採用候補欄２６ｊには、相関方向の一致欄２６ｈで一致を示す「○」が格納された波長ＩＤのうち、決定係数平均欄２６ｆに格納された値が所定の閾値、一例として０．８８以上の大きい波長を示す情報が格納される。例えば、決定係数が最大の波長ＩＤの行には「◎」の記号が格納され、それ以外の決定係数の大きい波長ＩＤの行には「○」の記号が格納される。これは何らかの状況により、決定係数が最大値の波長ＩＤを使えず、閾値を超えている次善の波長ＩＤを使用する可能性があるためである。
ＯＥＳデータの値は、発光するエレメントの発する光の波長によって異なり、またプラズマ処理中の時間の経過に応じて変化する。そのため、多数のエレメントの波長と時間区間からなる膨大な数の組み合わせの中から、プラズマ処理の監視や、制御に用いる波長と時間区間の最適の組合せを特定することが望ましい。

図８は、本発明における、プラズマ処理区間内の複数の時間区間におけるＯＥＳデータ、及び相関の例を示す図である。この例では、プラズマ処理区間内の２つの時間区間Ａ，Ｂにおける発光強度の平均値を各々算出し、発光強度の平均値とウェハ総処理回数の間の相関の高さ（決定係数）と相関の方向がロット毎に算出されている。同じエレメントＳｉと波長２５１ｎｍの組み合わせにおいて、時間区間Ａにおける決定係数（Ｒ２）の平均値は０．７０、時間区間Ｂにおける決定係数の平均値は０．９７となっている。時間区間Ｂの決定係数の平均値がより大きく、また、この時間区間Ｂの決定係数の平均値は、閾値を超えているものとする。この場合、時間区間Ｂの波長と時間区間の組合せを、プラズマ処理の監視や制御に用いる。

図８の例で、仮に、２つの時間区間Ａ，Ｂを纏めて単一の時間区間とした場合、この区間の発光強度の平均値とウェハ総処理回数の間の相関の高さは、時間区間Ｂ単独の場合よりもよりも低くなり、プラズマ処理の監視や、制御に用いるのに適さなくなる。

なお、解析処理の対象となるプラズマ処理区間内は、３つ以上の時間区間に分割しても良い。

［解析装置２０の解析処理］
本実施例による解析装置２０の解析処理は、半導体ウェハをプラズマ処理するプラズマ処理装置において、膨大なプラズマ発光データ（ＯＥＳデータ）の中から、プラズマ処理の監視や制御に用いる最適の波長及び時間区間を特定する解析処理である。
本解析処理は、装置管理者がプラズマ処理装置で複数のウェハをプラズマ処理した後に、そのプラズマ処理装置で同じ仕様のウェハ処理を行う場合の、監視や制御の条件を決定するために利用される。

本実施例による解析処理は、演算プログラム２８により、プラズマに含まれる複数のエレメントの発する光の波長それぞれについて、プラズマ処理の複数の時間区間における発光強度の平均値を算出し、発光強度の平均値とウェハ処理回数の間の相関の高さと相関の方向をロット毎に算出する第１の処理と、ロット毎に算出した前記相関の高さの情報から、プラズマに含まれるエレメントの発する光の波長それぞれについて、相関の高さが最大となる時間区間を特定する第２の処理と、プラズマに含まれるエレメントそれぞれについて、当該エレメントの発する光の波長における相関の方向の一致を判定する第３の処理と、前記の相関の方向の一致の判定結果と、前記の相関の高さの情報とを用いて、相関の方向が一致し、かつ、相関の高さが最大となるエレメントの波長と時間区間の組合せを、相関関係の高い組み合せ、換言すると、プラズマ処理の監視や制御に用いるエレメントの波長と時間区間として特定する第４の処理と、を行うことを特徴とする。

以下に本実施例による解析装置２０において実行される解析処理の流れ、すなわち、演算プログラム２８による解析処理を、図９−図１５Ｂを用いて具体的に説明する。
解析装置２０を起動すると、図１０に示すような入出力部の表示画面Ｄ１００が表示される。操作者は、解析装置２０において解析処理を実行するに際して、解析処理を行うための条件を、図１０に示す表示画面Ｄ１００上で入力する。表示画面Ｄ１００上には、エレメント波長データテーブル２５ａのエレメント欄２５ｃに格納された情報がＤ１０１に、波長欄２５ｄに格納された情報がＤ１０２に、波長ＩＤと共に表示される。この表示画面Ｄ１００上で、操作者が解析対象欄Ｄ１０３に解析対象の波長にチェックを入れ、解析実行を指示する。
すなわち、操作者は、表示画面Ｄ１００上で解析対象欄Ｄ１０３に解析対象の波長ＩＤにチェックを入れ、さらに時間区間欄Ｄ１０４で波長ＩＤ毎に、時間ＩＤで定義された複数の時間区間を入力する。例えば、操作者が時間区間を幾つに分割するかを設定すると、時間区間欄Ｄ１０４の時間ＩＤと対応する時間区間とが自動的に生成・表示される。操作者はこの時間ＩＤを選択して、時間区間を入力する。さらに、操作者が解析実行ボタンＤ１０５をクリックして解析実行を指示すると、解析装置２０は解析処理を実行し、プラズマ処理の監視や制御に適した波長と時間区間の組合せを出力する。
なお、解析対象欄Ｄ１０３で操作者が波長を選択するのではなく、エレメントの発する光の波長を全て自動で選択する構成にしても良い。

