JP6671464B2 - 処理装置のメンテナンス制御方法及び制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、処理装置のメンテナンス制御方法及び制御装置に関する。
ＡＥ（Acoustic Emission）センサーや加速度センサー等の振動センサーを使用して、エッチング装置の異常放電を検知する技術が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。また、振動センサーを使用して、処理装置内の駆動部の異常を検知する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４を参照）。
特開２０１５−２１８６５２号公報 特開２００２−２０２１８４号公報 特開平１１−５１９１３号公報 特開平６−２１７４２１号公報
しかしながら、上記非特許文献及び特許文献では、振動センサーにより検知した振動データにより処理装置自体や駆動部の異常を発見する。したがって、上記非特許文献及び特許文献では、振動センサーにより検知した振動データにより、処理装置の内部における状態変化を発見し、対処することで、異常の発生を未然に防止することは困難である。
エッチング装置等の処理装置では、プロセス中に反応生成物が発生し、内壁に付着する。そのため、反応生成物がある程度堆積するとクリーニングを実行し、処理装置をメンテナンスする。
クリーニングサイクルは、過去の経験から一義的に設定された所定期間である。具体的には、処理装置のクリーニングサイクルを決定している要因がパーティクルの発生である場合、パーティクルを定期的に検査して、パーティクルの発生が処理装置の製品ウェハの歩留まりを低下する前の期間が所定期間に予め定められる。そのため、予め定められた所定期間が到来する前のクリーニングが実行されない間にパーティクルが発生してしまったり、逆に、予め定められた所定期間が到来した後もパーティクルが発生しない期間があるにもかかわらずクリーニングが実行されたりする場合が存在する。
特に、近年のプロセスの多様化により、予め定められたサイクルよりも早期にクリーニングによるメンテナンスが必要な場合に、クリーニングの時期が遅れると、処理装置にて処理される製品ウェハの歩留まりが低下する。一方で、処理装置の内部がプロセスを実行できる状態にある場合にクリーニングを行うとプロセスに使用可能な時間が減り、歩留まりが低下する。特に、ドライクリーニング及びウェットクリーニングの２種類のクリーニングのうち、ドライクリーニングの場合にはクリーニングガス等の資源を無駄に使用してしまう。
上記課題に対して、一側面では、本発明は、処理装置のメンテナンスのタイミングを制御することを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板の処理を行う処理装置の構成部材の温度が５℃以上変化したか否か、又は、該構成部材の設定温度を５℃以上変化させたか否かを判定し、前記構成部材の温度が５℃以上変化した、又は、該構成部材の設定温度を５℃以上変化させたと判定されたタイミングに応じて、前記処理装置に設けられた振動センサーにより検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される第１の振動が所定の個数以上含まれているかを判定し、前記第１の振動が所定の個数以上含まれていると判定した場合、前記振動センサーにより検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する第２の振動が所定の個数以上含まれているかを判定し、前記第２の振動が所定の個数以上含まれていると判定した場合、前記第１の振動及び前記第２の振動が含まれる振動データに基づき前記処理装置の状態を分析する処理をコンピュータが実行する処理装置のメンテナンス制御方法が提供される。
一の側面によれば、処理装置のメンテナンスのタイミングを制御することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置及び制御装置の一例を示す図。 一実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図。 センサーにより検出される振動の周波数帯域を示す図。 一実施形態に係るメンテナンス制御処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る振動データ（周波数変換前）の一例を示す図。 一実施形態に係る振動データ（周波数変換後）の一例を示す図。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１には、プラズマ処理装置の縦断面の一例及び制御装置のハードウェア構成の一例が示されている。本実施形態では、プラズマ処理装置１として容量結合型プラズマエッチング装置を例に挙げて説明する。なお、プラズマ処理装置１は、基板の処理を行う処理装置の一例である。
本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、特に限定されないが、半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」とも呼ぶ。）をエッチングするエッチング処理装置、ウェハＷにＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）による成膜を行う成膜装置であってもよい。プラズマ処理装置１は、ウェハＷにＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）による成膜を行う成膜装置、原子層エッチング（ＡＬＥ：Atomic Layer Etching）装置、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）装置、コーターデベロッパ等の装置であってもよい。