解析装置２０は解析処理の開始に伴い、表示画面Ｄ１００から入力された解析対象の波長群、すなわち波長ＩＤ（波長とそのエレメント）と時間区間の情報を、図７に示した相関データテーブル２６ａに格納する（Ｓ１０１）。
次に、Ｓ１０１で作成した解析対象の波長ＩＤそれぞれについて、プラズマ処理区間内の複数の時間区間との組合せを作成し（Ｓ１０２）、相関データテーブル２６ａの各行の、波長と時間区間の組合せについてウェハ処理回数と発光強度の間の相関の高さを示す情報（決定係数）をロット毎に算出する（Ｓ１０３）。また、波長と時間区間の組合せについてウェハ処理回数と発光強度の間の相関の方向を示す情報（単回帰係数）をロット毎に算出する（Ｓ１０４）。算出した決定係数をロット間で平均し（Ｓ１０５）、単回帰係数をロット間で平均する（Ｓ１０６）。この決定係数と単回帰係数のロット間平均を算出し相関の方向を判定する処理を全ての時間区間について行い（Ｓ１０７）、解析対象の波長について、相関の最も大きい時間区間（決定係数最大の時間区間）を特定し、相関データテーブル２６ａに格納する（Ｓ１０８）。

このＳ１０２からＳ１０８の処理を全ての解析対象の波長について行うことで、決定係数が最大となる時間区間を特定する（Ｓ１０９）。また、当該時間区間における決定係数の値と相関の方向が相関データテーブル２６ａに格納される。

次に、算出した相関の方向を用いて、エレメントごとにエレメントの発する光の波長における相関の方向を比較して相関の方向（正負）の一致を判定し（Ｓ１１０）、相関の方向の一致しているエレメントについて、最も相関の高い、すなわち決定係数が最大となる波長と時間区間の組合せを提示する（Ｓ１１１）
次に、操作者から指示があれば、提示した波長について時間区間を細かく分割して相関を計算する詳細解析を実施し（Ｓ１１２）、実施した結果を詳細解析データテーブル２７ａに格納し（Ｓ１１３）、詳細解析の結果を表示して（Ｓ１１４）、終了する。詳細解析を実施しない場合には、（Ｓ１１１）で得られた決定係数が最大となる波長と時間区間の組合せを詳細解析データテーブル２７ａに格納し、終了する。

以下、図９のそれぞれの処理の詳細を順に説明する。
（Ｓ１０１）：演算部２１は、Ｓ１０１で図１０に示す表示画面Ｄ１００上で解析対象欄Ｄ１０３にチェックが入れられた波長Ｄ１０２とそのエレメントＤ１０１を、相関データテーブル２６ａのエレメント欄２６ｃ及び波長欄２６ｄに格納する。
Ｓ１０２からＳ１０９では、相関データテーブル２６ａの各行に格納された波長及びエレメントについて処理を行う。説明では、処理対象の行を第ｉ行（ｉ＝１，２・・・）と呼び、処理対象となる波長を第ｉ行の波長と呼ぶ。処理は第１行から順に行う。

（Ｓ１０２）：演算部２１は、第ｉ行のエレメントと波長について、指定された時間区間との組合せを複数作成し、後述の中間データテーブル２１０ａの波長ＩＤ欄２１０ｂ、エレメント欄２１０ｃ、波長欄２１０ｄ、時間区間欄２１０ｅにそれぞれ情報を格納する。

図１１は、Ｓ１０２からＳ１０８までの計算に利用される中間データテーブル２１０ａを示す。中間データテーブル２１０ａは、波長ＩＤ欄２１０ｂ、エレメント欄２１０ｃ、波長欄２１０ｄ、時間区間欄２１０ｅ、ロット毎の決定係数欄２１０ｆ、決定係数平均欄２１０ｇ、決定係数平均最大欄２１０ｈ、ロット毎の回帰式傾き欄２１０ｉ、傾き平均欄２１０ｊ、相関の方向欄２１０ｋ、等の各フィールドを有する。
各フィールドの値は、Ｓ１０２からＳ１０９の解析処理で値が格納される。

Ｓ１０２では、演算部２１は、第ｉ行のエレメントと波長をエレメント欄２１０ｃと波長欄２１０ｄに格納し、プラズマ処理の時間を指定する時間区間の予め定められた候補を時間区間欄２１０ｅの各行に格納する。例えば、プラズマ処理の前半と後半を示す時間区間が格納される（図１１中の１−５０、５１−１００）。Ｓ１０３からＳ１０７までの各処理では、中間データテーブル２１０ａの各行に格納された時間区間について処理を行う。説明では、処理対象の行を第ｊ行（ｊ＝１，２・・・）と呼び、処理対象となる時間区間を第ｊ行の時間区間と呼ぶ。処理は、第１行から順に行う。

（Ｓ１０３）：演算部２１は、第ｉ行の波長と第ｊ行の時間区間の組合せについて、ロット毎の相関の高さを示す値である決定係数を算出する。
演算部２１は、ウェハ処理回数データテーブル２３ａのロット処理回数欄２３ｂの値ごとに、ロット内ウェハ処理回数と発光強度との間の相関係数を算出し、相関係数の二乗である決定係数をロット毎の決定係数欄２１０ｆに格納する。発光強度の値は、ＯＥＳデータＩＤ欄２３ｅに格納された値で特定されるＯＥＳデータテーブル２４ａにおいて、第ｉ行の波長と第ｊ行の時間区間の組合せに該当する発光強度の平均値が用いられる。なお、発光強度の平均値は、第ｉ行の波長と第ｊ行の時間区間の組合せに該当する発光強度の平均値を、別の波長における発光強度で除した値を用いても良い。

演算部２１は、例えば以下の式（１）から式（４）を用いて算出した値ｒ^２（又はＲ^２）を、決定係数平均欄２１０ｇに格納する。

上記の式において、ｘ_ｉはウェハ処理回数データテーブル２３ａのロット内ウェハ処理回数欄２３ｃに格納された値を示している。ｙ_ｉはＯＥＳデータＩＤ欄２３ｅに格納された値で特定されるＯＥＳデータテーブル２４ａにおいて、第ｉ行の波長と第ｊ行の時間区間の組合せに該当する発光強度の平均値を示している。ｎは現在計算の対象となるロット処理回数欄２３ｂにおけるロット内ウェハ処理回数欄２３ｃ及びＯＥＳデータＩＤ欄２３ｅのデータ数（列数）を示している。Σ記号は、現在計算の対象となるロット処理回数欄２３ｂの全てのデータについて計算を行うことを示している。

先に示した図８の例では、時間区間Ａの決定係数Ｒ^２が０．７０、時間区間Ｂの決定係数Ｒ^２が０．９７となっており、決定係数Ｒ^２の大きい時間区間Ｂのほうが時間区間Ａよりも、ウェハの総処理回数と発光強度との間の相関が高くなっている。従って、プラズマ処理区間の中で、時間区間Ａを除外し、時間区間Ｂの相関データのみをプラズマ処理の監視や制御に用いるのが望ましい。
なお、ロット内ウェハ処理回数と発光強度の決定係数の値は、相関係数の二乗の代わりに、ロット内ウェハ処理回数を説明変数として発光強度を目的変数とする二次関数や三次関数の二乗誤差から算出しても良い。
また、ｘ_ｉとｙ_ｉを入れ替えて計算しても良い。すなわち、ｙ_ｉをウェハ処理回数データテーブル２３ａのロット内ウェハ処理回数欄２３ｃに格納された値とし、ｘ_ｉをＯＥＳデータＩＤ欄２３ｅに格納された値で特定されるＯＥＳデータテーブル２４ａにおいて、第ｉ行の波長と第ｊ行の時間区間の組合せに該当する発光強度の平均値としても良い。

また、ロット内ウェハ処理回数の代わりに、ウェハ総処理回数の値を用いても良い。

（Ｓ１０４）：演算部２１は、第ｉ行の波長と第ｊ行の時間区間の組合せについて、ロット毎の相関の方向を示す値である回帰式の傾きを算出する。

演算部２１は、Ｓ１０３での処理と同様に、ウェハ処理回数データテーブル２３ａのロット処理回数欄２３ｂの値ごとに、ロット内ウェハ処理回数を説明変数として発光強度を目的変数とする単回帰の回帰式を作成し、その一次の係数（傾きを示す係数）をロット毎の回帰式傾き欄２１０ｉに格納する。Ｓ１０３と同様に発光強度の値は、ＯＥＳデータＩＤ欄２３ｅに格納された値で特定されるＯＥＳデータテーブル２４ａにおいて、第ｉ行目の波長と第ｊ行目の時間区間の組合せに該当する発光強度の平均値が用いられる。

演算部２１は、前述の式（１）、式（３）及び以下の式（５）を用いて算出した値ａ_１を回帰式傾き平均欄２１０ｊに格納する。

図１２に、ロット毎に求められた回帰式の模式図を記載する。図１２は、ウェハ総処理枚数と発光強度平均を軸とする散布図であり、Ａ１０１はウェハ総処理回数と発光強度平均の値をプロットした点である。Ａ１０２は、各ロットにおける各点からの距離の二乗和が最小となる直線である。Ａ１０２の回帰式を、ロット毎に作成し、傾きの値がロット毎の回帰式傾き欄２１０ｉに格納される。なお、Ａ１０３、Ａ１０４はクリーニングまたはエージングを示している。クリーニングやエージング時にも図１２に示すような、波長ＩＤ対応の発光強度平均のデータを取得し、制御や監視に利用しても良い。また、アッシング処理においても同様の計算を行っても良い。

（Ｓ１０５）：演算部２１は、第ｉ行の波長と第ｊ行の時間区間の組合せについて、決定係数の平均値を算出する。すなわち、中間データテーブル２１０ａのロット毎の決定係数欄２１０ｆの第ｊ行に格納された値の平均値を算出し、決定係数平均欄２１０ｇの第ｊ行に格納する。

（Ｓ１０６）：演算部２１は、第ｉ行の波長と第ｊ行の時間区間の組合せについて、回帰式傾きの平均値を算出する。すなわち、中間データテーブル２１０ａのロット毎の回帰式傾き欄２１０ｉの第ｊ行に格納された値の平均値を算出し、傾き平均欄２１０ｊの第ｊ行に格納する。また、傾き平均欄２１０ｊの値が正であれば、正の相関がある、すなわちロット内ウェハ処理回数が増加するに従って発光強度平均値の値が増加するとして「＋」の記号を相関の方向欄２１０ｋの第ｊ行に格納する。傾き平均欄２１０ｊの値が負であれば、負の相関がある、すなわちロット内ウェハ処理回数が増加するに従って発光強度平均値の値が減少するとして「−」の記号を相関の方向欄２１０ｋの第ｊ行に格納する。

（Ｓ１０７）：演算部２１は、中間データテーブル２１０ａの全ての行について決定係数平均を算出する処理を行った場合には、次の処理Ｓ１０８に進む。全ての行について処理を行っていない場合には、ｊ＝ｊ＋１として処理Ｓ１０３に戻る。

（Ｓ１０８）：中間データテーブル２１０ａの全ての行について決定係数平均を算出する処理を行った場合には、演算部２１は、処理Ｓ１０８を実行する。
演算部２１は、決定係数平均欄２１０ｇの各行の中で、格納された決定係数平均が最大となる行を特定し、決定係数平均最大欄２１０ｈの当該行に「○」を入力する。また、中間データテーブル２１０ａの時間区間欄２１０ｅの当該行に格納された値を、相関データテーブル２６ａの時間区間欄２６ｅの第ｉ行に格納し、決定係数平均欄２１０ｇの当該行に格納された値を決定係数平均欄２６ｆの第ｉ行に格納し、相関の方向欄２１０ｋの当該行に格納された値を相関の方向欄２６ｇの第ｉ行に格納する。