プラズマ処理装置１は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなる処理容器２と、処理容器２の内部にガスを供給するガス供給源５とを有する。処理容器２は電気的に接地されている。処理容器２の内部には下部電極３と、これに対向して平行に配置された上部電極４とが設けられている。下部電極３は、ウェハＷを載置する載置台としても機能する。図１では下部電極３には、第１整合器３３を介して第１高周波電源３２が接続され、第２整合器３５を介して第２高周波電源３４が接続される。第１高周波電源３２は、第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ）を下部電極３に印加する。第２高周波電源３４は、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（イオン引き込み用の高周波電力ＬＦ）を下部電極３に印加する。
第１整合器３３は、第１高周波電源３２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２整合器３５は、第２高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。これにより、処理容器２の内部にプラズマが生成されているときには、第１高周波電源３２及び第２高周波電源３４の各々について、内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
上部電極４は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介して処理容器２の天井部に取り付けられている。上部電極４には、ガス供給源５から導入されたガスを拡散する拡散室５０が設けられている。拡散室５０には、ガス導入口４５が形成されている。ガス供給源５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０に供給され、ガス流路５５を経て、開口２８から処理容器２の内部に供給される。以上から、かかる構成の上部電極４は、ガスを供給するガスシャワーヘッドとしても機能する。
処理容器２の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって処理容器２の内部が排気される。これによって、処理容器２の内部を所定の真空度に維持することができる。
処理容器２の側壁には、ゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、処理容器２からウェハＷの搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。ＡＥ（Acoustic Emission）センサー１０８ａ、１０８ｂは、処理容器２の側部及び底部の外壁側に取り付けられている。以下、センサー１０８ａ、１０８ｂを総称して、ＡＥセンサー１０８ともいう。
ＡＥセンサー１０８は、処理容器２の構成部材（パーツ）の熱膨張に起因する振動を検知する。また、ＡＥセンサー１０８は、処理容器２の内部の付着物（反応生成物）及びパーツ表面に発生するクラックに起因する振動を検知する。ＡＥセンサー１０８の数は、１つであってもよいし、２以上であってもよい。ただし、所望の振動が処理容器２の内部のどこで発生するかはわからない。このため、処理容器２の内部で生じた振動を精度良く検知するために、複数個のＡＥセンサー１０８を、処理容器２の側部の外壁や処理容器２の底部、天井部等の外壁に配置することが好ましい。
また、ＡＥセンサー１０８は、処理容器２の内部に設けられてもよい。この場合、プラズマ処理に影響を及ぼさないように、ＡＥセンサー１０８を処理容器２の内壁や載置台(下部電極３)の内部に埋め込み、ＡＥセンサー１０８がプラズマ空間に露出しないように配置することが好ましい。ただし、シート状のＡＥセンサー１０８を内壁に貼り付けてもよい。
処理容器２の側壁には、温度センサー１０９ａが埋め込まれ、下部電極３（載置台）には、温度センサー１０９ｂが埋め込まれている。温度センサー１０９ａは、処理容器２の側壁の温度を検知し、温度センサー１０９ｂは、載置台の温度又はウェハ温度(以下、「載置台の温度等」という。)を検知する。温度センサー１０９ａ、１０９ｂを総称して、温度センサー１０９ともいう。温度センサー１０９は、１つであってもよいし、２以上であってもよい。温度センサー１０９は、処理容器２の天井部に埋め込まれてもよい。
ＡＥセンサー１０８は、温度センサー１０９に近い位置に配置することが好ましい。ＡＥセンサー１０８と温度センサー１０９とを近い位置に配置することで、ＡＥセンサー１０８と温度センサー１０９との変化のタイミングを振動発生の判断の基準とすることがより容易になり、振動の発生源の場所を特定することができる。
［制御装置のハードウェア構成］
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御装置１００が設けられている。図１を参照して、制御装置のハードウェア構成の一例について説明する。制御装置１００は、増幅器１０１、フィルタ１０２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５、ディスプレイ１０６、スピーカ１０７及び通信インターフェース１１０を有している。