（Ｓ１０９）：演算部２１は、相関データテーブル２６ａの全ての行（全ての波長）について決定係数平均を算出する処理を行った場合には、次の処理Ｓ１１０に進む。全ての行について処理を行っていない場合には、ｉ＝ｉ＋１として処理Ｓ１０２に戻る。

（Ｓ１１０）：相関データテーブル２６ａの全ての行について決定係数平均を算出する処理を行った場合には、演算部２１は、処理Ｓ１１０を実行する。
演算部２１は、相関データテーブル２６ａのエレメント欄２６ｃに格納された各エレメントについて、エレメントの発光を示す波長における相関の方向を比較する。具体的には、演算部２１は、エレメント欄２６ｃに格納されたエレメントが同一の波長について、相関の方向欄２６ｇに格納された情報が全て一致する場合には、相関方向の一致欄２６ｈの当該エレメントの行には一致を示す記号「○」を格納する。また、一致しない場合には不一致を示す記号「×」を格納する。なお、エレメントが同一の波長における相関の方向が全て一致しなくても、予め定められた閾値以上の割合で、相関の方向が一致している場合には、一致と判定しても良い。このエレメントごとの相関方向の一致の評価を、エレメント欄２６ｃに格納された全てのエレメントについて行う。

エレメントの発光を示す波長それぞれにおいて、相関の方向が一致していれば、チャンバ１１１内部のエレメントの増加や減少が、それぞれの波長における発光強度の増加や減少に繋がったと考えることができる。チャンバ１１１内部のエレメントの増加や減少の影響が現れる波長の発光をモニタリングすることで、プラズマを構成するエレメントの状態に合わせて装置のクリーニングや、ガス供給量の調整などを適切に行うことができる。従って、このようにエレメントの発する光の波長において相関の方向が一致するエレメントの波長は、装置の監視や制御に適しているといえる。

（Ｓ１１１）：演算部２１は、相関の方向が一致するエレメントの波長のうち、決定係数が最大の波長を特定し、操作者に表示する。
演算部２１は、相関データテーブル２６ａにおいて、相関方向の一致欄２６ｈが一致を示す「○」である行の中から、決定係数平均欄２６ｆの値が最も大きい行（すなわち、波長と時間区間の組合せ）を特定し、決定係数最大欄２６ｉの当該行に決定係数最大を示す記号「○」を入力する。

更に演算部２１は、決定係数が最大となる波長と時間区間およびエレメントの情報を操作者に表示する。
図１３に示した出力画面Ｄ２００には、相関データテーブル２６ａにおいて決定係数が最大となる波長と時間区間およびエレメントの情報がそれぞれ表示される。

波長ＩＤ欄には波長ＩＤが表示され、エレメント欄Ｄ２０１には、相関データテーブル２６ａにおいて、相関の方向が一致するエレメントの波長の中で、決定係数が最大となる波長のエレメントが表示される。すなわち、決定係数最大欄２６ｉに「○」が格納された行のエレメントの情報が表示される。以下、決定係数最大欄２６ｉに「○」が格納された行のエレメントを当該エレメントと呼ぶ。また、エレメント欄２６ｃが当該エレメントである行（複数の行）を当該エレメントの行と呼ぶ。

波長欄Ｄ２０２には、相関データテーブル２６ａの波長欄２６ｄの当該エレメントの行に格納された情報が表示される。時間区間欄Ｄ２０３には、相関データテーブル２６ａの時間区間欄２６ｅの当該エレメントの行に格納された情報が表示される。決定係数平均欄Ｄ２０４には、相関データテーブル２６ａの決定係数平均欄２６ｆの当該エレメントの行に格納された情報が表示される。相関の方向欄Ｄ２０５には、相関データテーブル２６ａの相関の方向欄２６ｇの当該エレメントの行に格納された情報が表示される。相関方向の一致欄Ｄ２０６には、相関データテーブル２６ａの相関方向の一致欄２６ｈの当該エレメントの行に格納された情報が表示される。決定係数最大欄Ｄ２０７には、相関データテーブル２６ａの決定係数最大欄２６ｉの当該エレメントの行に格納された情報が表示される。

また、Ｄ２０８には決定係数が最大となる波長と時間区間の組合せにおける発光強度の平均値とウェハ総処理回数をプロットした散布図が表示される。

Ｄ２０１からＤ２０８までの表示により、操作者はウェハの処理回数に従って経時的に変化するプラズマ発光の波長と時間区間の組合せおよび、発光が経時的に変化するエレメントを容易に把握することができる。操作者は、ここで特定された波長と時間区間の組合せにおける発光強度平均に閾値を設けてプラズマ処理を監視することで、プラズマ処理を安定化させることができる。また、発光強度平均と目標値（発光ターゲット値）との差分に従ってガス１１３の量を調整することで、プラズマ処理を安定化させることができる。

Ｄ２０９には、時間区間の詳細解析の可否を確認する画面が表示される。操作者は、決定係数が最大の波長と時間区間の組合せについて、更に細かく時間区間の解析をする場合には、Ｄ２１０に示すＹｅｓのボタンを押し、解析を終了する場合にはＤ２１１に示すＮｏのボタンを押す。ＹｅｓのボタンＤ２１０が押された場合には、演算部２１は、Ｓ１１２の処理に進み、ＹｅｓのボタンＤ２１３が押された場合には選択した組み合わせを監視し、ＮｏのボタンＤ２１４が押された場合には監視を行わず、Ｄ２０８に示された決定係数が最大となる波長と時間区間の組合せのデータを、詳細解析データ記憶領域２７の詳細解析データテーブル２７ａに格納し、処理を終了する。

（Ｓ１１２）：ＹｅｓのボタンＤ２１３が押された場合、演算部２１は、決定係数最大の波長と時間区間の組合せについて、時間区間を詳細に解析する処理を行う。
演算部２１は、時間区間の取り得る組合せを作成し、詳細処理中間データテーブル２１１ａの時間区間欄２１１ｅに格納する。図１４に示す詳細処理中間データテーブル２１１ａは、時間区間の詳細解析のために用いられるデータテーブルであり、波長ＩＤ欄２１１ｂ、エレメント欄２１１ｃ、波長欄２１１ｄ、時間区間欄２１１ｅ、ロット毎の決定係数欄２１１ｆ、決定係数平均欄２１１ｇ、決定係数平均最大欄２１１ｈ、等の各フィールドを有する。

演算部２１は、決定係数最大の相関データテーブル２６ａにおいて、決定係数が最大であったエレメントと波長の情報を格納する。すなわち、エレメント欄２６ｃと波長欄２６ｄのうち、決定係数最大欄２６ｉに「○」のある行に格納された値を格納する。
演算部２１は、時間区間欄２１１ｅには、前述の通り、時間区間の取り得る組合せを格納する。
更に演算部２１は、ロット毎の決定係数欄２１１ｆに、Ｓ１０３の処理と同様に、各行に格納された波長と時間区間の組合せにおける発光強度の平均値と、ロット内ウェハ処理回数との決定係数を格納する。
更に演算部２１は、ロット毎の決定係数欄２１１ｆに格納された値の各行の平均値を、決定係数平均欄２１１ｇの当該行に格納する。
更に演算部２１は、決定係数平均欄２１１ｇに格納された値のうち、最大の値が格納された行を特定し、決定係数平均最大欄２１１ｈの当該行に最大を示す「○」を格納する。

ＯＥＳデータには発光強度が外乱で変化する時間区間が含まれることがあるが、このようにして様々な時間区間を評価し演算部２１は相関の高い（決定係数の大きい）波長と時間区間の組合せを特定することで、発光強度が外乱で変化する時間区間を除外することができる。外乱による発光強度の変化は、監視や制御の誤りの要因となるため、ＯＥＳデータが外乱で変化する時間区間を削除することでより監視や制御に適した波長と時間区間の組合せを特定することができる。なお、詳細に解析する時間区間は、プラズマ処理区間の全長に対して、例えば１／１０以上のように、ある程度の長さ以上となるように設定されていることは言うまでもない。

（Ｓ１１３）：演算部２１は、詳細解析した結果を、詳細解析データ記憶領域２７の詳細解析データテーブル２７ａに格納する。
図１５Ｂは、解析処理の結果が記録される詳細解析データテーブル２７ａの例を示す。本テーブルは、波長ＩＤ欄２７ｂエレメント欄２７ｃ、波長欄２７ｄ、時間区間欄２７ｅ、決定係数平均欄２７ｇ、等の各フィールドを有する。各フィールドには、解析処理にて情報が格納される。

波長欄２７ｄには、プラズマ処理の監視や制御に用いる波長の候補を特定する情報が格納される。時間区間欄２７ｅには、プラズマ処理の監視や制御に用いる時間区間の候補を特定する情報が格納される。
波長欄２７ｄ、時間区間欄２７ｅに格納された値は、ウェハ処理回数との相関を算出するときの発光の波長と時間区間を示している。
決定係数平均欄２７ｇには、波長欄２７ｄ及び時間区間欄２７ｅに格納された値で算出した、発光強度平均値とウェハ処理回数との相関の高さを特定する情報が格納される。例えば、相関係数の二乗である決定係数ｒ^２（又は、Ｒ^２）が格納される。

すなわち、演算部２１は、詳細処理中間データテーブル２１１ａのエレメント欄２１１ｃ及び波長欄２１１ｄに格納された情報を、詳細解析データテーブル２７ａのエレメント欄２７ｃと波長欄２７ｄにそれぞれ格納する。
また演算部２１は、詳細処理中間データテーブル２１１ａの時間区間欄２１１ｅと決定係数平均欄２１１ｇに格納された情報のうち、決定係数平均最大欄２１１ｈに格納された情報（決定係数）が最大になる行に格納された情報を、詳細解析データテーブル２７ａの時間区間欄２７ｅと決定係数平均欄２７ｇに格納する。

（Ｓ１１４）：演算部２１は、詳細解析した結果を、操作者に表示する。
図１５Ａに示した出力画面Ｄ３００には、詳細解析データテーブル２７ａに格納された、決定係数が最大となる波長ＩＤ＝２、すなわちエレメントと波長、及び時間区間４７−９７と決定係数平均の情報がそれぞれ表示される。
波長ＩＤ欄、エレメント欄Ｄ３０１、波長欄Ｄ３０２、時間区間欄Ｄ３０３、決定係数平均欄Ｄ３０４には、詳細解析データテーブル２７ａの波長ＩＤ欄２７ｂ、エレメント欄２７ｃ、波長欄２７ｄ、時間区間欄２７ｅ、決定係数平均欄２７ｇに格納された情報が、それぞれ表示される。
また、Ｄ３０５には、決定係数が最大となる波長と時間区間の組合せにおける発光強度の平均値とウェハ総処理回数をプロットした散布図が表示される。Ｄ３０６−Ｄ３０８には、操作者が散布図に表示された組み合わせ、ここでは、波長ＩＤ＝２、時間区間４７−９７の組み合わせを採用するか否かを決定できる入力ボタンが表示される。操作者に採否を判定させるのは、解析装置２０に与えられていない情報等により、時間区間４７−９７の組み合わせを採用しないのが望ましい場合もあり得るからである。操作者が図１５Ａの画面に表示された組み合わせを採用した場合、図１５Ｂの詳細解析データテーブル２７ａにその情報が記録される。操作者がこの組み合わせを採用しない場合、決定係数が最大となる他の組み合わせ、例えば、図１３に示す波長ＩＤ＝２、時間区間５１−１００の組み合わせ、が図１５Ｂの詳細解析データテーブル２７ａに記録される。