通信インターフェース１１０は、ＡＥセンサー１０８が検出した振動を示す信号を受信する。通信インターフェース１１０は、温度センサー１０９が検出した温度を示す信号を受信する。通信インターフェース１１０は、有線により各センサーからの信号を受信する。通信インターフェース１１０は、無線により各センサーからの信号を受信してもよい。
増幅器１０１は、受信した振動信号を増幅する。フィルタ１０２は、増幅した振動信号からノイズに該当する誤差信号を取り除く。フィルタ１０２により除かれる誤差信号の一例としては、振動強度のピークが所定時間以上継続しない信号等がある。フィルタ１０２により振動信号から誤差信号を取り除いた後の振動信号は、ＣＰＵ１０３に入力され、周波数変換される。振動信号から誤差信号を取り除くことで、振動信号の周波数変換処理の負荷を低減させることができる。ＣＰＵ１０３は、振動信号の周波数変換処理の他、周波数変換後のデータの分析処理、分析結果に基づくメンテナンス判定処理、温度センサー１０９が検出した温度信号に基づく温度変化判定処理等を実行する。
ＲＯＭ１０４には、制御装置１００により実行される基本プログラム等が記憶されている。ＲＡＭ１０５には、レシピが格納されている。レシピにはプロセス条件（エッチング条件等）に対するプラズマ処理装置１の制御情報が設定されている。制御情報には、プロセス時間、スイッチング時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、チャンバ内温度（例えば、上部電極温度、チャンバの側壁温度、ウェハの設定温度）等が含まれる。なお、レシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で、記憶領域の所定位置にセットするようにしてもよい。
ＣＰＵ１０３は、ＲＯＭ１０４に格納された基本プログラムに基づき、プラズマ処理装置１の全体の制御を行う。ＣＰＵ１０３は、ＲＡＭ１０５に格納されたレシピの手順に従い、ウェハＷにエッチング処理等の所望の処理を制御する。また、ＣＰＵ１０３は、本実施形態に係るメンテナンス制御処理（図４参照）に基づき、適正化したタイミングで処理容器２に対してクリーニング処理を実行する。ウェットクリーニングでは、処理容器２の天井部の上部蓋を開け、処理容器２の内壁やプラズマ処理装置１の構成部材に付着した有機物の反応生成物を除去する。本実施形態にて行うクリーニングは、ウェットクリーニングに限らず、ドライクリーニングであってもよい。なお、ドライクリーニングは、ウェハを用いないウェハレスドライクリーニングであってもよいし、ウェハを用いるドライクリーニングであってもよい。
ディスプレイ１０６は、メンテナンスの結果、必要な場合にアラームを表示したり、その他の情報をオペレータに表示したりする。スピーカは、メンテナンスの結果、必要な場合にアラームを音声出力したり、その他の情報を音によりオペレータに通知したりする。
［制御装置の機能構成］
次に、制御装置１００の機能構成の一例について、図２を参照しながら説明する。制御装置１００は、通信部１０、増幅部１１、フィルタ部１２、周波数変換部１３、温度取得部１４、温度変化判定部１５、第１の振動判定部１６、第２の振動判定部１７、分析部１８、出力部１９、記憶部２０及び処理実行部２１を有する。
通信部１０は、ＡＥセンサー１０８及び温度センサー１０９から信号を受信する。通信部１０の機能は、例えば、通信インターフェース１１０により実現可能である。増幅部１１は、通信部１０を介して受信した振動信号を増幅する。増幅部１１の機能は、例えば、増幅器１０１により実現可能である。フィルタ部１２は、増幅した振動信号から誤差信号を除去する。フィルタ部１２の機能は、例えば、フィルタ１０２により実現可能である。
周波数変換部１３は、フィルタ後の振動信号を周波数変換する。これにより、ＡＥセンサー１０８を用いて検出した時系列の振動データは、増幅及びフィルタリングした後に周波数変換され、周波数毎の振動ピークの状態を示すデータとなる。例えば、図５は、横軸が時間、縦軸が振動の強度を示す時系列のデータである。これはＡＥセンサー１０８により検出された時系列の振動データの一例である。これに対して、周波数変換後の振動データは、図６のように横軸が周波数、縦軸が振動の強度を示す、振動の周波数特性を示すデータとなる。周波数変換後のデータは、記憶部２０の振動データＤＢ１３１に蓄積される。
温度取得部１４は、通信部１０を介して温度センサー１０９が検出した温度信号を取得する。温度変化判定部１５は、取得した時系列の温度信号に基づき、処理容器２の壁や載置台の温度等が５℃以上変化したかを判定する。また、温度変化判定部１５は、壁や載置台の温度等の設定温度を５℃以上変化させたかを判定する。
本実施形態では、熱膨張を起因としたパーティクルの発生を抑止するために、クリーニングの開始のタイミングを制御する。そのため、本実施形態では、処理容器２の壁や載置台の温度等が５℃以上上昇したか、又は処理容器２の壁や載置台の設定温度を５℃以上上昇させたかを判定する。これにより、処理容器２の構成部材に熱膨張が生じ易い状況が生じているかが判定される。
処理容器２の内部にてパーティクルが発生する顕著な要因として、温度上昇を起因とした部材の熱膨張が挙げられる。処理容器２の内部にて温度が上昇すると、部材間の熱膨張係数の違いにより部材間に摩擦が生じる。特に、部材の温度が５℃以上上昇すると部材間に生じる摩擦が大きくなり、部材の表面に付着した反応生成物が剥離し易くなる。このため、部材の温度が５℃以上上昇すること（または、設定温度を５℃以上上昇させたこと）とパーティクルの発生タイミングとは連動する。