操作者は、図１５Ａに示す出力画面Ｄ３００を確認することで、ウェハの処理回数に従って経時的に変化するプラズマ発光の波長と時間区間の最適な組合せを把握し、それを監視や制御に採用するか否かを決定することができる。更に詳細解析により発光強度が外乱で変化する時間区間を除外されているため、より監視や制御に適した波長と時間区間の組合せを特定することができる。

以上説明したように、本実施の形態のプラズマ処理装置の解析装置が実行するデータ解析処理を用いることによって、波長や時間区間の組合せの中から、プラズマ処理を繰返したときに生じる経時変化を示す波長と時間区間を、プラズマ処理の監視や制御に用いる波長と時間区間として容易に把握することができる。

次に、本発明の実施例２について、図１６を参照しながら説明する。本実施例では、データ解析処理の対象となる「プラズマ処理区間」の中の「安定区間」に、複数の「時間区間」を設定する。プラズマ処理装置１の解析装置の他の構成やデータ解析処理の方法については、実施例１と同じなので、説明を省略する。

「プラズマ処理区間」の開始時点で、チャンバへ処理ガスを供給し電極間に高周波電力を印加することで、処理ガスをプラズマ化し、ロット単位でウェハを処理する。ウェハのプラズマ処理の終了に伴い、処理ガスの供給や高周波電力の印加が停止される。「プラズマ処理区間」であっても、立ち上げ区間ではプラズマの発光強度が大きく変動(急速に増大)し、その後、処理ガスの供給や高周波電力、換言するとプラズマの発光強度がほぼフラットな安定状態に移行する。本実施例では、チャンバへ供給する電力やガスの状態がほぼ一定になった状態、すなわち、プラズマの発光強度が安定した状態の区間を、「安定区間」と定義し、さらに、この「安定区間」内を複数の「時間区間」、例えば、Ａ，Ｂ，Ｃに分割し、この「安定区間」内の分割された時間区間をデータ解析処理の対象とする。これにより、ロット単位のウェハ処理と「時間区間」と、プラズマの発光強度の解析処理とが対応付けられる。

実施例２では、図５に示したＯＥＳデータ記憶領域２４のＯＥＳデータテーブル２４ａの構成が実施例１の構成と若干異なる。すなわち、図５に示したテーブルのプラズマ処理区間欄２４ｄが「安定区間」に変わり、この「安定区間」の分割数が例えば１００となる。従って、操作者が、図１０に示す表示画面Ｄ１００上で入力する時間区間、例えば、Ａ，Ｂ，Ｃも、この「安定区間」の１−１００の時間区間が対象となる。操作者が解析実行ボタンＤ１０５をクリックして解析実行を指示すると、実施例１と同様にして、解析装置２０は解析処理を実行し、プラズマ処理の監視や制御に適した波長と時間区間の組合せを出力する。

なお、「立ち上げ区間」から「安定区間」へ移行したことの判定は、例えば、発光強度のモニタ値の変化や、プラズマ電源の電気的なパラメータの変動を基に、解析装置で行うことが出来る。実施例１と比較すると、「安定区間」へ移行したことを検知・判定する手段が必要になるが、「安定区間」内に複数の「時間区間」を設定することで、外乱の少ない区間で、波長ＩＤと時間区間の組合せで相関のより大きい組合せを把握できる。実施例１と同様、解析装置で得られた組み合わせのデータを、プラズマ処理の監視や制御に用いることで、安定したプラズマ処理や監視を実現できる。

なお、ここでは電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行う方式を例に説明したが、マイクロ波をチャンバ内に導入することによりプラズマを発生させるプラズマ処理方式など、他のプラズマ処理の方式であっても良い。

次に、本発明の実施例３について、図１７Ａ、図１７Ｂを参照しながら説明する。本実施例では、実施例１又は実施例２で得られた、相関の大きい波長ＩＤと時間区間の組合せの解析データを基に、プラズマ処理装置によるウェハのプラズマ処理や監視を行うものである。

図１７Ａは、実施例３に係る、Run−to−Run制御ユニットを有するプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。なお、Run−to−Run制御ユニットの詳細については、特許文献２の記載を援用する。
制御部１３は、プラズマ処理を実行するためのRun−to−Run制御ユニット１３１及びプラズマ監視ユニット１３２を備えている。メモリ及びデータベース１４には、制御モデルのデータ、制御レシピや係数のデータ、詳細解析データテーブル２７ａ（図１５Ｂ）の波長ＩＤと時間区間の組合せのデータ、発光ターゲット値、ロット毎の回帰式傾きデータ（図１５Ｂの決定係数平均）、及び閾値等の情報が保持されている。分光器１２はプラズマの発光状態を監視するプロセスモニタとして機能し、ガス供給器（マスフローコントローラ）１１７や電源ユニット（プラズマ生成用高周波電源、試料台バイアス電源）１１８はプラズマ処理条件を構成するパラメータを制御するアクチュエータとして機能する。アクチュエータには、チャンバ１１１内の真空圧を制御する圧力制御用バルブも含まれる。Run−to−Run制御ユニット１３１及びプラズマ監視ユニット１３２は、例えば、コンピュータ上で動作するプログラムにより実現される。このコンピュータのＣＰＵは、マイクロプロセッサを主体に構成され、メモリに格納されているRun−to−Run制御を行うプログラムやプラズマ監視制御を実行する。プラズマ処理装置では、ウェハの処理条件であるレシピを使って、波長ＩＤの発光強度が発光ターゲット値、換言すると傾きデータに一致するように、レシピを制御しながら、プラズマ処理が行われる。レシピを制御するものとして、例えば、変更レシピとして、処理ガスの種類と流量、処理圧力、プラズマ生成用電力、高周波バイアス電力が含まれ、レシピの変更量を決める係数として、処理時間等の複数のパラメータが含まれる。プラズマ処理室内壁への反応生成物の堆積、プラズマ処理室内の部品の温度変化、プラズマ処理室内の部品の消耗等によって、プラズマ処理室内の環境がウェハの処理枚数と共に変化する。このため、Run−to−Run制御プログラムにより、プラズマ処理状態をモニタしながら、プラズマの状態がウェハ毎に発光ターゲット値に一致するようにレシピを補正しながら処理がなされる。