パーティクルの発生やそのタイミングに変動を与えるパラメータには、温度以外にも、例えばプラズマ処理装置１に使用される部材の種類や装置の種類等が考えられるが、温度と比較してパーティクルの発生との関連性は低い。よって、本実施形態では、最初のスクリーニングとして温度が５℃上昇した又は設定温度を５℃上昇させたときを判定の条件とする。これにより、温度が５℃上昇した又は設定温度を５℃上昇させたときに、熱膨張を起因として発生した振動データだけを分析対象とすることができる。これにより、誤検知を減少させることができる。
ただし、プラズマの入熱により、プラズマ処理装置１の壁等には１０℃程度の温度変化が生じ得る。よって、次に説明する第１の振動判定部１６及び第２の振動判定部１７では、最初のスクリーニング後の振動データから、更に分析に用いる振動データ以外のデータをスクリーニングする。
よって、壁や載置台の温度等が５℃以上変化した、又は、壁や載置台の設定温度を５℃以上変化させたと判定された場合、第１の振動判定部１６により以下の判定が行われる。
なお、本実施形態では、温度変化判定部１５は、処理容器２の壁や載置台の温度等の変化を判定しているが、これに限らず、処理容器２内の他の構成部材の温度変化を判定してもよい。また、温度変化判定部１５は、温度自体の変化だけでなく、温度変化の速度に基づき、所定以上の速度で壁の温度が変化している場合には、載置台の温度等の５℃以上の温度変化又は設定温度の５℃以上の設定変更の場合と同様に、処理容器２の構成部材に熱膨張が生じ易い状況が生じていると判定してもよい。
第１の振動判定部１６は、構成部材の温度が５℃以上変化した、又は該構成部材の設定温度を５℃以上変化させたと判定されたタイミングに応じて、ＡＥセンサー１０８により検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される「第１の振動」が所定の個数（本実施形態では１０個）以上含まれているかを判定する。
第１の振動が１０個以上含まれていると判定された場合、第２の振動判定部１７は、ＡＥセンサー１０８により検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する「第２の振動」が所定の個数（本実施形態では１０個）以上含まれているかを判定する。ただし、第２の振の周波数は、３００ｋＨｚを上限としてもよいし、５００ｋＨｚを上限としてもよい。また、ＡＥセンサー１０８は、目的とする周波数帯域に対して感度のあるセンサーを選択することができる。
図３には、ＡＥセンサー及び加速度センサーが検知する振動の周波数帯域と、振動源の一例が示されている。ＡＥセンサーは、加速度センサーよりも高い周波数帯域の振動まで検出可能である。加速度センサーは数百ｋＨｚの振動の検出が困難であるため、本実施形態では、加速度センサーよりも数百ｋＨｚの周波数帯域の振動の検出が可能なＡＥセンサーを使用することが好ましい。
具体的には、ＡＥセンサーは、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚまでの周波数帯域の振動を検出できる。ＡＥセンサーが検出した振動のうち、数十ｋＨｚの振動、或いは１００ｋＨｚ以下の振動データは、熱膨張による摩擦に起因した振動である。これに対して、数百ｋＨｚの振動、例えば１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの振動データは、パーツクラック又は付着物クラックの生成に起因した振動である。パーツクラックは、主に処理容器２の内部に配置された構成部材自体にクラックが生じることをいう。付着物クラックは、主に処理容器２の内部に配置された構成部材自体にクラックは生じていないが、構成部材の表面に堆積した反応生成物にクラックが生じることをいう。
よって、第１の振動判定部１６の判定によって、載置台の温度等の温度上昇が５℃以上あった時の振動データ中に熱膨張に起因した第１の振動を示すデータが１０個以上含まれるかを判定することで、処理容器２の内部にて熱膨張による摩擦が生じているかを判定することができる。そして、振動データ中に熱膨張による摩擦に起因した振動データが１０個以上含まれるかを判定することで、誤判定を低減させることができる。ただし、検出個数は、必ずしも１０個以上である必要はなく、他の所定個数であってもよい。第１の振動を示すデータは、発明者が行った実験から、主に周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される振動特定を有する。
また、第１の振動判定部１６により熱膨張に起因した振動が生じていると判定された場合、第２の振動判定部１７の判定によって、振動データ中にパーツクラック又は付着物クラックの生成に起因した第２の振動を示すデータが１０個以上含まれるかを判定する。これにより、処理容器２の内部にて熱膨張による摩擦が生じているかを判定することができる。
そして、振動データ中にパーツクラック又は付着物クラックによる振動データが１０個以上含まれるかを判定することで、誤判定を低減させることができる。ただし、検出個数は、必ずしも１０個以上である必要はなく、他の所定個数であってもよい。第２の振動を示すデータは、発明者が行った実験から、主に周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する振動特定を有する。
分析部１８は、第２の振動判定部１７により第２の振動が所定の個数以上含まれていると判定された場合、第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データに基づきプラズマ処理装置１の状態を分析する。
分析部１８は、例えば、第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データの周波数重心を算出し、周波数重心に基づきプラズマ処理装置１の状態を分析してもよい。分析部１８は、第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データの各周波数の強度に対して、強度の高い周波数については加重を強くし、強度の低い周波数については加重を低くして、各周波数の強度の平均を算出してもよい。この平均値が、周波数重心になる。分析部１８は、例えば第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データのうち、所定以上の強度を有する振動データの信号継続時間を抽出してもよい。分析部１８は、第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データのうち最大強度を有する振動データまでの時間を抽出してもよい。分析部１８は、第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データのうち最大周波数の振動データを抽出してもよい。分析部は、抽出した上記データの少なくともいずれかを、周波数重心とともに処理容器２の内部の状態の分析に使用してもよい。
分析部１８の結果は、処理実行部２１に通知される。処理実行部２１は、記憶部２０が記憶するレシピ１３２に従い、処理容器２の内部においてエッチング等の所望のプラズマ処理を制御する。また、処理実行部２１は、分析部１８の分析結果に応じて、プラズマ処理装置１にて実行するクリーニングを制御する。処理実行部２１は、分析部１８の分析結果に応じて、直ちに又は所定のタイミングにクリーニングを行うように制御してもよい。処理実行部２１は、分析部１８の分析結果に応じて、プラズマ処理装置１のメンテナンスのためのアラームを出力してもよい。出力部１９は、処理実行部２１の制御に応じてメンテナンスを促すアラームを出力する。
処理実行部２１は、第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データを異常データとして記憶部２０に記憶してもよい。処理実行部２１は、第１の振動及び第２の振動のデータのみを記憶部２０に記憶してもよい。処理実行部２１は、ネットワークＮＴを介して、第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データを外部の記憶領域に記憶させてもよい。第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データは、ネットワークＮＴに接続されたサーバ又はクラウド上の記憶領域に記憶されてもよい（例えば、図２の異常データＤＢ２００）。これにより、振動データが示す異常データを所定の記憶部に蓄積することができる。また、ＡＥセンサー１０８が検出した振動データのうち異常データのみをネットワークＮＴに接続されたサーバ又はクラウド上の記憶領域に記憶させることで、ネットワークＮＴの負荷を低減できる。
分析サーバ３００は、蓄積した異常データに基づき、プラズマ処理装置１の異常の有無や振動の根本的要因を分析したり、蓄積したプラズマ処理装置１のクリーニングのタイミングを分析したりしてもよい。クラウド上の記憶領域等に、本実施形態にて説明する温度上昇に伴う振動データから抽出した異常データだけでなく、圧力変化に伴う振動データから抽出した異常データやその他の異常データを蓄積してもよい。蓄積した複数種類の異常データからプラズマ処理装置１のクリーニングのタイミングや異常の有無や異常の根本的要因を分析してもよい。分析の結果得られたデータは、プラズマ処理装置１の設計において利用することができる。
（ガスと反応生成物）
かかる構成のプラズマ処理装置１においてエッチング処理が行われる場合、供給されるエッチングガスの一例としては、フッ素含有ガスが挙げられる。具体的には、エッチングガスの一例としては、フロオロカーボン系ガス（ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ５Ｆ８など）、ハロゲン系ガス（Ｃｌ２、Ｆ２、Ｂｒ２など）、ハロゲン化水素系ガス（ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒなど）が挙げられる。
この場合、処理容器２の内壁等に付着する反応生成物の一例としては、フルオロカーボンポリマー系、ハロゲン化物系、ハロゲン化金属系（ＡｌＦ３）、金属酸化物系（Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＣｕＯ２、ＴｉＯ２が挙げられる。
プラズマ処理装置１においてＣＶＤによる成膜処理が行われる場合、供給される成膜ガスの一例としては、フッ化タングステン系ガス（ＷＦ６など）、塩化チタン系ガス（ＴｉＣｌ４など）、フッ化塩素系ガス（ＣｌＦ３など）が挙げられる。
この場合、処理容器２の内壁等に付着する反応生成物の一例としては、金属系（Ｗ、Ｔｉ、Ｃｕなど）、金属酸化物系（ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＣｕＯ２など）、ハロゲン化金属系が挙げられる。
プラズマ処理装置１においてＰＶＤによる成膜処理が行われる場合、使用されるターゲットの一例としては、金属系（Ｗ、Ｔｉ、Ｃｕなど）、金属酸化物系（ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＣｕＯ２など）が挙げられる。
この場合、処理容器２の内壁等に付着する反応生成物の一例としては、金属系（Ｗ、Ｔｉ、Ｃｕなど）、金属酸化物系（ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、ＣｕＯ２など）が挙げられる。
［振動センサー］