なお、ここでは電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行う方式を例に説明したが、マイクロ波をチャンバ内に導入することによりプラズマを発生させるプラズマ処理方式など、他のプラズマ処理の方式であっても良い。

処理対象のウェハは、チャンバ１１１内に搬入され、レシピに基づくプラズマ処理条件を使ってプラズマエッチング処理が実行される。プラズマエッチング処理が完了したら、ウェハは、搬出され、次のウェハがチャンバ１１１内に搬入されてプラズマエッチング処理される。

Run−to−Run制御を行うための操作変数が予め決定されメモリに格納されている。ここでは、回帰直線への当てはまり具合を表す相関係数（Ｒ²）が大きい、図１５Ｂの決定係数平均値、例えば時間区間４５−９７、を採用するものとする。また、ウェハ処理毎のRun−to−Run制御を行うには、ウェハ毎にエッチング結果を計測する必要がある。そこで、プロセスモニタ値とプラズマ処理結果との間に高い相関関係がある波長ＩＤと時間区間の組合せにおける、プラズマ発光強度の値で、プラズマ処理結果を代替する。波長ＩＤと時間区間の組合せにおける、プラズマ発光強度の値を、Run−to−Run制御におけるプロセスモニタ値の目標値（発光ターゲット値）として予め決定しメモリに格納しておく。各ウェハのプラズマ処理において、時間区間を１−１００とすると、プロセスモニタによる制御の対象は、波長ＩＤ＝２（Ｓｉ，２８８）、時間区間４５−９７におけるプラズマの発光強度を操作変数とする。換言すると、時間区間１−４４及び時間区間９８−１００におけるプラズマ処理は、プロセスモニタによる制御・監視の対象外となる。

図１７Ｂは、実施例３における、相関データに基づくプラズマ処理の制御を説明する図である。図１７Ｂにおいて、時間区間４５−９７内で、現在のウェハ処理回数をｉ、発光強度平均を発光ｉとしたとき、次のウェハ処理回数ｉ＋１のときの、
発光ターゲット値（発光ｉ＋１）は、（発光ｉ＋傾き平均）±α
となる。
但し、αは制御上の許容値である。
例えば、モニタされたプラズマ発光強度の値が発光ターゲット値よりも小さかった場合、プラズマ生成用電源やガス供給器を制御して、次のウェハ処理時のプラズマ発光強度が高まり、発光ターゲット値になるように調整する。

上述のように決定されたプロセスモニタの値、すなわち時間区間４５−９７における、波長ＩＤ＝２（Ｓｉ，２８８）のプラズマの発光強度が各ロットの各ウェハの処理毎に取得され、予め設定された発光ターゲット値に対して許容範囲となるように、次回の補正量がマイクロプロセッサで計算され、次のウェハのレシピの操作変数に対応するパラメータにこの補正量が加算されメモリに格納される。

Run−to−Run制御プログラムは、補正されたレシピの情報をアクチュエータとしてのガス供給器等に送り、補正されたレシピに従い、次のウェハのエッチング処理が実行される。
また、発光強度平均の発光ｉが制御上の許容値αの範囲外になった場合には、プラズマ監視プログラムにより、アラームが発せられる。
このようにしてロット毎の処理が所定の回数繰り返された後、チャンバ１１１のクリーニング処理、あるいは、エージングの処理がなされる。

なお、時間区間４５−９７の範囲外についても、実施例１の方法により採用された所定の条件を満たす「波長ＩＤと時間区間の組合せのデータ」が存在する場合には、そのデータを用いてRun−to−Run制御を行う。このようなデータの無い時間区間については、必要に応じて、適宜に、他のデータやパラメータによるRun−to−Run制御を行っても良い。

本実施例によれば、ロット毎に計算した、相関の高いエレメントの波長と時間区間の組合せを、プラズマ処理の監視や制御に用いるので、反応生成物の付着状態や部品の消耗状態に合わせて、適切にプラズマ処理を行い、あるいはアラームを発することができる。

以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１・・・プラズマ処理装置、 １０・・・プラズマ処理部、 １１・・・プラズマ加工部、 １２・・・分光器、 １３・・・制御部、 １４・・・メモリ、 ２０・・・解析装置、 ２１・・・演算部、 ２２・・・記憶部、 ２３・・・ウェハ処理回数データ記憶領域、 ２４・・・ＯＥＳデータ記憶領域、 ２５・・・エレメント波長データ記憶領域、 ２６・・・相関データ記憶領域、 ２７・・・詳細解析データ記憶領域、 ２８・・・演算プログラム、 １１０・・・ＩＦ部、 ２１０・・・ＩＦ部、 ３０・・・入力部、 ３１・・・出力部、 ３２・・・通信ＩＦ部、 ３３・・・バス。

Claims (21)