本実施形態では、振動センサーにＡＥセンサー１０８が採用され、加速度センサーは採用されていない。その理由は、図３に示すように、ＡＥセンサー及び加速度センサーの検出する振動の周波数帯域がずれていることによる。つまり、加速度センサーは、１００ｋＨｚ以上の周波数の振動を検知しない。これに対して、ＡＥセンサーは、１００ｋＨｚ以上の周波数の振動を検出する。
図３に示すように、温度変化による熱膨張に起因した部材間の摩擦による振動は、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの周波数帯域の振動に含まれ、ＡＥセンサーを使用することで検出可能である。また、パーツにクラックが発生した時又は付着物（反応生成物）にクラックが発生した時に生じる振動は、１００ｋＨｚ以上〜３００ｋＨｚ以下の周波数帯域の振動に含まれ、ＡＥセンサーを使用することで検出可能である。つまり、ＡＥセンサー１０８を使用すれば、「熱膨張に起因した部材間の摩擦による振動」及び「パーツにクラックが発生した時又は付着物にクラックが発生した時の振動」を検出できる。加えて、ＡＥセンサー１０８を使用した場合、今回のメンテナンス制御方法には不要なその他の振動源による振動と区別できる。これに対して、加速度センサーを使用した場合、「熱膨張に起因した部材間の摩擦による振動」は検出できるが、「パーツにクラックが発生した時又は付着物にクラックが発生した時の振動」を検出できない。よって、本実施形態では、ＡＥセンサー１０８を使用して振動を検知する。ただし、ＡＥセンサー１０８とともに加速度センサーを使用してもよい。
ＡＥセンサー１０８には、圧電素子又は光ファイバーを用いることができる。圧電素子は、高感度で振動を検出することができる。一方、光ファイバーは、圧電素子と比べて電気を使用しないため、防爆環境においても使用できる。また、光ファイバーは、ケーブルの配線によって多点で測定が可能である。
また、圧電素子を断熱素材等で保護した場合においても圧電素子を使用できる温度は８０℃程度以下ある。これに対して、光ファイバーは、圧電素子と比べて使用可能温度範囲が広く、数１００℃程度の（特殊な仕様では１０００℃を超える）高温環境においても使用でき、また、温度センサーとしても使用できるという利点がある。
［メンテナンス制御処理］
次に、本実施形態に係るメンテナンス制御処理について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。本処理が開始されると、温度取得部１４は、温度センサー１０９が検出した温度信号から温度データを取得する（ステップＳ１０）。増幅部１１は、ＡＥセンサー１０８が検出した振動信号から振動データを取得（ステップＳ１０）して適宜信号を増幅する。
次に、温度変化判定部１５は、取得した温度データに基づき、処理容器２の側壁の温度又は載置台の温度等が５℃以上変化したか否か、又は、処理容器２の側壁又は載置台の設定温度を５℃以上変化させたか否かを判定する（ステップＳ１２）。
温度変化判定部１５は、処理容器２の側壁の温度又は載置台の温度等が５℃以上変化していない、又は、側壁又は載置台の設定温度が５℃以上変化していないと判定した場合、本処理を終了する。他方、温度変化判定部１５は、側壁又は載置台の温度等が５℃以上変化している、又は側壁又は載置台の設定温度を５℃以上変化させたと判定した場合、第１の振動判定部１６による判定を実行する。すなわち、第１の振動判定部１６は、側壁又は載置台の温度等が５℃以上変化している、又は側壁又は載置台の設定温度を５℃以上変化させたと判定されたタイミングに応じて、ＡＥセンサー１０８により検出された振動データに、熱膨張起因と考えられる主に周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される第１の振動が１０個数以上含まれるかを判定する（ステップＳ１４）。
図５には、熱膨張に起因する振動Ａのデータと、クラックに起因する振動Ｂのデータとが示されている。熱膨張に起因する振動Ａのデータは、振動が主に３００μｓ以上継続している。クラックに起因する振動Ｂのデータは、振動が主に３００μｓ以下で終了している。
図５の振動データを周波数変換した後の、熱膨張に起因する振動ａのデータとクラックに起因する振動ｂのデータとを図６に示す。熱膨張に起因する振動ａのデータは、熱膨張に起因する振動ａの周波数が主に１００ｋＨｚ以下であることを示す。「熱膨張に起因する振動ａの周波数が主に１００ｋＨｚ以下である」の「主に」は、熱膨張に起因する振動ａのデータの周波数成分のうち、最も信号強度の高いピークの周波数が１００ｋＨｚ以下の位置に来ることをいう。よって、「熱膨張に起因する振動ａの周波数が主に１００ｋＨｚ以下である」ことは、熱膨張に起因する振動ａのうち、ピークの周波数が１００ｋＨｚ以下の位置にあり、裾野の部分の周波数は１００ｋＨｚ以上の周波数帯域にかかり得ることをいう。また、クラックに起因する振動ｂのデータは、クラックに起因する振動ａの周波数が主に１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であることを示す。「クラックに起因する振動ｂの周波数が主に１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲である」の「主に」は、クラックに起因する振動ｂのデータの周波数成分のうち、最も信号強度の高いピークの周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲内の位置に来ることをいう。よって、「クラックに起因する振動ｂの周波数が主に１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲である」ことは、クラックに起因する振動ｂのうち、ピークの周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲内の位置にあり、裾野の部分の周波数は、１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲外の周波数帯域にかかり得ることをいう。