1. 試料がプラズマ処理される処理室と、
   プラズマの発光データを取得するプロセスモニタと、
   前記発光データを解析するデータ解析装置とを備えるプラズマ処理装置において、
   前記データ解析装置は、解析対象の前記プラズマのエレメントに対応する発光の波長毎に前記プラズマ処理の時間を分割して区切られた時間区間の各々に対して前記エレメントに対応する発光の波長の発光強度と前記試料の処理枚数との相関データを求め、前記求められた相関データを指標として前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせを特定し、
   前記相関データは、前記エレメントに対応する発光の波長の発光強度と前記試料の処理枚数との相関の方向に対応するデータを含み、
   前記データ解析装置は、前記エレメントの中から前記相関の方向が一致するエレメントを特定することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記データ解析装置は、
   前記試料の所定枚数のプラズマ処理を一単位とするロット毎に前記相関データを求めるこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記データ解析装置は、外乱により前記発光強度が変化する時間区間を前記解析対象の時間区間から除外して前記相関データを求めることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
   前記発光強度は、前記時間区間における前記発光強度の平均値であることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
   前記解析対象の時間区間は、前記プラズマの発光強度が安定した状態の安定区間を分割して区切られた時間区間であることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記特定された、前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせに基づいたRun−to−Run制御を行う制御部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 請求項６に記載のプラズマ処理装置において、
   前記制御部は、前記発光強度の平均値が閾値を超えた場合、アラームを発することを特徴
   とするプラズマ処理装置。
8. 請求項６に記載のプラズマ処理装置において、
   前記制御部は、前記特定された、前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせにおける波長の発光強度の平均値と、予め定められた発光強度の目標値と、の差分が所定の差分以下となるようにプラズマ処理条件を構成するパラメータを制御するアクチュエータを駆動させることを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 試料がプラズマ処理されるプラズマ処理装置から得られたプラズマの発光データが解析される演算部とデータが入出力される入出力部とを備えるデータ解析装置において、
   前記演算部は、解析対象の前記プラズマのエレメントに対応する発光の波長毎に前記プラズマ処理の時間を分割して区切られた時間区間の各々に対して前記エレメントに対応する発光の波長の発光強度と前記試料の処理枚数との相関データを求め、前記求められた相関データを指標として前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせを特定し、
   前記入出力部は、前記特定された、前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせを出力し、
   前記相関データは、前記エレメントに対応する発光の波長の発光強度と前記試料の処理枚数との相関の方向に対応するデータを含み、
   前記演算部は、前記エレメントの中から前記相関の方向が一致するエレメントを特定することを特徴とするデータ解析装置。
10. 請求項９に記載のデータ解析装置において、
    前記演算部は、前記試料の所定枚数のプラズマ処理を一単位とするロット毎に前記相関データを求めることを特徴とするデータ解析装置。
11. 請求項１０に記載のデータ解析装置において、
    前記発光強度は、前記時間区間における前記発光強度の平均値であることを特徴とするデータ解析装置。
12. プラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理方法において、
    前記プラズマのエレメントに対応する発光の波長毎に前記処理の時間を分割して区切られた時間区間の各々に対して前記エレメントに対応する発光の波長の発光強度と前記試料の処理枚数との相関データを求める工程と、
    前記求められた相関データを指標として前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせを特定する工程と、
    前記特定された、前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせに基づいたRun−to−Run制御を行う工程とを有し、
    前記相関データは、前記エレメントに対応する発光の波長の発光強度と前記試料の処理枚数との相関の方向に対応するデータを含み、
    前記エレメントの中から前記相関の方向が一致するエレメントが特定されることを特徴とするプラズマ処理方法。
13. 請求項１２に記載のプラズマ処理方法において、
    前記試料の所定枚数の処理を一単位とするロット毎に前記相関データを求めることを特徴とするプラズマ処理方法。
14. 請求項１２に記載のプラズマ処理方法において、
    外乱により前記発光強度が変化する時間区間を前記時間区間から除外して前記相関データを求めることを特徴とするプラズマ処理方法。
15. 請求項１３に記載のプラズマ処理方法において、
    前記発光強度は、前記時間区間における前記発光強度の平均値であることを特徴とするプラズマ処理方法。
16. 請求項１３に記載のプラズマ処理方法において、
    前記時間区間は、前記プラズマの発光強度が安定した状態の安定区間を分割して区切られた時間区間であることを特徴とするプラズマ処理方法。
17. 請求項１２に記載のプラズマ処理方法において、
    前記発光強度の平均値が閾値を超えた場合、アラームを発することを特徴とするプラズマ処理方法。
18. 請求項１２に記載のプラズマ処理方法において、
    前記特定された、前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせにおける波長の発光強度の平均値と、予め定められた発光強度の目標値と、の差分が所定の差分以下となるようにプラズマ処理条件を構成するパラメータを制御するアクチュエータを駆動させる工程をさらに有することを特徴とするプラズマ処理方法。
19. 試料がプラズマ処理されるプラズマ処理装置から得られたプラズマの発光データを解析するデータ解析方法において、
    解析対象の前記プラズマのエレメントに対応する発光の波長毎に前記プラズマ処理の時間を分割して区切られた時間区間の各々に対して前記エレメントに対応する発光の波長の発光強度と前記試料の処理枚数との相関データを求める工程と、
    前記求められた相関データを指標として前記エレメントに対応する発光の波長と前記時間区間との組み合わせを特定する工程とを有し、
    前記相関データは、前記エレメントに対応する発光の波長の発光強度と前記試料の処理枚数との相関の方向に対応するデータを含み、
    前記エレメントの中から前記相関の方向が一致するエレメントが特定されることを特徴とするデータ解析方法。
20. 請求項１９に記載のデータ解析方法において、
    前記相関データは、前記試料の所定枚数のプラズマ処理を一単位とするロット毎に求められることを特徴とするデータ解析方法。
21. 請求項２０に記載のデータ解析方法において、
    前記発光強度は、前記時間区間における前記発光強度の平均値であることを特徴とするデータ解析方法。

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