図４に戻り、ステップＳ１４において、第１の振動判定部１６は、振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される第１の振動が１０個数以上含まれないと判定した場合、本処理を終了する。他方、第１の振動判定部１６は、振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される第１の振動が１０個数以上含まれると判定した場合、第２の振動判定部１７による判定を実行する。
すなわち、第２の振動判定部１７は、第１の振動のデータが１０個数以上含まれていると判定した場合、ＡＥセンサー１０８により検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する第２の振動が１０個以上含まれているかを判定する（ステップＳ１６）。第２の振動は、付着物又はパーツ表面に発生するクラックに起因した振動であると考えられる。
第２の振動判定部１７は、周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する第２の振動が１０個以上含まれないと判定した場合、本処理を終了する。
他方、第２の振動判定部１７は、周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する第２の振動が１０個以上含まれると判定した場合、分析部１８は、第１の振動及び第２の振動が含まれる振動データに基づきプラズマ処理装置１の状態を分析し、装置のクリーニングが必要であるかを判定する（ステップＳ１８）。分析部１８は、クリーニングが必要であると判定された場合、実行されているプロセスの後にクリーニングを開始するように制御し（ステップＳ２０）、本処理を終了する。他方、ステップＳ１８において、クリーニングが不要であると判定された場合、本処理を終了する。
以上に説明したように、本実施形態のメンテナンス制御方法では、ＡＥセンサー１０８によって処理容器２に付着した反応生成物の剥離で生じる微小な弾性振動、プラズマ処理装置１を構成する構成部材の弾性振動、構成部材の熱膨張による摩擦振動が検知される。これにより、プラズマ処理装置１の内部をクリーニングするメンテナンスのタイミングを予測することができる。これにより、生産計画を事前に正確に立てることができる。
また、本実施形態のメンテナンス制御処理によれば、クリーニングサイクルをその都度、処理容器２の内部の状態に合わせて最適化できる。このため、予め定められたサイクルよりも早期にパーティクルが発生し、不良品が製造されることや、クリーニングする必要のないプラズマ処理装置１を早めにクリーニングする無駄をなくすことができる。
具体的には、ＡＥセンサー１０８が検出した振動データのうち、壁又は載置台の温度等が５℃上昇した又はこれらの部位の設定温度を５℃上昇させたときの振動データが抽出される。これにより、検出した振動データのうち、熱膨張を起因とした振動データのみを分析対象とすることができる。
更に、分析対象として抽出された振動データに、周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される第１の振動データが１０個以上含まれるかが判定される。これにより、更に熱膨張による摩擦に起因した振動データとそれ以外のデータとをスクリーニングすることができる。
更に、分析対象のデータから熱膨張による摩擦に起因しているとして抽出された振動データ中に、周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する第２の振動データが１０個以上含まれるかが判定される。これにより、更にパーツクラック又は付着物クラックの生成に起因した振動データとそれ以外のデータとをスクリーニングすることができる。
分析部１８は、抽出された振動データに基づき、反応生成物の膜厚の状態等、処理容器２の内部の状態を分析することができる。この結果、反応生成物にクラックが生じたときの振動を検知することで、メンテナンスの実行を促すアラームを出力したり、処理容器２の内部のクリーニングのタイミングを制御したりすることができる。これにより、パーティクルの発生を抑制しながら、プラズマ処理装置１の内部をクリーニングするメンテナンスのタイミングを予測することができる。この結果、製品歩留まりの向上、クリーニング回数低減によるガスのコスト低減やスループットの向上を図ることができる。なお、図４のステップＳ１４とステップＳ１６の処理の順番は、逆にしてもよいし、ステップＳ１４とステップＳ１６の処理を並行して実行してもよい。
以上、処理装置のメンテナンス制御方法及び制御装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかる処理装置のメンテナンス制御方法及び制御装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、上記実施形態に係る制御装置１００は、一のＡＥセンサー１０８が検知した振動信号又は複数のＡＥセンサー１０８が検知した振動信号に基づき、メンテナンス制御を行うことができる。
また、制御装置１００は、複数のＡＥセンサー１０８を設置することで、三角測量の理論を使用して振動の発生源の位置を特定することができる。また、温度変化の位置と振動源の位置が例えば１０ｃｍ以内であることの判定条件を、上記判定条件に更に追加することで、発生源の場所の特定の精度を向上させることができる。
また、例えば、本発明に係る処理装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等であってもよい。
また、本発明に係る処理装置は、プラズマ処理装置に限らず、処理中に膜や付着物が壁に付着する装置であればよい。本明細書では、エッチング対象の基板としてウェハＷについて説明したが、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
本国際出願は、２０１６年４月１９日に出願された日本国特許出願２０１６−０８３９６０号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ 下部電極(載置台)
４ 上部電極
５ ガス供給源
１０ 通信部
１１ 増幅部
１２ フィルタ部
１３ 周波数変換部
１４ 温度取得部
１５ 温度変化判定部
１６ 第１の振動判定部
１７ 第２の振動判定部
１８ 分析部
１９ 出力部
２０ 記憶部
２１ 処理実行部
３２ 第１高周波電源
３４ 第２高周波電源
１００ 制御装置
１０１ 増幅器
１０２ フィルタ
１０３ ＣＰＵ
１０４ ＲＯＭ
１０５ ＲＡＭ
１０６ ディスプレイ
１０７ スピーカ
１０８ ＡＥセンサー
１０９ 温度センサー
１１０ 通信インターフェース

Claims (9)

  1. 基板の処理を行う処理装置の構成部材の温度が５℃以上変化したか否か、又は、該構成部材の設定温度を５℃以上変化させたか否かを判定し、
    前記構成部材の温度が５℃以上変化した、又は、該構成部材の設定温度を５℃以上変化させたと判定されたタイミングに応じて、前記処理装置に設けられた振動センサーにより検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される第１の振動が所定の個数以上含まれているかを判定し、
    前記第１の振動が所定の個数以上含まれていると判定した場合、前記振動センサーにより検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する第２の振動が所定の個数以上含まれているかを判定し、
    前記第２の振動が所定の個数以上含まれていると判定した場合、前記第１の振動及び前記第２の振動が含まれる振動データに基づき前記処理装置の状態を分析する、
    処理をコンピュータが実行する処理装置のメンテナンス制御方法。
  2. 前記分析した結果に応じてメンテナンスの制御を行う、
    請求項１に記載のメンテナンス制御方法。
  3. 前記処理装置には、複数の前記振動センサーが設けられ、
    複数の前記振動センサーにより検出されたデータのうち、前記第１の振動が所定の個数以上含まれているかを判定し、
    前記第１の振動が所定の個数以上含まれていると判定した場合、前記複数の振動センサーにより検出された振動データに、前記第２の振動が所定の個数以上含まれているかを判定する、
    請求項１に記載のメンテナンス制御方法。
  4. 前記振動センサーは、圧電素子又は光ファイバーである、
    請求項１に記載のメンテナンス制御方法。
  5. 前記振動センサーは、前記処理装置の処理容器の外壁側、前記処理容器の内壁側及び該処理容器内の構成部材の内部の少なくともいずれかに設けられている、
    請求項１のメンテナンス制御方法。
  6. 前記分析した結果に応じたメンテナンスの制御は、前記処理装置のクリーニングの開始のタイミング又は前記処理装置のメンテナンスを促すアラームの出力を制御する、
    請求項２に記載のメンテナンス制御方法。
  7. 前記第１の振動及び第２の振動を含む振動データを記憶部に記憶し、又は外部の記憶部に記憶させ、
    前記記憶部に記憶し、又は前記外部の記憶部に記憶させた前記振動データに基づき、前記処理装置に生じた振動の要因を分析し、又は外部の装置に分析させ、
    前記分析の結果得られたデータを、処理装置の設計において利用する、
    請求項５に記載のメンテナンス制御方法。
  8. 基板の処理を行う処理装置を制御する制御装置であって、
    基板の処理を行う処理装置の構成部材の温度が５℃以上変化したか否か、又は、該構成部材の設定温度を５℃以上変化させたか否かを判定する温度変化判定部と、
    前記構成部材の温度が５℃以上変化した、又は、該構成部材の設定温度を５℃以上変化させたと判定されたタイミングに応じて、前記処理装置に設けられた振動センサーにより検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ以下であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以上の時間継続される第１の振動が所定の個数以上含まれているかを判定する第１の振動判定部と、
    前記第１の振動が所定の個数以上含まれていると判定した場合、前記振動センサーにより検出された振動データに、主に周波数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲であって、所定以上の振動強度が３００μｓ以下の時間で終了する第２の振動が所定の個数以上含まれているかを判定する第２の振動判定部と、
    前記第２の振動が所定の個数以上含まれていると判定した場合、前記第１の振動及び前記第２の振動が含まれる振動データに基づき前記処理装置の状態を分析する分析部と、
    を有する制御装置。
  9. 前記分析した結果に応じてメンテナンスの制御を行う処理実行部を有する、
    請求項８に記載の制御装置。
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